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    关于智慧建筑和智慧建筑的思考


    作者:转自智能建筑   |   发布时间:2019-05-30   |   点击数:581

    1前言

    1.1什么是智慧建筑以及和智能建筑的区别

        智慧建筑这个名词对很多人来说还是很陌生的,但其实智慧建筑并不是一个新的概念,智慧建筑其实就是:让建筑利用大数据、云计算、人工智能、物联网及智能网关等新技术,使其充满智慧。智慧建筑融入了许多前沿的新技术,这就是它与智能建筑之间的区别。不是说智能建筑技术中没有应用到这些新技术,而是应用的深度和广度远不及前者。借助于这些新技术,建筑开启了从智能向智慧的转变。

        从科技的角度来看,未来二、三十年人类社会将演变成一个智能社会,其深度和广度我们还想象不到。智能化技术和智慧化与经济发展的过程和社会生活如影随行,建筑智能化、智慧化技术发展之快,将使我们的生活更智能和更智慧。

    1.2智慧建筑的基本特征

       1)依靠巨大的智能传感器网络以及集中或分布式的智能控制系统,对分布在建筑内的机电设备、强/弱电系统、通信设备、用户终端、支持办公及移动办公的设施、生活设施实施智慧化控制和应用,使工作在建筑空间里的用户拥有高效率的工作环境和舒适、智能和智慧化的生活环境。

       2)拥有一个对建筑内所有设备运行维护、物业管理及事务进行高效能智慧化的综合管理系统。

       3)在安全和抗御灾害方面,配置有高安全性、高可靠性和智慧化的安全防范及抵御灾害的系统,保护人员的安全,保护企业、家庭及个人资产的安全,包括信息资源的安全。

       4)智慧、学习和创新常态化的理念深度融入智慧建筑。

        生活在智慧建筑里的用户非常方便地通过互联网、物联网和移动互联网完成和外部的通信及人、机、物的数据交互,在工作和生活中随时享受大量的云端(包括移动云)、大数据及智能化的服务;能足不出户地进行任何以往必须外出才能进行的工作、金融、生活等诸多事务;智慧、学习和创新理念常态化地融入建筑当中。

    2智能建筑向智慧建筑过渡的主要方式

    智能建筑相对于智慧建筑来讲,相当于后者的早期阶段,随着许多支撑性相关技术的迅速发展,由智能建筑向智慧建筑过渡的主要方式是:长期共存逐渐过渡,表现在智能建筑及建筑弱电系统的智慧含量越来越高,且这种变化没有止境。

    举例讲,现在的安防系统已经不再是传统的应用模式,如:监控图像的智能分析水平越来越高;智能的人脸智能识别、智能语音识别、停车场的车牌智能自动识别与缴费的智能管理系统已经较多地替代了传统系统和产品。特别是智能化和智慧化的家居严品及系统越来越多地应用在我们的生活当中,智能家居的APP界面开发、网络资源及云端资源的调用、云端高质量服务的供给、智能网关的应用、物联网中的异构网络的互联互通、网络化智能传感器、智能设备的无缝互联及顺畅的通信;大数据和智慧学习直接应用于建筑内许多设备的智慧控制,使企业用户在大量的企业行为中实现精准预测等。

    智能建筑越来越智慧化,这就是智能建筑向智慧建筑过渡的主要方式,这种过渡方式包含了大量智慧化的新技术对传统智能建筑进行脱胎换骨改造的丰富内容。

    3智慧建筑产业内涵与外延的扩展

        智慧建筑的内涵包括了智能建筑所有的内涵,但同时注入了许多智慧化新技术的内容。需要注意的是:传统的智能建箭包括5A,即  BASAFACAOA,这里要说明的是:OACAOAS是办公自动化系统,由于长时间以来,OAS实际上就是指在网络环境下高效率办公的设备、系统配置,这一部分对建筑智能化的理论与工程关系不是太大,其概念逐渐从智能建筑中的概念中淡出了。还有就是CAS,即通信自动化系统,这是一个比较老的说法,后来就用网络通信系统代替了,但由于网络通信系统技术领域较为复杂,并且是一个很大且分支很多的大系统,业内人十认为将其归为建筑智能化系统有些牵强,所以人们较少在建筑智能化系统中提到CAS。实际上网络通信系统是建筑智能化系统中非常重要的组成部分,尤其是研究建筑设备监控系统时,离开通信网络架构,要驾驭好BAS是有一定难度的,多年来一部分用户不要说驾驭不了变风量空调系统,哪怕是普通的中央空调系统的设计、施工和运维管理以及节能运行都有很多的问题。

        智慧建筑与智能建筑相比,其外延也有了较大扩充.有一个领域应该顺其自然地纳入到智慧建筑的范畴中来,那就是建筑的数字化设计和建造技术。建筑的数字化设计和建造技术主要包括了BIM技术、装配式建筑技术,新近兴起的3D打印建筑技术也理所当然地属于数字建造技术的范畴。

        具有可视化、协调性、模拟性、优化性等特点的BIM(建筑信息模型)技术,通过建立虚拟的建筑工程3D模型(还可以延伸到4D5D),利用数字化技术为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建笥工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息,还包含了非构件对象(如空间、运动行为)的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型,大大提高了建筑工程的信息集成化程度,从而为参与建筑工程项目的不同专业团队协同工作提供了一个实时进行工程信息交换和共享的平台。BIM为设计和施工团队以及运营管理单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方而发挥了巨大作用。BIM设计属于数字化设计。

        至于装配式建筑技术,该技术采用设计的标准化、生产过程的工厂化、装备的现场化进行产业链的整合,装配式建筑提升了建筑性能、带动关联产业、众多产品的技术创新。装配式建筑建造属于数字化建造技术。

        3D打印由来已久,但新兴的3D打印建筑则是近年来才登场的新型建筑数字化建造技术。在使用该技术建造房屋的过程中:

      1)首先进行3D建模,将要建造的房屋用stl格式的3D模型文件描述。

      2)再使用切片软件将stl格式的3D模型文件沿着三维坐标系中的Z轴方向,按照设定的层厚进行切片分层,然后计算生成喷吐打印材料的打印头打印路径,得到D代码供打印设备使用。在切片分层的过程中,每一层从模型中切分出来后都会得到该层高度上的三维轮廓数据信息,根据这些廓数据信息,确定了喷吐建筑材料的喷嘴移动路径。

      33D建筑打印机将按照先前生成的G代码一层一层地将房屋打印出来。

        使用3D打印建筑,可以直接打印无模板的钢筋混凝土结构的柱、梁,完成结构建造,然后进一步完成承重墙和剪力墙的建造等后续过程。3D打印建筑可以和装配式建筑进行非常好的配合,可以打印房屋建造所需要的任何标准和非标的建筑构件、装饰构件,大幅度地提高装配式建筑的施工速度。这早讲到的stl文件是指在计算机图形应用系统中用于表示三角形网格的种文件格式,而G代码则指数控程序中的指令。

    4智慧建筑的支撑性技术及应用中的问题

    4.1智慧建筑用户与许多新技术的关系

        智慧建筑的发展依托于许多支撑性技术的发展,智慧建筑的许多功能是基于这些新技术实现的,用户使用固足或移动终端在任何时间、任何地点和仟何人进行无障碍通信,必须使这些终端可靠地接入互联网和移动互联网中;要使建筑内任何区域的一台特定功能的设备或监测仪表能够在本地或远端进行可靠控制或监测.这台设备及仪表必须要可靠地接入互联网、移动互联网或物联网中,而设备及仪表通常是挂接存一个实时性和可靠性较高的测控网络当中,因此需要智能网关将这个测控网接入广域物联网中。

        企业为用户提供大量的服务,企业本身也同用户一样,直接从云端具有海量数据存储的虚拟资源池享用大量的数据资源、平台、软件资源、虚拟硬件资源及信息,享用云计算和大数据的服务。

        用户享受的智慧生活和智慧服务,也同样离不开人工智能技术,人工智能技术应用在智慧建筑中的形式是:具有各种不同特点和特色功能的智能化芯片嵌入到用户身边的设备、工具、仪器、仪表、各种不同功能的的终端中,自动或智慧化地处理大量工作和生活中的繁琐事务,而这些芯片使用不同的源程序驱动着芯片工作,智能算法、智能检索、数据挖掘、神经网络、模糊控制、搜索推理、语言理解、行为理解、图像识别、机器学习等智能处理功能均以源程序作为载体来实现。当然,嵌入有徽处理器、嵌入式处理器和DSP的设备、仪器仪表进行智能地运算、处理、实现内容极为丰富的智慧控制功能更为强大。

    4.2新技术在智慧建筑应用中的问题及分析

        在从智能建筑向智慧建筑的转变过程中,许多新技术的应用还存在着一些瓶颈问题,并有待于进一步解决。在这里仅仅分析几个与行业发展有较重要关系的问题。

        1)智慧建筑中物联网使用的限制

        物联网实际上由两个不同性质的广域网组成:信息广域网和测控广域网,信息广域网就是互联网,而测控广域网则是由许多测控局域网互联而成,许多使用不同通信协议及标准的工业现场异构测控网要保证控制逻辑正常地实现,就耍求测控网络具有很高的可靠性和实时性。

        工业互联网是构建工业环境下人、机、物全面互联的工业数据网络,目前还要解决好诸如高可靠性、继续加大带宽、深入应用lPv6体制、TSN(时间敏感网络)的成熟应用和工业可联网标准体系还没有建立起来等问题。在靠近数据源的位置直接实现最近端网络服务的边缘计算技术还需要进步发展成熟。工业可联网是物联网的组成部分,换言之,物联网技术还有很多问题需要解决,这些问题直接影响着智慧建筑的应用深度。

        智慧建筑中有许多的设备、仪器仪表需要控制和监测,也离不开测控网络;使用不同厂家的系统与产品,还要面对不同的测控网络。工业现场使用各种现场总线测控网以及各种工业测试局域网,建筑设备监控系统也必须要使用的许多测控网络,如MS/TP网络、LonWorks网络、RS-485总线、智能建筑和智慧建筑中智能照明控制系统中用到的C-Bus(一 种控制总线)、Dynet( The Dynamic Neural Network Toolkit)EIB(欧洲安装总线)、DALI(数字可寻址照明接口)网络等。以上网络的一部分,在目前阶段还不能实现与物联网的无缝互联,也就是说目前还做不到信息广域网和测控广域网之间无缝地互联,换言之,就是存在许多控制域孤岛,物联网无法延伸进去,这样一来,智慧建筑对物联网的使用就受到较大程度的限制。

      2)大数据在智慧建筑中应用的几个问题

        大数据技术采用崭新的模式来捕捉、管理和处理数据及数据集合,大数据处理的数据量和处理方式是许多常规软件无法胜任的。当前已经有一定数量的大数据管理平台投入使用,这些平台多采用可实时响应的集成架构、海量存储、高效计算的存储结构。

        智慧建筑在使用大数据技术中也需要使用较多的行业数据库,同时搜索引擎也是大数据应用中使用频度非常高的工具,但不同行业的数据库彼此隔离,不同搜索引擎数据库也不能无缝地互联互通,这种情况较严重地影响着大数据的应用。举例讲,智能家居的用户不能在个客户端软件中或一个APP中直接操作腾讯的影音数据库和百度的影音数据库文件,因此打通不同行业及搜索引擎的数据库是提高智慧家居用户应用大数据技术效能的重要途径,但要做到这点,除了行业利益的藩篱、技术上的许多问题外,还有政府、法律层面的约束,但是随着国家管理部门对不同行业的数据库互联互通实施更加规范化地管理和放开使用,这种情况会有较大转变,大数据的应用会更加深入。

        大数据在智慧建筑领域中的深入应用还有该行业的企业之间能够将企业的数据库共享和协同,除此之外,行业企业还要协作开发有行业特色的大数据应用数据库平台。MongoDB是一款能够被企业用来建立行业数据库平台功能很强的工具,MongoDB可以使用的数据类型很多,可以使用种类较多的搜索引擎进行检索;lMongoDB可轻松地存储大文件而只访问部分文件;能够智能删除冗余数据;能够检索读出文件名;能够将数据整理并列出所有文档表列;能够查询特定信息;可以按照特定条件对数据项进行排序并限制和忽略数据项;能够在关联文档之间创建链接。MongoDB还有聚集框架查询、进行快速映射规约操作等高级特性。MongoDB还可以使用第三方管理工具管理数据库;还可以使用本地存储数据,也可以使用基于云的远端数据存储等。

        对于智慧建筑来讲,要深入和高效能地应用大教据还需要一定时间的行业数据积淀,这就需要行业内不间断地进行这方面的工作。

       3)云计算和智慧建筑

    智慧建筑的用户要使用大量的外部资源,而对于具体的智慧建筑实体来讲,不可能携带或拥有一个存储量极大的资源库,而目要求这个资源库具有弹性的特性、是不断更新的,而云端具有海量数据的虚拟资源池能够始终满足用户的需求。举例讲,云端的资源池存储着各种格式日数量巨大的高质量音乐文件,对于用户的调用,资源永远不会枯竭;智慧建筑的用户对多媒体文件、语音作品、图像和视频文件的需求,当然不仅仅是音乐文件,用户需求的其他大量高质量的资源和服务,云端均能满足。

        云端对智慧建筑的用户和行业企业,不仅能够提供内容极为丰富的各种类型文件、作品、软件和虚拟硬件、平台工具资源,还有各种各样的生活和工作服务,但是对于智慧建筑的行山企业还需要协同建立自己具有面向服务架构体系的云数据中心,行业云平台、行业数据库,要积淀智慧建筑的基础性数据、历史数据、实时性数据、统计分析数据、视频监控数据、办公数据,充实行业知识库。大量的用户也可以同时参与这项工作,这样才能较好地满足智慧建筑的用户和行业企业用户的需求。当然,企业用户主要充当若为云端生产提供资源的角色,同时也从云端享受云服务。

        目前阶段及以后较长的时间内,智慧建筑的行业企业都要持续不断地做好上述的工作,这样才能使智慧建筑更加智慧,更加深入用户的生活。

       4)新技术的互相依托和融合

    和物联网一样,大数据和云计算都是智慧建筑依托的支撑性技术。智慧建筑的所有支撑性技术彼此之间均有着深深融合的关系,如:大数据和云计算之间的相互依托、融合的关系表现之一是:如果没有云端的几百万台,甚至多达上千万台服务器作为基础,大数据则成无源之水。对于智慧建筑来讲,人工智能AI也同以上些新技术一样融合了进来,智慧建筑中的许多功能性系统及设备的智能控制,通过Al的加入,学习能力、智能和智慧水平得到了极大的提高。

    5关于行业发展的几点建议

        新技术在快速发展,智能建筑及智慧建筑技术也在快速发展,今天的智能建筑行业的企业,就是明天智慧建筑行业的企业,对于行业企业来讲,在发展中,要有清晰的发展战略,不断克服发展中的短板,同时还要规避一些不应该误入的误区,下面提出几点建议供行业企业参考。

    5.1企业通过创新开发有特色的产品及新技术

        创新是科研开发永恒的主题,行业企业要避免总是跟在别人后头走,要加大研发力度,有自己的技术创新和特色技术,没有特色技术、特色产品的企业走不远,在技术创新速度加快的今天更是如此。同时还要有百年老店的工匠精神,不断地进行技术知识积淀,锲而不舍地不断前行。

    5.2重视智慧建筑技术的理论研究

        企业要重视智慧建筑的理论研究,理论研究的越深,市场认识就越深、市场发掘的就越深,就越能将企业做好。有太多的实际教训说明:对市场的驾驭能力不强,根本的原因是企业对行业支撑性技术研究的深度不够。

    5.3要及时解决行业发展中出现的新问题

    随着发展,会出现许多过去没有的新情况,企业要与时俱进,在技术上需做出调整。举例讲,建筑设备监控系统中的中央空调系统大量地使用空调机组、新风机组、风机盘管,这些设备都有新风供给环节,但近年来,空气污染及雾霾的肆虐,在设计这些设备的控制系统时,就应该将防护细颗粒物及消除室内其他污染气体方面的环节设计进去;还有近年来出现了些新形式的新风系统及室内空气净化、供暖设备,在进行空气调节及控制系统设计时,将这些新的内容充分地考虑进来。

    5.4BIM模型中增加智慧建筑子系统的内容和描述

    中国建筑业协会智能建筑分会专家工作委员会汇集了行业内许多项尖的技术精英,智能分会为了充分发挥这些专家、精英的作用,组织了很多促进行业发展的重要活动,包括组织专家制定行业应用的BIM设计和施工验收标准,取得了巨大的成就。但由于目前阶段,BIM模型中与建筑弱电系统关联的子模型是机电子模型,关联的构件是电气、给排水、暖通等专业构件。在协同工作平台中,包括了机电模型搭建平台、机电族库平台,在养护平台集合中,有消防、自控设备养护平台,但智能化子系统的内容不够,如:闭路电视监控系统、网络视频监控系统、防盗报警系统、有线电视和卫星接收系统、综合布线系统、数据中心和室内无线分布系统等,这些子系统的设计及施工也会有许多相应管线设计、施工的内容,BIM模型中关于这方面的内容反映和描述是不够的,会引发实际设计和施工中的许多“碰撞”,造成更改设计及施工的返工,、

    BIM模型中将智能建筑或智慧建筑子系统的设计和施工内容更多地进行反映和描述,是智能建筑、智慧建筑行业企业和专家们要给予重视的工作内容。

    6结语

        从智能建筑到智慧建筑,不仅仅是概念的转变,实际上,这种转变真实地反映了建筑智能化信息化领域或者说是智能建筑行业发生了深刻的变化,这种变化全方位地反映了行业业态、服务、研发、市场、工程设计、旋工理念的变化,智慧建筑技术的发展将会使智能建筑行业在发展中面目一新,并逐步完成实质上的蜕变。@

       [1]张少军,夏东培.建筑弱电系统与工程实践.中国电力出版社,20141月第一版

       [2]张少军.3D打印建筑.北京:中国电力出版社,20185月第一版

       [3]David HowsEelco plugge,Peter Membrey著,王肖峰译.MongoDB大数据处理权威指南(第二版).北京:清华大学出版社,2015.1

       [4]朱近之.智慧的云计算 物联网的平台(第二版).北京:电子工业出版社,2012 .3

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