智能建筑中的人工智能

王楷源（中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)翠微學(xué)校，北京 100036）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，信息技術(shù)給我們的生活帶來(lái)了巨大的改變。小到智能手機(jī)，大到宇宙飛船，計(jì)算機(jī)、人工智能等新技術(shù)幫助我們完成了許多在此之前看來(lái)很難完成甚至難以想象的任務(wù)。從個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，一個(gè)新的名詞——智能建筑在國(guó)際建筑界誕生。至90年代，中國(guó)也開(kāi)始逐漸引進(jìn)智能建筑的概念，將傳統(tǒng)的建筑逐漸發(fā)展為新型的智慧型建筑。同時(shí)受科技發(fā)展的引領(lǐng)，建筑的智能化也在逐步提高。從通常概念來(lái)講，智能建筑是人們對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理四個(gè)要素以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的最優(yōu)化組合，以提供一個(gè)投資合理、方便快捷、舒適安全的環(huán)境。智能建筑和其他智能解決方案一樣，其核心在于計(jì)算機(jī)科學(xué)。通過(guò)相應(yīng)的傳感器、信息網(wǎng)絡(luò)、管理系統(tǒng)等軟硬件，計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，提出最優(yōu)化的解決方案，以達(dá)到管理者所期待的目的。

人工智能最早在1956年被提出，屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，是探索和模擬人類智能和思維過(guò)程的規(guī)律，進(jìn)而設(shè)計(jì)出類似人的某些智能化的科學(xué)，包括機(jī)器人、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別、圖像處理、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面。如今，人工智能已經(jīng)成為高科技的流行名詞，相關(guān)的學(xué)科已經(jīng)和正在極大的影響和推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展和人們的生活，在建筑領(lǐng)域也具有廣闊的發(fā)展前景。

1 智能建筑的主要組成

經(jīng)過(guò)二十幾年的積累，智能建筑已經(jīng)由具備樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）、通信自動(dòng)化系統(tǒng)（CAS）、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（OAS）發(fā)展到全系統(tǒng)的智能集成。

是建筑技術(shù)與信息通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以建筑為主體，主要包括計(jì)算機(jī)、控制、通信和圖像技術(shù)。其中計(jì)算機(jī)技術(shù)是指分布式運(yùn)算、分布式操作系統(tǒng)；控制技術(shù)是指標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的集散型監(jiān)控系統(tǒng)；通信技術(shù)是指基于ISDN/B-ISDN等功能的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；圖像技術(shù)是指信息顯示的可視化，它們是智能建筑的技術(shù)基礎(chǔ)，保證了智能建筑綜合布線、樓宇管理、信息通信三個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1.1 布線系統(tǒng)連貫

智能建筑在設(shè)計(jì)中，一般采用綜合布線系統(tǒng)。采用國(guó)際IOS統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，五類雙絞線與光纖傳輸，布線結(jié)構(gòu)為模塊化星型結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的連貫性，適用于多種信息形式的傳輸，包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等；在管理配置方面也具有較強(qiáng)的靈活性，僅僅通過(guò)跳接線就可完成；基于綜合布線系統(tǒng)的智能建筑，讓維護(hù)更加簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。在系統(tǒng)配置中，用信息插座將各種配適器與相關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接，如ISDN配適器與其終端的連接，網(wǎng)卡與微機(jī)的連接，圖像配適器與攝像機(jī)的連接等，技術(shù)可靠，操作方便。

1.2 樓宇管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)

樓宇設(shè)備自動(dòng)化一般包含以下幾個(gè)部分：空調(diào)供熱、通風(fēng)、消防、電力、電梯、給排水等。智能建筑的樓宇管理系統(tǒng)一般包括三方面內(nèi)容：1）建筑安全，如出入警衛(wèi)、防盜、防火、車庫(kù)管理等；2）設(shè)備管理，主要是對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警報(bào)修。3）能源管理，在保證舒適安全的前提下，降低運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這些管理模塊和各個(gè)子系統(tǒng)依靠智能系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配，關(guān)聯(lián)度得到極大提升，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同工作和安全運(yùn)行。

1.3 信息通信系統(tǒng)集成

信息集成化程度高是智能建筑的主要特征，以現(xiàn)階段典型的智能建筑來(lái)說(shuō)，其建筑集成系統(tǒng)具備匯集建筑內(nèi)外各種信息、管理各個(gè)子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)綜合網(wǎng)絡(luò)管理等功能。智能建筑的信息通信系統(tǒng)一般涉及樓宇自控、消防報(bào)警、安全防范、綜合布線、通訊、停車場(chǎng)管理、衛(wèi)星及有線電視接收、辦公自動(dòng)化等等，分類繁多，技術(shù)復(fù)雜，而只有依托先進(jìn)的集成技術(shù)，智能建筑方可真正實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理。

2 人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

人工智能化技術(shù)在建筑應(yīng)用方面的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在綜合布線智能化、樓宇關(guān)聯(lián)智能化以及信息傳輸處理智能化三方面。有效實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的高效控制。以信息傳輸為例，傳統(tǒng)的建筑中人與建筑之間很難實(shí)現(xiàn)順暢交流，更做不到高效的控制。人工智能應(yīng)用到建筑中后，在計(jì)算機(jī)以及信息化技術(shù)的支持下，人與建筑之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的信息傳遞，建筑的智能化管理水平得到顯著提升。

3 人工智能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

人工智能是通常意義上智能的更高層次，應(yīng)用在智能建筑管理中，主要以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模塊的結(jié)構(gòu)化以及專家系統(tǒng)為代表技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)管理者設(shè)想的復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行及控制。

3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指由大量的、簡(jiǎn)單的處理單元相互聯(lián)接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別適合同時(shí)出現(xiàn)的多個(gè)因素和條件的、不精確和模糊的信息處理，其中尤為突出的是自學(xué)習(xí)功能，依據(jù)其基本原理建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別、智能控制等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。目前，智能建筑管理中涉及的信息智能化處理、圖像處理、語(yǔ)音識(shí)別、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、自學(xué)習(xí)等，均借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得到了一定程度的發(fā)展。較之于信息化和數(shù)字化建筑，智能建筑要求具備更“聰明”的管理能力，以建筑設(shè)備的管理為例，智能系統(tǒng)需要保證不同類別設(shè)備單體和整體運(yùn)行的穩(wěn)定安全、協(xié)調(diào)有序；各系統(tǒng)能夠根據(jù)外界條件的變化，對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后各系統(tǒng)之間保持協(xié)調(diào)性，避免某個(gè)分系統(tǒng)調(diào)節(jié)后與整體脫節(jié)，無(wú)法自我修復(fù)；降低仿真過(guò)程中的內(nèi)部復(fù)雜程度，提升系統(tǒng)的控制速度和控制精度；具備一定的自學(xué)習(xí)能力，提高系統(tǒng)的應(yīng)用效率。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是實(shí)現(xiàn)上述功能的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 模塊的結(jié)構(gòu)化

建立一個(gè)大型的、較復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，便捷的方法是將系統(tǒng)分解成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的部分，承擔(dān)不同的功能，每一個(gè)獨(dú)立的部分就是一個(gè)模塊，而將各個(gè)模塊進(jìn)行有機(jī)組合，就是模塊的結(jié)構(gòu)化。智能建筑是傳統(tǒng)建筑的升級(jí)，包括了傳統(tǒng)建筑固有的功能，也集成了現(xiàn)代信息技術(shù)，為保證各個(gè)系統(tǒng)及其功能模塊能夠更好的發(fā)揮作用，需要應(yīng)用人工智能對(duì)所有功能模塊進(jìn)行重組，實(shí)現(xiàn)模塊的結(jié)構(gòu)化，使建筑的功能控制由傳統(tǒng)的并行變?yōu)榧伞＠纾凳诫娞莸闹亓總鞲衅髂軌蜃R(shí)別電梯的設(shè)定載人（物）重量，消防系統(tǒng)中的煙感報(bào)警器能夠監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，通風(fēng)系統(tǒng)中的流量閥可以自動(dòng)控制氣體流量，這些相對(duì)簡(jiǎn)單的功能模塊已經(jīng)在自控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，隨著信息通信技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，特別是人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，高性能的功能模塊及模塊結(jié)構(gòu)化的研發(fā)愈加拓展，功能設(shè)計(jì)、語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理以及自主學(xué)習(xí)等功能都以結(jié)構(gòu)化形式逐漸得到應(yīng)用。

3.3 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是指一種基于知識(shí)積累和自我學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)將控制對(duì)象和控制規(guī)則的相關(guān)知識(shí)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)運(yùn)算和機(jī)器學(xué)習(xí)，生成可以提供正確決策的管理系統(tǒng)。這種管理系統(tǒng)類似于某個(gè)專門(mén)領(lǐng)域的專家，相比傳統(tǒng)意義上的專家，系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于更快的并行運(yùn)算和更有效的經(jīng)驗(yàn)耦合。專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的控制能力，由此前單純依靠數(shù)學(xué)模型，發(fā)展為知識(shí)模型和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合?？梢愿玫耐ㄟ^(guò)已有的專家知識(shí)，以及系統(tǒng)自身產(chǎn)生的案例，進(jìn)行總結(jié)、推理和制定方案。

4 總結(jié)

智能建筑對(duì)各種先進(jìn)自動(dòng)化、通訊手段和高質(zhì)量管理服務(wù)的需求越來(lái)越高。人工智能技術(shù)的進(jìn)步及其在建筑系統(tǒng)中的應(yīng)用，是現(xiàn)代建筑體系全面升級(jí)的標(biāo)志。人工智能在單體建筑以及在區(qū)域多個(gè)建筑中的集成控制，將有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域間的信息交流和一體化管理，促進(jìn)城市建筑文明、安全、高效的運(yùn)行，推動(dòng)整個(gè)城市的智能化和智慧化進(jìn)程。