建筑智能化營造設計探究

王琦

摘 要：在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等背景下，智能建筑不再只是作為一種環(huán)境媒介出現(xiàn)。智能建筑通過大數(shù)據(jù)的分析、控制已從靜態(tài)客體轉變成感知主體，呈現(xiàn)出未來智慧城市所應有的環(huán)境設計特征。本文分析智能化建筑的概念、設計目標，深入探究了智能化建筑的設計營造。

關鍵詞：智能化;環(huán)境設計;建筑設計

自20世紀80年代電子技術的興起，人工智能以海量數(shù)據(jù)采集和處理為特征，深入城市環(huán)境與建筑。20世紀80年代西方國家就開始了智能建筑的開發(fā)，到90年代建筑智能系統(tǒng)已發(fā)展成熟。智能化建筑，是運用專門的設計手段將原有的建筑結構系統(tǒng)進行優(yōu)化升級的功能性設計，為使用者提供一個更加舒適便利、任性化的居住環(huán)境，為建筑者提供一個工作更高效、更便于監(jiān)控的工作環(huán)境。隨著國內社會的發(fā)展，智能家居產(chǎn)品的普及，人們對居住環(huán)境品質要求的提高，以及全球變暖等環(huán)境危機，環(huán)境智能建筑在我國的需求變得異常迫切。

我國于2015年更新了《智能建筑設計標準》（GB50314-2015），其中對智能建筑的定義是“以建筑物為平臺，兼?zhèn)湫畔⒃O施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結構、系統(tǒng)、服務、管理及優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”。隨著人工智能技術不斷地加入建筑環(huán)境之中，建筑將不再只是一個提供空間和場所的靜態(tài)客體，而轉變?yōu)橐粋€具備信息處理和動態(tài)處理能力，且能自主實時感知的信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems）。因此，通過設計，在建筑與智能之間建立互動，是未來商業(yè)及住宅建筑設計的一個重要方向。

1 智能化建筑設計目標分析

智能時代帶來了人、環(huán)境與建筑的組織性重構。智能化建筑的出現(xiàn)是為了在滿足其基本職能的基礎上，改變建筑主體對其使用者和所處建筑環(huán)境的新知覺。因此，我們要秉持智能建筑的設計理念，加強對智能環(huán)境下人性化建筑設計的目標進行分析。

1.1 節(jié)能性

2014年，在威廉·諾德豪斯（William Nordhaus）的《氣候賭場——變暖世界的風險、不確定與經(jīng)濟》一書中所提到的全球變暖再次闡述了我們討論智能環(huán)境建筑的初衷。在社會能源消耗上，建筑行業(yè)的能源消耗占據(jù)整個總量的三分之一。智能化建筑已經(jīng)是大勢所趨，未來智能化建筑首要設計目標就是節(jié)能化。所謂建筑的節(jié)能化，大致可細分為兩部分：一是注意在建設建筑群體時，以低碳材料和低碳建筑技術為支撐，采用一定的技術完善建筑的能耗問題，注重建筑的節(jié)能處理建設;二是將傳統(tǒng)的生態(tài)智能技術盡可能地運用在未來的建筑群里。如可以通過大自然聲、光、熱的收集轉化為對建筑室內溫度、亮度和濕度等感知的調節(jié)。節(jié)能建筑本著節(jié)能設計“因地制宜”、建筑物的熱工設計“超前性”、建筑設計者具備社會責任感的設計原則進行設計。

1.2 安全性

智能時代背景下，隨著智能家居的智能建筑越來越多地出現(xiàn)在各大城市中。智能建筑是新時代科技發(fā)展的一種體現(xiàn)，人們對智能建筑所帶來的感知要求越來越高。對智能建筑來說，質量安全保障系統(tǒng)是重中之重。自動安保系統(tǒng)由攝像監(jiān)控、信號感測儀、圖像識別等構成。在設計智能建筑時，可以將安保系統(tǒng)運用在消防報警系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)等管理系統(tǒng)中。通過PLC的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)大型樓宇和社區(qū)安全系統(tǒng)的智能控制，可以有效地進行實時監(jiān)控和緊急處理，提高準確性和時效性，是未來智慧城市中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

1.3 自動性

建筑智能化具體表現(xiàn)為樓宇自動化（BA）、通訊自動化（CA）、辦公自動化（OA）、保安自動化（SA）和消防自動化（FA）。未來的智能化建筑在物聯(lián)網(wǎng)的基礎上作為信息收集、處理、反饋的空間，不僅要使室內家居系統(tǒng)自動化，還要通過對室外氣候條件等的分析實現(xiàn)建筑自動化。像小米科技的智能家居系統(tǒng)等產(chǎn)品家居設計越來越多地涌現(xiàn)出來，也是為了更好地與建筑智能相結合。如通過生物識別技術實現(xiàn)入戶自動識別，通過在特定區(qū)域的影像識別解放購物者的雙手，并可以阻止不良人士的進入。

2 未來建筑智能化設計營造

室內建筑的物理環(huán)境主要包括聲環(huán)境、光環(huán)境和濕熱環(huán)境，人類的五官可以準確地感知室內外的物理環(huán)境是否舒適。建筑的智能化就是對外部物理環(huán)境進行監(jiān)控與控制后，及時提供給人類更舒適的智能居住空間。

2.1 智能化聲環(huán)境設計

我國的《聲環(huán)境質量標準》（GB3096-2008）貫徹了《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國環(huán)境噪聲污染防治法》，《民用建筑隔聲設計規(guī)范》（GB50118—2010）也相繼規(guī)定了保護聽力的噪聲允許范圍。但是，噪聲在我們的日常生活與工作中依然是困擾我們的頭號問題。未來的智能化建筑必須有解決這方面的技術與措施。在建筑材料上選擇具有吸聲的材料，在下水管、空調管等管道上安裝消音棉或者消聲器。通過物理措施在噪聲的聲源和傳播過程中加以控制，在智能技術上可以結合聯(lián)動門窗的控制阻斷噪音傳入室內，盡量降低室外噪聲對室內環(huán)境的影響。

2.2 智能化光環(huán)境設計

人類獲取信息的80%都是通過視覺器官，光作為人眼可見的輻射波，是人類獲取信息的保障。智能化建筑要順應天氣條件給予室內舒適的光強分布，減少人的視覺疲勞，并創(chuàng)造適宜的居住空間。

白天對于日照較強的建筑群體，室內光線較強可配合太陽傳感器、智能化遮陽系統(tǒng)自動調節(jié)建筑遮陽板或聯(lián)動窗簾，從而改善室內光照情況，避免室內出現(xiàn)眩光。建筑體外要設置光源采集器，收集自然光。一些無法接收到自然光源的地下空間，長期使用人工照明在能源上存在巨大的浪費。通過建筑體外光源的收集可以傳遞到地下空間，節(jié)約能源。夜晚建筑外群體可以利用白天收集的光源自給自足，室內空間需要輔助人工智能照明。利用行動探測傳感器技術對室內空間的動靜進行監(jiān)測，提供僅需照明部分的活動空間，通過智能光控節(jié)約能源。

2.3 智能化熱濕環(huán)境設計

Fanger教授指出，人體在穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境中，在各種參數(shù)的綜合影響下達到能量平衡，才會感到舒適。舒適度最優(yōu)值（范圍）如下：冬季22℃（20～24℃），夏季23～26℃（23～29℃）;空氣平均流速0.25m/s（夏）和0.15m/s（冬）。相對濕度在30%～70%范圍內。通過監(jiān)測根據(jù)室內外MPV，本著節(jié)約能源的原則，首先利用室外環(huán)境改善室內的熱環(huán)境。當室外環(huán)境符合熱舒適度要求時，可通過智能系統(tǒng)控制門窗等通風設備來改善室內的濕熱度。其次，當MPV顯示室外熱環(huán)境對室內會產(chǎn)生負影響時，通過智能系統(tǒng)關閉門窗等通風設備，并打開遮陽設備，啟動空調通風設備。在冬季，智能建筑可以依靠地源熱泵系統(tǒng)，通過對地埋水管溫度的監(jiān)測有效控制地源熱泵系統(tǒng)，為建筑提供熱能，完成建筑室內供暖，有效節(jié)約能源。

2.4 智能化水系統(tǒng)設計

水是生命之源，在環(huán)境智能建筑的設計中，水系統(tǒng)是建筑載體不可或缺的一部分。在智能建筑中設計雨水系統(tǒng)可以有效地提升建筑的節(jié)水效率，實現(xiàn)雨水資源的可再利用，從而達到進一步節(jié)約能源的目的。智能建筑中常用的中水系統(tǒng)是獨立性中水系統(tǒng)。其工作原理為：通過將優(yōu)質雜排水作為中水水源，通過智能建筑系統(tǒng)監(jiān)控細柵格、濾網(wǎng)、調節(jié)池和潛水泵，系統(tǒng)通過對調節(jié)池水位高低的判斷控制水泵輸送中水，在調節(jié)池水位較低的情況下停止輸送泵工作。

2.5 智能化新材料的設計應用

1976年，安東·施耐德博士在西德成立了建筑生物與生態(tài)學會，探索采用天然的建筑材料，利用自然通風、天然采光和太陽能供暖的生態(tài)建筑，倡導有利于人類健康和生態(tài)的溫和建筑藝術。隨著生物技術的不斷發(fā)展，其已進入建筑的材料領域。智能材料已突破原有認知，能夠感知人的行為以及建筑外部環(huán)境。智能材料本身具有傳感器等信息元件，可將其感知信息轉化為大數(shù)據(jù)，并由環(huán)境智能建筑通過監(jiān)測、分析、處理、優(yōu)化后，發(fā)出指令和執(zhí)行命令，從而達到建筑智能化。

3 結語

隨著智慧城市概念的提出，傳統(tǒng)的建筑形式終將被淘汰，向環(huán)境智能化建筑轉型勢在必行。通過對智能化建筑設計方法的分析，發(fā)現(xiàn)具有人性化的設計可大大提高環(huán)境建筑技術的工作效率。通過對室內家居產(chǎn)品智能化的控制與調節(jié)，實現(xiàn)真正的建筑智能化。同時，人性化設計在節(jié)約能源的基礎上，能夠為未來的智慧城市提供一個更快捷、更安全、更智能的生活保障。

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