智能化技術(shù)是支撐綠色建筑的重要基礎

文｜上海寶信軟件股份有限公司 顧永興

綠色建筑的建設目標需要通過運營管理來體現(xiàn)的，綠色建筑的運營管理則是堅持“以人為本”和可持續(xù)發(fā)展的理念，在傳統(tǒng)物業(yè)服務的基礎上進行提升，從建筑全壽命周期出發(fā)，通過應用適用技術(shù)、信息化與智能化技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與保護環(huán)境的目標。

1 綠色建筑的運行管理

綠色建筑的運營管理落實在物業(yè)管理的日常工作中。一般建筑往往在工程竣工后，才開始考慮運營管理，而綠色建筑的運營管理策略與目標需要在規(guī)劃設計階段就應確定，在運營過程中不斷改進。

我國政府頌布的《物業(yè)管理條例》、《國務院關(guān)于修改〈物業(yè)管理條例〉的決定》、《物業(yè)管理師制度暫行規(guī)定》、《物業(yè)服務收費管理辦法》、《物業(yè)管理企業(yè)資質(zhì)管理辦法》、《物業(yè)管理師資格認定考試辦法》等法規(guī)，正在逐步規(guī)范物業(yè)管理行業(yè)。物業(yè)管理經(jīng)營人受物業(yè)所有人的委托，按照國家法律和管理標準及委托合同行使管理權(quán)，運用現(xiàn)代科學和先進的維修養(yǎng)護技術(shù)，以經(jīng)濟手段管理物業(yè)，從事對物業(yè)及其周圍環(huán)境的養(yǎng)護、修繕、經(jīng)營，并為使用人提供多方面的服務，使物業(yè)發(fā)揮最大的使用價值和經(jīng)濟效益。

建筑的運營管理是指建筑物使用期的物業(yè)管理服務。物業(yè)服務的常規(guī)內(nèi)容有給排水、燃氣、電力、通信、保安、綠化、保潔、停車、消防、電梯以及其他共用設施設備的日常維護等。

綠色建筑的運營管理與傳統(tǒng)物業(yè)管理相比有以下特點：

（1）應用建筑物全壽命周期成本分析方法，制定綠色建筑運營管理策略與目標，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護環(huán)境和減少污染。

（2）堅持“以人為本”，為建筑物的使用者提供健康、適宜和高效的生活與工作環(huán)境。

（3）采用適用技術(shù)、信息化與智能化技術(shù)，實施高效運營管理。

建筑物的運營管理通過物業(yè)管理公司來實施，需處理好使用者、建筑和自然三者之間的關(guān)系，既要為使用者創(chuàng)造一個安全、舒適的空間環(huán)境，同時又要保護周圍的自然環(huán)境，做好節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與綠化等工作，實現(xiàn)綠色建筑的建設目標，體現(xiàn)管理規(guī)范、服務優(yōu)質(zhì)高效。

目前綠色建筑的運營管理工作已引起人們的重視，正在克服綠色建筑的建設方、設計方、施工方和物業(yè)服務方在工作上存在著脫節(jié)的現(xiàn)象。建設方在建設階段應較多地考慮今后運營管理的總體要求與實施細節(jié)；物業(yè)服務企業(yè)應在工程前期介入，以保證工程竣工資料完整。目前部分物業(yè)綠色運營的服務觀念尚未建立，不少物業(yè)從業(yè)人員沒有受過專業(yè)培訓，對掌握綠色建筑的運營管理，特別是智能技術(shù)有困難。因此，在綠色建筑的運營管理領域還有大量的工作需要推進。

2 綠色建筑中的智能化系統(tǒng)

近年來，綠色建筑因符合中國政府可持續(xù)發(fā)展的國策與世界節(jié)能環(huán)保主流，得到了快速發(fā)展，無論是工程界還是房地產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)把綠色建筑的建設作為主要的工作內(nèi)容。但是作為高新技術(shù)集成的產(chǎn)物，綠色建筑在中國處于初級階段，就如20年前的智能建筑，人們在以高漲的熱情、前衛(wèi)的理念去構(gòu)造心中的理想物時，往往缺失了科學嚴謹。

2.1 綠色建筑工程實踐中的問題

在工程實踐中，由于各種功利的影響，我們的行為往往在有意無意中出現(xiàn)了以下問題。

（1）重形式與理念，輕實效與長效

有不少綠色建筑實質(zhì)上是實驗性項目，建設時雖然強化了綠色理念，把各種綠色建材、綠色建筑設計方法、節(jié)能技術(shù)、節(jié)能設備等全部堆積組合在一棟孤立的建筑物中，并且以此獲取各類綠色建筑示范工程的稱號，但是卻沒有完整的測試數(shù)據(jù)與運行數(shù)據(jù)，不能提供建設與運行的成本資料。不少綠色建筑工程，有的為示范工程，有的謂之零能耗建筑，都只是在設計的理想值上作介紹。而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的能量、太陽能制冷系統(tǒng)的處理、地源熱泵的供能熱量、建筑物內(nèi)的舒適度等，或為數(shù)據(jù)不全，或是羞于啟齒。

（2）缺乏生命周期成本的分析

現(xiàn)代社會中任何人工設施都必須進行生命周期的成本分析，根據(jù)其建設的投資與其生命期內(nèi)維持功能的費用得到生命周期的成本，然后由該設施的收益進行投入產(chǎn)生的效果分析。

綠色建筑中使用節(jié)能環(huán)保設備及可再生能源設施的建設成本是巨大的，有些設備的壽命遠低于建筑物的壽命，而且運行維護的費用不菲。然而這些投入之后，是否獲得了預期的收益？有許多說不清楚的問題，如：

◆ 設施投運后究竟節(jié)能多少？

◆ 設施節(jié)能/產(chǎn)能的成本究竟是多少？

◆ 設施運行的環(huán)境代價是什么？

如果光伏發(fā)電系統(tǒng)按一些專家所說的在其生命周期內(nèi)所生產(chǎn)的電能小于其制造的能耗，那么在電網(wǎng)發(fā)達區(qū)域大規(guī)模地建設光伏電站的必要性就值得重新審視。

2.2 綠色建筑運營管理的監(jiān)測

綠色建筑運營管理的監(jiān)測是為了保障其建設目標在運行中的實現(xiàn)，通過實時運行的數(shù)據(jù)分析建筑物的節(jié)能與環(huán)境保護的效能及缺陷。需要指出這一監(jiān)測并非是對綠色建材與節(jié)能設施的性能測試，而是從工程整體驗證綠色建筑的實際效益。

（1）監(jiān)測內(nèi)容

綠色建筑運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測大致分為3類：

①環(huán)境監(jiān)測：室內(nèi)外的溫度、濕度、CO2、照度，戶外風速與室內(nèi)自然通風的空氣流速、排放水的水質(zhì)參數(shù)等。

②能源監(jiān)測：建筑物的能源參數(shù)如電壓、電流、電度（分項計量值）及其累計量、燃汽耗量及其累計量、燃油耗量及其累計量、供水量及其累計量、區(qū)域提供的冷/熱量及其累計量、可再生能源提供的電量及其累計量或冷/熱量及其累計量等。

③設施監(jiān)測：墻體內(nèi)外側(cè)的溫度，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池電壓與逆變器狀態(tài)參數(shù)，地/水源熱泵機組的工作井與檢測井的水溫、水位及水質(zhì)，地源熱泵機組土壤熱交換器的壓力損失，地/水源熱泵機組的進水溫度與流量，循環(huán)水的得熱量與釋熱量等。

（2）監(jiān)測技術(shù)

①監(jiān)測參數(shù)，從綠色建筑的監(jiān)測內(nèi)容來看，監(jiān)測參數(shù)并不復雜，主要是溫度、濕度、照度、壓力、流量、流速、電壓、電流、電度、CO2、水質(zhì)等。其中的冷量、熱量則通常由溫度、流量通過計算間接測量而得。雖然這些參數(shù)并不復雜，而且測量的范圍遠比工業(yè)、航空、航天要小得多，精度要求也不是很高，但是由于檢測場所的多樣性，對檢測器的要求則有很大的差異。以溫度檢測器為例，有室內(nèi)溫度、送風溫度、室外溫度、冷凍水溫度、墻體溫度、水井溫度、鍋爐燃氣溫度等測試，就需要選擇不同類型、不同防護形式、不同傳感器的溫度檢測器，甚至不同的測量原理。

②監(jiān)測系統(tǒng)：綠色建筑的監(jiān)測內(nèi)容可屬不同的專業(yè)測試系統(tǒng)，不僅要穩(wěn)定可靠，準確地獲取建筑內(nèi)外的環(huán)境與設施運行數(shù)據(jù)，而且需要進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的初步處理。如建筑熱耗測定中常用的熱流計，用來測量建筑物圍護結(jié)構(gòu)或各種保溫材料的傳熱量及物理性能參數(shù)；現(xiàn)場傳熱系數(shù)檢測儀可不受季節(jié)限制，實現(xiàn)現(xiàn)場圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測。又如紅外熱像儀將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成視頻信號通過監(jiān)測器顯示紅外熱像圖，這種非接觸式的測量不會破壞被測溫度場，除具有紅外測溫儀的優(yōu)點（如非接觸、快速、能對運動目標和微小目標測溫等）外，還能直觀地顯示物體表面的溫度，輸出的視頻信號可采用多種方式顯示、存儲和處理。紅外熱像儀可遠距離測定建筑物圍護結(jié)構(gòu)的熱工缺陷（如：空洞、熱橋、受潮、剝落等），通過測得的各種熱像圖可表征各種建筑構(gòu)造的熱工缺陷的位置和大小。部分監(jiān)測數(shù)據(jù)則來源于設施的監(jiān)控系統(tǒng)，需要通過通信接口向綠色建筑的監(jiān)測平臺傳輸。地源熱泵、水源熱泵、太陽能光伏發(fā)電設備等自身帶有專業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)，為保障設備的正常運行而不斷地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，這些設備往往分布在建筑物內(nèi)外，將這些數(shù)據(jù)匯集在一起并不容易，其中最大的困難是它們的監(jiān)控系統(tǒng)通常是封閉的，不能外傳數(shù)據(jù)，有時雖留有通信接口，其協(xié)議又不愿公開，需要很大的投入才能破解這類信息孤島，否則就要重復設置大量的探測器件。為能降低綠色建筑建設與運行成本，建議各類用于綠色建筑的設施制造商充分考慮設備監(jiān)控系統(tǒng)與外界信息交互的設計。

2.3 綠色建筑運行數(shù)據(jù)的分析

綠色建筑在傳統(tǒng)建筑的基礎上設置了生態(tài)設施與節(jié)能設施，改換了建材與建筑部品，這無疑增加了建設成本。這類的投入增加可以獲得生態(tài)環(huán)保效益，可以降低運行成本，也是人們所期望的，但是對此的分析不應停留在設計目標與理論期望的階段，應從綠色建筑的全生命周期來分析并通過實際運行數(shù)據(jù)給出結(jié)論。

目前對于綠色建筑已有眾多的評估指標體系。如英國建筑研究所（BRE）的“建筑環(huán)境評價方法”（BREEAM）、美國綠色建筑委員主要用于評價商業(yè)（辦公）建筑整體在全生命周期中的綠色生態(tài)表現(xiàn)的“LEED綠色建筑等級體系”、加拿大發(fā)起的“綠色建筑挑戰(zhàn)”（GBC），通過“綠色建筑評價工具”（GBTool）發(fā)展統(tǒng)一的性能參數(shù)指標。能否建立全球化的綠色建筑性能評價標準和認證系統(tǒng)，使不同地區(qū)和國家之間的綠色建筑實例具有可比性，為各國、各地區(qū)綠色生態(tài)建筑的評價提供一個較為統(tǒng)一的國際化平臺，在目前可能還是個良好的愿望，由于技術(shù)與商業(yè)的出發(fā)點不同和評估方法的差異，主流還是定性分類評價。

3 智能化技術(shù)在綠色建筑中的應用

3.1 綠色建筑智能化系統(tǒng)的內(nèi)容

（1）信息

信息是綠色建筑智能系統(tǒng)的基礎，在綠色建筑工程中，需要廣泛采集環(huán)境（大氣、水體、氣象等）、生態(tài)（植物、動物等）、建筑物（結(jié)構(gòu)、地基、建材等）、設備（能源、空調(diào)、水處理、供電、固體廢棄物處理等）、社會（安全、資訊、服務、管理、行政等）等領域的信息，為人類社會活動與生活提供準確可靠的信息，為綠色建筑的控制、管理與決策創(chuàng)造良好的環(huán)境。

（2）控制

綠色建筑的控制包羅萬象，有綠色能源——從太陽能、風能、地熱應用到區(qū)域熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)等的控制；有利用峰谷電價差的冰蓄冷系統(tǒng)的控制；有采用最優(yōu)控制技術(shù)充分利用自然能量來采光、通風，進行照明控制與室內(nèi)通風空調(diào)控制，實現(xiàn)低能耗建筑，若輔以可再生能源則成為零能耗建筑；有可以隨環(huán)境溫度、濕度、照度而自動調(diào)節(jié)的智能呼吸墻；有應用變頻調(diào)速裝置對所有泵類設備的最佳能量控制；有自動收集雨水、處理污廢水，提供循環(huán)使用的水處理設備控制系統(tǒng)。

（3）管理

綠色建筑的管理涉及環(huán)境、生態(tài)、能源、資源、建筑物、設備、社會、安全、通信網(wǎng)絡等。由于各子項之間的相互關(guān)聯(lián)，有些子項之間的目標甚至相互矛盾，因此管理不能僅著眼于單一子項，而要信息共享充分協(xié)調(diào)相互關(guān)系，于是綠色建筑的集成信息管理系統(tǒng)應運而生，在一個統(tǒng)一的平臺上，實現(xiàn)綠色目標的綜合管理。

（4）決策

綠色建筑的生命周期中，他的建設、運行管理與更新改造有大量的事物需要決策，并付諸執(zhí)行。

4 綠色建筑智能化系統(tǒng)工程的特點

（1）大系統(tǒng)，多目標共存

為實現(xiàn)綠色建筑的建設目標，設置了環(huán)境、能源、資源、生態(tài)、安全、信息等監(jiān)控管理系統(tǒng)，雖然眾多的子系統(tǒng)構(gòu)成一個有機整體，但是各子系統(tǒng)的目標是不相同的，通常需采用多目標模糊優(yōu)化控制，以獲得整體的最佳狀態(tài)。

（2）多學科交叉，多技術(shù)結(jié)合

綠色建筑中智能系統(tǒng)的監(jiān)控管理對象分屬土木工程、環(huán)境工程、生態(tài)工程、能源工程、信息工程、化學工程、設備工程，在一個子系統(tǒng)中，往往需要采用多種技術(shù)手段來實現(xiàn)目標。如模仿“人體表皮組織——呼吸系統(tǒng)——神經(jīng)系統(tǒng)”應激性能的氣候調(diào)節(jié)設備（呼吸墻），就要綜合運用新型墻體材料、過濾器、氣候調(diào)節(jié)設備、室內(nèi)外空氣參數(shù)檢測設備、智能控制裝置，以室內(nèi)外空氣品質(zhì)、建筑能耗及居住人的舒適度為綜合目標進行自動調(diào)節(jié)。

5 綠色建筑向智能系統(tǒng)工程提出的挑戰(zhàn)

由于智能系統(tǒng)與綠色建筑共生同存，智能系統(tǒng)的功能、性能及運行成本是綠色建筑不可分割的一部分，綠色建筑要實現(xiàn)的大部分目標及實施方案都離不開智能系統(tǒng)，但是建設領域中的智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)的工作環(huán)境和要求有很大差別，因而面臨著許多新的課題。

（1）綠色建筑的智能系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)為多子系統(tǒng)組合的復雜大系統(tǒng)，工程造價不菲，但建設領域?qū)τ诒O(jiān)控管理系統(tǒng)的要求則是低成本，高可靠性。

（2）綠色建筑的智能系統(tǒng)大多是由沒有專業(yè)技能的人群來直接操控的，因此，系統(tǒng)的人機界面不僅需要個性化、可視化，更要人性化、簡易化，才能得到有效使用。

（3）綠色建筑中大量使用的檢測器件，涉及到各類物理量、化學量、生物量，這些器件不僅要求長期（幾年，十幾年）準確可靠工作，而且成本要低。如冷熱源能耗自動計量等至今尚無理想技術(shù)方案。

（4）為能增強安全系統(tǒng)功能，生物特征信息處理與數(shù)字圖像分析應用需要有進一步的實破。

（5）為實現(xiàn)低能耗與零能耗建筑，在能源與資源管理上、區(qū)域能源供應方面，結(jié)合設備系統(tǒng)功能實行預報控制與優(yōu)化控制尚需積累實踐經(jīng)驗。

（6）對綠色建筑眾多設備系統(tǒng)進行在線故障診斷，實行容錯控制，以保證居住使用者的便利，這需要進行實踐與探索。

綠色建筑不同于傳統(tǒng)建筑，其建設理念跨越了建筑物本體而追求人類生存目標的優(yōu)化，是一個大系統(tǒng)多目標優(yōu)化的典型案例。同時，綠色建筑必須采用大量的智能系統(tǒng)來保證建設目標的實現(xiàn)，這一過程需要信息、控制、管理與決策，智能化、信息化是不可缺少的技術(shù)手段。由于綠色建筑在我國剛剛起步，其中大量的課題有待人們?nèi)ヌ剿髋c解決。