新一代智慧建筑關(guān)鍵技術(shù)的研究

劉暢+付保川

摘 要 通過(guò)對(duì)新一代關(guān)鍵技術(shù)的分析，討論了基于這些關(guān)鍵技術(shù)的智慧建筑系統(tǒng)，利用這些關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑物理系統(tǒng)與人、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用、服務(wù)系統(tǒng)緊密耦合，使智慧建筑具備感知、記憶、判斷和決策等綜合智慧能力，成為一個(gè)具有感知和永遠(yuǎn)在線(xiàn)的“生命體”、一個(gè)擁有大腦的自進(jìn)化智慧平臺(tái)、一個(gè)人機(jī)物深度融合的開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)，從而有效地實(shí)現(xiàn)空間管理、能源管理、設(shè)備管理等功能。

關(guān)鍵詞 智慧建筑；緊密耦合；自進(jìn)化

中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）204-0077-02

1 概述

智慧建筑自20世紀(jì)80年代被提出以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人類(lèi)思想與需求的演變，建筑的智慧化程度也在不斷發(fā)生變化，經(jīng)歷了由傳統(tǒng)建筑到智能建筑再到智慧建筑的發(fā)展歷程。在智能建筑階段初期，研究者對(duì)智能建筑的定義側(cè)重于技術(shù)要素，強(qiáng)調(diào)信息通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等方面與傳統(tǒng)建筑的結(jié)合。進(jìn)入21世紀(jì)以后，對(duì)智慧建筑發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)不再局限于技術(shù)要素，而是逐漸轉(zhuǎn)向節(jié)能環(huán)保和用戶(hù)體驗(yàn)等方面，新一代智慧建筑絕不是各類(lèi)技術(shù)的簡(jiǎn)單堆砌和連接，而是以人為本，人機(jī)協(xié)同，自動(dòng)學(xué)習(xí)，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，使智慧建筑具備“自學(xué)習(xí)能力”，可為建筑用戶(hù)提供多樣的、個(gè)性化、精準(zhǔn)化的服務(wù)，智慧建筑也將改變目前建筑建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、使用過(guò)程中的粗放現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)建筑管理的精準(zhǔn)化與全面化。

發(fā)展新一代綠色智慧建筑是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展和信息技術(shù)發(fā)展的需要，是我國(guó)提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略選擇。城市是由建筑物組成的，如沒(méi)有建成大量的智慧建筑，則智慧城市不可能落地。近年來(lái)“環(huán)境友好”“綠色節(jié)能”“以人為本”“用戶(hù)響應(yīng)”“可持續(xù)發(fā)展”等名詞越來(lái)越受到智慧建筑研究者的重視，通過(guò)各種嵌入式傳感器、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）[1]、數(shù)據(jù)挖掘與分析、人工智能等技術(shù)創(chuàng)新，提高建筑的整體智慧和“自適應(yīng)與學(xué)習(xí)能力”成為智慧建筑的重要發(fā)展趨勢(shì)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 人工智能（AI）技術(shù)

智慧建筑具有“自學(xué)習(xí)能力”，其行為模式類(lèi)似于人類(lèi)行為。智慧建筑需要獲取實(shí)時(shí)外界環(huán)境與人員行為信息，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與模式挖掘，不斷調(diào)整自身屬性。智慧建筑不再需要人為設(shè)置，而是能夠像人一樣自動(dòng)感知一切建筑環(huán)境，不斷挖掘有用信息并做出響應(yīng)。隨著近年來(lái)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及人工智能算法研究的不斷成熟，使得智慧建筑的“自學(xué)習(xí)能力”成為可能。在智慧建筑行為模式中，將建筑內(nèi)的所有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)都集中到云計(jì)算平臺(tái)上，通過(guò)基于大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)的智慧建筑大腦將所有系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間智慧的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。深度強(qiáng)化[2]學(xué)習(xí)在智慧建筑的建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，它能夠基于初期數(shù)據(jù)挖掘成果，對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、用戶(hù)體驗(yàn)等各方面出現(xiàn)的各類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行快速建模，完成智慧建筑從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集展示向敏銳感知、深度洞察與實(shí)時(shí)綜合決策的智慧化階段發(fā)展。

2.2 云計(jì)算與大數(shù)據(jù)平臺(tái)

智慧建筑需要實(shí)時(shí)處理建筑內(nèi)部不同智能系統(tǒng)在不同時(shí)間采集的海量數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、拆分、分析與挖掘，同時(shí)隨著智慧建筑提供的服務(wù)更加個(gè)性化，其所需的數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)復(fù)雜性都會(huì)不斷提升。原來(lái)的本地部署方式已無(wú)法滿(mǎn)足這種海量的需求，這就需要具有動(dòng)態(tài)伸縮的存儲(chǔ)資源與大規(guī)模并行計(jì)算能力的云計(jì)算平臺(tái)作為支撐。云計(jì)算的核心技術(shù)包括分布式計(jì)算、分布式存儲(chǔ)、應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的管理技術(shù)、虛擬化技術(shù)等[3]。云計(jì)算的成功應(yīng)用不僅能夠解決綠色智慧建筑內(nèi)部的計(jì)算資源需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑與建筑之間的互聯(lián)，推動(dòng)城市云端服務(wù)的共享，更進(jìn)一步地推動(dòng)智慧城市的發(fā)展。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)涉及包括城市管理、智能家居、物流管理、食品安全控制、零售、醫(yī)療、安全等在內(nèi)的眾多領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，無(wú)論是定位技術(shù)，還是物物互聯(lián)或其他技術(shù)，都能應(yīng)用于未來(lái)的智慧建筑發(fā)展中。隨著數(shù)據(jù)技術(shù)（DT）時(shí)代的到來(lái)，加之物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)的突破，Lora、NB-IOT、5G等標(biāo)準(zhǔn)不斷深化成熟[4]，將有海量的傳感設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)普遍連接，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，最終形成更加智慧的群體智能。隨著科技的進(jìn)步，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，傳感器也會(huì)向著低價(jià)和高性能方向發(fā)展，同時(shí)，傳感器也將越來(lái)越智能化與微型化。在未來(lái)綠色智慧建筑中，傳感器將無(wú)處不在，時(shí)時(shí)刻刻監(jiān)測(cè)著建筑中的各種信息。這些豐富多樣的傳感器將賦予建筑卓越的感知能力，并通過(guò)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，提供更加智能的服務(wù)。

2.4 新能源技術(shù)

隨著科技發(fā)展，眾多新能源技術(shù)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能等，已日漸趨于成本低廉化、技術(shù)成熟化以及在未來(lái)的普及化，加之國(guó)家政策對(duì)新能源推廣的扶持，新能源技術(shù)對(duì)能源行業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生著越來(lái)越重要的影響。近年來(lái)，發(fā)電方式也逐漸從集中式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹?，太?yáng)能面板、風(fēng)機(jī)等走進(jìn)城市，智慧建筑的綠色環(huán)保也不再局限于其本身，而被賦予“可持續(xù)發(fā)展”[4]的新概念，智慧建筑能在一定程度上實(shí)現(xiàn)能源的自給自足，甚至產(chǎn)生多余能源，成為分布式能源網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)新節(jié)點(diǎn)。另一方面，隨著數(shù)據(jù)技術(shù)（DT）時(shí)代的到來(lái)，大數(shù)據(jù)正在成為一種能夠產(chǎn)生生產(chǎn)力的“新能源”，它能為我們不斷帶來(lái)新的洞察與認(rèn)知，而綠色智慧建筑正是這種“新能源”產(chǎn)生的重要場(chǎng)所[5]。

基于現(xiàn)代技術(shù)的智慧建筑系統(tǒng)將整合和優(yōu)化每一個(gè)建筑和建筑群的物理和數(shù)字基礎(chǔ)框架實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的可視化操作和智能控制，建造更加經(jīng)濟(jì)、合理、高效的設(shè)施。通過(guò)采取各種措施減少能耗、優(yōu)化空間使用、提高運(yùn)營(yíng)效益?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著創(chuàng)新技術(shù)蓬勃發(fā)展，投資者迅速聚焦，加之國(guó)家政府的關(guān)注，一個(gè)綠色、安全、高度智能的智慧建筑已不再是遙遠(yuǎn)的構(gòu)想。

參考文獻(xiàn)

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