文/楊軍志

傳統(tǒng)智能建筑的現(xiàn)狀：智能化水平整體不高；智能建筑子系統(tǒng)沒有實現(xiàn)高度集成；智能建筑的運行維護(hù)未實現(xiàn)自發(fā)現(xiàn)、自診斷；智能化各子系統(tǒng)相對孤立，系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)未融合；IBMS集成管理平臺未真正把所有智能化系統(tǒng)數(shù)據(jù)打通；設(shè)計、施工、運維環(huán)節(jié)脫節(jié)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們對建筑內(nèi)的各種智慧體驗要求越來越高，如何滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求是我們需要深入考慮的問題。

1 智慧建筑的定義

1.1 《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50314-2015）對智能建筑的定義

智能建筑是以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應(yīng)用，集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑。

智能建筑系統(tǒng)工程架構(gòu)的設(shè)計應(yīng)包括設(shè)計等級、架構(gòu)規(guī)劃、系統(tǒng)配置等，其中設(shè)計等級應(yīng)根據(jù)建筑的建設(shè)目標(biāo)、功能類別、地域狀況、運營及管理要求、投資規(guī)模等綜合因素確定。

根據(jù)《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50314-2015），智能建筑涉及的系統(tǒng)應(yīng)包括信息化應(yīng)用系統(tǒng)、智能化集成系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、機(jī)房工程。

1.2 我們對智慧建筑的定義

智慧建筑是以智能建筑為基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛采集建筑物、機(jī)電設(shè)施、環(huán)境、經(jīng)營、服務(wù)質(zhì)量、能耗、成本、人的行為及其他信息，建立大數(shù)據(jù)中心，綜合利用建筑物大數(shù)據(jù)智慧平臺，設(shè)立智慧運營的多元目標(biāo)，應(yīng)用人工智能技術(shù)，進(jìn)行運營數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，所有各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)應(yīng)用，如圖1所示。

2 BIM技術(shù)在智慧建筑設(shè)計、施工階段應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在智慧建筑設(shè)計階段應(yīng)用

（1）協(xié)同設(shè)計

在實際工作中，智能化不管是設(shè)計還是施工，都屬于工序靠后的專業(yè)，因此專業(yè)協(xié)調(diào)就顯得更加重要，這樣可以避免大量的設(shè)計變更工作。在三維iBIM開發(fā)平臺上，智能化專業(yè)與其他專業(yè)（如建筑、機(jī)電）可以同步實時訪問設(shè)計模型和項目數(shù)據(jù)，可以及時進(jìn)行管線綜合與碰撞檢測，避免后期空間不足，無法排布智能化橋架管路和設(shè)備安裝的情況。隨著BIM技術(shù)進(jìn)一步推廣，在與各專業(yè)協(xié)同方面將明顯提高工作效率與設(shè)計質(zhì)量。

圖1 智慧建筑的定義

（2）提高設(shè)計效率

智能化專業(yè)子系統(tǒng)多，系統(tǒng)架構(gòu)各異，設(shè)備種類繁多，在使用CAD進(jìn)行二維制圖時前端設(shè)備和橋架管線的工程量統(tǒng)計是很大的難題，設(shè)計中經(jīng)常發(fā)生缺漏項或數(shù)量統(tǒng)計不準(zhǔn)確的情況，導(dǎo)致后期需要與造價顧問反復(fù)核量，施工中也因設(shè)計問題需要業(yè)主追加投資。智能化專業(yè)可以在其他專業(yè)模型基礎(chǔ)上開始設(shè)計，工程量可自動化統(tǒng)計，在設(shè)置合適的構(gòu)件與設(shè)備型號的映射關(guān)系后，可直接得到詳細(xì)的設(shè)備清單，可直接降低智能化設(shè)計的工作量與工作難度，使設(shè)計人員的精力可以集中在真正的設(shè)計環(huán)節(jié)，從而提高設(shè)計效率和質(zhì)量。

2.2 BIM技術(shù)在智慧建筑施工階段應(yīng)用

（1）智能化工程施工應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢

如圖2所示。

圖2 智能化工程施工應(yīng)用BIM技術(shù)的優(yōu)勢

（2）通過建立專業(yè)化的BIM模型，可以準(zhǔn)確定位包括智能化系統(tǒng)在內(nèi)的所有設(shè)備，通過可視化的形式，方便快速地進(jìn)行設(shè)備布置方案的查看以及管線布置方案的調(diào)整。

（3）由于工程建設(shè)項目管線復(fù)雜，往往在設(shè)計階段不能解決所有管線碰撞的問題，而模型的信息化要素帶來的管線碰撞、實施定位功能大大降低甚至杜絕進(jìn)場時圖紙管線碰撞問題，既節(jié)省了時間，又降低了變更成本。

智慧建筑機(jī)電管線模型如圖3所示。

（4）通過BIM模型可以實現(xiàn)快速、精確地生成工程量清單，大大降低造價單位在不斷變更中的重復(fù)工作量。

（5）通過建立竣工模型進(jìn)行可視化的施工交底。

（6）BIM技術(shù)可給三維模型加載時間要素，進(jìn)行施工虛擬預(yù)演，進(jìn)而形成施工進(jìn)度計劃，微觀上可精確反映節(jié)點施工工藝，宏觀上可模擬施工流程，能夠及時發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵工序及工序的先后關(guān)系，幫助管理人員準(zhǔn)確進(jìn)行施工組織，安排合理恰當(dāng)?shù)氖┕みM(jìn)度，結(jié)合模型對材料、設(shè)備、成本及場地布置的動態(tài)集成管理，避免了不同專業(yè)的交叉施工現(xiàn)象，從而整體上對施工過程進(jìn)行控制，在節(jié)約工期的同時達(dá)到安全施工的目的。

（7）BIM建模過程中產(chǎn)生了巨大的三維模型數(shù)據(jù)，包括環(huán)境模型、建筑物模型、結(jié)構(gòu)模型、機(jī)電模型以及設(shè)備模型等，這些模型記錄了完整的建筑信息與真實的位置信息，在施工完成后都會統(tǒng)一轉(zhuǎn)交給業(yè)主。通過圖形化數(shù)據(jù)庫，業(yè)主方可對所有建筑模型及相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化管理，保持歷史數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并及時更新設(shè)備，可極大幫助運維管理人員對建筑進(jìn)行整體把控。

圖3 智慧建筑機(jī)電管線模型

圖4 智慧建筑整體模型

智慧建筑整體模型如圖4所示。

3 基于BIM與人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺

3.1 總體架構(gòu)

基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑總體架構(gòu)如圖5所示，分為信息采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、管理平臺層、應(yīng)用平臺層、AI運營層，可通過搭建基于BIM與人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺，實現(xiàn)所有智能化子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和融合，并通過大數(shù)據(jù)分析將運維和運營數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合。

3.2 實現(xiàn)的功能

通過大數(shù)據(jù)智慧管理平臺可預(yù)約來訪時間、區(qū)域、停車位，同時獲取停車場室內(nèi)導(dǎo)航；基于BIM三維透明視圖無論何時何地均能獲得便捷路徑規(guī)劃；判斷人員身份，開啟不同人群權(quán)限到達(dá)不同樓層，高效管理人群行為；根據(jù)多種傳感器云端分析人群，自動實現(xiàn)最優(yōu)照明及空調(diào)控制，實現(xiàn)節(jié)能并主動提供節(jié)能分析策略；通過大數(shù)據(jù)分析人群行為進(jìn)行擁堵指數(shù)分析，從而實現(xiàn)精確營銷。

平臺的功能延伸如下：

（1）通過智能語音識別為智慧建筑安裝耳朵和嘴巴，如按語音導(dǎo)航路線行駛、機(jī)器人人機(jī)交互；

（2）通過智能視覺分析+人臉識別為智慧建筑安裝眼睛，如識別可疑人員、行蹤軌跡、失蹤人員等；

（3）大數(shù)據(jù)+人工智能讓智慧服務(wù)區(qū)管理平臺能理解會思考，如人流、車流熱力圖，疏導(dǎo)車流，提取人的行為、消費數(shù)據(jù)等。

3.3 智慧建筑人工智能算法

圖5 基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑總體架構(gòu)

研發(fā)基于云端大數(shù)據(jù)分析的算法，實現(xiàn)具有自我學(xué)習(xí)能力的智慧建筑管理平臺控制算法，通過建設(shè)實施將把人工智能深度學(xué)習(xí)的方法和云計算平臺結(jié)合，打造一流的智慧建筑。

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning, DL），機(jī)器學(xué)習(xí)的一個重要分支，也是當(dāng)今人工智能領(lǐng)域研究熱點。深度學(xué)習(xí)方法在多個領(lǐng)域表現(xiàn)出驚人的性能：會話識別、圖像識別、對象偵測、藥物發(fā)現(xiàn)、基因組學(xué)，深度學(xué)習(xí)的思想與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的思想是一致的。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的思想來源于模仿人類大腦思考的方式。人類大腦是通過神經(jīng)系統(tǒng)得到輸入信號再做出相應(yīng)反應(yīng)的，而接受外部刺激的方式是用神經(jīng)元接受神經(jīng)末梢轉(zhuǎn)換的電信號。人工神經(jīng)元組成了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算單元，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)描述了這些神經(jīng)元的連接方式。我們可以采用層的方式組織神經(jīng)元，層與層之間可以互相連接。

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolution Neural Networks, CNN），是一種前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，廣泛應(yīng)用于圖像分類、定位、檢測、分割，如圖6所示。

智慧建筑（如服務(wù)區(qū)）人工智能識別算法采用改進(jìn)型Yolo算法，對服務(wù)區(qū)內(nèi)的車輛、人員進(jìn)行識別，從而對每個區(qū)域的人流車流疏密度進(jìn)行統(tǒng)一，實現(xiàn)車流和人流的疏導(dǎo)，如圖7所示。

人流車流智能識別算法將物體檢測任務(wù)當(dāng)作一個回歸問題來處理，使用一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，直接從一整張圖像來預(yù)測出bounding box的坐標(biāo)、box中包含物體的置信度和物體的概率。因為算法的物體檢測流程是在一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)里完成的，所以可以端到端來優(yōu)化物體檢測性能。因為沒有復(fù)雜的檢測流程，只需要將圖像輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以得到檢測結(jié)果，算法可以非?？斓耐瓿晌矬w檢測任務(wù)。

3.4 基于BIM與人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺顯示界面

該平臺具有信息交換、數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)挖掘、聯(lián)動處理等能力，整個系統(tǒng)采用了一體化、開放化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化設(shè)計。平臺界面如圖8～11所示。

4 結(jié)束語

展望未來，只有把BIM技術(shù)和智慧建筑綜合管理平臺結(jié)合好，才能真正做到所有機(jī)電基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)信息可視、可管、可控，而把人工智能技術(shù)應(yīng)用到智慧建筑綜合管理平臺中，才能真正實現(xiàn)所有智能化子系統(tǒng)數(shù)據(jù)打通、深入融合，通過大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)算法，更好地把數(shù)據(jù)管理好、利用好、維護(hù)好。

圖6 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

圖7 Yolo學(xué)習(xí)算法

圖8 基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺界面一

圖9 基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺界面二

圖10 基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺界面三

圖11 基于BIM和人工智能技術(shù)結(jié)合的智慧建筑綜合管理平臺界面四