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    智慧建筑内涵及关键技术要素分析


    作者:转自智能建筑   |   发布时间:2019-06-12   |   点击数:413

    1前言

    近年来,我国智慧城市产业投资规模逐步加大,特别是相关技术研发、创新及应用方面越发受到重视。智慧建筑作为智慧城市建设的基本单元和重要节点,引起了人们广泛关注。

    2智慧建筑内涵

    关于智慧建筑的概念及内涵,国际和国内并没有统一观点。较为通用的说法可概括为:智慧建筑概念的提出,是在智能建筑基础上,伴随着物联网、大数据、云计算、人工智能,尤其是BIM(建筑信息模型)技术的发展,在智慧城市建设的进程中,人们对于建筑物全生命期提出进一步信息化、可视化、智慧化乃至体现人文关怀的新要求。

    研究智慧建筑的内涵,首先要对“智能建筑”的起源有总体的认识。根据《智能建筑设计标准》(GB  50314-2015),智能建筑指基于对各类智能化信息的综合应用,集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体,具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力,形成以人、建筑、环境互为协调的整合体,为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能和环境的建筑。

    从智慧建筑的特征展开分析,应包含:安全、低能耗、环保、低生命期成本、高投资回报、更满足用户体验、使用新技术和新概念等。这些特征可以从时间、空间、环境、技术、经济、社会等维度进行扩展,即:智慧建筑=智能建筑+拓展维度,如表1所示。

    3关键技术要素分析

    根据文献分析,智慧建筑的关键技术要素有BIM、物联网、大数据、云计算、人工智能等,分析每项技术及关系,有利于理解智慧建筑的技术体系。

    3.1  BIM

    根据美国国家BIM标准,BIM是建设项目兼具物理特性与功能特性的数字化模型,为建设项目(从最初概念设计开始的整个生命期里)做出任何决策提供可靠共享信息资源。BIM的提出,是为解决二维的局限而衍生出的三维技术和为解决信息化而提出的建筑信息体系。BIM模型承载的信息具有完备性、关联性、一致性、动态性的特点,可以解决传统方式造成的“信息孤岛”问题。BIM具有可视化(三维)、协调性、模拟性、优化性、可出图性等五大特点,有效地提升了建筑工程信息化水平。

    随着BIM技术的逐渐成熟,更多应用点被开发,趋势也从单点到集成,从信息承载向辅助决策发展。常用应用点如图1所示.

    3.2物联网

    物联网的概念最初在1999年提出:即通过射频识别(RFID)(RFID+互联网)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

    物联网在智慧建筑中的应用场景有以下方面:能耗监测与能源管理、建筑设备管理、智能停车管理、安全管理、智能家居系统、智能健康监测、环境质量监测等。

    3.3大数据

    麦肯锡全球伟德体育app最新下载给出的大数据定义是:一种规模大到在获取、存储、管理、分析方面大大超出了传统数据库软件工具能力范围的数据集合,具有海量的数据规模、快速的数据流转、多样的数据类型和低价值密度四大特征。lBM提出了大数据的5V特点:Volume(大量)、Variety(多样)、Velocity(高速)、Veracity(真实性)、Value(低价值密度)。

    孙连营等在参考文献[7]中指出,物联网技术为实时感知建筑或建造过程提供了可能。产生的海量数据类型复杂多样,需要经过存储、处理、查询和分析后才能有效挖掘其价值,从而提供快捷、高效的服务,大数据技术为智能建筑的发展提供了必要的技术保障。

    3.4云计算

    美国国家标准与技术研究院将云计算定义为:云计算是种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务),这些资源能够被快速提供,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行很少的交互。云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的严物。

    云计算包括以下几个层次的服务:基础设旋即服务(laaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)。

    刘畅等在参考文献[8]中指出,在建筑领域,云计算的成功应用不仅能够解决建筑内部的计算资源需求,还能够实现建筑与建筑之间的互联,对于推动城市云端服务的共享,更进一步地推动智慧城市的发展具有不可或缺的作用。

    3.5人工智熊

    《人工智能标准化白皮书2018》指出:人工智能是一门基于计算机科学、生物学、心理学、神经科学、数学和哲学等学科的科学和技术。人工智能的一个主要推动力是开发与人类智能相关的计算机功能,例如推理、学习和解决问题的能力。

    根据杜明芳等在参考文献[10]的研究,商业化程度较高的技术有:机器视觉、智能视频、语音语义、文本智能、虚拟现实、增强现实等在智慧建筑领域应用。深度强化学习在智慧建筑的建设过程中发挥着重要作用,它能够基于初期数据挖掘成果,对环境、经济、用户体验等各方面出现的各类复杂问题进行快速建模,完成智慧建筑从基础数据采集展示向敏锐感知、深度洞察与实时综合决策的智慧化阶段发展。

    人工智能技术在智慧建筑领域的应用场景有:建筑物故障诊断预测与健康管理、建筑环境舒适节能智能控制、建筑能源互联网及能源大数据、建筑施工机器人、建筑维保机器人、保安巡逻机器人、消防机器人、视频分析理解、出入口生物特征识别、在BAS和物业管理中引入知识库及专家系统、在智能楼宇控制中引入多Agent技术等。

    4技术要素间的关系

    BIM技术作为建筑全生命期的共享信息资源平台,为大数据、云计算以及人工智能的模型训练提供了大量、可靠的数据来源,同时,物联网技术也为BIM信息的获取提供了支持。物联网、大数据、云计算以及人工智能技术提高了BIM的分析、决策能力,拓展了BIM应用深度和广度。

    大数据与云计算的关系密不可分,大数据的特色在于对海量数据构挖掘,但必须依托云计算的分布式处理、分布式数据厍、云存储和虚拟化技术。云计算技术与大数据的技术合作可以对采集的各建筑专业数据做出有效的分析和智能的挖掘。

    人工智能的机器学习等算法,为物联网、大数据、云计算提供了数据分析与模式挖掘的工具。可利用数据越多,人工智能得到的结果越准确。可以说,没有大数据就没有人工智能,没有物联网和云计算,人工智能就不可能快速发展。

    随着大数据、云计算、物联网基础设施的完善,以及人工智能算法研究的不断成熟,建筑的“智慧大脑”也成为可能。通过BIM和物联网,建筑内的所有静态和动态数据都集中到云计算平台上,通过基于大数据分析与数据挖掘技术,可将所有系统进行有机整合,实现系统间智慧的协同联动。

    5总结与展望

    智慧建筑是在智能建筑发展的基础上,综合运用BIM、物联网、大数据、云计算、人工智能等关键技术的系统工程,是集现代科技之大成的产物,具有技术复杂性和先进性的特点。众多技术间相互关联,彼此促进,而智慧建筑又是智慧城市重要组成部分。所以,发展智慧建筑行业需要有统一的体系架构,避免智慧建筑项目间及子项间各行其事造成的“信息孤岛”,进而使得智慧建筑项目顺利融入到智慧城市的体系架构之中。

    【参考文献】

    [1]搜狐.深挖智慧城市  发展空间有多大[EB/OL].http://www.sohu.com/a/248610892-100068693,2017

    [2]孙连营,王理.建筑行业智慧建筑技术路线图研究[J].建筑科学,201632(05):121-125

    [3]刘畅,付保川.新一代智慧建筑关键技术的研究[J].科技传播,201810(03):77-78

    [4]百度百科.[EB/OL].https://baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91%/7306589?fr=aladdin,2018

    [5]娄岩.物联网技术在智能建筑中的应用研究[D].电子科技大学,2014

    [6]百度百科.[EB/OL].https://baike.baidu.com.item/%E5%A4%A7%E6%95%B0%E6%8D%AE%1356941?fr=aladdin,2018

    [7]百度百科.[EB/OL].https://baike.baidu.com.item/%E4%BA%91%E8%AE%A1%E7%AE%97/9969353?fr=aladdin,2018

    [8]景皓洁.国外智能绿色建筑发展状况及评价体系[J].世界标准信息,200810):37-42

    [9]中国电子技术标准化研究院.人工智能标准化白皮书(2018版)[EB/OL].http://www.cesi.ac.cn/201801/3545.html,2018

    [10]杜明芳.AI+智慧建筑研究[J].土木建筑工程信息技术,2018,1003):1-6

    [11]Wong J K W,Li H,Wang S W.Intelligent building research:a review[J].Automation in construction,2005,14(1):143-159

    [12]王永忠.人工智能技术在智能建筑中的应用研究[J].科技信息,200903

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