人工智能新技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究

作者簡(jiǎn)介：劉善良（1971.10-），男，漢族，本科，中級(jí)工程師，山東泰安人，研究方向：施工建設(shè)。

摘 要：智能建筑是基于建筑物自身平臺(tái)，將綜合布線、機(jī)房設(shè)施、硬件基礎(chǔ)以及公共安全系統(tǒng)等，借助電子設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的集成化處理達(dá)到管理、服務(wù)一體化的能力。同時(shí)，在智能建筑中應(yīng)用于智能技術(shù)，提升了智能建筑的智慧分析能力，可以為用戶提供更加便捷的服務(wù)、健康的環(huán)保環(huán)境、安全可靠的居住環(huán)境。基于此，筆者對(duì)人工智能新技術(shù)在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，并提供相關(guān)舉措以供借鑒。

關(guān)鍵詞：人工智能；新技術(shù)；智能建筑；應(yīng)用

1 前言

我國智能建筑起步較晚，隨著智能技術(shù)快速發(fā)展而逐步完善。在早期，國家對(duì)民用建筑智能化建設(shè)進(jìn)行了一些闡述，但并沒有提出智慧建筑這一理念，是以辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化明確相關(guān)概念和標(biāo)準(zhǔn)，雖然在名稱上有一定的差異，但在內(nèi)容上基本相似。都是基于智能建筑的控制，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)將建筑結(jié)構(gòu)中的子系統(tǒng)進(jìn)行集成，以這樣的方式達(dá)到減少非必要設(shè)施空間占比，美觀建筑效果的目的，為人們提供舒適的生活環(huán)境。

但隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，國家在智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域上出臺(tái)的相關(guān)文件，如《建筑與建筑綜合布線系統(tǒng)和設(shè)計(jì)規(guī)范》《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等，對(duì)行業(yè)發(fā)展進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)范，用于智能建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工評(píng)估。然而從智能建筑發(fā)展的本質(zhì)來看，真正支撐智能技術(shù)快速發(fā)展的仍然是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)，特別是隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)的快速應(yīng)用，不斷提升了智能建筑的智能效果，使建筑功能更加多樣化，逐步推動(dòng)智能建筑向更高領(lǐng)域發(fā)展——“建筑智慧化”。

2智能建筑的概念

我國對(duì)于智能建筑理念的定義，主要強(qiáng)調(diào)了智能建筑建設(shè)過程中要使用先進(jìn)成熟的技術(shù)，能夠?qū)χ悄芙ㄖ母鱾€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行集成化管理。近些年，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信技術(shù)、可視化技術(shù)等信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，快速成為智能化建筑建設(shè)的一個(gè)有機(jī)組成部分，大幅提升了智能建筑的智能化水平，為人工智能技術(shù)的深入拓展應(yīng)用提供了基礎(chǔ)?？衫弥悄苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能建筑的各子系統(tǒng)集成化管理，提升智能化功能，最終達(dá)到智能、靈活、安全的智能化建設(shè)效果。智能建筑是未來城市建筑發(fā)展的趨勢(shì)，是智慧城市建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在未來智能化的城市建設(shè)過程中，依靠人工智能技術(shù)的使用，構(gòu)建智慧環(huán)境、智慧醫(yī)療、智慧交通等智慧單元，從而構(gòu)成萬物互聯(lián)的智慧型新型城市，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的智慧高效管理，為人們提供舒適便捷的居住環(huán)境。

3智能建筑的關(guān)鍵技術(shù)

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)其理念可簡(jiǎn)要理解為物與物之間的互相連接，其內(nèi)涵包括兩個(gè)方面，一種是物聯(lián)網(wǎng)依托于互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)進(jìn)行的一種網(wǎng)絡(luò)延伸狀態(tài)；另一種是用戶和通用物體之間形成信息交流的一種方式，實(shí)現(xiàn)了人類與應(yīng)用系統(tǒng)之間的互動(dòng)方式的延伸。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能建筑，成為了人工智能技術(shù)集成化管理的重要環(huán)節(jié)，業(yè)主可通過手機(jī)終端系統(tǒng)查找建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。如人工智能系統(tǒng)對(duì)設(shè)備能耗問題進(jìn)行關(guān)注，采用智能調(diào)控的方式降低建筑能耗，以這樣的方式來建立起人與物之間的新的溝通方式。

3.2BIM技術(shù)

BIM技術(shù)主要是五維關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)模型，該技術(shù)主要應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)和工程施工建設(shè)管理階段，BIM技術(shù)在智能建筑管理方面能就著重要的作用。BIM技術(shù)主要是對(duì)數(shù)據(jù)集成化管理，在項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，可利用BIM模型以仿真建設(shè)方式，檢查工程設(shè)計(jì)的問題；在建筑施工建設(shè)階段，則可利用BIM的信息讀取功能，對(duì)工程施工實(shí)施監(jiān)控，做到智慧化管理；在后期建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)營階段，BIM建筑可通過“智慧圖書館”的應(yīng)用方式，對(duì)建筑類的信息資料進(jìn)行可視化管理。人們可基于BIM的數(shù)據(jù)模型，對(duì)各類建筑產(chǎn)品構(gòu)件所生產(chǎn)的廠家、規(guī)格、保修期限等信息進(jìn)行顯示，依靠智能化管理平臺(tái)對(duì)各類設(shè)備的使用壽命和年限進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警工作。 BIM技術(shù)在智能建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，如北京奧運(yùn)會(huì)期間，奧運(yùn)村的整體布局和信息化管理是基于BIM的物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)奧運(yùn)村的可視化管理。

3.3 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)是智能建筑的“大腦”，被稱為人工網(wǎng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具備自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)判斷、智慧處理等功能。人工智能技術(shù)的應(yīng)用主要是基于光纖傳感器，在建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，人工智能技術(shù)可根據(jù)自身的判斷，驅(qū)動(dòng)各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作；或者將相關(guān)信息收集，交付神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行處理；或上傳至遠(yuǎn)端的集成運(yùn)營中心，在一個(gè)平臺(tái)之內(nèi)完成服務(wù)器各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的處理，將所有的子系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的高效聯(lián)動(dòng)。近些年人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能決策系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和Agent技術(shù)等，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)普遍應(yīng)用于一些節(jié)能系統(tǒng)之中，通過對(duì)節(jié)能電器的智能化管理，降低建筑的使用能耗。智能決策系統(tǒng)、Agent技術(shù)主要應(yīng)用于智能建筑中的控制系統(tǒng)，輔助決策系統(tǒng)的智能化運(yùn)算，建筑的智能控制系統(tǒng)使用的主要是依靠仿真模型對(duì)建筑各系統(tǒng)進(jìn)行精確化管理，對(duì)各子系統(tǒng)中的元素進(jìn)行迅速、可靠的控制，降低各系統(tǒng)運(yùn)行之間的復(fù)雜性。

4人工智能技術(shù)在智能建筑中應(yīng)用存在的問題

4.1智能應(yīng)用單一

智能建筑作為未來建筑發(fā)展的主要方向，是通過對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及系統(tǒng)管理能力的集成，提升建筑結(jié)構(gòu)的功能，為用戶提供更加科學(xué)舒適安全的生產(chǎn)生活環(huán)境。但智能建筑在應(yīng)用過程中，智能應(yīng)用單一的問題較為普遍，大多智能建筑雖然應(yīng)用了較多的智能技術(shù)，但建筑各個(gè)子系統(tǒng)之間缺乏協(xié)調(diào)機(jī)制，只是將單一的子系統(tǒng)或服務(wù)功能放置在建筑內(nèi)部，無法實(shí)現(xiàn)建筑功能的集成，這樣的建筑稱之為“智能建筑”，難以滿足用戶對(duì)智能建筑的心理預(yù)期。

4.2智能系統(tǒng)簡(jiǎn)單

當(dāng)前智能建筑發(fā)展領(lǐng)域，智能技術(shù)泡沫較大，不少智能技術(shù)屬于初級(jí)應(yīng)用階段，只具備一些計(jì)算功能、輔助功能，無法做到真正的“智能化”，且運(yùn)行故障率較高，提出問題一旦超出系統(tǒng)范圍或計(jì)算范圍，則會(huì)導(dǎo)致智能系統(tǒng)故障癱瘓、系統(tǒng)崩潰?，F(xiàn)階段，智能技術(shù)在智能建筑領(lǐng)域應(yīng)用仍需要加強(qiáng)智能技術(shù)的研發(fā)工作，對(duì)于目前市場(chǎng)智能建筑采用的自動(dòng)化系統(tǒng)，也只是單純地使用邏輯算法，并不具備真正的獨(dú)立判斷、自主學(xué)習(xí)的能力，仍然需要管理人員對(duì)各類建筑系統(tǒng)進(jìn)行控制[1] 。

4.3 智能系統(tǒng)協(xié)作性差

智能建筑發(fā)展過程中問題較多，特別是在當(dāng)前智能建筑發(fā)展初級(jí)階段，投身于智能系統(tǒng)研究的企業(yè)較多，但質(zhì)量參差不齊，行業(yè)內(nèi)部未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如在智能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)，許多子系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的，而每個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和端口資料又是獨(dú)立存在的，各系統(tǒng)之間的信息壁壘較多，難以保證整個(gè)系統(tǒng)軟件的獨(dú)立運(yùn)行。且不同廠家所選用的軟件硬件設(shè)施之間無法匹配、兼容性較差，在使用過程中容易導(dǎo)致空間程序發(fā)生錯(cuò)亂或重復(fù)，硬件設(shè)施不匹配，存在無法打開的問題。主要是因?yàn)槲覈斯ぶ悄芗夹g(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展仍不完善，許多智能化系統(tǒng)以及通信協(xié)議未達(dá)到統(tǒng)一，系統(tǒng)性處理能力較弱。

5 人工智能新技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

5.1專家系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

人工智能技術(shù)的應(yīng)用類型較多，專家控制系統(tǒng)是人工智能技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，能夠提升各人工智能系統(tǒng)的兼容性。專家系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫建設(shè)，主要優(yōu)勢(shì)是能夠滿足快速大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，其控制原理、運(yùn)行機(jī)制是在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部資料數(shù)據(jù)分析的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工智能系統(tǒng)的控制應(yīng)用，提升人工智能系統(tǒng)的智能效果。專家系統(tǒng)的建設(shè)涉及人們?nèi)粘Ｉ钪懈黝I(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，通過數(shù)據(jù)庫分析的方式，提升專家系統(tǒng)模擬各領(lǐng)域問題解決能力，主要是通過系統(tǒng)輸入、設(shè)備輸出以及知識(shí)表達(dá)構(gòu)建智慧模型，以及信息數(shù)據(jù)庫，以實(shí)際情況與數(shù)據(jù)庫資料對(duì)比產(chǎn)生模擬化的場(chǎng)景，分析類似場(chǎng)景的解決方案，為用戶進(jìn)行服務(wù)幫助。專家系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于中央調(diào)節(jié)器、電力控制系統(tǒng)、樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)等，可以提升相關(guān)系統(tǒng)的智能化處理能力和邏輯分析能力，提升智能系統(tǒng)的綜合控制效果[2]。

5.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是對(duì)大量的、簡(jiǎn)單的處理單元進(jìn)行聯(lián)合后，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠完成一些復(fù)雜的、模糊的信息處理，能夠滿足多個(gè)要素和條件之間的信息溝通，且具備較強(qiáng)的自學(xué)能力。智能建筑領(lǐng)域的信息處理、語言識(shí)別、模式識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究的，可以滿足不同設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行問題，減少了各系統(tǒng)之間的脫節(jié)崩潰、故障頻次，實(shí)現(xiàn)了各系統(tǒng)的精準(zhǔn)化控制。且人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自學(xué)功能，可根據(jù)人們的需求不斷升級(jí)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多角度監(jiān)控以及全面的問題處理能力，并且在應(yīng)用過程中可基于自學(xué)以及檢測(cè)功能，提升復(fù)雜事件的處理能力，大幅提升智能建筑的應(yīng)用水平[3]。

5.3智能建筑電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

智能建筑的電氣節(jié)能系統(tǒng)主要由門禁、暖通空調(diào)、電梯拖拽、照明系統(tǒng)、安防監(jiān)控、給排水、水泵風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)構(gòu)成。智能建筑的電氣系統(tǒng)主要用于電氣設(shè)備的電力供應(yīng)、電力的分配調(diào)動(dòng)、繼電保護(hù)、機(jī)電設(shè)備維護(hù)與用電監(jiān)管等功能，能夠?yàn)闃菍佑脩籼峁┲悄芑姆?wù)[4]。

5.3.1智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)

智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)的功能是對(duì)智能建筑中的不同電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為后期運(yùn)行管理人員提供便利。其改變了以往管理過程中效率低、電氣設(shè)備故障頻發(fā)的問題，通過綜合運(yùn)維管理的方式，使各類機(jī)電設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，并通過智能化的調(diào)節(jié)，自動(dòng)降低設(shè)備的能耗，避免同一時(shí)期運(yùn)行過程中的電力浪費(fèi)問題。

5.3.2冷、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

冷熱電聯(lián)產(chǎn)分布式電源簡(jiǎn)稱BCHP，該供電模式是一種可靠、且能耗小的低成本電力能源供應(yīng)方式。主要是由小型的、分布式的BCHP電源與供配電網(wǎng)相結(jié)合的方式，構(gòu)建智能建筑的供電系統(tǒng)。如上海浦東國際機(jī)場(chǎng)、黃埔中心醫(yī)院等建筑，采用該模式供電方式，大幅降低了建筑能耗問題[5]。

5.3.3LED照明系統(tǒng)

在建筑使用過程中，照明系統(tǒng)的能耗在建筑總能耗中占有一定的比重，LED照明系統(tǒng)性能遠(yuǎn)強(qiáng)于普通用電照明系統(tǒng)，具有LED光源光譜范圍廣、能源利用率高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)主要通過節(jié)能燈具的使用，減少建筑照明能耗問題。

5.3.4智能建筑電氣輸配電系統(tǒng)

智能建筑電氣配電系統(tǒng)主要是根據(jù)建筑使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素對(duì)配電系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，通過計(jì)算各電力設(shè)備的運(yùn)行狀況，分析用電負(fù)荷容量參數(shù)，設(shè)置用電設(shè)備的節(jié)能目標(biāo)，以達(dá)到降低建筑電氣能耗的目的。智能建筑電氣輸配電系統(tǒng)在運(yùn)用過程中能夠兼顧變壓器的性能狀態(tài)，避免因電氣設(shè)備狀態(tài)不佳導(dǎo)致變壓器異常，造成不必要的電力能源浪費(fèi)。首先，在電壓設(shè)置過程中要考慮到電氣設(shè)備的最小電壓值，一般選擇最小數(shù)值；其次，保證整個(gè)電氣系統(tǒng)的供電可靠性，特別是各系統(tǒng)集成過程中要兼顧整體性能；其三，在配線布局上，選擇短直的布線方式，減少建筑供電能耗，同時(shí)要兼顧供電所的位置，靠近負(fù)荷中心的方法，提升輸配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5.3.5新能源與可再生能源利用系統(tǒng)

智能建筑領(lǐng)域新能源可再生資源系統(tǒng)的利用，受限于投資經(jīng)濟(jì)性的影響，只有太陽能、風(fēng)能能夠?qū)崿F(xiàn)極小的利用率。在智能建筑供電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置過程中，注重新能源技術(shù)與可再生資源技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)之間的兼容性，從而構(gòu)建智能建筑電氣節(jié)能系統(tǒng)。

6 結(jié)論

總體而言，從當(dāng)前人工智能技術(shù)的發(fā)展分析來看，各行各業(yè)對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用較為重視，投入了大量的資源，但在實(shí)際應(yīng)用效果來看，理論研究遠(yuǎn)超于技術(shù)研究，導(dǎo)致許多技術(shù)在應(yīng)用過程中存在一些障礙和技術(shù)難點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)理想中的智能化狀態(tài)。對(duì)于一些智能新技術(shù)應(yīng)用于智能建筑領(lǐng)域，仍有較大的進(jìn)步空間，特別是當(dāng)前智能技術(shù)應(yīng)用長(zhǎng)期處于智能建設(shè)的初期階段，需要建筑企業(yè)注重?cái)?shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)的積累，在長(zhǎng)期實(shí)踐應(yīng)用中不斷完善人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)積累提高人工智能的成果轉(zhuǎn)化效果，提升人工智能技術(shù)在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

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