李麟學(xué)（通訊作者）同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，麟和L+建筑工作室主持建筑師

王馳迪 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院碩士在讀

張 琪 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院博士在讀

建筑是環(huán)境交互的媒介。從維特魯威提出的因地制宜策略、麥克哈格的《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》、維克多·奧戈雅的《設(shè)計(jì)結(jié)合氣候》，再到雷納·班納姆重新審視良好調(diào)控環(huán)境的建筑歷史、迪恩·霍克斯于當(dāng)下重拾“選擇性環(huán)境”的設(shè)計(jì)原則，以及“熱力學(xué)建筑”理論對(duì)開放環(huán)境的洞察……伴隨世界范圍內(nèi)環(huán)境問題的不斷凸顯，建筑學(xué)中的環(huán)境研究持續(xù)成為學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)學(xué)科的興起與智能應(yīng)用普及，試圖在建筑設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行的各個(gè)維度融合學(xué)科知識(shí)體系與新工具系統(tǒng)，帶來對(duì)環(huán)境和建筑的重新理解，一種面向未來的新理論框架與實(shí)踐范式正在形成。若前數(shù)字時(shí)代的建筑是通過設(shè)計(jì)師仔細(xì)思考、有限計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)直覺和最終判斷來獲得對(duì)環(huán)境的響應(yīng)，今天信息時(shí)代下的產(chǎn)物則可以依靠一系列分析、模擬和工具來增強(qiáng)環(huán)境主動(dòng)理解[1]。通過新技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境領(lǐng)域的數(shù)據(jù)創(chuàng)造與積累，學(xué)科與領(lǐng)域之間的壁壘因交互而逐漸被打破。這種數(shù)據(jù)導(dǎo)向的建筑設(shè)計(jì)范式，必須將重點(diǎn)從形式原則和設(shè)計(jì)過程，轉(zhuǎn)移至強(qiáng)調(diào)功能原則和社會(huì)目的，這是建筑學(xué)對(duì)當(dāng)代計(jì)算文明的回答[2]。

1 環(huán)境智能建筑的理論前沿與實(shí)踐

1.1 建筑與環(huán)境：建構(gòu)系統(tǒng)

從環(huán)境的視角來看，建筑即環(huán)境技術(shù)的集合體。環(huán)境、智能、建筑之間彼此交集，基于數(shù)據(jù)媒介實(shí)現(xiàn)信息傳遞（圖1）。從基爾·莫對(duì)建筑界面和構(gòu)造維度的持續(xù)關(guān)注，到威廉·布雷厄姆將系統(tǒng)生態(tài)學(xué)納入建筑環(huán)境的統(tǒng)一考察，環(huán)境建構(gòu)成為了貫穿城市、建筑、室內(nèi)到設(shè)備的復(fù)雜議題，能量即是對(duì)此解讀的獨(dú)特視角。邁克爾·亨塞爾認(rèn)為對(duì)能量的關(guān)注使建筑學(xué)回到了學(xué)科基本而首要的原則上[3]。他在其著作《性能導(dǎo)向的建筑》中回溯了查爾斯·詹克斯對(duì)建筑的象征性批判，肯尼斯·弗蘭姆普敦關(guān)于形式和功能關(guān)系的辨析，以及伯納德·屈米的建筑“事件”觀，認(rèn)為環(huán)境建筑真正整合了孤立的、碎片的學(xué)科話語，以一種系統(tǒng)的框架和方法建立對(duì)建筑環(huán)境與可持續(xù)問題的設(shè)計(jì)自主權(quán)。這種設(shè)計(jì)的自主性是通過建筑與環(huán)境的協(xié)同建構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，既是對(duì)建筑形態(tài)、空間、結(jié)構(gòu)、組件、材料、能源的組織，也是對(duì)環(huán)境的回應(yīng)和重塑，形成一個(gè)集成的、工具性的實(shí)踐策略。

圖1 環(huán)境智能建筑理論框架

1.2 環(huán)境與智能：計(jì)算系統(tǒng)

當(dāng)智能應(yīng)用于環(huán)境，是在重新解讀既有環(huán)境，還是在發(fā)現(xiàn)新的自然法則？增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與混合現(xiàn)實(shí)使數(shù)字世界與真實(shí)世界的邊界開始模糊。人們將使用既有的環(huán)境數(shù)據(jù)，連同由工具不斷生成的新信息納入開發(fā)建造的更快循環(huán)中，無論是設(shè)計(jì)者還是體驗(yàn)者都將通過重疊的空間得以可視化與往復(fù)交流。哈佛大學(xué)環(huán)境響應(yīng)與人工實(shí)驗(yàn)室基于實(shí)地人體感官反饋對(duì)環(huán)境進(jìn)行客觀量化評(píng)價(jià)，為設(shè)計(jì)更吸引人、更愉快、更有響應(yīng)性的空間和場(chǎng)所提供一個(gè)支持創(chuàng)造性知覺的框架。普林斯頓大學(xué)弗雷斯特·梅格斯等學(xué)者發(fā)明了球形運(yùn)動(dòng)平均輻射溫度傳感器（SMART）以監(jiān)測(cè)三維空間內(nèi)的表面溫度，通過耦合激光幾何掃描和紅外表面溫度檢測(cè)捕獲三維空間下建筑環(huán)境的熱特性，使環(huán)境分析更加快速精準(zhǔn)?？梢?，環(huán)境智能不是任何一種最終形態(tài)，而是環(huán)境與其他主體不斷變化干預(yù)的結(jié)果[4]。

1.3 建筑與智能：調(diào)控系統(tǒng)

環(huán)境智能建筑通過智能調(diào)控實(shí)現(xiàn)建筑與環(huán)境的交互、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)·漢森關(guān)注了跨學(xué)科的、面向問題的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，基于數(shù)值方法和提供近似解的分析過程，將計(jì)算數(shù)據(jù)反饋到建筑設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行中，達(dá)到有目標(biāo)的形態(tài)即時(shí)調(diào)整[5]。建筑學(xué)科的邊界正得到拓展延伸，一方面，智能語境下的感應(yīng)、分析、優(yōu)化、反饋和執(zhí)行，使建筑的環(huán)境調(diào)控進(jìn)程獲得了新的工具系統(tǒng)和形態(tài)邏輯，讓建筑從被動(dòng)調(diào)節(jié)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成為可能。另一方面，正如內(nèi)里·奧克斯曼的結(jié)合材料生態(tài)學(xué)的“中介物質(zhì)”，或是米歇爾·阿丁頓的響應(yīng)特定環(huán)境狀態(tài)的智能材料，都昭示了建筑學(xué)科與實(shí)踐中的新物質(zhì)可能性，呈現(xiàn)與環(huán)境感知協(xié)同的自生適應(yīng)能力。

1.4 環(huán)境智能建筑的知識(shí)與實(shí)踐

環(huán)境智能建筑的概念正逐漸清晰，通過將數(shù)據(jù)與智能介入建筑與環(huán)境的作用系統(tǒng)，在自主性重構(gòu)的基礎(chǔ)上試圖實(shí)現(xiàn)人、環(huán)境、建筑之間的互動(dòng)、響應(yīng)與調(diào)節(jié)，已成為智能建筑領(lǐng)域中一項(xiàng)復(fù)合性的前沿研究理論[6]。瑞士建筑師肖恩·拉里曾描繪這樣的一幅圖景：空間不再是傳統(tǒng)上的結(jié)構(gòu)、受力與純粹幾何形式，通過環(huán)境感知、空間層級(jí)與邊界秩序，空間中的空氣、火、聲音、氣味都隨著人的感覺、情緒、行為而改變。從拉里的“梯度空間”，到菲利浦·拉姆的“氣象設(shè)計(jì)”與“氛圍建構(gòu)”，以及沙迪·阿提亞的“再生設(shè)計(jì)”，通過智能語境下理論與工具的介入，這種期待與環(huán)境交互的初衷正在被逐步實(shí)現(xiàn)。

通過重構(gòu)環(huán)境、人與建筑的組織性關(guān)系，環(huán)境智能建筑理念的發(fā)展已然為建筑研究和實(shí)踐帶來了新的生命力。扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所將算法、仿真優(yōu)化、數(shù)字建造等工作流與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)程并行，成立專屬團(tuán)隊(duì)（ZHA CODE）進(jìn)行軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)智能輔助。BIG建筑事務(wù)所將環(huán)境與社會(huì)條件作為設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力，在建成之前通過自主的環(huán)境計(jì)算與信息反饋，而不是依賴于公認(rèn)的技術(shù)解決經(jīng)驗(yàn)，形成不依美學(xué)評(píng)估的設(shè)計(jì)方案。福斯特建筑事務(wù)所在20 世紀(jì)90 年代末成立了專家模型小組(Specialist Modelling Group)，以解決建筑環(huán)境問題中對(duì)于環(huán)境分析、性能模擬和制造集成方面日益增長(zhǎng)的需求?？傊?，人們渴望從環(huán)境中獲得反饋的想法未曾改變，環(huán)境智能建筑連通了數(shù)字與現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)，使以人為單一反饋主體的傳統(tǒng)建筑向環(huán)境協(xié)同的新主體轉(zhuǎn)移。

2 國(guó)內(nèi)環(huán)境智能建筑領(lǐng)域的研究演進(jìn)

智能建筑是人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，在建筑業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下，我國(guó)智能建筑從沿海特區(qū)向大陸逐漸普及，其標(biāo)準(zhǔn)體系、技術(shù)體系及工程體系已初步形成。[7]目前，國(guó)內(nèi)智能建筑領(lǐng)域已積累了可觀的文獻(xiàn)成果，但對(duì)于環(huán)境智能建筑的研究還比較少，對(duì)研究脈絡(luò)和既有學(xué)者成果的梳理工作仍不足，通過文獻(xiàn)計(jì)量的方法將有助于形成對(duì)業(yè)界發(fā)展與成果發(fā)表的總體認(rèn)識(shí)。

2.1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

CiteSpace 軟件是一款科學(xué)文獻(xiàn)分析工具，以節(jié)點(diǎn)、連線、顏色、大小等屬性表征信息要素，呈現(xiàn)為一種顯示科學(xué)知識(shí)演化進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的圖像，稱為科學(xué)知識(shí)圖譜。因此科學(xué)知識(shí)圖譜能夠顯示知識(shí)單元或知識(shí)群之間的結(jié)構(gòu)性復(fù)雜關(guān)系，而這些復(fù)雜的知識(shí)關(guān)系正孕育著新的知識(shí)的產(chǎn)生[8]。通過這種可視化分析方法，可發(fā)掘某一特定領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)方向與主題詞演進(jìn)關(guān)系。本文以中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫CNKI 為樣本數(shù)據(jù)源，搜索“環(huán)境智能建筑”和“智能建筑”主題詞下的相關(guān)文獻(xiàn)，在“建筑科學(xué)與工程”學(xué)科分類下共檢索得到截至2020 年相關(guān)期刊文獻(xiàn)1 176 篇與8 821篇，通過政策與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、發(fā)文機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞突現(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類等分析視角，梳理國(guó)內(nèi)“環(huán)境智能建筑”與“智能建筑”領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的關(guān)系，通過文獻(xiàn)計(jì)量的方法形成對(duì)業(yè)界發(fā)展與成果發(fā)表的總體認(rèn)識(shí)。

2.2 國(guó)內(nèi)智能建筑領(lǐng)域呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)

文獻(xiàn)刊文量變化在一定程度上可以反映出相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展速度與應(yīng)用走勢(shì)[9]。圖2 標(biāo)注了所篩選文獻(xiàn)發(fā)文量的隨時(shí)間變化曲線，詞頻分別大于50、10 的關(guān)鍵詞，以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的首次出現(xiàn)時(shí)間，不同顏色的實(shí)連線表明特定關(guān)鍵詞的影響與關(guān)聯(lián)性延續(xù)到了相應(yīng)年份。綜合來看，我國(guó)在“智能建筑”領(lǐng)域的相關(guān)研究可以分為3 個(gè)階段。

圖2 逐年發(fā)文量、新興關(guān)鍵詞、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范概覽

（1） 1995 年之前，研究萌芽階段。

在1985 年我國(guó)“七五”計(jì)劃初期，政府就已立項(xiàng)開展智能建筑領(lǐng)域相關(guān)研究，1990年首次有以“智能建筑”為關(guān)鍵詞的論文發(fā)表。該階段僅有零星文獻(xiàn)成果，各年份刊文數(shù)量均低于10 篇，且尚無智能建筑相關(guān)規(guī)范發(fā)布，核心關(guān)鍵詞即“智能建筑”本身。此時(shí)智能建筑領(lǐng)域尚處于起步狀態(tài)，依賴國(guó)外技術(shù)，缺乏必要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和管理調(diào)控[10]。

（2） 1996～2008 年，快速增長(zhǎng)階段。

關(guān)注度持續(xù)提升，發(fā)文平均年增長(zhǎng)量約40 篇，且伴隨發(fā)文量的快速增長(zhǎng)許多新興關(guān)鍵詞陸續(xù)出現(xiàn)。從圖譜連線關(guān)系來看，該階段連線密度較大，關(guān)鍵詞之間均有前后關(guān)聯(lián)，表明相關(guān)概念在不斷拓展，新舊研究有所延續(xù)。與此同時(shí)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制與頒布，進(jìn)一步規(guī)范了我國(guó)智能建筑市場(chǎng)，政府對(duì)智能建筑發(fā)展給予了積極支持。

（3） 2009 年至現(xiàn)在，穩(wěn)定高產(chǎn)階段。

此階段持續(xù)保持高發(fā)文量，年均發(fā)文476篇，其中2016 年發(fā)文量達(dá)到了歷史最高的552 篇。由圖可見，高頻次新興關(guān)鍵詞相比前一階段明顯減少，僅篩選出“BIM”、“智慧建筑”和“智慧城市”，新興技術(shù)與研究熱點(diǎn)尚未實(shí)現(xiàn)大量文獻(xiàn)成果的轉(zhuǎn)化。但在此期間，新的智能建筑相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不斷推出，也有如《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)得到更新，表明國(guó)內(nèi)對(duì)智能建筑領(lǐng)域的研究更加系統(tǒng)和完善。

2.3 國(guó)內(nèi)環(huán)境智能建筑領(lǐng)域研究演進(jìn)

（1） 對(duì)智能建筑領(lǐng)域研究的承接。在關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜分析中，以環(huán)境智能建筑（智能建筑）為主題詞的相關(guān)文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)，其數(shù)量為698（1 136），連線數(shù)量1 230（2 984），頻次超過10（50）的關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜可視化呈現(xiàn)如圖3。環(huán)境智能建筑作為環(huán)境、智能、建筑的集成領(lǐng)域，在知識(shí)圖譜中展現(xiàn)了與智能建筑領(lǐng)域較強(qiáng)的詞類相似性。但整體上，單一詞元共現(xiàn)頻次較低，除綠色、節(jié)能、可持續(xù)、生態(tài)等兩者數(shù)據(jù)庫共通關(guān)鍵詞外，該研究領(lǐng)域特質(zhì)關(guān)鍵詞尚未突現(xiàn)。另一方面，聚類分析算法可大體呈現(xiàn)特定關(guān)鍵詞之間的核心主題與整個(gè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究范式[11]。圖4 可見智能建筑領(lǐng)域的主要聚類分布，可持續(xù)發(fā)展與系統(tǒng)集成兩種聚類呈現(xiàn)出當(dāng)前最主要的兩類研究方向，前者聚焦建筑環(huán)境性能，后者關(guān)注建筑技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與整合。

圖3 高頻關(guān)鍵詞分布圖

圖4 智能建筑關(guān)鍵詞聚類圖譜分析

（2） 近年國(guó)內(nèi)研究興起。在Kleinberg突變檢測(cè)算法下，通過設(shè)定突現(xiàn)時(shí)間為至少持續(xù)2 年，得到智能建筑領(lǐng)域一共143 個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞，其平均突現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)為6.28年。雖然節(jié)能、智能綠色建筑的熱潮在突現(xiàn)強(qiáng)度、突現(xiàn)時(shí)長(zhǎng)等方面均不是智能建筑領(lǐng)域最為顯著的，但近三年的發(fā)文量呈現(xiàn)出更顯著的增長(zhǎng)，反映出環(huán)境智能建筑成為新興研究熱點(diǎn)的潛力。

（3） 國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀?；诎l(fā)文機(jī)構(gòu)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析有助于呈現(xiàn)不同單位之間的發(fā)文合作情況。共現(xiàn)頻次最多的是清華大學(xué)建筑學(xué)院，發(fā)文11 篇，其次是中國(guó)建筑科學(xué)研究院和同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，分別為9 篇和8 篇，這些機(jī)構(gòu)在我國(guó)環(huán)境智能建筑研究領(lǐng)域具有代表性作用。如圖5 顯示，圖譜結(jié)構(gòu)總體上比較松散，密度不高，各單位保持相對(duì)獨(dú)立，且以高校為研究主體，尚未呈現(xiàn)普遍的多主體的合作模式，說明實(shí)踐層面還有所欠缺。

圖5 核心研究機(jī)構(gòu)分布圖

3 國(guó)內(nèi)環(huán)境智能建筑領(lǐng)域研究熱點(diǎn)

3.1 國(guó)內(nèi)學(xué)者前沿研究

筆者曾于2018 年綜合梳理國(guó)際范圍內(nèi)環(huán)境智能建筑的前沿研究，從數(shù)據(jù)、環(huán)境、智能、知覺、實(shí)踐等方面試圖描繪環(huán)境智能建筑的雛形。近年來，許多國(guó)內(nèi)科研院校正成為環(huán)境智能建筑領(lǐng)域的前沿陣地，已逐步形成跨領(lǐng)域融合、多主體整合、全過程實(shí)踐的研究環(huán)境。國(guó)內(nèi)研究主體聚焦于環(huán)境舒適與建筑節(jié)能減排方面，將人工智能與人工環(huán)境工程、性能預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)、建筑自動(dòng)化、綠色建筑結(jié)合，推動(dòng)國(guó)內(nèi)建筑環(huán)境基礎(chǔ)理論迭代更新；數(shù)字建筑生成設(shè)計(jì)與智能建造方面，探索數(shù)字化、智能化的設(shè)計(jì)建造協(xié)同與實(shí)踐范式轉(zhuǎn)向；環(huán)境性能優(yōu)化與綠色建筑設(shè)計(jì)方面，推動(dòng)設(shè)計(jì)理念與方法的重塑。總的來看，通過響應(yīng)感知、數(shù)據(jù)集成、算法決策和系統(tǒng)協(xié)同，環(huán)境智能滲透于建筑研究、設(shè)計(jì)、實(shí)踐的方方面面，國(guó)內(nèi)學(xué)者與國(guó)際科研實(shí)踐持續(xù)合作交流，環(huán)境智能建筑或?qū)榻ㄖO(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來新的范式革命。

3.2 基于文獻(xiàn)計(jì)量的研究熱點(diǎn)分析

環(huán)境智能建筑不同子領(lǐng)域之間學(xué)科交叉形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，相互關(guān)聯(lián)延伸，呈現(xiàn)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有機(jī)整體原則。智能建筑、綠色建筑、智能化等關(guān)鍵詞在環(huán)境智能建筑領(lǐng)域具有較高曝光度，但除此之外沒有其他的高頻關(guān)鍵詞具有同等規(guī)模的普遍聯(lián)系，整體發(fā)文量、關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次與連線量均較少，且從詞義表達(dá)上其實(shí)踐性強(qiáng)于理論性。同時(shí)，國(guó)內(nèi)學(xué)者的前沿研究并未在文獻(xiàn)計(jì)量分析中得到充分呈現(xiàn)，以上均表明文獻(xiàn)成果尚待轉(zhuǎn)化，環(huán)境智能建筑的核心研究領(lǐng)域仍待挖掘。

從關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)顏色所反映的時(shí)間分布特征來看，近年仍不斷有學(xué)術(shù)文獻(xiàn)得到發(fā)表，且陸續(xù)有新興的突現(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)，與先前研究有所承接，反映了研究熱點(diǎn)的延續(xù)與迭代更新。然而需承認(rèn)的是，高新技術(shù)的進(jìn)步顯著優(yōu)先于滯后的建筑學(xué)學(xué)科發(fā)展，這將帶來創(chuàng)新力的建筑學(xué)范式革命[12]。

4 結(jié)語

通過國(guó)內(nèi)外前沿研究梳理與文獻(xiàn)計(jì)量分析，國(guó)內(nèi)環(huán)境智能建筑領(lǐng)域的演進(jìn)脈絡(luò)、現(xiàn)狀、熱點(diǎn)與未來逐漸清晰，作為交叉學(xué)科研究的潛力已初步展現(xiàn)，從理論話語、技術(shù)體系、設(shè)計(jì)實(shí)踐試圖重構(gòu)環(huán)境、人與建筑的復(fù)合關(guān)系。伴隨在全世界卷起的人工智能風(fēng)暴，環(huán)境智能建筑的提出不僅僅是技術(shù)維度的應(yīng)用革新，更是對(duì)環(huán)境議題、人本健康、與建筑本體社會(huì)責(zé)任的全新回應(yīng)。