互聯(lián)網(wǎng)+建筑：智慧建筑

王 理 孫連營 王天來

(中國建筑科學研究院，北京 100013)

互聯(lián)網(wǎng)+建筑：智慧建筑

王 理 孫連營 王天來

(中國建筑科學研究院，北京 100013)

人類的進步伴隨著技術(shù)及文明的進步，人類的發(fā)展史是文明進步的歷史?；仡櫄v史是為了展望未來，只有充分了解了未來的發(fā)展趨勢，才能順應趨勢有所作為。本文是通過回顧人類發(fā)展史及建筑發(fā)展歷史，探討未來建筑的形態(tài)與特征，研究信息時代互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)對建筑的影響與作用，探索智慧建筑的發(fā)展技術(shù)路線。

智能建筑； 智慧建筑； 物聯(lián)網(wǎng)； 云計算； 大數(shù)據(jù)

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.16

引言

人類的進步始終伴隨著技術(shù)及文明的進步，人類的發(fā)展史是文明進步的歷史。人類社會先后經(jīng)歷了石器時代、農(nóng)業(yè)時代、工業(yè)時代，目前已經(jīng)進入了一個全新的時代：信息時代。法國著名史學家費爾南·布羅代爾在其力作《文明史》中這樣說道：“文明是歷史上最為漫長的。人類居住的空間限制并決定了生存方式與社會結(jié)構(gòu)，他們有意無意地服從道德法則、宗教和哲學信仰，以及他們歸屬的文明。新近的歷史正飛速向我們沖來，更早一些的歷史則以較為緩慢的速度較為隱秘的方式伴隨著我們。事實上，現(xiàn)在的世界在不同程度上是更為古老的歷史的產(chǎn)物?！盵1]?；仡櫄v史是為了展望未來，只有充分了解了過去才能看清未來的發(fā)展趨勢，才能順應趨勢有所作為。正如蒸汽機與電力的出現(xiàn)標志著第一、二次工業(yè)革命一樣，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是人類進入信息時代的重要標志，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)造就了新的生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系。未來建筑的發(fā)展也必將順應人們生產(chǎn)、生活習慣的改變，順應時代的發(fā)展趨勢。通過深入研討時代發(fā)展特征、研討人類文化變遷從而找出未來建筑的發(fā)展趨勢是本文關(guān)注的主要問題。

1 社會發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)思維

1.1 人類社會發(fā)展綜述

世界上所有的文明幾乎都源于河流，河流孕育著古老的人類文明。著名的大河文明，如：黃河流域的中國文明、印度河的前印度文明、幼發(fā)拉底河和底格里斯河沿岸的美索不達米亞文明、尼羅河沿岸的埃及文明等[2]。在整個社會發(fā)展歷程中，人類通過使用工具與技術(shù)使自身的體力與智力得到不斷的擴展和提升，從而推動了社會進步與人類文明，人類發(fā)展史也是技術(shù)進步的歷史。

舊石器時代，人發(fā)明了語言、工具和火。石器時代的人是食物采集者，社會組織的實質(zhì)是協(xié)作。家庭和部落是相互協(xié)作的團體，他們共同為生存而奮斗。人與人之間的關(guān)系是完全平等的。每個人都有明確的為大家所公認的義務和報酬。部落社會是一個完全平等的社會，也是一個生產(chǎn)效率低下的社會。人與人平等，男人女人也平等。經(jīng)濟的平等和社會地位的相同是石器時代的明顯特征。

農(nóng)業(yè)的興起，大河文明的產(chǎn)生隨之而來。種植與養(yǎng)殖技術(shù)的進步使人成為食物的生產(chǎn)者，由此促生了定居這種新的生活方式。村莊取代了的流浪團體，成為人類最基本的經(jīng)濟文化單位，構(gòu)成了十九世紀前一直居統(tǒng)治地位的一種生活方式的基礎(chǔ)。定居生活使部落的政治組織取代了游牧民族單獨的群體，從而引發(fā)了城市化、階級分化、社會分裂，損害了原始社會的平等，農(nóng)業(yè)時代經(jīng)歷了幾千年的歷史。

蒸汽機的出現(xiàn)是人類進入了工業(yè)時代的重要標志。大機器制造與批量生產(chǎn)是工業(yè)時代的主要特征。工業(yè)時代有三次重大變革。第一次工業(yè)革命是以蒸汽機的發(fā)明應用為標志，確立了現(xiàn)代工廠制，代表性的產(chǎn)業(yè)是紡織業(yè)，脫胎于傳統(tǒng)的手工業(yè)行業(yè)，簡單的說就是“紡織時代”。第二次工業(yè)革命以電力、電動機和內(nèi)燃機為標志，確立了公司制、壟斷制，代表性的產(chǎn)業(yè)是以科學技術(shù)為主的產(chǎn)業(yè)，如電氣、電機制造、鋼鐵、汽車、化工等，可以稱為“鋼鐵時代”。第三次工業(yè)革命是以計算機應用為標志，人類進入“計算機時代”。工業(yè)時代的基礎(chǔ)是化石能源，能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)。以煤、石油和天然氣為代表的化石能源造就了工業(yè)革命，人類文明得以飛速發(fā)展。工業(yè)時代的能源機制塑造了文明的本質(zhì)，決定了組織結(jié)構(gòu)、商業(yè)貿(mào)易成果的分配、政治力量的作用形式，促成了生產(chǎn)關(guān)系的形成和發(fā)展。能源造就了中心，造就了金字塔式的層級結(jié)構(gòu)。

對于目前我們所處的時代，社會上有不同的看法。有人認為人類目前處于第四次工業(yè)革命時代，有人認為是后工業(yè)時代，也有人認為是互聯(lián)網(wǎng)時代、信息時代。筆者比較認同信息時代的說法，同時覺得認清時代及其時代特征對技術(shù)創(chuàng)新工作是非常有價值的。牛津大學互聯(lián)網(wǎng)研究所教授盧洽諾弗洛里迪說：“人類進入了一個史無前例的階段，從物質(zhì)為基礎(chǔ)的社會，到以黃金為基礎(chǔ)的社會，到以能源為基礎(chǔ)的社會，再到以信息為基礎(chǔ)的社會”。美國加州大學曼紐爾卡斯特爾教授：“網(wǎng)絡(luò)的形式將成為貫穿一切事物的形式，正如工業(yè)的組織形式是工業(yè)社會內(nèi)貫穿一切的形式一樣”。

圖1是阿里巴巴集團副總裁、阿里研究院院長高紅冰先生總結(jié)的人類社會發(fā)展歷程。他認為計算機的出現(xiàn)標志著人類社會即已進入了新的時代：信息時代。筆者認為，計算機的出現(xiàn)僅僅是第三次工業(yè)革命的重要標志，而互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)才是信息時代的重要標志。《世界是平的》作者托馬斯費里德曼說：“互聯(lián)網(wǎng)形成了一個扁平的世界平臺，使得每個人能夠以個人的形式采取全球行動”。工業(yè)時代：管理、銷售、信息傳遞、能源傳輸?shù)鹊榷际亲陨隙碌?，金字塔式的形式?！妒Э亍返淖髡邉P文凱利說：“我們在過去采用的全部都是自上而下的管理，在那個時代是很有必要的，因為如果信息不流通，自上而下的方式進行溝通是最好的方法”[3]。

圖1 阿里研究院院長高紅冰給出的人類社會發(fā)展歷程

互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)造就了新的生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系，人們的生產(chǎn)、生活方式也將因此發(fā)生巨大改變。與工業(yè)時代相比較，信息時代在生產(chǎn)工具、生產(chǎn)要素、產(chǎn)業(yè)特點、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)營主體、組織模式以及文化等方面都會有本質(zhì)的不同。

1.2 工業(yè)時代與信息時代的主要區(qū)別

在全球著名IT企業(yè)2009至2013年世界500強排名中，諾基亞公司從2009年的第20位，到2013年已經(jīng)衰落到第200位了。而蘋果則從2009年的第260名迅速躥升到2013年的第20名位置。巔峰時期的諾基亞市值逼近2 500億美元， 2008年一年諾基亞公司就售出近五億支手機，市場占有率近40%。諾基亞曾經(jīng)為芬蘭貢獻過4%的GDP和25%的出口，全球員工達十二萬人。隨著諾基亞在手機市場的落后，公司不斷裁員，到了2013年初諾基亞的輝煌就一去不復返了。蘋果公司為什么會蒸蒸日上，諾基亞為什么會日趨沒落？值得深思。

對于蘋果手機為什么會得到大眾如此推崇這個問題，有人認為是蘋果手機做工精良，有人認為是蘋果的品牌影響力，也有人認為它是身份的象征，上述這些解釋都有一定的道理。但是，如果僅僅是因為這些理由就可以火起來，好像不足以服人。做工不精良并且不知名的小米手機也火了，又是為什么？雷軍說是因為：專注和極致。當年的諾基亞手機不精良嗎？不專注嗎？它也是身份地位的象征?？墒撬€是死掉了，為什么？這確實是一個需要大家深入思考的問題。細想之后就會發(fā)現(xiàn)，諾基亞它不是死于經(jīng)營不善、不是死于管理不利、不是死于組織機構(gòu)龐大，它是死于趨勢，死于落后的工業(yè)時代思維。時代發(fā)展了，它還是固守傳統(tǒng)工業(yè)時代的思維模式：封閉、保守，勢必要被趨勢所淘汰。

蘋果與小米手機的崛起是因為它們順應了時代發(fā)展的趨勢，是互聯(lián)網(wǎng)開放思維的典型案例。蘋果和小米采用了開放的平臺IOS和Android系統(tǒng)，開放思維具體體現(xiàn)在APP Store和andriod市場。通過APP Store讓全社會無數(shù)有能力的個人與公司參與到手機的開發(fā)，使產(chǎn)品發(fā)揮出無限的價值。高德的地圖與導航、騰訊的QQ與微信、淘寶與京東、運動手環(huán)等等無數(shù)APP應運而生并得到很好的應用，用戶得到方便實惠，手機功能得到無限擴展。APP store 使得外觀一樣的Iphone 有了無數(shù)不同的內(nèi)心。反觀諾基亞，其采用的封閉的Symbian系統(tǒng)，手機上所有的功能都通過自己的研發(fā)團隊進行。顯然，諾基亞公司是以一己之力與全社會抗爭，結(jié)果是不言而喻的，即使你能力再強、再偉大，在全世界面前也是渺小的、無能為力的，只有被大眾力量淹沒這一條路了。

我們是幸運的一代，見證了時代的變遷，從工業(yè)時代進入信息時代，見證了計算機互聯(lián)網(wǎng)的興起與發(fā)展，并從中獲益，技術(shù)進步了，生活水平也提高了。我們也是不幸的一代，時代的步伐太快，以至于隨時面臨被淘汰的境況(表1)。

表1 各時代不同特點

表1是筆者列舉的各時代主要區(qū)別，僅供參考。其中，特別值得關(guān)注的是信息時代的經(jīng)濟形態(tài)：共享經(jīng)濟。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)思維

互聯(lián)網(wǎng)思維是什么？這是信息時代必須要搞清楚的一個根本問題。筆者對互聯(lián)網(wǎng)思維的理解是：互聯(lián)網(wǎng)思維的核心就是平等、開放、合作與共享。這是由互聯(lián)網(wǎng)自身特性所決定的?；ヂ?lián)網(wǎng)創(chuàng)建之初，互聯(lián)網(wǎng)之父瑟夫(Vinton G.Cerf)等絕大多數(shù)科學家均認為：“所有的計算機生來平等，每一種差異和個性，所有不同的軟件和硬件，都必須平等地對待?！盵3]，互聯(lián)網(wǎng)的核心目的就是使這些生來平等的計算機實現(xiàn)資源的共享。

研究互聯(lián)網(wǎng)思維就不得不研究Tcpip協(xié)議，Tcpip協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，尤其是一個主機與另一個主機之間的數(shù)據(jù)往來格式以及傳送方式。為了讓這些“生來平等”的電腦能夠?qū)崿F(xiàn)“資源共享”就要建立一種大家共同都必須遵守的標準，這樣才能讓不同的電腦按照一定的規(guī)則進行“談判”，并且在談判之后能“握手”。這個標準就是Tcpip協(xié)議，它的建立遵循以下四項基本原則：

(1)最少、自治原則：每一個網(wǎng)絡(luò)有其自身的特點，不因連到Internet而要求內(nèi)部的改變，使用最少的資源實現(xiàn)互聯(lián)，自己管理自己，不要他治，要自治。

(2)盡力而為的服務模式：如果分組不能到達最終目的地，源端將很快重傳該分組。也就是說，我不會做到最好的結(jié)果，但一定努力做，為什么？網(wǎng)連網(wǎng)的時候無法控制別人的網(wǎng)絡(luò)，因此只管自己把事情做好?；ヂ?lián)網(wǎng)解決問題的方法很簡單，在基礎(chǔ)設(shè)施條件不滿足的時候，盡力而為； 但隨著技術(shù)的發(fā)展，當達到的時候，這個問題就已經(jīng)解決了，不需要你再解決。問題分兩類，一類問題會永遠跟著你走，永遠解決不了； 另一類問題是時間或者條件發(fā)生變化的時候，這個問題就消失了。

(3)網(wǎng)絡(luò)連接性：任何網(wǎng)絡(luò)可通過網(wǎng)關(guān)連到另一個網(wǎng)絡(luò)。

(4)分散控制：在操作級上不存在集中的網(wǎng)絡(luò)管理與控制。

上述四項基本原則就是互聯(lián)網(wǎng)的憲法。

互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)則體系是使公共資源社會化的網(wǎng)絡(luò)體系、資源分享體系，所有的人和資源連接起來，造成這樣一種社會化存在?；ヂ?lián)網(wǎng)的規(guī)則體系比工業(yè)規(guī)則體系更有效率，更能夠帶來正向的改變。當互聯(lián)網(wǎng)使用的規(guī)則體系通過技術(shù)、通過服務擴散到全球，人們的生產(chǎn)與生活將隨之發(fā)生根本改變。由于互聯(lián)網(wǎng)的影響，處于特權(quán)地位的中心被解構(gòu)了，每一個普通的個人與每一個恢宏的機構(gòu)劃時代地擁有了平等的地位，互聯(lián)網(wǎng)讓一切民主化。未來人與人的關(guān)系是平等的，物與物的關(guān)系是平等的，甚至人與物的關(guān)系也是平等的。業(yè)務通過大眾參與、分工合作進行，成果由大眾分享。組織形式是去中心化、扁平的。對等性、中立性、開放性、全球性、虛擬性是信息時代的基本特征。去中心化、碎片化、全球化是互聯(lián)網(wǎng)思維的具體表現(xiàn)形式。工業(yè)時代無法捕捉的碎片化的需求與碎片的資源在信息社會可以輕松地實現(xiàn)全球自由對接。網(wǎng)絡(luò)平臺可以使大量閑置資源成為新資源，使其換發(fā)出新的生機。

互聯(lián)網(wǎng)是工具和手段，但互聯(lián)網(wǎng)思維不是以互聯(lián)網(wǎng)為工具、手段的思維，它是一種思想?；ヂ?lián)網(wǎng)思維的核心就是平等、開放、合作與共享。平等是基礎(chǔ)，開放是原則，合作是方式，共享是目的。

2 互聯(lián)網(wǎng)+建筑：未來的智慧建筑

2.1 互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)與建筑

近年來興起的互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，如：云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、BIM技術(shù)以及人工智能技術(shù)等，進一步促進了建筑的轉(zhuǎn)型升級，為智慧建筑的實現(xiàn)和發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新型計算模式，借助這種模式，計算機或者其它設(shè)備可以根據(jù)需求共享信息或者軟硬件資源。云計算中的“云”由數(shù)以億計的服務器組成，能提供前所未有的計算能力、存儲能力等，并且云計算利用虛擬化技術(shù)來實現(xiàn)對物理資源的集中管理，充分的利用各種軟件、硬件資源，提高了設(shè)備的利用率，降低了系統(tǒng)能耗。簡單的說云計算就是將計算資源池化，以利于計算資源的維護、擴充及使用。

物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物之間的智能關(guān)聯(lián)，是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，可以將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等各種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象之間實現(xiàn)互聯(lián)互通的巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是將IT基礎(chǔ)設(shè)施融入到物理基礎(chǔ)設(shè)施中，并被普遍連接，實現(xiàn)物物相聯(lián)，目的是進行實施、動態(tài)、智慧的管理和控制，這一本質(zhì)與智慧建筑的內(nèi)在智能體現(xiàn)在將各種智能裝置嵌入建筑設(shè)施的各種物件上，并賦予其自動運行、自我決策的智能工作模式不謀而合。為了實現(xiàn)對建筑的有效管理，實現(xiàn)建筑的“智慧”思考，首先就需要掌握建筑生態(tài)的相關(guān)信息，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正是智慧建筑能夠?qū)崿F(xiàn)全面感知、可靠傳送和智能決策的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)技術(shù)描述了新一代的IT技術(shù)和架構(gòu)體系。大數(shù)據(jù)的特點是數(shù)據(jù)體量巨大、數(shù)據(jù)類型復雜多樣和生成速度快。隨著科技的進步及建筑的發(fā)展，未來的智慧建筑中會布滿各種傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，這些基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧建筑實時感知著由建筑所發(fā)出的各種信號，必將產(chǎn)生許許多多結(jié)構(gòu)安全、環(huán)境能耗等專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。這些日積月累產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)是復雜的、多樣的，同時這些數(shù)據(jù)的信息量巨大，容量也會由TB向PB、EB、ZB級增加。以建筑加速度記錄為例，一天100個數(shù)據(jù)采集點采集的數(shù)據(jù)量：加速度信號采集一般的采樣率為100Hz，既每秒采集100個點，每次的數(shù)據(jù)量是4個字節(jié)。4 ×100×100×3 600×24=3.5 GB/天。1000棟建筑就是3.5 TB/天。一年的存儲量為： 3.5 TB×365=1.28 PB/年。數(shù)據(jù)量相當驚人，如果用傳統(tǒng)存儲與計算手段，僅僅是讀取需要的時間就非常驚人，根本無法滿足分析需求，更不要說實時控制了。

要想把這些數(shù)據(jù)資源經(jīng)過存儲、處理、查詢和分析后充分用于各類應用，從而提供快捷、高效的服務，轉(zhuǎn)變成有用的價值信息，傳統(tǒng)的計算技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲與處理技術(shù)已經(jīng)完全不能滿足新的需求，大數(shù)據(jù)技術(shù)成為必然選擇。

隨著工業(yè)化的完成，城市成為人類居住主要聚集地，完成工業(yè)化的國家城市化率都已達到80%以上。如同十九世紀的工業(yè)化進程瓦解了農(nóng)業(yè)社會的生產(chǎn)、生活方式一樣，信息社會新的生產(chǎn)、生活方式也正在形成。在信息社會，智能化的綜合網(wǎng)絡(luò)將遍布社會的各個角落，固定電話、移動電話、電視、計算機等各種信息化的終端設(shè)備將無處不在。隨著工業(yè)社會向信息社會的演進，人類以大城市聚集為主的方式正在發(fā)生變化，發(fā)達國家城市人口在經(jīng)歷了幾百年的聚集之后開始出現(xiàn)擴散化的趨勢，中心城市發(fā)展速度減緩，并出現(xiàn)郊區(qū)化現(xiàn)象。大城市人口的外溢使城市從傳統(tǒng)的單中心向多中心發(fā)展。

從古代西方維特魯威的《建筑十書》、克魯夫特的《建筑理論史》到近代中國吳良鏞的《廣義建筑學》，我們看到，建筑的目的不外乎是“堅固、實用、美觀”，古今中外建筑無一例外，其中唯一發(fā)生變化的只是隨著時代不同強調(diào)的重點不同而已。西方建筑古今一貫的東西就是理性，而“形式服從功能”就是一個典范，幾千年不變[4-7]。我國建筑的發(fā)展不像西方文化注重理性分析，而更側(cè)重于綜合求同，甚至有過曲折的發(fā)展過程，但我們堅信“堅固、實用、美觀”依然是所追求的方向。

未來的建筑是什么？首先看看未來校園建筑的發(fā)展。學校是供學生學習的場所，學校里有教室和教師。工業(yè)時代，沒有互聯(lián)網(wǎng)，我們必須到學校去學習。信息時代，有了互聯(lián)網(wǎng)，校園和教室的模式就被打破了，虛擬的教室替代了固定的房屋建筑，學生可以隨時隨地的通過網(wǎng)絡(luò)進行學習，可以選擇適合自己的學校與專業(yè)課程，可以選擇自己喜歡的老師。從數(shù)字圖書館與“可汗學院”中，未來學校的模樣就可以一目了然了。未來只要有網(wǎng)絡(luò)就會有學校，老師是移動的，學校也是移動的。不遠的未來學校將沒有固定地點，固定的僅僅是個標志。沒有了固定的學校，校園建筑還有嗎？皮之不存毛將焉附，當然就不會存在了。同樣，我們再看看辦公場所。今天美國不在特定場所工作的人已占美國工作人口的三分之一[3]。石器時代人們以游牧為主，沒有固定場所。農(nóng)業(yè)時代，人們學會了種植與養(yǎng)殖，開始定居下來。工業(yè)時代，大機器制造，人們進入工廠工作?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，人們將再次進入無固定場所時代。這將是新時代的工作樣態(tài)?？梢韵胂?，人類未來的生活方式將趨向于流動的方式。人們不會同工業(yè)時代那樣，一輩子住在自己辛辛苦苦買的住宅里。因為，未來的人們生活工作學習等各個方面都趨于相當多的流動性。未來沒有人買車，也沒有人買房，通常都會是租用的方式。從擁有資源的所有權(quán)向擁有資源的使用權(quán)轉(zhuǎn)變。

2.2 智慧建筑與大數(shù)據(jù)技術(shù)應用

建筑的發(fā)展時刻伴隨著技術(shù)的進步，電力機械技術(shù)+建筑催生了高層建筑，計算機與自動化技術(shù)+建筑將傳統(tǒng)建筑升級為智能建筑，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)+建筑將會使建筑更智能、更綠色、更智慧。目前來看，智能建筑側(cè)重于系統(tǒng)，欠缺的是集成，系統(tǒng)各自獨立。綠色建筑側(cè)重于四節(jié)一環(huán)保，欠缺的是量化。隨著科技的不斷進步，工業(yè)化水平和信息化程度的逐步提高，人與自然應該和諧發(fā)展已得到廣泛認同，智能建筑已經(jīng)滿足不了人們不斷豐富的需求，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為代表的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在推動建筑從智能化走向智慧化，“智慧建筑”順應建筑理念和實踐的發(fā)展而產(chǎn)生，它是人、建筑、環(huán)境和科學技術(shù)融合發(fā)展的必然產(chǎn)物。未來的建筑將是智慧建筑，它是智能建筑的升級版，是綠色建筑的綜合體。未來的智慧建筑必將是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛且深入應用的建筑，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及移動應用技術(shù)將會與建筑在各個領(lǐng)域深度融合。

智慧建筑是以建筑、人與環(huán)境為對象，集計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，提供安全高效、環(huán)境舒適、能耗更低的建筑。智慧建筑是安全的，它能實現(xiàn)對建筑及環(huán)境的深度感知，能實時對建筑結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測，對運行過程中的異常情況進行預警，確保建筑使用安全； 智慧建筑是舒適的，它能采集和存儲運行維護中的大量數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)代科學技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析與挖掘，實現(xiàn)智能分析與控制，提供功能齊全、環(huán)境舒適、服務更加智慧化的建筑環(huán)境； 智慧建筑是節(jié)能和環(huán)保的，智慧設(shè)計、智慧建造和智慧運維貫穿建筑的全生命周期，實現(xiàn)節(jié)約能源、降低能耗、減少污染和綠色環(huán)保。

與智能建筑不同，智慧建筑是在新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應用基礎(chǔ)上建立起來的一種創(chuàng)新環(huán)境下的建筑形態(tài)，它具有智能管控的多功能綜合系統(tǒng)，涵蓋結(jié)構(gòu)檢測、環(huán)境管理、能耗分析和服務支持等各個方面，可以實現(xiàn)對建筑及環(huán)境中所有事物的廣泛連接、深度感知、智能分析和有效控制。智能建筑是反饋系統(tǒng)，智慧建筑是前饋系統(tǒng)。智能建筑是以計算機與自動化技術(shù)為依托，智慧建筑是以物聯(lián)網(wǎng)、云計算及大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托的新型建筑生態(tài)模式。如果用“人”來比喻建筑的話，傳統(tǒng)建筑是只具有皮膚和骨架的人體，智能建筑是具有幾大生命系統(tǒng)的完整人，而智慧建筑則是與自然和社會環(huán)境相結(jié)合的社會人。

智慧建筑最終要實現(xiàn)建筑智慧化的目標，讓建筑具備人的思維，具有自我感知、自我判斷、自我分析和自我決策的能力，給建筑本身足夠的自由空間，減少人為干預，讓建筑真正智慧起來。智慧建筑是全生命周期的建筑，從規(guī)劃與設(shè)計、建造與運維到最終拆除的各個階段都要考慮綠色化的理念，為使用者提供安全可靠、寬敞舒適、節(jié)約能源、減少污染、綠色環(huán)保的建筑環(huán)境。智慧建筑的實質(zhì)是一個生態(tài)系統(tǒng)，無論是建筑外形還是建筑構(gòu)造，都要符合生態(tài)化的標準。智慧建筑要實現(xiàn)適應環(huán)境和保護生態(tài)的目標，讓建筑、人與環(huán)境三者融合發(fā)展、和諧共處。智慧建筑可以有效提高設(shè)備功能、降低運行成本、減少資源消耗、保護生態(tài)環(huán)境，從而促進建筑業(yè)的健康有序發(fā)展，堅持智慧建筑的發(fā)展理念，推動行業(yè)進步和技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)智慧建筑的可持續(xù)化發(fā)展目標。智慧建筑實現(xiàn)了對建筑及環(huán)境中所有事物的深度感知、廣泛連接、智能分析與控制。從而使建筑結(jié)構(gòu)更安全、建筑環(huán)境更舒適、建筑能耗更低。智慧設(shè)計，智慧建造，智慧運維貫穿建筑的全生命周期。

未來的智慧建筑數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)類型變化將超乎想象，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)具有以下四個特征：數(shù)據(jù)量大(Volume)、數(shù)據(jù)類型復雜(Variety)、數(shù)據(jù)處理速度快(Velocity)、數(shù)據(jù)價值密度低(Value)。在大數(shù)據(jù)環(huán)境中不僅要創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)并且需要對數(shù)據(jù)進行實時流處理并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果實時反饋給用戶，更加重要的工作是對大數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等技術(shù)進行深度復雜分析，挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值[8]。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲與處理技術(shù)已經(jīng)完全不能滿足新的需求。因此，數(shù)據(jù)的收集、存儲、挖掘分析、處理與使用都將通過云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)得以實現(xiàn)。跨專業(yè)、甚至跨行業(yè)的數(shù)據(jù)平臺將是未來數(shù)據(jù)處理的發(fā)展趨勢，也將對建筑行業(yè)價值提升發(fā)揮巨大作用。如果說大數(shù)據(jù)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)應用是物理反應，那么在跨行業(yè)的應用將會產(chǎn)生強烈的化學反應。比如：當?shù)卣鸢l(fā)生時，位于震中的建筑可以實時捕捉到地震信號，如能及時將地震信息傳送給正在高速向震中行進的列車，列車就可以在最短的時間內(nèi)降低車速、避免傾覆，從而減少人員傷亡和重大次生災害的發(fā)生。通過這個簡單案例表明，大數(shù)據(jù)平臺意義重大。

圖2 CABR智慧建筑大數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)架構(gòu)

圖3 建筑熱負載分析預測結(jié)果

圖2是筆者構(gòu)建的以建筑行業(yè)數(shù)據(jù)為核心的大數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)架構(gòu)，可實現(xiàn)跨行業(yè)大數(shù)據(jù)應用。根據(jù)建筑、環(huán)境及能耗數(shù)據(jù)分析的實時性需求，可選擇不同的大數(shù)據(jù)計算框架并構(gòu)建相應查詢分析業(yè)務系統(tǒng)：(1)Storm實時內(nèi)存流數(shù)據(jù)計算框架：一個分布式的、容錯的、實時的內(nèi)存流式計算系統(tǒng)； (2)Hadoop離線大數(shù)據(jù)計算框架：大數(shù)據(jù)離線批處理系統(tǒng)，傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)離線MapReduce計算分析； (3)Spark并行大數(shù)據(jù)計算框架：Hadoop MapReduce的通用的并行計算，擁有Hadoop MapReduce所具有的優(yōu)點[9]； 但不同于MapReduce的是Job中間輸出結(jié)果可以保存在內(nèi)存中，從而不再需要讀寫HDFS，因此Spark能更好地適用于數(shù)據(jù)挖掘與機器學習等需要迭代的map reduce的算法。

該平臺收集并存儲建筑基本信息、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、能耗及相關(guān)業(yè)務數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以在不同的分布式集群之間進行傳輸、復制、同步，數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以通過多種展現(xiàn)形式(表格、各種展現(xiàn)圖)進行數(shù)據(jù)展現(xiàn)。可提供大數(shù)據(jù)運行環(huán)境、大數(shù)據(jù)管理服務以及大數(shù)據(jù)對外輸出的能力。研發(fā)智慧建筑行業(yè)大數(shù)據(jù)分析與挖掘引擎(機器學習)，提供建筑行業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)的分析及挖掘服務。構(gòu)建某業(yè)務方向大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，提供自動化數(shù)據(jù)分析(力學振動、環(huán)境、能耗等指標分析)、數(shù)據(jù)監(jiān)控、趨勢預測、假設(shè)論證及分析報告服務。

利用大數(shù)據(jù)平臺，可以基于統(tǒng)計的建筑參數(shù)對采集數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析。圖3是通過建立三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對建筑熱負載進行分析預測的結(jié)果。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入層有八個變量分別是X1(體型系數(shù))、X2(建筑表面積)、X3(墻體面積)、X4(屋頂面積)、X5(建筑高度)、X6(建筑朝向)、X7(透光區(qū))、X8(透光區(qū)分布)，輸出是熱負載值。對采集的768條數(shù)據(jù)首先進行歸一化處理，然后利用前600條數(shù)據(jù)對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓練，后168條記錄用于預測校驗。結(jié)果表明學習與預測效果良好。

3 結(jié)論

我們已經(jīng)進入了一個新的時代：信息時代，互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生是信息時代的重要標志?；ヂ?lián)網(wǎng)思維的核心是：平等、開放、合作與共享，平等是基礎(chǔ)、開放是原則、合作是方式、共享是目的?；诖耍ㄖ氖褂梅绞揭矊l(fā)生根本改變，從擁有資源的所有權(quán)向擁有資源的使用權(quán)轉(zhuǎn)變。未來，隨著人們生產(chǎn)、生活方式的轉(zhuǎn)變，人群的流動性加大、租用將是未來建筑使用方式的主要趨勢。云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及移動應用技術(shù)將與建筑各個領(lǐng)域深度融合，未來建筑必將是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛且深入應用的建筑，未來的建筑將是智慧建筑。智慧建筑是人、建筑、環(huán)境和科學技術(shù)融合發(fā)展的必然產(chǎn)物，智慧建筑是智能建筑的升級版，智慧建筑是綠色建筑的綜合體。

[1]費爾南·布羅代爾，文明史，北京：中信出版社， 2014

[2]斯塔夫里阿諾斯， 全球通史，北京：北京大學出版社， 2012.

[3]中央電視臺大型紀錄片《互聯(lián)網(wǎng)時代》主創(chuàng)團隊，互聯(lián)網(wǎng)時代，北京：北京聯(lián)合出版公司， 2015.

[4]維特魯威， 建筑十書，北京：北京大學出版社， 2012.

[5]漢諾沃爾特·克魯夫特， 建筑理論史，北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2005.

[6]吳良鏞， 廣義建筑學，北京：清華大學出版社， 2011.

[7]梁思成， 中國建筑史，天津：百花文藝出版社， 2005.

[8]王元卓， 靳小龍，程學旗.網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望[J].計算機學報， 2013， 06： 1125-1138.

[9]楊巨龍，大數(shù)據(jù)技術(shù)全解，北京：電子工業(yè)出版社， 2014.

Internet+Building：Smart Buildings

Wang Li, Sun Lianying, Wang Tianlai

(ChinaAcademyofBuildingResearch，Beijing100013,China)

The progress of the mankind is accompanied by the advancement of technologies and civilizations，and the history of the mankind is the history of civilization advancement.Looking back into the past is for looking forwarding to the future.It is only by fully understanding the development trend of the future can we make a difference accordingly.With a review of the development histories of the mankind and the buildings，this article analyzes the forms and features of future buildings，studies the influences and impacts of the new Internet technologies on buildings in this information era，and explores the technical roadmap for the development of smart buildings.

Smart Buildings; Internet of Things; Cloud Computing; Big Data

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技計劃項目“智慧建筑與結(jié)構(gòu)安全和能耗檢測平臺研究” (編號：2015-K8-017) 【作者簡介】 王理(1963-)，男，研究員，院信息化辦公室主任。主要研究方向：建筑信息化技術(shù)、智慧建筑。

TP301

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1674-7461(2016)06-0084-07