智能化住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究

■周嘉鳴，張 超 Zhou Jiaming & Zhang Chao

(五邑大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東江門(mén) 529020）

隨著智能化設(shè)計(jì)的加入不斷推動(dòng)著各行業(yè)領(lǐng)域合作與協(xié)同發(fā)展。在住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)中，智能化設(shè)計(jì)促進(jìn)多個(gè)行業(yè)最新成果進(jìn)行整合，比如家電行業(yè)與移動(dòng)設(shè)備行業(yè)參與智能家居設(shè)計(jì)，完善室內(nèi)設(shè)計(jì)功能、形式與技術(shù)的總體性協(xié)調(diào)。智能家居產(chǎn)業(yè)鏈的參與行業(yè)逐漸增多，設(shè)計(jì)的智能家居應(yīng)用功能日益豐富，用戶在住宅智能化設(shè)計(jì)中體驗(yàn)到舒適、安全、便捷和高效的生活環(huán)境。

1 住宅智能化設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能家居產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居功能不斷豐富和完善，主要參與行業(yè)分為智能家具、智能家電、智能硬件、安防控制設(shè)備、云計(jì)算平臺(tái)和軟件系統(tǒng)等（圖1）。而這些行業(yè)所形成的產(chǎn)業(yè)鏈又具體分為硬件元器件的產(chǎn)業(yè)鏈上游、智能家居平臺(tái)的產(chǎn)業(yè)鏈中游和智能家居成品供應(yīng)商的產(chǎn)業(yè)鏈下游。智能硬件行業(yè)進(jìn)行各類(lèi)芯片、通信模塊、傳感器等智能家居核心零部件的生產(chǎn)，形成了產(chǎn)業(yè)鏈上游；中游主要指智能家居系統(tǒng)提供商，提供智能家居系統(tǒng)等相關(guān)軟件方面的解決方案，具體包括華為鴻蒙平臺(tái)、阿里云的云服務(wù)平臺(tái)、U+智慧生活平臺(tái)等軟件設(shè)計(jì)行業(yè)；下游主要包括智能家居設(shè)備商和相關(guān)智能產(chǎn)品生產(chǎn)商。部分傳統(tǒng)家電企業(yè)為順應(yīng)智能化趨勢(shì)進(jìn)行了轉(zhuǎn)型，在產(chǎn)業(yè)鏈中游和下游進(jìn)行了布局[1]。

1.2 智能家居操作方式的創(chuàng)新

智能家居在操作方式方面進(jìn)行了創(chuàng)新，包括語(yǔ)音操作和屏幕觸控等交互方式是當(dāng)前智能家居吸引消費(fèi)者的亮點(diǎn)之一。智能家居的用戶群體在不斷擴(kuò)大，操作方式的改變也優(yōu)化了用戶在住宅室內(nèi)環(huán)境的場(chǎng)景體驗(yàn)，用戶的生活品質(zhì)得到提升。

近年來(lái)計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)行業(yè)在智能家居系統(tǒng)加大研發(fā)投入，推動(dòng)智能家居遠(yuǎn)程控制方式升級(jí)進(jìn)步，在設(shè)備與主機(jī)、設(shè)備與設(shè)備之間使用基于Zigbee、Z-Wave、RF等無(wú)線連接方式，解決智能家居在控制距離上的問(wèn)題。比如一部手機(jī)就可以控制整個(gè)住宅內(nèi)所有電子產(chǎn)品，根據(jù)需要開(kāi)啟或關(guān)閉家中電燈等設(shè)備。在不同場(chǎng)景下，用戶能夠主動(dòng)控制環(huán)境氛圍的營(yíng)造并進(jìn)行差異化定制，進(jìn)行多種場(chǎng)景模式下的方案應(yīng)用[2]。

1.3 基于大數(shù)據(jù)的住宅智能化設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)（big data），是指大規(guī)模數(shù)據(jù)的集合。大數(shù)據(jù)的“規(guī)模”不止擁有龐大的數(shù)據(jù)量，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種類(lèi)繁多。隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)大數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了技術(shù)變革，設(shè)計(jì)師開(kāi)始重視大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，在智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)中打造更好的產(chǎn)品體驗(yàn)[3]。

■圖1 智能家居產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

■圖2 智能安防系統(tǒng)示意圖

對(duì)用戶在住宅使用過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，在保證用戶隱私前提下，大數(shù)據(jù)分析后反饋給設(shè)計(jì)師，幫助設(shè)計(jì)師理解用戶各類(lèi)需求。海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、挖掘及分析展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展前景，在住宅智能化設(shè)計(jì)中，大數(shù)據(jù)技術(shù)是其服務(wù)設(shè)計(jì)的延伸，以用戶體驗(yàn)為中心，結(jié)合住宅中各類(lèi)智能產(chǎn)品，讓“家”更加自動(dòng)化、智能化，定制應(yīng)用于專門(mén)需求的住宅環(huán)境。

2 住宅智能化的應(yīng)用分析

2.1 交互性應(yīng)用

智能化住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)的交互性應(yīng)用是更加突出的，通過(guò)智能家居控制系統(tǒng)，居住者可以突破空間距離的限制，進(jìn)行多個(gè)智能設(shè)備的內(nèi)容交流與互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能家居的互動(dòng)模式。比如根據(jù)需要控制智能窗簾，調(diào)節(jié)室內(nèi)光線強(qiáng)度；控制智能桌椅的移動(dòng)，釋放住宅室內(nèi)空間，為用戶健身需求打造運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地[4]。

智能化住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)的交互性應(yīng)用主要包括，空間與人的互動(dòng)、空間與外部環(huán)境的互動(dòng)。在技術(shù)條件上，用戶通過(guò)智能設(shè)備的控制，配合當(dāng)前的空間環(huán)境，在感官系統(tǒng)和空間虛擬手段下進(jìn)行心理和身體的互動(dòng)，增強(qiáng)空間體驗(yàn)感。智能化住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)通過(guò)智能系統(tǒng)和各類(lèi)傳感器，在空間與人之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息傳遞，根據(jù)用戶所設(shè)定的程序和環(huán)境實(shí)時(shí)反饋，特別是空間中所處人的生理情緒、表情特征、體表溫度、動(dòng)作節(jié)奏、心跳快慢等生理信號(hào)與智能空間進(jìn)行程序匹配，建立使用者與空間的互動(dòng)關(guān)系，使空間各項(xiàng)指標(biāo)保持設(shè)定好的狀態(tài)[5-6]。

2.2 空間功能轉(zhuǎn)換應(yīng)用

在小戶型住宅的居住空間中，往往因空間容量受限與空間體驗(yàn)的限制條件，無(wú)法在空間中布置過(guò)多的家具等硬件設(shè)備。而用戶有追求美好生活體驗(yàn)的意愿，需要打造一個(gè)多功能、多用途的空間環(huán)境。在小戶型住宅中充分利用智能家居的多功能模塊特性，完成住宅中多個(gè)空間功能的重疊，解決用戶的體驗(yàn)需求[7-8]。

智能家居在住宅智能化設(shè)計(jì)中搭建了不同的功能模塊，通過(guò)用戶的不同需要、不同使用場(chǎng)景，特別是當(dāng)代年輕人所追求的創(chuàng)意造型與藝術(shù)環(huán)境，在面對(duì)不同時(shí)段、不同對(duì)象、不同氛圍等條件下，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，為智能家居的使用者挖掘更多價(jià)值與樂(lè)趣。在住宅智能化設(shè)計(jì)中，作為家居核心區(qū)域的起居室，一般是家庭團(tuán)聚、接待來(lái)賓的區(qū)域，在此基礎(chǔ)上，起居室還可以擁有更多的分區(qū)功能，比如居家辦公、家庭娛樂(lè)、兒童學(xué)習(xí)、家庭健身等額外功能，這些功能需求在小戶型住宅空間的功能上會(huì)造成部分沖突，住宅設(shè)計(jì)者在這些問(wèn)題上可以充分考慮好空間隔斷與智能家居多功能特性，巧妙設(shè)計(jì)出滿足用戶生活體驗(yàn)的智能環(huán)境[9]。

2.3 家庭安全應(yīng)用

對(duì)現(xiàn)代住宅而言，除了要確保住宅在室內(nèi)外設(shè)計(jì)上具有良好的使用性能與美學(xué)外觀之外，還應(yīng)當(dāng)保障住宅安全。住宅室內(nèi)進(jìn)行智能安防系統(tǒng)的應(yīng)用（圖2），能夠使家庭安全處于長(zhǎng)期的預(yù)警狀態(tài)。家庭安全是需要應(yīng)對(duì)多方面的危險(xiǎn)因素，比如煙霧探測(cè)器預(yù)防住宅火災(zāi)的發(fā)生，紅外探測(cè)器在住宅主要的出入口預(yù)防盜竊事件，智能攝像頭有助于用戶時(shí)刻了解家中情況和家庭成員的活動(dòng)。這些智能安防設(shè)備相互協(xié)同，快速向用戶提供住宅信息，方便了人們的生活，使家庭安全得到更全面的保障[10]。

2.4 綠色低能耗應(yīng)用

住宅智能化設(shè)計(jì)具有的靈活性、可持續(xù)性以及自動(dòng)化能力，實(shí)現(xiàn)家電等設(shè)備精確控制，還可以通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到住宅的耗能降低甚至零耗能，為綠色健康住宅的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。當(dāng)前的住宅室內(nèi)設(shè)計(jì)，需要在不降低居住者的生活質(zhì)量前提下，開(kāi)始為世界降低碳排量的目標(biāo)進(jìn)行努力。

住宅智能化設(shè)計(jì)可以引入太陽(yáng)能與建筑一體化熱水系統(tǒng)，充分利用建筑周邊的可再生能源資源，減少對(duì)火力發(fā)電、煤炭、燃?xì)獾炔豢稍偕Y源的依賴。智能窗戶和智能窗簾對(duì)住宅合理利用自然光起到極大幫助，有效減少對(duì)人工燈光的使用頻率和時(shí)長(zhǎng)。智能家居中的通風(fēng)系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)熱環(huán)境等條件，為用戶提供合適溫度與濕度的住宅環(huán)境，同時(shí)又避免熱量的浪費(fèi)，為家庭能源節(jié)約使用提供一種可行的方案[11]。

3 住宅智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 AIOT技術(shù)的應(yīng)用

AIOT技術(shù)是人工智能技術(shù)（AI）與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IOT）在智能家居發(fā)展過(guò)程中的融合，結(jié)合當(dāng)前5G技術(shù)的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)將會(huì)更加智能化和人性化，技術(shù)升級(jí)促使設(shè)備密度降低與傳感器數(shù)量減少，不影響智能家居的服務(wù)質(zhì)量，有效降低營(yíng)運(yùn)成本，在住宅智能化系統(tǒng)壽命周期中取得成本和收益的平衡。

在AIOT技術(shù)支持下的智能家居系統(tǒng)，可根據(jù)用戶行為、用戶習(xí)慣、環(huán)境場(chǎng)景等各類(lèi)信息，具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自判斷能力的主動(dòng)智能，在運(yùn)行時(shí)提前詢問(wèn)用戶，面對(duì)復(fù)雜的自動(dòng)化操作和場(chǎng)景可以通過(guò)學(xué)習(xí)進(jìn)行記憶，在系統(tǒng)認(rèn)證后具備判斷用戶身份的能力，為特定身份用戶提供定制化服務(wù)，完全形成以用戶為中心的智慧家庭模式[12]。

3.2 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

智能家居的逐漸普及和用戶不斷提出的個(gè)性需求，不同智能家居平臺(tái)之間的產(chǎn)品各有其優(yōu)勢(shì)，但是不同商家產(chǎn)品組件的互聯(lián)互通對(duì)比市場(chǎng)需求和技術(shù)條件明顯滯后，這就需要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)盡快完善，建立跨平臺(tái)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)產(chǎn)品之間的相互配合。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，不同智能家居平臺(tái)對(duì)于組件互聯(lián)互通的研究方向是必然的；短期來(lái)看，這也成為智能家居功能互相補(bǔ)充的研究熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在互聯(lián)互通的前期可能會(huì)存在一些磨合，用戶在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，但這個(gè)趨勢(shì)是不會(huì)改變的，構(gòu)建比較完善的互聯(lián)互通體系，是向真正“全屋智能”前進(jìn)的方向[13]。

3.3 智能材料的應(yīng)用

■圖3 智能調(diào)光玻璃的應(yīng)

■圖4 智能魔鏡在衛(wèi)浴空間中的應(yīng)用

■圖5 智能床具的自動(dòng)感應(yīng)照明服務(wù)

住宅在施工建造過(guò)程中運(yùn)用智能材料，即結(jié)合了智能傳感、驅(qū)動(dòng)、修復(fù)、控制等多種功能的建筑材料。比如應(yīng)用于防范火災(zāi)，與火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)相聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控室內(nèi)氣體、磁場(chǎng)變化和環(huán)境熱量的智能材料；可反饋更多信息給智能系統(tǒng)主機(jī)的感光材料；實(shí)現(xiàn)智能生態(tài)的混凝土，所建成的墻壁可以在實(shí)現(xiàn)零耗能的情況下自動(dòng)調(diào)節(jié)濕度，具有極好的透水性和透氣性，避免住宅室內(nèi)密封性過(guò)高引起的悶熱現(xiàn)象，還可以有效抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)，緩解住宅室內(nèi)發(fā)霉等現(xiàn)象；住宅內(nèi)使用的智能調(diào)光玻璃（圖3），根據(jù)天氣和溫度的變化來(lái)調(diào)節(jié)自身透光能力，有效滿足住宅節(jié)能降耗的需求。

3.4 智能場(chǎng)景的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用，為家電產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)化、智能化方面的升級(jí)，住宅中主要通過(guò)客戶端、服務(wù)主機(jī)和通信線路，實(shí)現(xiàn)家電的集中遠(yuǎn)程控制。大部分家用電器的智能化和自動(dòng)程序化，客觀上減少人為操作，提升了家庭生活品質(zhì)。家電行業(yè)已經(jīng)走過(guò)以產(chǎn)品為中心的單品智能階段，期間培養(yǎng)了用戶對(duì)智能產(chǎn)品的認(rèn)可度。單一產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化存在不足，比如智能窗簾產(chǎn)品，需要用戶的操作才能進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉，但在下一階段構(gòu)建場(chǎng)景模式后，可以根據(jù)室內(nèi)光照和溫度等條件，實(shí)現(xiàn)在智能系統(tǒng)操縱下自動(dòng)化運(yùn)行。近年智能家居企業(yè)在互聯(lián)智能階段大力進(jìn)行摸索，以場(chǎng)景為中心，發(fā)展一套完整的智能環(huán)境系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)家電協(xié)同后為人們提供便利的智慧生活。比如浴室中的智能魔鏡（圖4），不僅提供信息服務(wù)，還可以操縱住宅中不同空間的智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能家庭在多個(gè)場(chǎng)景模式的轉(zhuǎn)化。在此階段的發(fā)展過(guò)程中，技術(shù)進(jìn)步和智能家居生態(tài)能力是不可缺少的，而且所有智能家電企業(yè)之間應(yīng)該實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互通，為智能家居生態(tài)體系的構(gòu)建掃清障礙[14]。

智能家居行業(yè)還對(duì)下一階段進(jìn)行了規(guī)劃，即實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的智慧家庭階段，人工智能技術(shù)的大規(guī)模推廣將使住宅智能化設(shè)計(jì)的交互方式與執(zhí)行能力得到提高，還有太陽(yáng)能監(jiān)管等節(jié)能系統(tǒng)的加入，有助于未來(lái)發(fā)展成綠色節(jié)能的可持續(xù)住宅。

3.5 智能家具服務(wù)升級(jí)

智能家具是根據(jù)家具自身使用功能和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，打破傳統(tǒng)家具較單一的使用方式，整合了人工智能技術(shù)與不同的功能模塊，為用戶打造特定場(chǎng)景環(huán)境中舒適便捷和個(gè)性化體驗(yàn)。通過(guò)智能家居系統(tǒng)的融入，不同功能模塊的組合支持下，智能家具擁有了多樣化、人性化和智能化，針對(duì)不同人群需求定制個(gè)性化服務(wù)。例如在臥室的應(yīng)用場(chǎng)景中，智能床具、智能床頭柜主要提供給用戶睡眠和睡前閱讀的需求[15]。結(jié)合傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為用戶睡眠期間的持續(xù)心率情況、翻身次數(shù)頻率等進(jìn)行記錄，上傳健康數(shù)據(jù)到用戶移動(dòng)端并反饋建議[16]。如果用戶在夜間起身，特別是行動(dòng)不便的人群，臥室中智能床具擁有自動(dòng)感應(yīng)能力（圖5），根據(jù)客戶情況提供夜間照明服務(wù)。在智能化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)下，針對(duì)用戶每日手機(jī)等設(shè)備的充電需求，智能家具開(kāi)始集成智能升降插座和無(wú)線充電模塊，為用戶的生活提供便利[17-18]。

4 結(jié)語(yǔ)

住宅智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展中，不斷滿足居住者各類(lèi)需求，在生活中增添許多樂(lè)趣與幫助，打造舒適溫馨的家庭環(huán)境。隨著5G時(shí)代的到來(lái)和智能家居的深入發(fā)展，場(chǎng)景模式的不斷改進(jìn)和完善，以用戶為中心的智慧家庭必然真正實(shí)現(xiàn)，當(dāng)代住宅可持續(xù)發(fā)展道路將呈現(xiàn)在我們眼前。