體育建筑智能化與技術(shù)分析

楊昊川 江西科技師范大學(xué) 體育學(xué)院

一、引言

近年來，智能化措施逐漸在各領(lǐng)域進行推廣與應(yīng)用。2015年11月，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[1]，以科學(xué)的方法為人們提供安全、高效、可持續(xù)發(fā)展功能環(huán)境的建筑。2020年7月，住建部、國家發(fā)改委等13部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》[2]，并提出智能化裝備、機器代人、全產(chǎn)業(yè)鏈等10個關(guān)鍵詞，旨在推進互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實體經(jīng)濟深度融合，持續(xù)做大做強數(shù)字經(jīng)濟。體育建筑作為體育教育、身體鍛煉、競技比賽、體育娛樂等活動之用的建筑，體育建筑智能化不僅能夠促進建筑智能化進程，還有利于提高體育建筑服務(wù)品質(zhì)、安全質(zhì)量，助力現(xiàn)代體育產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[3]。近年來，國內(nèi)學(xué)者就建筑智能化進行了多項調(diào)查分析，研究主要集中于辦公建筑智能化現(xiàn)狀[4]、運用[5]、效果[6]等，鮮有學(xué)者對體育建筑智能化進行調(diào)查分析。

隨著我國體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，全國各地每年都會新建和改造大量的體育建筑，體育建筑具有空間大、占地廣、專業(yè)性高、管理程度難等特點，這也是體育建筑區(qū)別于辦公住宅建筑最本質(zhì)的區(qū)別，使其對于智能化具有更高的要求。因此，本文主要借鑒其他學(xué)者對辦公住宅建筑的智能化研究，整理出適用于體育建筑的智能化技術(shù)，為新型體育建筑的設(shè)立提供技術(shù)參考。

二、建筑智能化概念

建筑智能化是指以建筑物為平臺，將各類信息化產(chǎn)品與建筑物進行有機結(jié)合，集框架、系統(tǒng)、管理、應(yīng)用以及優(yōu)化為一體，具有感知、識別、傳輸、匹配、判斷和決策的綜合能力，形成以人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，以達到為人們提供安全、便捷、舒適、實用的建筑。

三、體育建筑智能化的重要性

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能夠滿足人的各種需求的屬性。2015年李克強總理在政府工作報告中提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的行動計劃，著重強調(diào)“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”是不可分割的，中國制造要走向智能化發(fā)展，必須依靠物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的幫助，這樣才能使中國制造邁向一個新的高度，而建筑建設(shè)在其中更是處于“主力軍”的地位?！笆濉逼陂g，我國建筑業(yè)迅速發(fā)展，建筑業(yè)增加值占國內(nèi)生產(chǎn)總值比重保持在6.6%以上，而智能建筑與建筑工業(yè)化的協(xié)同發(fā)展更是成為我國建筑業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要突破口[7]。2019年全國體育產(chǎn)業(yè)總規(guī)模為29483億元，其中體育服務(wù)業(yè)總規(guī)模達14929.5億元，占比67.7%體育場地設(shè)施建設(shè)實現(xiàn)增加值212億元，增長速度達41.7%[8]由此可見，國家越來越重視體育建筑的建設(shè)，人民越來越熱衷體育建筑鍛煉之余所帶來的服務(wù)感受，體育建筑智能化旨在為國家經(jīng)濟發(fā)展添磚加瓦的同時，為人民群眾提供精準(zhǔn)的個性化服務(wù)。

四、體育建筑智能化方案分析

（一）智能化建造

在數(shù)字化時代的今天，傳統(tǒng)建造方法在成本、環(huán)境危害、質(zhì)量安全上均無法得到有效控制，智慧建造、綠色建造、數(shù)字建造已經(jīng)成為大勢所趨。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部在《2011-2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中著重推廣BIM技術(shù)，并突出強調(diào)BIM技術(shù)是項目精細(xì)化管理的技術(shù)支撐手段，在工程項目中起到提高工程質(zhì)量、降低成本和安全風(fēng)險的作用，提高工程項目建設(shè)的效率與效益[9]。BIM技術(shù)旨在搭建綠色化建造平臺，貫穿于整個項目的建造周期，包括房屋設(shè)計、材料生產(chǎn)、房屋建設(shè)、運營維護的全過程[10]。將建筑構(gòu)件模型導(dǎo)入綠色建筑設(shè)計分析軟件，可對其采光、能源效率、可持續(xù)性材料等建筑性能的各個方面進行分析，并得到以最少的耗能給予人民最舒適的感受，達到真正的綠色建造。2016年3月，中央政府首次提出發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑的政策要求。因此國內(nèi)眾多學(xué)者對裝配式建筑的應(yīng)用進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)裝配式建筑因為其精準(zhǔn)的特性和系統(tǒng)集成的設(shè)計，比傳統(tǒng)設(shè)計更加適用于BIM技術(shù)，在軟件中對各類材料、構(gòu)建進行拆分重組，將生產(chǎn)和施工中的材料、工程、工時分別和設(shè)計、生產(chǎn)、施工相串聯(lián)，實現(xiàn)協(xié)同信息化設(shè)計[11]，為建筑施工中的可行性和安全性提供了保證。

（二）智能化安全

隨著人們生活水平的不斷提高，安全問題逐漸成了人們接觸新事物所考慮到的首要問題。相對于封閉式的體育建筑中，火災(zāi)問題是建筑建設(shè)過程中需要重點解決的問題。體育建筑相比于一般建筑，具有占地廣、人群密集、密閉性強等特點，因此體育建筑中若是發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)事件，那后果將是慘絕人寰的，例如英國足球場火災(zāi)慘案。英國1975年通過《安全法》明文規(guī)定，無論何種原因，無論是誰，所有球場在遇到緊急情況時，必須做到兩分鐘之內(nèi)將觀眾全部撤離。因此利用智能化設(shè)施為人們的人身安全進行保障已經(jīng)成為一種趨勢。

近年來，傳感器技術(shù)在我國扮演著舉足輕重的作用，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護、醫(yī)學(xué)診斷等多個領(lǐng)域。在各類封閉式體育建筑中，為了預(yù)防和有效遏制火災(zāi)的發(fā)生，需要配置可靠的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及消防聯(lián)動系統(tǒng)[12]，根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》一文中明確回頂，當(dāng)建筑高度高于12m時，不適合采用煙霧探測器，當(dāng)建筑高度低于20m時，可以采用火焰探測器，因此若當(dāng)體育建筑高于20m時，由于體育建筑具有區(qū)別于其他建筑的特點，究竟采用何種探測手段，規(guī)范中沒有明確規(guī)定。國內(nèi)眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)其中不足，提出紅外線煙霧測量及自動報警傳感器設(shè)計[13]，旨在利用紅外光束在煙霧離子或膠狀氣體中散射光的原理探測火災(zāi)初期陰燃階段產(chǎn)生的煙霧，起到火災(zāi)還未出現(xiàn)即可探測報警的目的。

（三）智能化照明

現(xiàn)代的體育建筑，逐漸向多元、功能多樣方向發(fā)展。因此，體育建筑的照明系統(tǒng)設(shè)計，不應(yīng)再出現(xiàn)單一的形式，而是要考慮多功能的發(fā)展。自2000年悉尼奧運會開始，此類大型體育建筑開始普及計算機控制燈光，實現(xiàn)簡單操作從而得到不同功能和效果的燈光。但是在數(shù)字化普及更加廣泛的今天，光依靠計算機控制燈光顯然無法跟上時代的潮流。2015年5月1日實施的《體育建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[16]中明確表示，不同運動場地、運動場地的不同位置、不同體育建筑附屬用房類別的照明都有一定的標(biāo)準(zhǔn)度。于是對于大型的體育建筑，使用智能自動化控制手段對其中的照明系統(tǒng)進行自主管理，可以大大地將人力資源從當(dāng)中解放出來，投身到體育建設(shè)的其他方向研究中。因此國內(nèi)眾多年輕學(xué)者通過使用ZigBee[14]、ARM處理器[15]等通信技術(shù)對智能燈光系統(tǒng)進行了遠程化設(shè)計，體育建筑負(fù)責(zé)人可以根據(jù)設(shè)定好的程序，利用手機移動端對場內(nèi)燈光進行遠程控制。利用互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、電信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等技術(shù)手段來實現(xiàn)體育建筑的智能化照明控制。提高遇到照明系統(tǒng)頻閃現(xiàn)象時的管理質(zhì)量和效率。根據(jù)室內(nèi)自然光強度，照明系統(tǒng)根據(jù)所設(shè)定的程序進行自動化調(diào)節(jié)，實現(xiàn)實時節(jié)能作用。憑借智能化照明系統(tǒng)的自我管理功能，減少對照明系統(tǒng)的維護次數(shù)，增加其使用壽命。

（四）智能化便利

智能體育建筑除了必須擁有一個智能化場館建設(shè)外，還應(yīng)擁有相對應(yīng)的智能化設(shè)備，一方面為了減少人員消耗的成本，另一方面為了客人享受更加高效的服務(wù)，例如人員進出識別系統(tǒng)、球類租借系統(tǒng)等。為了更好的做到進出人員的信息統(tǒng)計，為了達到安全，便捷，積攢客戶以及提高工作人員的工作效率，AI人臉識別技術(shù)已然成為各大場所出入口必備設(shè)施。新顧客首次進入體育場館時，利用微信小程序進行實名身份驗證，將顧客人臉信息存儲至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，在此之后顧客再次進入場館時，即可利用AI人臉識別技術(shù)對顧客進行人臉匹配，大大縮短顧客滯留入口時間。球類租借管理系統(tǒng)的目的是為了提高工作人員的工作效率，尤其是在工作人員處理事務(wù)而不在球館中，而恰好有人員需要租借球的同時，既方便了顧客又讓顧客給球館留下了一個好印象。為了做到真正的便捷，籃球租借系統(tǒng)采用的也是手機掃描二維碼進行租借操作。客戶掃描二維碼進入微信小程序，小程序頁面顯示出租借系統(tǒng)中剩余各種球類的名稱以及數(shù)量，客戶選擇需要租借的球類以及數(shù)量，并繳納押金，系統(tǒng)內(nèi)閘機自動關(guān)閉，客戶將需要的球類從通道內(nèi)取走。歸還時將其從通道內(nèi)放入，系統(tǒng)自動計算時間，顧客支付租金。球類租借管理系統(tǒng)可以與芝麻信用相結(jié)合，信用分超過一定數(shù)值則免去押金，若顧客歸還球之后未支付租金，則會減去顧客的信用分，這一方面保障了商家一方的權(quán)益，另一方面也加強了顧客的自覺性。

五、國內(nèi)外體育建筑智能化案例

（一）國內(nèi)體育智能化建筑案例

目前我國體育建筑智能化進展走在世界前沿，沈陽奧林匹克體育中心[17]在智能化安全方面采用了全套的智能設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，通過軟件接口集成的方式對各個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集及宏觀調(diào)控。在安全防范系統(tǒng)上分為視頻安防監(jiān)控子系統(tǒng)、防盜報警子系統(tǒng)、緊急求助子系統(tǒng)、出入口控制子系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)集成平臺五個方面，對場館的各個角落進行安全把握和系統(tǒng)聯(lián)動；在智能化建設(shè)方面采用了智能設(shè)備集成管理系統(tǒng)，開放建立綜合物業(yè)管理系統(tǒng)、信息資源管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等來對體育建筑內(nèi)的智能設(shè)備進行實施監(jiān)控和遠程管理，對各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)對接，形成一個有機整體，為體育建筑的綜合管理和調(diào)度提供基礎(chǔ)平臺；在智能照明方面考慮到了比賽和訓(xùn)練兩種用燈情況，針對不同情況設(shè)計出了6種不同的照明模式進行切換，既實用又節(jié)能，并且在配電室引入兩路電源，分別負(fù)載50%，能夠保證一路斷電的同時，另一路電源的有效使用；在智能化便利方面，不同方位的屏幕顯示，現(xiàn)場影像采集與回放系統(tǒng)，水下攝像系統(tǒng)等，方便看臺上觀眾在不同角度均能觀賞到最清晰的比賽情況，外國觀眾也可以根據(jù)通訊系統(tǒng)的編碼功能，在LED屏幕上看到英文解說，達到資源共享，共同觀賽的良好體驗。售驗票系統(tǒng)在設(shè)計上完成了本地售票、遠程售票和網(wǎng)絡(luò)售票的功能，并結(jié)合了手持驗票機和固定驗票機，具有分流統(tǒng)計、財務(wù)處理、狀態(tài)監(jiān)視的功能。

（二）國外體育建筑智能化案例

國外體育建筑智能化發(fā)展起源于20世紀(jì)八十年代，發(fā)展久遠，許多智能化系統(tǒng)是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的，以英國曼徹斯特新體育場[18]為例。曼城新體育場作為全歐洲最受歡迎的體育場之一，除了足球比賽和競技比賽，其設(shè)計的靈活性還能夠讓他成為各大流行音樂會，演唱會的主辦地。其創(chuàng)新的智能體育建筑理念，使其成為全世界體育建筑效仿的對象。曼城新體育館在無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)和射頻（RFID）技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成了一套802.11b（WIFI）無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用來匹配俱樂部的智能卡系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在無人監(jiān)控的情況下觀眾的快速入場和信息采集處理，并創(chuàng)造了每分鐘1200人涌入體育館的記錄，由此可見其在信息處理上的速度之快。曼城新體育館在票務(wù)系統(tǒng)上采用了“一人一卡一記錄”的原則，俱樂部管理者們會根據(jù)顧客的購買行為，對其數(shù)據(jù)進行分析，并采取積分制的刺激方法，到達一定積分可以優(yōu)先選座或享受折扣等服務(wù)。而曼城新體育館設(shè)計了一套基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能體育場系統(tǒng)，管理者們能夠使用此套系統(tǒng)對人員智能卡使用情況進行實時監(jiān)控，保證持卡人每場只能進場一次，監(jiān)測是否有成年人使用兒童卡等行為。一有此類情況出現(xiàn)，保安或工作人員便會根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)布指令或直接到達問題處，并且監(jiān)控室會根據(jù)賽場的觀眾密集度分布進行分析，調(diào)整管理人員的分布，為觀眾的安全和便利提供第一時間的服務(wù)。

六、總結(jié)

體育建筑從簡單的露天建筑到現(xiàn)如今的智能化建筑形式，經(jīng)過了研究者們?nèi)諒?fù)一日的測試，生活質(zhì)量的逐漸提高使得人們對建筑的智能化需求越來越大，智能化技術(shù)在體育建筑中的應(yīng)用也受到了建筑師的廣泛重視。近年來，我國各級政府相繼出臺了系列政策以推動體育建筑智能化發(fā)展，雖取得了一些量化成績，但在發(fā)展質(zhì)量上依舊存在不少不足，尤其隨著我國體育產(chǎn)業(yè)化建設(shè)的不斷發(fā)展，體育建筑智能化設(shè)施不足的問題日益凸顯。對于推進體育建筑智能化工作而言，主管部門不僅需要關(guān)注體育建筑的數(shù)量，更應(yīng)將體育建筑智能化建設(shè)納入城市發(fā)展規(guī)劃之中通盤考慮，充分挖掘體育建筑的潛能，擴大服務(wù)范圍、提升服務(wù)質(zhì)量，有效促進我國體育事業(yè)和體育產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

建筑智能化是當(dāng)代衡量一個國家建筑業(yè)水平的一項重要指標(biāo)，與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的有機結(jié)合已經(jīng)成為各行各業(yè)蓬勃發(fā)展的一種趨勢。新時代體育建筑不應(yīng)該只是單純的以建成為目的，而是將體育建筑與智能化技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造出體現(xiàn)中國這一體育大國的建筑水平與體育水平才是新時代目標(biāo)。