范 樂， 王燕語， 崔劍鋒，宋 寧, 盧湘蓉

(1. 中國建筑科學(xué)研究院有限公司西南分院， 四川成都 610041; 2. 四川中建研科技有限公司，四川成都 610041； 3. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院， 黑龍江哈爾濱 150006;4. 黑龍江省寒地建筑科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江哈爾濱 150006)

智能建筑(Intelligent Building)及建筑自動(dòng)化(Building Automation)由于高度結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)的最新成果，通過打造高度自動(dòng)化的管理及運(yùn)營體系[1]，為建筑的使用者提供了舒適及高效的室內(nèi)空間環(huán)境，改善傳統(tǒng)建筑物理環(huán)境及使用體驗(yàn)的同時(shí)促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)生活方式的革新，成為當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)與發(fā)展方向。本文擬在現(xiàn)有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)智能建筑內(nèi)涵與系統(tǒng)集成理念的解析，圍繞智能建筑創(chuàng)作的性能化、服務(wù)導(dǎo)向與信息集成三方面的核心特征[2]，以筆者在墨爾本地區(qū)對(duì)公共建筑調(diào)研為例，提出了基于建筑性能表現(xiàn)的空間造型設(shè)計(jì)、基于功能服務(wù)導(dǎo)向的功能分區(qū)及流線設(shè)計(jì)與基于信息系統(tǒng)集成的運(yùn)營管理模式的三方面問題。

1 智能建筑的內(nèi)涵與系統(tǒng)集成理念

1.1 智能建筑的定義與功能構(gòu)成

1.1.1 智能建筑的定義

智能建筑的概念源起于20世紀(jì)末的美國[3]，雖然當(dāng)前對(duì)“智能建筑”的定義并沒有形成共識(shí)，但董惠在《智能建筑》一書中總結(jié)了當(dāng)前主要的定義有以下幾類[2]：

(1)美國智能建筑學(xué)會(huì)認(rèn)為智能建筑是對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理四個(gè)基本要素進(jìn)行最優(yōu)化組合，旨在為用戶提供高效經(jīng)濟(jì)的環(huán)境。

(2)日本智能建筑研究會(huì)認(rèn)為智能建筑應(yīng)提供包括商業(yè)支持功能、通信支持功能等在內(nèi)的高度通信服務(wù)。

(3)歐洲智能建筑集團(tuán)認(rèn)為智能建筑是使其用戶發(fā)揮最高效率，同時(shí)又以最低的保養(yǎng)成本、最有效的管理本身資源的建筑。

(4)我國GB 50314-2015《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中認(rèn)為智能建筑是以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動(dòng)化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，向人們提供一個(gè)安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境。這些定義的共性在于高度重視計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)在建筑性能及運(yùn)營管理上起到的重要作用，通過系統(tǒng)集成理念落實(shí)建筑用戶對(duì)便捷高效使用需求。

1.1.2 智能建筑的功能構(gòu)成

智能建筑對(duì)用戶的使用要求是通過建筑智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)現(xiàn)有研究對(duì)建筑智能化系統(tǒng)的概述，其主要由建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)三大功能要素構(gòu)成。其中建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)又包括了電力供應(yīng)、環(huán)境控制、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、安全防范和物業(yè)管理服務(wù)等子系統(tǒng)[4]。但真正賦予建筑“智能”意義的，在于這些系統(tǒng)之間運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)建立了功能相互關(guān)聯(lián)、信息高度整合、資源高度共享與控制高度自動(dòng)化的有機(jī)整體。通過中樞控制平臺(tái)的信息處理與資源協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)建筑物理環(huán)境、建筑使用體驗(yàn)及管理效率的提升。

1.2 系統(tǒng)集成的特征及內(nèi)涵延伸

系統(tǒng)集成是整合建筑硬件和軟件資源，落實(shí)建筑使用需求的關(guān)鍵手段。這要求設(shè)計(jì)師必須具備全局觀，在建筑設(shè)計(jì)流程中把握與貫徹系統(tǒng)集成理念的運(yùn)用。系統(tǒng)集成理念下的智能建筑大體包括以下三個(gè)方面特征：

(1)智能化設(shè)計(jì)。這要求一開始便整合制約建筑設(shè)計(jì)的使用者行為、文化及文脈要素，從設(shè)計(jì)源頭把控設(shè)計(jì)目的，提出后續(xù)智能技術(shù)應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵問題。

(2)智能技術(shù)的適當(dāng)應(yīng)用。技術(shù)應(yīng)用的本質(zhì)源于解決矛盾而非先進(jìn)技術(shù)的簡(jiǎn)單堆砌，因此系統(tǒng)集成范疇下智能技術(shù)的選用應(yīng)以用戶的內(nèi)在需求為核心，依托于建筑性質(zhì)及其空間特點(diǎn)。

(3)智能化的使用與維護(hù)方式。傳統(tǒng)生產(chǎn)生活方式與社會(huì)觀念的慣性是先進(jìn)理念的受益者，同時(shí)也可能對(duì)新理念、新技術(shù)的普及與應(yīng)用造成阻礙。或缺乏觀念更新與行為模式的重構(gòu)環(huán)節(jié)，“智能”便失去了其應(yīng)有的意義，通過系統(tǒng)集成提升運(yùn)營效率與減少經(jīng)濟(jì)、環(huán)境成本的嘗試也將面臨考驗(yàn)。

2 基于集成理念的智能建筑設(shè)計(jì)——以墨爾本地區(qū)公共建筑為例

2.1 基于建筑性能表現(xiàn)的空間造型設(shè)計(jì)

歐洲智能建筑集團(tuán)(EIBG)曾指出建筑的性能表現(xiàn)衡量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在兩個(gè)層面得到體現(xiàn)：首先，業(yè)主需要明確建筑的性質(zhì)及其使用模式，設(shè)計(jì)活動(dòng)應(yīng)基于建筑用戶的需求展開；其次應(yīng)運(yùn)用技術(shù)手段落實(shí)特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，解決建筑自身的物理環(huán)境、節(jié)約資源與降低能耗等問題。如圖1所示為墨爾本大學(xué)的建筑學(xué)院新館，由于自習(xí)、模型制作、作品展示與小組討論在平時(shí)學(xué)習(xí)活動(dòng)中占的比重很高，因而利用通高的中庭與周邊環(huán)廊來組織其中主要的公共活動(dòng)，采光中庭的設(shè)置解決了日常大多數(shù)的公共活動(dòng)自然采光需求，同時(shí)也大量運(yùn)用了LED燈等作為補(bǔ)充光源，降低了建筑照明系統(tǒng)的能耗。如圖1(a)所示，通高采光頂用巨大的樹形鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，其發(fā)散狀不均勻布置的梁結(jié)構(gòu)引入自然光線的同時(shí)避免了陽光直射對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的干擾。同時(shí)將采光需求較小的藏書及展陳空間置于地下室，而閱覽區(qū)域結(jié)合建筑周邊的半地下采光頂設(shè)置，并通過光敏感應(yīng)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)充光源的照度調(diào)控，如圖1(b)所示。建筑的表皮也使用了可自動(dòng)調(diào)節(jié)的遮陽擋板，增加了室內(nèi)光環(huán)境的舒適度，如圖1(c)所示。

(a) 通高采光頂

(b) 半地下采光頂

(c) 自動(dòng)調(diào)節(jié)的遮陽擋板

圖2所示為斯威本科技大學(xué)的行政樓，設(shè)計(jì)者基于當(dāng)?shù)厝照諚l件通過控制山墻面采光面的面積與角度營造室內(nèi)光環(huán)境，如圖2(a)所示。樓體內(nèi)部設(shè)置通高中庭，充分利用拔風(fēng)效果調(diào)節(jié)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，同時(shí)中央空調(diào)的給風(fēng)口沿各層走廊環(huán)狀布置，屏蔽中庭熱空氣的同時(shí)降低冷風(fēng)直吹的影響，如圖2(b)所示。在西曬面采用外走廊與遮陽表皮相結(jié)合的方式，降低陽光直射的強(qiáng)度，走廊成為隔熱層而具有較好的通風(fēng)散熱效果，降低了空調(diào)系統(tǒng)能耗，如圖2(c)所示。

(a) 山墻采光面積與角度可調(diào)

(b) 通高中庭調(diào)節(jié)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境

(c) 走廊成為隔熱層

2.2 基于人本服務(wù)導(dǎo)向的功能分區(qū)及流線設(shè)計(jì)

智能及自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)是為建筑用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，通常通過通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。智能建筑的服務(wù)性特征體現(xiàn)在：

(1)通過對(duì)信息的接受、傳遞等集成流程形成對(duì)管理決策的支撐；

(2)保證建筑用戶舒適便利的使用體驗(yàn)；

(3)通過優(yōu)化管理資源提升服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)降低管理成本；

(4)改善用戶的社交環(huán)境，提升與優(yōu)化復(fù)雜工作條件下的管理模式。

如圖3所示為墨爾本的皇家兒童醫(yī)院，該醫(yī)院通過建構(gòu)自助掛號(hào)與問診平臺(tái)極大了分流了患者人群，使原本人滿為患的一層公共空間變成了安靜怡人的休閑服務(wù)空間。通過左側(cè)平面圖可以觀察到，醫(yī)院的信息化辦公與管理系統(tǒng)解決了原本復(fù)雜的集中人流問題后因利導(dǎo)勢(shì)，運(yùn)用整個(gè)一層帶狀醫(yī)院街布置各式服務(wù)用房。形成了綜合醫(yī)療服務(wù)、財(cái)務(wù)及現(xiàn)金服務(wù)和餐飲、文化用品服務(wù)三大功能分區(qū)，通過優(yōu)雅室內(nèi)空間環(huán)境的營造彰顯了醫(yī)院管理的服務(wù)性導(dǎo)向與人本關(guān)懷。由圖3可以看出，通過醫(yī)院街中央總服務(wù)臺(tái)的設(shè)置，將患者及家屬所需的預(yù)約、診療、導(dǎo)向及其它服務(wù)信息進(jìn)行集成匯總，通過高度信息化的服務(wù)流程降低了患者的就診難度，同時(shí)減少了醫(yī)院的管理成本。醫(yī)院采用了層級(jí)式管理的門禁系統(tǒng)，通過對(duì)管理者、醫(yī)生、護(hù)士、病人等人群的門禁卡賦予不同的可進(jìn)入權(quán)限，極大降低了大型綜合醫(yī)院的管理成本。

圖3 墨爾本皇家兒童醫(yī)院中庭服務(wù)空間

2.3 基于信息集成的運(yùn)營管理模式

除了從建筑物理性能與辦公服務(wù)上運(yùn)用智能化技術(shù)改善建筑品質(zhì)，智能建筑的優(yōu)勢(shì)還在于通過信息的高度集成與自動(dòng)化控制系統(tǒng)的嵌入，精準(zhǔn)而高效地達(dá)到監(jiān)視、控制與管理的目的。例如建筑的電力、空調(diào)、供熱、供水的各類機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行信息可通過傳感器、高度集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備進(jìn)行收集、儲(chǔ)存、傳送、處理和控制一體化，極大提高了建筑內(nèi)各類信息的交換效率和簡(jiǎn)化了信息處理流程，不僅有利于信息的綜合管理與資源共享，還優(yōu)化了辦公及建筑維護(hù)流程，甚至通過建立數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)量化數(shù)據(jù)對(duì)辦公決策的支持，充分發(fā)揚(yáng)了當(dāng)今大數(shù)據(jù)與計(jì)算計(jì)技術(shù)發(fā)展的成果與優(yōu)勢(shì)。如圖4所示的墨爾本皇家兒童醫(yī)院沿街既為主立面同時(shí)也是西曬面，設(shè)計(jì)師從使用者的需求出發(fā)運(yùn)用可控遮陽擋板作為醫(yī)院的立面元素，結(jié)合建筑形體與遮陽板的顏色變化形成獨(dú)特韻律。通過傳感器與計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)程序，遮陽擋板可隨時(shí)間變化自動(dòng)調(diào)整擋板的迎光面角度，營造了良好的室內(nèi)光環(huán)境且降低了建筑能耗。

(a) 醫(yī)院沿街立面

(b) 遮陽擋板可自動(dòng)調(diào)整迎光面角度圖4 墨爾本皇家兒童醫(yī)院沿街立面表皮

信息集成技術(shù)的應(yīng)用更是拓展到城市街區(qū)尺度。如圖5所示的Flinders St. 火車站是墨爾本市區(qū)范圍內(nèi)輻射狀鐵路網(wǎng)的中心樞紐站，由于人流量巨大，城市管理者在附近主要街道沿線結(jié)合路燈安置了紅外裝置統(tǒng)計(jì)行人數(shù)量，收集到的流量數(shù)據(jù)匯總到相關(guān)管理部門，為城市交通與管理的決策者提供關(guān)鍵的決策依據(jù)。其次，由于墨爾本施行了一卡通的交通政策，所有公交車、電車和鐵路交通的信息均可在管理部門匯總和統(tǒng)計(jì)，市區(qū)內(nèi)各火車站均施行了購票、查詢、檢票出入的一站式自助服務(wù)，也基本實(shí)現(xiàn)了無人辦公。此外墨爾本所有建筑均設(shè)置了煙感報(bào)警器，自動(dòng)報(bào)警檢測(cè)平臺(tái)不僅能獲取報(bào)警位置的精確城市坐標(biāo)，還能獲取危險(xiǎn)信號(hào)所在的動(dòng)態(tài)蔓延趨勢(shì)，大大降低了城市的火災(zāi)隱患，提升了城市管理者的決策水平(圖6)。

圖5 墨爾本Flinders St. 火車站

圖6 墨爾本南十字火車站

3 結(jié)束語

本文通過分析智能建筑的內(nèi)涵與系統(tǒng)集成理念的特點(diǎn)，從智能建筑的性能化、服務(wù)導(dǎo)向與信息集成三方面的核心特征出發(fā)，探討了系統(tǒng)集成理念驅(qū)動(dòng)下智能建筑方案創(chuàng)作的思路，結(jié)合墨爾本地區(qū)公共建筑的實(shí)際案例，提出了智能技術(shù)在 空間造型設(shè)計(jì)、功能分區(qū)與流線設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理三方面的設(shè)計(jì)策略。但在當(dāng)今新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)的情況下，如何有效整合各類資源，充分挖掘建筑智能化與自動(dòng)化在各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用潛力，設(shè)計(jì)出符合業(yè)主乃至社會(huì)新型生產(chǎn)生活方式的作品，是該領(lǐng)域在后續(xù)研究中亟待解決的問題。