智能建筑——回到宜居的本质

徐一木 李湘 诸云*

（南京理工大学自动化学院，210094）

1* 诸云，南京理工大学副研究员，中国自动化学会“智向未来”自动化与人工智能百人科普团专家

摘要：随着现代智能技术的发展以及人们对建筑环境要求的提高,智能化也越来越多的运用于建筑的规划设计当中,人们的居住模式由起居型逐步转为功能型。以社区智能化的特点及功能为出发点,通过研究、阐述当前住宅小区的智能化系统,认识到我国智能建筑虽发展迅猛,却尚处于初级阶段。由于对智能建筑定义认识不正确,设计不合理,验收程序不规范及培训工作不完善,供货商的售后服务问题及产品功能设计缺陷,施工单位施工工艺粗糙等,经常造成大量智能建筑不能正常运行。结合国外智能建筑建设发展经验,通过阐述建设智能建筑的设计原则以及智能建筑建设的系统集成,分析了建设现代智能小区的规划需求与设计理念,提出了针对智能建筑目前现状建议采取的措施。

本文通过论述智能建筑存在的问题,指出智能建筑是本世纪我国经济的重要增长点,并提出发展智能建筑的若干措施。

关键词：智能建筑;舒适性技术;规划;建筑规范

Intelligent buildings - returning to the essence of livability

  Xuyimu Lixiang Zhuyun*

（School of Automation, Nanjing University of Science and Technology,210094)

Abstract: With the development of modern intelligent technology and the improvement of people's requirements for the building environment, intelligence is also increasingly applied in the planning and design of buildings, and people's living mode is gradually shifting from living to functional. Starting from the characteristics and functions of community intelligence, by studying and elaborating on the current intelligent system of residential communities, it is recognized that although intelligent buildings in China have developed rapidly, they are still in the initial stage. Due to incorrect understanding of the definition of intelligent buildings, unreasonable design, non-standard acceptance procedures, and incomplete training work, supplier after-sales service issues and product functional design defects, as well as rough construction techniques by construction units, a large number of intelligent buildings often fail to operate properly. Based on the development experience of intelligent building construction in foreign countries, this paper elaborates on the design principles for building intelligent buildings and the system integration of intelligent building construction, analyzes the planning needs and design concepts for building modern intelligent residential areas, and proposes measures to be taken in response to the current situation of intelligent buildings.

This article discusses the problems existing in intelligent buildings, points out that intelligent buildings are an important growth point for China's economy in this century, and proposes several measures for the development of intelligent buildings.

Keywords: Intelligent building; Comfort technology; Planning; Building code

1、研究背景

    智能建筑是建筑行业近年来发展的一个重要方向。在传统建筑对人类健康、环境资源和生态环境的影响日益显著的今天，智能建筑被视为回到宜居本质的有效途径。研究背景是探讨智能建筑的兴起和普及，以及建筑行业转向宜居、健康、可持续发展的必然趋势。智能建筑作为一种新兴的建筑形式和技术体系，在建筑领域发挥了越来越重要的作用，并在社会生活、经济发展等各个方面产生影响。

智能建筑包括建筑信息化、节能减排、智能控制等技术，在保障用户安全、保护环境资源、提升建筑舒适度和健康性等方面具有较大优势。研究智能建筑的目的和意义是为了提高建筑行业的建筑水平、促进住宅设计和施工的高效性、推广智能化技术应用，以保障人类合理的居住环境。

本章的研究内容主要涵盖以下方面：首先探究智能建筑的定义、特点、分类和应用等方面；接着分析智能建筑的设计与施工技术、智能化与可持续发展之间的联系；最后分析智能建筑带来的经济、环保和健康等多重效益，并总结智能建筑未来的发展趋势和发展方向。

1.1 研究目的和意义

本章旨在探讨智能建筑回到宜居的本质。智能建筑是指利用信息技术、控制技术和自动化技术对建筑物进行智能化改造，以节能、环保、便利为出发点，提高建筑的智能化程度，从而达到宜居的目的。智能建筑作为人们生活的重要组成部分，对于建筑产业和社会发展具有重要的意义。

研究目的在于探究智能建筑回到宜居的本质，即如何在智能化的基础上保持建筑的人性化和生态化，实现舒适、节能和高效的建筑环境。这不仅关系到人们的生活质量，也是人类建筑文明的发展方向。

研究意义在于提出解决智能建筑中存在的问题的有效方法，指导实现智能建筑的可持续发展。智能建筑的发展需要各个领域的知识、技术和思想的交叉融合，这样才能实现智能建筑真正意义上的宜居。

因此，本研究旨在提出实现智能建筑宜居的本质路径和策略，以期为智能建筑实际应用提供有力的理论指导和实践经验。

2、智能建筑的概念、特点及发展趋势

2.1智能建筑的概念

    智能建筑是指利用信息技术、自动化控制和传感器等先进技术，将智能化元素融入到建筑设计、建造和运营管理中，使建筑具有智能感知、智能控制、智能协同等功能的高科技建筑。智能建筑的目标是提高建筑的能源效率、舒适性、安全性和可持续性，为人们创造更健康、宜居的生活环境。智能建筑涉及建筑结构、设备系统、信息管理等多个方面，是建筑行业向现代化、智能化方向转型的重要领域。

2.2智能建筑的特点

可持续性：智能建筑采用节能、环保、可再生的建筑材料和技术，实现了对环境的保护和资源的可持续利用。

智能感知：智能建筑通过传感器、监控系统等技术，可以实时感知建筑内外环境的状态和变化，从而进行智能调节。

智能控制：智能建筑运用自动化控制和网络技术，实现对建筑设备和系统的智能控制和管理，提高建筑的效率和安全性。

舒适性：智能建筑可以根据人们的需求和习惯智能调节温度、湿度、光照等，提供更舒适的室内环境。

安全性：智能建筑通过安全监测、消防预警等措施，提高建筑内外的安全性和应急能力。

互联性：智能建筑可以与其他智能设备和系统互联，形成更大的智能生态系统，为用户提供更加便捷的服务和体验。

数据化：智能建筑通过数据分析和管理，可以提供有益的数据支持和决策参考，为建筑运营和管理提供更高效的工具和手段。

总之，智能建筑是一种科技含量极高的建筑形式，具有可持续、智能化、舒适、安全等多重特点。在未来的建筑发展中，智能建筑将成为主流趋势。

2.3智能建筑的发展趋势

机器人和自动化的使用增加

建筑企业可能会继续采用机器人和自动化来提高效率、降低劳动力成本，并提高某些任务的准确性和速度。机器人技术和自动化的使用可以对数据驱动的建筑现场实践产生许多积极影响。智能建筑技术可用于实时监控机器的性能，并提供详细的分析，有助于为项目效率和进度的决策提供信息。这些数据可用来为未来的项目制定更准确的计划，最大限度地减少延误和降低成本。自动化还可用于建筑物检查等任务，能够更快地响应潜在问题，并减少对现场人员的需求。最终，通过消除与体力劳动相关的身体风险，从而提高建筑工地的安全性。通过巧妙地利用机器人和自动化技术，数据驱动的建筑项目可以从提高效率、准确性和安全性中受益。此外，智能建筑技术可以为项目的进展提供有价值的见解，否则可能难以衡量。这些信息可用于更好地了解现场如何执行某些任务，并确保未来的工作流程符合行业标准。

更多地使用数据分析

建筑企业可以继续利用数据分析来改进决策、优化运营，并确定需要改进的领域。数据分析可用于改善建筑现场实践的几乎各个方面。通过从智能建筑现场收集数据，可以对这些数据进行分析，并用于提高准确性、降低成本和优化安全措施。这可以提高工作流程的效率，并缩短项目的完成时间。通过使用收集到的数据来监控和管理安全、环境影响和项目进度，数据驱动的建筑有助于创建智能建筑现场。然后，这些数据被用于识别任何需要解决的潜在问题，以满足最后期限或保护工人免受伤害。例如，实时数据可用于跟踪现场有多少人员，并确保是否穿戴必要的安全设备。该数据还可用于优化建筑进度，并创建更高效的工作流程。

数字化建筑还可以通过提供项目进度的实时信息，从数据驱动的实践中受益。通过跟踪每个阶段的性能和进度，智能建筑工地能够识别需要改进的区域，并进行必要的更改，以提高生产率。

 虚拟现实和增强现实的广泛采用

虚拟现实和增强现实技术可能会更广泛地应用于建筑任务，如设计审查、安全培训和现场可视化。虚拟现实和增强现实技术被认为是未来几年实现智能建筑解决方案最有前途的工具之一。通过将虚拟模型与现实数据集成，可以提高智能建筑项目的准确性和速度。使用VR/AR技术可视化智能建筑项目设计，使利益相关者能够比传统方法更有效地进行沟通。设计师能够真正地沉浸在虚拟环境中并浏览计划中的项目，从而直观地了解整体智能建筑项目设计。例如，业主可以在虚拟环境中看到其智能建筑项目的外观，甚至在任何施工开始之前就将最终结果可视化。此外，VR/AR技术还有助于减少错误，并通过允许与其他智能建筑利益相关者进行远程协作来避免现场代价高昂的错误。对智能建筑项目所做的任何更改都可以立即对所有利益相关者可见，这意味着团队成员能够以最小的努力保持在同一线上。通过使智能建筑团队能够快速高效地协作，VR/AR技术可以帮助显着加快智能施工项目。

 越来越多地使用传感器技术

传感器技术的应用可能会继续扩大，提供设备使用、维护需求和项目进展的实时数据。使用由现场传感器技术实现的智能建筑和数据驱动的建筑实践，可以为现场工作人员带来许多积极影响。首先，实时数据可以用来告知有关场地的决策，并根据需要调整计划。传感器读数使项目管理人员和工程师能够收到有关情况的持续反馈，从而实现更准确的预测和规划。这些数据还可以用于分析和检测潜在的问题，从而制定更积极主动的解决问题的策略。此外，智能建筑可以在检测到危险条件时提供早期预警，从而提高工作现场的安全性。此外，传感器可以跟踪工人的活动，从而提高问责制和安全合规性。这样可确保任务及时完成，并注意细节。最后，智能建筑现场可以通过提供更多数据驱动的项目进度洞察来提高效率。现场传感器可以提供有关材料使用、机器性能和劳动生产率等关键指标的详细读数。这使我们能够确定生产力可以提高的领域，从而产生更有效和更具成本效益的项目结果。

增加智能设备和系统的集成

建筑企业可能会继续将智能设备和系统，如智能恒温器和智能照明，集成到其项目中，以提高能源效率和降低运营成本。智能建筑，也被称为数字化或数据驱动的建筑，是智能设备和系统与现代项目管理技术的集成，以提高现场的安全性，效率和可持续性。传统的建筑实践是手工过程，耗时长，又容易出现人为错误。智能建筑通过提供对建筑现场数据的实时访问和自动化流程来监控安全、质量和进度，有助于缓解这些问题。例如，智能建筑可用于跟踪建筑现场的材料，记录已交付的材料以及其使用时间。这样可以更好地管理物资，并减少由于过度采购或物资库存不足而造成的浪费。此外，智能建筑可用于快速准确地监控项目进度。通过实时访问数据，项目管理人员可以就如何管理资源和调整进度做出更快、更明智的决策。

2.4智能建筑的发展前景

   智能建筑的发展前景非常广阔。随着人们对舒适性、节能、环保和安全性等方面要求的不断提高，智能建筑将成为未来建筑的主流形式。预计到2030年，全球智能建筑市场规模将达到1.36万亿美元以上。

智能建筑与智慧城市、物联网、5G等技术的结合，将带动智慧生活和智慧社区的发展，实现城市资源的高效利用和可持续发展。同时，智能建筑在工业、医疗、教育等领域也有广泛应用，并且具有很大的商业化和投资价值。

总之，智能建筑是建筑行业转型、科技创新和可持续发展的重要领域，有着广阔的发展前景和巨大的市场潜力。

3智能建筑的设计原则

3.1智能建筑的安全性

  　随着技术的不断进步，建筑物变得比以往任何时候都更加智能和互联。智能建筑正在使用越来越多的各种传感器、设备和自动化系统来提高能源效率、增强舒适性和便利性并优化建筑运营。然而，随着连接性的增加，网络攻击和其他安全威胁的风险也随之而来。

因此，为了确保智能建筑的安全，必须优先考虑网络安全和自动化。下面将详细介绍为什么这两个因素在智能建筑中相互关联且如此重要。

智能建筑中的网络安全

“智能建筑是建筑的未来，但其成功取决于强大的网络安全措施，这些措施可以保护建筑物的居住者和支持其的基础设施。”—Michael Kaiser，国家网络安全联盟执行董事

智能建筑高度依赖连接设备和系统的网络，这意味着其容易受到网络攻击，这是智能建筑行业的主要安全问题之一。事实上，智能建筑面临的网络威胁每年都在增加。根据Verizon的一份报告，仅在2020年，包括智能建筑在内的能源领域的网络安全事件数量就增加了20%。

对智能建筑的网络攻击可能会造成严重后果。例如，攻击者可以控制暖通空调、照明或访问控制等建筑系统，从而可能造成人身伤害或破坏。攻击者还可能窃取个人信息、财务记录或知识产权等敏感数据。

为了防止此类攻击，必须优先考虑智能建筑中的网络安全。这涉及实施强大的安全措施，例如防火墙、加密和多重身份验证。其还需要对构建系统进行持续监控和测试，以便在漏洞被利用之前发现并解决漏洞。

     智能建筑中的自动化

“智能建筑自动化系统有可能彻底改变设计、建造和运营建筑的方式。”—Patrick Gouhin，国际智能建筑技术协会前执行董事

自动化是确保智能建筑安全的另一个关键因素。自动化系统有助于提高效率，并降低可能导致事故或设备故障的人为错误风险。例如，自动照明系统可以关闭无人区域的灯以节省能源，而自动暖通空调系统可以根据占用情况和天气模式调整温度和湿度水平。

‍但是，重要的是要确保正确设计和实施自动化系统以将风险降至最低。自动化系统必须能够检测和响应潜在的危险，例如烟雾或一氧化碳，并且这些系统还必须设计为在发生故障时安全失效。

3.2智能建筑的舒适性

智能建筑的舒适性指的是建筑设备和系统通过智能化技术的控制和管理，为用户提供最佳的室内环境，包括温度、湿度、空气质量、照明等方面的舒适性，并实现智能家居、智能办公、智能医疗等场景下的个性化服务。

智能建筑的舒适性可以通过以下方式实现：

智能调节空气质量：利用传感器监测室内空气质量，实现自动调节通风、空气净化等设备，保证室内空气的新鲜和干净。

智能调节温度湿度：通过传感器感知室内外环境的变化，实现自动调节温度和湿度，提供最佳的室内环境。

智能照明控制：利用传感器感知光线强度和人员活动情况，实现自动调节灯光亮度和色温，提供最佳的照明效果。

智能家居系统：将智能家居系统与智能建筑相结合，通过手机或其他设备实现远程控制和管理，提供更加便捷和个性化的服务。

舒适性设计：在设计阶段，注重室内空间布局、材料选择、色彩搭配等方面，以提高室内舒适性。

综上所述，智能建筑的舒适性是通过智能化技术和设计策略相结合实现的，可以提供最佳的室内环境和个性化服务，满足用户不断提高的舒适体验需求。

3.3智能建筑的可持续性

智能建筑是可持续发展的代表，它通过融合建筑、物联网、人工智能等技术，实现了能源节约、环保减排、资源共享等目标，具有以下的可持续发展特点：

节能减排：智能建筑可以通过节能技术和设备的应用，实现对能源的高效利用，减少能源消耗和碳排放。

循环利用：智能建筑可以通过回收利用废水、废热等资源，实现对资源的循环利用，降低对自然环境的影响。

精细管理：智能建筑可以通过对数据进行采集、监测和分析，实现精细化的管理和控制，提高能源利用效率和设备运营效率。

智慧互联：智能建筑可以通过与智慧城市、智慧交通、智慧医疗等系统的互联互通，实现城市资源的高效协同和共享，促进城市可持续发展。

健康舒适：智能建筑可以通过提供健康舒适的室内环境，改善人们生活质量，促进人类社会的可持续发展。

总之，智能建筑可以通过节能减排、循环利用、精细管理、智慧互联、健康舒适等手段，实现可持续发展的目标，并为人类社会的可持续发展贡献力量。

3.4智能建筑的经济性

智能建筑与经济发展密切相关，它可以促进经济增长、提高竞争力和创造就业机会等方面的贡献。具体表现如下：

推动房地产行业转型升级：智能建筑是房地产行业转型升级的重要领域，它可以通过引入新材料、新技术、新设计等手段，推动传统房地产行业向智能化、绿色化和可持续化方向转型。

促进科技创新和产业发展：智能建筑需要涉及到物联网、大数据、人工智能等多个前沿技术的应用，因此可以促进科技创新和相关产业的发展，并带动整个产业链的增长。

提升城市品质和吸引力：智能建筑可以改善城市环境、优化城市功能、提升城市品质和吸引力，从而促进城市经济的发展，推动城市成为更加宜居和具有竞争力的地区。

创造就业机会：智能建筑需要多种专业人才的支持，如建筑师、电气工程师、信息工程师等，因此可以创造大量的就业机会，促进当地经济的发展和社会稳定。

4智能建筑的设计方法

4.1智能建筑的设计原则

智能建筑的设计原则具体如下：

绿色环保：智能建筑应该采用绿色环保的材料和技术，减少对自然环境的影响，实现可持续发展。

节能减排：智能建筑应该通过节能技术和设备的应用，减少能源消耗和碳排放，达到更高的能源利用效率。

人性化设计：智能建筑应该以人为本，根据人们的需求和习惯，设计出更加人性化、舒适的室内环境。

智能化管理：智能建筑应该采用智能化的管理系统，对设备进行远程监控、数据分析等操作，实现精细化的管理和控制。

安全可靠：智能建筑应该考虑安全性和可靠性因素，在保证住户生命财产安全的前提下，实现智能化和自动化控制。

数据共享：智能建筑应该支持多种设备和系统之间的数据共享，实现信息的互通互联，促进城市资源的高效协同和共享。

4.2智能建筑的设计要素

    智能建筑应按照以下几个方面来进行建造和设计：

确定建筑功能和需求：在设计智能建筑之前，需要对建筑的功能和需求进行详细的分析和确定，以便后续的设计和施工。

选择合适的智能系统：根据建筑的需求选择合适的智能系统，如智能照明、智能温控、智能安防等，确保其具备良好的互通性和兼容性。

优化建筑结构和材料：针对不同地域气候特点、自然条件等，优化建筑结构和材料，实现更好的节能效果和舒适性。

设计智能化系统方案：制定智能化系统的设计方案，并进行模拟实验和评估，确保设计方案的可行性和有效性。

实施智能化系统：在建筑施工过程中，实施智能化系统的安装和调试，确保系统的稳定运行和可靠性。

进行数据处理和管理：对所收集到的数据进行统计和分析，实现数据的共享和管理，为智能化系统的优化和升级提供支持。

建立安全保障机制：建立安全保障机制，确保智能化系统的信息安全和数据安全。

[1] 赵凯.电气工程及其自动化技术在智能建筑中的应用.信息系统工程.2023

[2] 周海名.低碳经济背景下绿色智能建筑信息技术应用.智慧中国.2023

[3] 孙立.大数据在智能建筑中的应用.互联网周刊.2023

[4] 赵州桥.面向智能建筑的能源自适应优化研究.南京邮电大学.2022