智能化在綠色辦公空間改造中的應用簡析
——以卡特彼勒（吳江）工廠改造為例

■ 徐瀟瀟 XU Xiaoxiao

隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應用，人們的生活和工作狀態(tài)發(fā)生了巨大變化，對生活品質(zhì)的要求也逐漸提高，環(huán)境污染問題越來越引起人們的重視。李克強總理在《2019年國務(wù)院政府工作報告》中指出，要“壯大綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)……促進資源節(jié)約集約和循環(huán)利用，推廣綠色建筑，促進智能化、綠色化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型，加快壯大智能制造產(chǎn)業(yè)。積極引進機器人、智能傳感、智能控制、系統(tǒng)集成等一批重點項目。”因此，“智能化”“生態(tài)和綠色設(shè)計理念”等要求正越來越受到設(shè)計師的重視，具有廣闊的運用前景。

建筑設(shè)計是多領(lǐng)域分工協(xié)作、共同完成的工作。從建筑材料的生產(chǎn)、運輸?shù)浆F(xiàn)場施工，再到建筑空間的內(nèi)部裝飾、日常使用和后期維護，每個過程都會產(chǎn)生污染。建筑室內(nèi)外環(huán)境的改造都與生態(tài)和綠色息息相關(guān)。

智能化設(shè)計是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，基本原理是將室內(nèi)空間中的各獨立模塊，運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)家電、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信等全信息連接控制，并提供全方位的信息交互，使人享受更加環(huán)保健康、節(jié)時便利、科技化的智能生活。隨著信息化技術(shù)與室內(nèi)設(shè)計的深度融合，智能化設(shè)計在實現(xiàn)綠色生態(tài)空間設(shè)計中的作用越來越重要。

1 辦公空間設(shè)計中的智能化設(shè)計原則

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，人們對辦公空間節(jié)能與智能化結(jié)合程度的需要越來越高。為人們提供一個安全節(jié)能、舒適健康的辦公環(huán)境，是辦公空間智能化設(shè)計的主要目的。辦公空間的智能化設(shè)計原則主要可以從兩個層面來思考，即：關(guān)注資源節(jié)約、創(chuàng)造舒適環(huán)境。

1.1 關(guān)注資源節(jié)約

歐美國家是傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)達國家，也最先受到環(huán)境污染問題的困擾。在20世紀中后期就開始致力于建筑節(jié)能減排領(lǐng)域的研究，并建造了倫敦行政大樓（London Executive Building）、德國奔馳公司總部大樓（German Mercedes-Benz Headquarters Buildin）和 英國BRE環(huán)境樓（BRE Environment Building）等一系列生態(tài)辦公樓。這些建筑依靠體型設(shè)計、被動式設(shè)計和各種高技術(shù)設(shè)備，來充分利用自然條件，減少建筑能源消耗，實現(xiàn)建筑的生態(tài)環(huán)保[1]。21世紀后綠色建筑技術(shù)更為成熟，在建筑上的運用也更加普遍，如：2006年竣工的加拿大蒙特利爾大樓（Normand Maurice Building）使用了固定斜向百葉遮陽、日光井自然采光、自然通風設(shè)計、屋頂綠化、太陽能光熱系統(tǒng)、中水雨水收集處理等眾多手法降低建筑能耗與污染物排放[2]。

中國的情況也基本類似，日益突出的能源消耗和環(huán)境污染問題讓人們重新認識到建筑節(jié)能的重要性，開始通過政策導向?qū)嵤┙ㄖ?jié)能?！丁笆濉笨刂茰厥覛怏w排放工作方案 》是發(fā)改委新發(fā)布的一項重要文件，在其中規(guī)定了未來幾年節(jié)能的重點領(lǐng)域，建筑業(yè)被視為與工業(yè)、民用及商用并列的重要領(lǐng)域。文件中對新建建筑有嚴格的節(jié)能規(guī)定，推進既有建筑節(jié)能改造，強化新建建筑節(jié)能，推廣綠色建筑，到2020年城鎮(zhèn)綠色建筑占新建建筑比重達到50%。節(jié)約資源已經(jīng)是一切建筑，包括智能建筑的必要條件。具體來說：需要在建筑的規(guī)劃設(shè)計到建設(shè)完成的整個過程中，處理好建筑單體與環(huán)境的關(guān)系，降低運行成本，力求節(jié)約能源，減少污染，最大限度地利用自然資源與周圍的環(huán)境（如氣候，交通等）；在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡量采用最經(jīng)濟、最方便的結(jié)構(gòu)體系，減少資源和材料消耗。

在辦公空間改造中，首先從空間使用功能出發(fā)，進行合理的空間規(guī)劃設(shè)計，提升空間利用率；通過采用智能化設(shè)備等舉措，降低辦公空間的能耗，從而創(chuàng)造舒適健康的辦公環(huán)境；其次，要考慮結(jié)構(gòu)和材料的問題，這也是綠色設(shè)計的重要內(nèi)容；同時，智能控制與管理也是一個重要方面，有助于推動綠色設(shè)計。

在辦公空間室內(nèi)設(shè)計中，首先可以通過改善建筑外墻的隔熱材料，減少能耗；其次，可以增加建筑外部遮陽裝置，如智能化遮陽系統(tǒng)，在便捷化的同時降低陽光直射，減少空調(diào)能耗；同時，通過采用智能天窗，改善室內(nèi)光環(huán)境和通風，降低對人工照明的依賴，從而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的；此外，通過合理化的室內(nèi)空間設(shè)計，采用節(jié)能高效的空調(diào)及新風系統(tǒng)和智能化的照明系統(tǒng)等措施，都有助于達到節(jié)能的效果。

1.2 創(chuàng)造舒適的辦公環(huán)境

創(chuàng)造舒適健康的辦公環(huán)境是辦公空間室內(nèi)設(shè)計的目標，從人性化角度出發(fā)，通過合理的辦公空間室內(nèi)設(shè)計，包括規(guī)劃空間的功能分區(qū)和辦公人員流線，有效提升空間利用率，是進行智能化設(shè)計的基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，可以進一步通過智能化設(shè)計，使辦公空間的環(huán)境物理條件達到人體適宜的標準（表1～2）。

首先，可以通過采用智能化天窗和遮陽系統(tǒng)，引入自然采光和通風，減少對空調(diào)和對人工照明的依賴，改善室內(nèi)采光和空氣環(huán)境，從而達到降低能耗、生態(tài)節(jié)能的效果。

其次，通過整體智能化照明，改善室內(nèi)的光環(huán)境，減少人工照明的用電量，以達到節(jié)能環(huán)保的效果。

此外，通過采用智能化溫濕系統(tǒng)，聯(lián)動智能設(shè)備，如新風系統(tǒng)改善室內(nèi)的溫度和濕度；采用智能會議系統(tǒng)，對包括燈具、電腦、投影儀、打印機等用電設(shè)備進行模塊化集中管理。以此創(chuàng)造穩(wěn)定、高效、節(jié)能、環(huán)保的辦公體驗。

表1 室內(nèi)溫濕度

表2 溫熱感覺與健康狀態(tài)關(guān)系

2 辦公空間室內(nèi)改造案例

工廠位于蘇州市吳江經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，該項目面積1 180m2；卡特彼勒公司希望在原有工廠建筑的基礎(chǔ)上進行擴建，新建包括廠房、車間及辦公區(qū)域，改善原建筑室內(nèi)空間功能，并結(jié)合智能化設(shè)計措施改善包括廠房內(nèi)部的采光、通風、溫濕等環(huán)境缺陷，創(chuàng)造一個節(jié)能綠色、舒適健康的辦公環(huán)境（圖1、2）。

針對原建筑廠房部分空間進深較大，且室內(nèi)吊頂較低，導致內(nèi)部空間采光通風條件較差等問題，設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場勘測及智能化空間數(shù)據(jù)模擬，提出該項目的智能化綠色設(shè)計策略。

2.1 引入自然通風。

經(jīng)智能化技術(shù)人員對新建及辦公使用空間進行數(shù)據(jù)采集，建立三維空間數(shù)據(jù)模型，使用Energy and indoor Climater軟件模擬室內(nèi)通風環(huán)境的數(shù)值，采用24h取樣，測算出適宜的通風口位置及數(shù)量，結(jié)合室內(nèi)設(shè)計方案，選擇在建筑主入口處增設(shè)中庭，在辦公區(qū)頂部增設(shè)天窗的設(shè)計策略（圖3、4）。

圖1 會議室效果圖

圖2 接待大廳效果圖

同時，采用威盧克斯VMS智能化模塊系統(tǒng)天窗，controlpad觸摸式智能控制終端，實現(xiàn)操作可視化。智能程序化控制，可實現(xiàn)定時開關(guān)通風。高頻無線電控制，遠達30～300m控制區(qū)域（圖5）。天窗所有的關(guān)鍵組件均在受控的環(huán)境中制造、測試和集成，并預先裝配，突破常規(guī)繁雜的安裝程序，節(jié)能省時。

項目建成后辦公空間的空氣質(zhì)量指標達到國家標準《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》（GB/T18883—2002）的2倍，即60m2/（人·h）。

2.2 引入天然采光。

在對新建空間進行三維數(shù)據(jù)建模的基礎(chǔ)上，采用Daylight Visualizer軟件對空間采光效果進行模擬，設(shè)置天窗和立窗模塊，提供不同的窗體布置、玻璃性能、室內(nèi)墻面、天空光量、地理位置、建筑方位等不同條件下的分析比較，找到理想的采光方案（圖6）。

圖3 通風三維數(shù)據(jù)模型

圖4 熱能三維數(shù)據(jù)模型

設(shè)計后的采光區(qū)結(jié)合威盧克斯智能控制遮陽窗簾，通過智能系統(tǒng)控制，由感應器自動調(diào)節(jié)遮擋狀態(tài)，從而實現(xiàn)有效控制室內(nèi)通光量。經(jīng)測，在全遮光狀態(tài)下，可以有效阻止65%的熱量進入室內(nèi)。

2.3 引入智能化溫濕控制系統(tǒng)

圖5 辦公空間中威盧克斯天窗效果圖

圖6 室內(nèi)光照數(shù)據(jù)模型

辦公及車間的室內(nèi)設(shè)計，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備、人員動線、作息時間等因素，安裝空氣質(zhì)量探測器，檢測空氣質(zhì)量（CO2、溫濕度、voc、PM2.5等），聯(lián)動新風設(shè)備，有選擇性地抽取新風，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量；通過室外溫濕度傳感器，進行自動季節(jié)性的供暖及制冷，聯(lián)動智能遮陽裝置，從而有效阻熱，降低能耗，節(jié)省能源，以保證辦公環(huán)境的健康和舒適（圖7）。

2.4 引入智能照明系統(tǒng)。

室內(nèi)的整體照明采用時間控制，結(jié)合光感探測器，檢測日照強度，充分利用自然光照，符合人體生物鐘晝夜節(jié)律特征，控制照明燈具亮度。以此有效降低能耗，節(jié)約能源。

辦公及會議區(qū)設(shè)置照明聯(lián)動智能窗簾及會議投影，窗簾自動升降，調(diào)節(jié)百葉角度，控制進光量，有效降低對人工照明的依賴，降低能耗。以智能會議室系統(tǒng)為例，利用墻面場景觸控面板，可一鍵控制會議室空調(diào)、燈光等各種設(shè)施的運行狀態(tài)：準備會議模式會打開空調(diào)，使會議室內(nèi)提前打到預設(shè)溫度，并自動打開投影儀；會議模式會打開部分柔和燈光，控制空調(diào)恒溫并閉合窗簾，開啟投影儀工作模式；中途休息模式會根據(jù)預設(shè)拉開窗簾，降低會議室內(nèi)燈光亮度，暫時休眠投影儀；散會模式會打開窗簾，關(guān)閉空調(diào)、投影以及所有燈光（圖8）。

公共區(qū)及走廊的照明，采用人體感應，有人時開燈，無人時延時關(guān)燈。實現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅的節(jié)能效果。

圖7 智能辦公應用

圖8 智能辦公系統(tǒng)

總體上說，項目新建及改造部分的室內(nèi)設(shè)施，通過智能控制技術(shù)、ZIGBEE無線傳輸技術(shù)、綠色節(jié)能技術(shù)、安全防范技術(shù)和健康管理技術(shù)，對工廠及辦公相關(guān)設(shè)施進行管控，高效管理日常事務(wù)和辦公設(shè)備，以提升辦公的安全性、舒適性、健康性，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的多媒體交互式辦公體驗。

從傳統(tǒng)智能化時期，在建筑內(nèi)部增設(shè)集成管理系統(tǒng)及弱電系統(tǒng)，到定制智能化系統(tǒng)時期，根據(jù)建筑類型增加和豐富智能化設(shè)備的種類，再到智能化發(fā)展與可持續(xù)結(jié)合時期，將智能技術(shù)與綠色設(shè)計相結(jié)合，技術(shù)的發(fā)展使智能化設(shè)備與建筑的關(guān)系更加緊密。智能化技術(shù)在建筑前期、施工階段與后期維護階段均起到監(jiān)控和調(diào)控作用，隨著智能化技術(shù)的快速發(fā)展，已成為綠色辦公空間設(shè)計的重要舉措。

3 結(jié)語

健康節(jié)能的工作環(huán)境會對使用者產(chǎn)生積極的影響，在保護環(huán)境的同時能為使用者提供綠色健康的工作環(huán)境。信息技術(shù)的不斷進步，使智能化設(shè)計在創(chuàng)造綠色生態(tài)空間中的作用越來越大。本文從室內(nèi)設(shè)計的角度出發(fā)，以辦公建筑的內(nèi)部環(huán)境為對象，對智能化技術(shù)在綠色辦公室內(nèi)設(shè)計中的運用做了簡要分析，并通過一個案例進行了實踐探索，希望能為智能化綠色設(shè)計提供參考。