關于綠色智能建筑設計的分析

陳 琨

（甘肅工程建設監(jiān)理有限公司，甘肅 蘭州 730030）

21 世紀，當社會進步與發(fā)展為人們帶來了便捷的生活時，能源危機也隨之悄然而至，除工業(yè)與交通兩大能耗殺手之外，建筑能耗已經躍居能源消耗的首位，成為最大的能耗黑洞，中國建筑走向綠色節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展之路已經成為必然。與此同時，當科技發(fā)展帶來新一輪信息技術革命時，將先進信息技術融合、集成于一體的智能化技術使建筑更加具有人性化、智慧化，進而創(chuàng)造更安全舒適、優(yōu)質便利、節(jié)能環(huán)保的建筑使用空間，實現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。因此，綠色智能化建筑設計將成為未來建筑發(fā)展的主要方向。

1 綠色智能建筑概述

綠色建筑是指在建筑全生命周期中各個環(huán)節(jié)，最大程度地實現(xiàn)建筑節(jié)能降耗，同時有效保護生態(tài)環(huán)境，降低各類環(huán)境污染，為人們提供生態(tài)、健康、宜居的居住環(huán)境，達到建筑與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。智能建筑則是指通過將建筑與通信、計算機網絡、監(jiān)控等各類先進技術相互融合、集成于一體實現(xiàn)建筑整體最優(yōu)化，具有社會高度自控、信息科學管理、服務優(yōu)質高效、使用靈活、環(huán)境安全舒適等優(yōu)勢特點。綠色智能建筑則集合了綠色建筑的節(jié)能降耗、生態(tài)宜居與智能建筑的安全舒適、優(yōu)質便捷的優(yōu)勢，是未來建筑可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢[1]。

舉例來說，在建筑照明中，利用智能化技術可以實現(xiàn)在不同空間需求提供相應照明效果。例如，在照度要求較高的辦公場所中，智能系統(tǒng)能夠根據室內光感應自動開燈，或者根據室外太陽炫光自動遮陽。這樣一來，既可以實現(xiàn)建筑照明能源利用率最大化，又能夠為使用者提供最佳的居住體驗。在全球能源緊張的驅使下，以智能化技術驅動建筑節(jié)能必然是未來建筑行業(yè)乃至城市規(guī)劃的發(fā)展方向。

20 世紀90 年代，我國智能建筑進入起步發(fā)展階段，至今已取得了巨大成就。但是，相較于國外西方發(fā)達國家，我國智能建筑起步較晚，在發(fā)展水平和理念以及軟硬件設備條件方面仍舊存在較大差距。因此，加強對綠色智能建筑設計的實踐研究，是當前建筑行業(yè)發(fā)展的重要課題。

2 綠色智能建筑設計的基本原則

2.1 節(jié)能環(huán)保原則

綠色智能建筑設計的根本要求是以綠色節(jié)能為基點，利用智能化技術，在提升建筑宜居性的同時，最大限度降低建筑能耗與對環(huán)境的破壞。因此，綠色智能建筑設計首先必須要遵循節(jié)能環(huán)保原則，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，打造綠色科學、經濟環(huán)保、優(yōu)質高效的現(xiàn)代建筑。

2.2 功能性原則

建筑主要功能是為人們提供居住和生活服務，隨著人們生活品質不斷提升，對建筑功能需求也不斷提高。綠色智能建筑設計要求遵循功能性原則，利用智能化基礎，在保證傳統(tǒng)建筑功能基礎上，實現(xiàn)進一步優(yōu)化，并且通過為使用者提供全方位信息交換功能，加強電氣、照明等各方面控制，從而實現(xiàn)既定目標。在操作方面，綠色智能建筑要能夠為使用者創(chuàng)造更加便捷的生活方式和舒適體驗、經濟適用的家居控制手段，降低無用的能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能目的；在結構方面，利用智能化技術能夠簡化建筑內部產品安裝布局，并且形成更加完善的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)居住環(huán)境的有效改造。

2.3 經濟性原則

建筑行業(yè)作為資金密集型行業(yè)，在綠色智能建筑設計中，還需要關注建筑投入成本，通過合理設計建筑區(qū)位、規(guī)模，從而實現(xiàn)經濟效益的最優(yōu)化，實現(xiàn)社會效益、環(huán)境效益與經濟效益相統(tǒng)一。一方面，區(qū)位設計是建筑設計的關鍵環(huán)節(jié)，綠色智能建筑設計應當關注建筑物周邊設施建設的健全性、周邊物理環(huán)境適應性等，滿足綠色智能建筑區(qū)位設計要求，提高建筑整體效果，從而提高建筑宜居性；另一方面，在建筑規(guī)模設計上要充分考慮規(guī)模效益，建筑規(guī)模并非越大越好，而是以建筑使用效率最大化為基礎，合理確定建筑規(guī)模，實現(xiàn)規(guī)模效益，兼顧建筑的實用性和經濟性。

3 綠色智能建筑設計的關鍵點

3.1 智能照明系統(tǒng)設計

建筑照明系統(tǒng)是建筑能耗中的重要內容，是綠色建筑設計必須關注的重點。利用智能技術進行照明系統(tǒng)設計，要求堅持綠色節(jié)能設計原則。在照明設備選擇方面要求以節(jié)能設備為主，加大對照明設備光源品質選擇的關注度，有效控制照明耗電量，并且提高照明效果；在照明系統(tǒng)開關控制方面，利用智能技術可以實現(xiàn)光控與聲控相結合的方式，合理設計控制照明，降低無用能耗損失。例如，利用ibus 智能控制系統(tǒng)進行照明控制設計，該系統(tǒng)能夠最大限度利用自然光，以系統(tǒng)中加設的采光井，結合使用透光率大的門窗，可以有效控制照明能耗。同時系統(tǒng)智能化還可以實時監(jiān)控設備運動，提高設備安全性；可以根據個人喜好調節(jié)照明系統(tǒng)狀態(tài)，滿足使用者個性化需求，滿足綠色智能建筑設計要求。

3.2 智能供電系統(tǒng)設計

建筑供電系統(tǒng)是滿足建筑使用功能的主要內容，在供電系統(tǒng)設計中，通過與智能控制技術的結合能夠實現(xiàn)建筑節(jié)能降耗的目的。在智能供電系統(tǒng)設計中，根據建筑現(xiàn)場實際，在保證用電設備合理、現(xiàn)場布置科學的基礎上，綜合考慮各方面影響因素，進行供配電節(jié)能設備的選擇，在保證設備正常運行的基礎上盡可能降低能耗。在智能供電系統(tǒng)設計時，需要注意的幾個問題：一是根據建筑實際用電確定供電電壓，在滿足建筑用電的基礎上，合理適當?shù)亟档凸╇婋妷?，以提高建筑?jié)能；二是建筑電氣系統(tǒng)布置盡可能簡化，在電壓等級一定時盡可能控制變電、配電級數(shù)處于統(tǒng)一狀態(tài)，保證用電安全可靠；三是供配電線路以短、直線路布置為原則，降低線路能耗，如利用物聯(lián)網技術，建立智能供電控制系統(tǒng)，最大限度減少復雜布線和設備材料的應用，實現(xiàn)供配電控制[2]。

3.3 輔助控制系統(tǒng)設計

建筑輔助功能系統(tǒng)涵蓋范圍廣泛，包括暖通空調系統(tǒng)、建筑給排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等。暖通空調系統(tǒng)能耗巨大，通過智能控制系統(tǒng)設計，實現(xiàn)系統(tǒng)自動調整，保持系統(tǒng)高能效比，達到節(jié)能降耗和智能驅動的雙重功效。例如，基于RS 485 通信協(xié)議和壓縮機工況監(jiān)控的智能空調控制系統(tǒng)設計，在實際應用中，能夠滿足節(jié)能、智能的雙重需求[3]。

建筑給排水控制系統(tǒng)設計中，應用智能控制技術實現(xiàn)自動化給排水，根據建筑實況以及不同區(qū)域、管道、水流特點等要求提供自動化、智能化給排水，有效降低水源浪費問題。同時，采用無負壓設備進行供水系統(tǒng)設計，也可以達到良好的節(jié)能效果[4]。

在通風系統(tǒng)設計中，結合建筑電力需求，確定風機設備選擇，確保其滿足節(jié)能降耗要求。同時，利用智能監(jiān)測系統(tǒng)對室內空氣質量進行實時監(jiān)測，并利用物聯(lián)網技術與通風設備連接，一旦檢測到室內空氣質量下降到預警標準，則自動啟動設備進行調節(jié)，保持室內環(huán)境優(yōu)良，為人們提供舒適環(huán)境。

3.4 智能保溫系統(tǒng)設計

建筑保溫設計的合理性對于降低建筑能耗發(fā)揮著關鍵作用。智能建筑保溫系統(tǒng)設計中，首要關鍵點是選擇良好的保溫材料，提高建筑保溫性能。例如，在建筑外墻保溫設計中，可以通過涂抹熱反射涂料，增強外墻保溫性能；對于屋頂保溫隔熱設計，可以實施綠化遮陽措施，達到保溫隔熱功能[5]。

隨著建筑智能化發(fā)展，以及對建筑美觀性要求不斷提升，玻璃幕墻成為現(xiàn)代建筑發(fā)展的重要趨勢。但是傳統(tǒng)的玻璃幕墻往往為達到良好的采光效果，選擇通透性較高的玻璃，玻璃面越大，保溫隔熱的效果也隨之下降，增加了建筑能耗。在綠色智能建筑中，可以選用德國旭格集團呼吸式雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，其采用Low-E 玻璃，采用層玻璃-中層遮陽百葉+機械通風裝置-里層玻璃的雙層構造，既可以在夏季隨時排熱，也可以在冬季儲存熱量，同時智能美觀，滿足綠色智能建筑設計要求。

4 綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計路徑

綠色智能建筑設計理念應當立足于自然生物體生長本質，賦予建筑“生命體”機制，從建筑設計到使用結束如同生命體的“孕育”到“凋亡”的全生命周期過程，融入綠色、智能理念。建筑全生命周期可以分為策劃設計、施工建造、運營維護、回收降解4 個階段（圖1）。綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計需要整體考慮對建筑各個生命階段的信息，進行綜合調控。隨著BIM 技術在建筑領域的深化應用，再到當前大數(shù)據、物聯(lián)網等先進信息技術的結合應用，為綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計提供了重要技術支撐[6]。

圖1 綠色智能建筑管控系統(tǒng)全生命周期運作

4.1 策劃設計階段

在策劃設計階段，借助大數(shù)據、云計算強大的數(shù)據存儲與數(shù)據分析處理能力，結合人工智能技術的機器學習與深度學習能力，能夠形成集合各方優(yōu)勢資源的專家決策系統(tǒng)。系統(tǒng)通過收納既有建筑相關資料，并以此為基礎建立決策模型形成專家數(shù)據庫，可以為建筑項目設計提供能耗、成本最低的最優(yōu)化設計路徑，綜合評估考慮經濟與環(huán)境效率。隨著既有建筑信息資料的不斷豐富完善，專家數(shù)據庫得出的決策數(shù)據結果就會越接近精確。在建筑設計階段，以可持續(xù)性設計策略為指導，借助專家決策數(shù)據庫支持，可以得出建筑最佳的區(qū)位、規(guī)模選擇以及建材選擇等，同時獲得最優(yōu)化建筑結構、形態(tài)設計，達到建筑舒適性與經濟性的統(tǒng)一。同時，在策劃設計過程中，借助BIM 技術還可以實現(xiàn)跨專業(yè)鏈接，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設計，從不同專業(yè)角度出發(fā)綜合考慮，進一步優(yōu)化建筑設計的智能化、節(jié)能性。

4.2 施工建造階段

綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計中，在建筑建造施工階段的設計主要包括施工過程、施工流程、施工成本等各方面的控制設計，以確保綠色智能建筑的經濟性。施工建造控制設計主要是對投入資源和條件質量的事前控制、對施工過程中各環(huán)節(jié)質量的事中控制、對竣工工程質量檢驗的事后控制。在細化設計中，需要堅持安全性與綠色性的控制管理原則，將其貫穿施工建造各個環(huán)節(jié)，有效規(guī)避施工過程中的安全風險，加強各方信息交流共享，降低施工能耗和環(huán)境干擾。

4.3 運營維護階段

根據綠色智能建筑的建造優(yōu)勢及需求，在建筑運營階段，一方面應當具備感知周邊環(huán)境，并對建筑產能耗能進行精準的調控，進行能源監(jiān)控，并能夠根據實際情況對建筑裝配進行可變控制，從而實現(xiàn)建筑與自然環(huán)境物質與能量的可持續(xù)交換，達到節(jié)能降耗的目標；另一方面，綠色智能建筑在運營過程中，還應當具備與用戶進行交互的能力，針對用戶需求實施交互式反饋，即根據用戶需求進行室溫、照明等方面的調節(jié)，在達到室內較高舒適度的同時，實現(xiàn)節(jié)能目的。

在建筑維護過程中，因為綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計是從設計階段即對建筑全生命周期信息進行設計，因此需要根據既有建筑信息制定長短期不同的維護方案。在短期方案中，主要針對建筑內容問題故障的維護進行方案制定，如建筑結構老化、設備故障等問題，建立實時監(jiān)控與預警系統(tǒng)，及時預先發(fā)現(xiàn)問題故障并提供解決方案；在長期方案中，主要是對建筑未來可能需要進行的功能改造、結構維護等問題制訂方案，以數(shù)據庫中的建筑信息為基礎，利用專家決策系統(tǒng)找到最佳的建筑改造優(yōu)化解決方案，確保改造方法及技術路線與建筑最初設計解決方案一致。

4.4 回收降解階段

在綠色智能建筑綜合管控系統(tǒng)設計中，最初的建筑設計階段中就是根據建筑實際情況進行的選材設計，以循環(huán)利用、再生降解等節(jié)能建材為主，同時在施工及運維階段所產生的建材使用及損耗信息也會記錄積累下來，作為建筑數(shù)據庫數(shù)據資料的重要內容，為建筑決策提供依據。從而在建筑生命周期最后回收降解階段，利用專家決策系統(tǒng)，獲得最佳的拆除及材料回收或降解方案。

5 結束語

綜上所述，綠色智能建筑是未來建筑可持續(xù)發(fā)展的重要方向，加強建筑節(jié)能與建筑智能的綜合應用，把握綠色智能建筑設計關鍵階段，立足建筑全生命周期優(yōu)化設計綠色智能建筑綜合管控設計，是綠色智能建筑設計研究的重點，對于優(yōu)化綠色智能建筑設計，推動綠色智能建筑發(fā)展發(fā)揮重要促進作用。