[科普中国]-智能建筑

发展

《2013-2017年中国智能建筑行业发展前景与投资战略规划分析报告》显示，我国建筑业产值的持续增长推动了建筑智能化行业的发展，智能建筑行业市场在2005年首次突破200亿元之后，也以每年20%以上的增长态势发展，2012年市场规模达到861亿元。我国智能建筑行业仍处于快速发展期，随着技术的不断进步和市场领域的延伸，未来几年智能建筑市场前景仍然巨大。

智能建筑是随着人类对建筑内外信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性的要求产生的。智能建筑及节能行业强调用户体验，具有内生发展动力。建筑智能化提高客户工作效率，提升建筑适用性，降低使用成本，已经成为发展趋势。显示，2012年我国新建建筑中智能建筑的比例仅为26%左右，远低于美国的70%、日本的60%，市场拓展空间巨大。

同时，我国中国城镇化建设的不断推进，也给智能建筑的发展提供了沃土。我国平均每年要建20亿平米左右的新建建筑，预计这一过程还要持续25-30年。按照“十二五”末国内新建建筑中智能建筑占新建建筑比例30%计算，该比例提高近一倍。未来三年智能建筑市场规模增速维持在25%左右，2013年市场将超千亿规模。

基本概况国际定义通过将建筑物的结构,系统,服务和管理四项基本要求以及他们的内在关系进行优化,来提供一种投资合理,具有高效,舒适和便利环境的建筑物

国内标准修订版的国家标准《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006）对智能建筑定义为“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”。

原国家标准《智能建筑设计标准》（GB/T50314-2000）对智能建筑定义为“以建筑为平台，兼备建筑自动化设备BA、办公自动化OA及通信网络系统CA，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境”。

按照上海市的定义，智能家居“是采用现代计算机、信息通信和系统集成技术建立的家庭信息化平台，它通过家庭网络将与家居设备和系统互联并统一管理，以提供一个舒适、便利、安全、节能和环保的家居生活环境”。

内在联系，以最优化的设计， 提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑物能够帮助大厦的主人，财产的管理者和拥有者等意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和人身安全等方面得到最大利益的回报1。”.

市场分析据统计，2012年智能建筑的投资约占建筑总投资的5%-8%，有的可达10%，主要包括住宅小区智能化系统投资、公共建筑智能化系统投资两大块。2012年，智能建筑占新建建筑的比例，美国为70%，日本为60%，中国不到40%，按2012年860亿元计算，未来数年内即使没有增长，2012－2020年8年内的市场规模也将达1万亿元。

项目组成建筑智能化工程又称弱电系统工程，主要指通讯自动化（CA），楼宇自动化（BA），办公自动化（OA），消防自动化（FA）和保安自动化（SA），简称5A。其中包括的系统有：

计算机管理系统工程，楼宇设备自控系统工程，通讯系统工程，保安监控及防盗报警系统工程，卫星及共用电视系统工程，车库管理系统工程，综合布线系统工程，计算机网络系统工程，广播系统工程，会议系统工程，视频点播系统工程，智能化小区物业管理系统工程，可视会议系统工程，大屏幕显示系统工程，智能灯光、音响控制系统工程，火灾报警系统工程，计算机机房工程，一卡通系统工程。

技术方法智能控制是以控制理论、计算机科学、人工智能、运筹学等学科为基础,扩展了相关的理论和技术,其中应用较多的有模糊逻辑、神经网络、专家系统、遗传算法等理论和自适应控制、自组织控制、自学习控制等技术。

专家系统

专家系统是利用专家知识对专门的或困难的问题进行描述. 用专家系统所构成的专家控制,无论是专家控制系统还是专家控制器,其相对工程费用较高,而且还涉及自动地获取知识困难、无自学能力、知识面太窄等问题. 尽管专家系统在解决复杂的高级推理中获得较为成功的应用,但是专家控制的实际应用相对还是比较少。

模糊逻辑

模糊逻辑用模糊语言描述系统,既可以描述应用系统的定量模型也可以描述其定性模型. 模糊逻辑可适用于任意复杂的对象控制. 但在实际应用中模糊逻辑实现简单的应用控制比较容易. 简单控制是指单输入单输出系统(SISO) 或多输入单输出系统(MISO) 的控制. 因为随着输入输出变量的增加,模糊逻辑的推理将变得非常复杂。

遗传算法

遗传算法作为一种非确定的拟自然随机优化工具,具有并行计算、快速寻找全局最优解等特点,它可以和其他技术混合使用,用于智能控制的参数、结构或环境的最优控制。

神经网络

神经网络是利用大量的神经元按一定的拓扑结构和学习调整方法. 它能表示出丰富的特性：并行计算、分布存储、可变结构、高度容错、非线性运算、自我组织、学习或自学习等. 这些特性是人们长期追求和期望的系统特性. 它在智能控制的参数、结构或环境的自适应、自组织、自学习等控制方面具有独特的能力.

神经网络可以和模糊逻辑一样适用于任意复杂对象的控制,但它与模糊逻辑不同的是擅长单输入多输出系统和多输入多输出系统的多变量控制. 在模糊逻辑表示的SIMO 系统和MIMO 系统中,其模糊推理、解模糊过程以及学习控制等功能常用神经网络来实现.模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术：模糊逻辑和神经网络作为智能控制的主要技术已被广泛应用. 两者既有相同性又有不同性. 其相同性为：两者都可作为万能逼近器解决非线性问题,并且两者都可以应用到控制器设计中. 不同的是：模糊逻辑可以利用语言信息描述系统,而神经网络则不行;模糊逻辑应用到控制器设计中,其参数定义有明确的物理意义,因而可提出有效的初始参数选择方法;神经网络的初始参数(如权值等) 只能随机选择. 但在学习方式下,神经网络经过各种训练,其参数设置可以达到满足控制所需的行为. 模糊逻辑和神经网络都是模仿人类大脑的运行机制,可以认为神经网络技术模仿人类大脑的硬件,模糊逻辑技术模仿人类大脑的软件. 根据模糊逻辑和神经网络的各自特点,所结合的技术即为模糊神经网络技术和神经模糊逻辑技术. 模糊逻辑、神经网络和它们混合技术适用于各种学习方式 智能控制的相关技术与控制方式结合或综合交叉结合,构成风格和功能各异的智能控制系统和智能控制器是智能控制技术方法的一个主要特点2。

发展现状在我国，由于智能建筑的理念契合了可持续发展的生态和谐发展理念，所以我国智能建筑主要更多凸显出的是智能建筑的节能环保性、实用性、先进性及可持续升级发展等特点，和其他国家的智能建筑相比，我国更加注重智能建筑的节能减排，更加追求的是智能建筑的高效和低碳。这一切对于节能减排降低能源消耗等都具有非常积极的促进作用。

随着我国社会生产力水平的不断进步，随着我国计算机网络技术、现代控制技术、智能卡技术、可视化技术、无线局域网技术、数据卫星通信技术等高科技技术水平的不断提升，智能建筑将会在未来我国的城市建设中发挥更加重要的作用，将会作为现代建筑甚至未来建筑的一个有机组成部分，不断吸收并采用新的可靠性技术，不断实现设计和技术上的突破，为传统的建筑概念赋予新的内容，稳定且持续不断改进才是今后的发展方向。

具备优势智能控制与传统的或常规的控制有密切的关系,不是相互排斥的. 常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。

1. 传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的,而智能控制的研究对象则存在模型严重的不确定性,即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动,比如工业过程的病态结构问题、某些干扰的无法预测,致使无法建立其模型,这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决.

2. 传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便,希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置,能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流,同时还要扩大输出装置的能力,能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息. 另外,通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它的情况. 为扩大信息通道,就必须给自动装置安上能够以机械方式模拟各种感觉的精确的送音器,即文字、声音、物体识别装置. 可喜的是,近几年计算机及多媒体技术的迅速发展,为智能控制在这一方面的发展提供了物质上的准备,使智能控制变成了多方位“立体”的控制系统.

3. 传统的自动控制系统对控制任务的要求要么使输出量为定值(调节系统) ,要么使输出量跟随期望的运动轨迹(跟随系统) ,因此具有控制任务单一性的特点,而智能控制系统的控制任务可比较复杂,例如在智能机器人系统中,它要求系统对一个复杂的任务具有自动规划和决策的能力,有自动躲避障碍物运动到某一预期目标位置的能力等. 对于这些具有复杂的任务要求的系统,采用智能控制的方式便可以满足.

4. 传统的控制理论对线性问题有较成熟的理论,而对高度非线性的控制对象虽然有一些非线性方法可以利用,但不尽人意. 而智能控制为解决这类复杂的非线性问题找到了一个出路,成为解决这类问题行之有效的途径. 工业过程智能控制系统除具有上述几个特点外,又有另外一些特点,如被控对象往往是动态的,而且控制系统在线运动,一般要求有较高的实时响应速度等,恰恰是这些特点又决定了它与其它智能控制系统如智能机器人系统、航空航天控制系统、交通运输控制系统等的区别,决定了它的控制方法以及形式的独特之处.

5. 与传统的自动控制系统相比,智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力。

6. 与传统自动控制系统相比较,智能控制系统能以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程,采用开闭环控制和定性及定量控制结合的多模态控制方式.

7. 在与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有变结构特点,能总体自寻优,具有自适应、自组织、自学习和自协调能力.

8. 与传统自动控制系统相比,智能控制系统有补偿及自修复能力和判断决策能力.

总之,智能控制系统通过智能机自动地完成其目标的控制过程,其智能机可以在熟悉或不熟悉的环境中自动地或人─机交互地完成拟人任务.

存在困境相对于智能家居在中国的发展，智能建筑的历史还要更长，就基础功能而言，大型公共建筑的智能化已经进入普及阶段。全国各大中城市的新建办公楼宇和商业楼宇等基本都已是智能建筑，这也就意味着公共建筑的智能化已经成为现代建筑的标准配置。然而，智能建筑在国内的发展状况也并不让人满意，系统稳定性差、功能实现率低、智能化水平参差不齐，一直是智能建筑屡遭诟病的问题。近些年，智能一体化设计逐渐在智能建筑行业兴起。简单来说，智能建筑一体化，就是将庞杂的智能控制系统集成在了一起，做到了标准统一、施工方统一。这样一来，系统的稳定性、可靠性都将大大增加。

建筑设计院专业配套，人才济济，但主要集中于建筑、结构、水、电、暖五个专业，能从事建筑智能化系统工程设计的人员缺少。系统集成商智能化系统设计人员大大多于 建筑设计院，且大多对智能化系统各子系统技术比较了解，对设备产品也比较熟悉。问题在于这部分人员走出校门后未经设计培训，对建筑设计不够了解，施工图设计质量较差。而且由于建筑设计中建筑、结构、水、电、暖各专业均由设计院设计，系统集成商只搞智能化设计，与各专业配合困难。

建筑智能化系统工程的设计依据主要是国家现行标准规范和建设单位的投资情况、功能需求。目前国内关于智能化系统技术的规范很多，但我认为这些规范功能论述较多，做什么谈得较多，但怎么做不够具体。智能化系统设计人员手头缺少一本类似《民用建筑电气设计规范》这样一册工具书。

有关部门规定，建筑设计施工图必须经具有审图资格的审图公司审查，经审查合格才能取得施工许可证。建筑智能化系统工程施工图经审图公司审查的极少，这是一个被遗忘的角落。一方面部分工程项目在土建施工开始后才进行智能化系统工程设计，由系统集成商设计的工程项目施工图更不会送审；部分建筑设计院设计的智能化系统工程施工图如果送审也由于审图公司未配备相应智能化设计审图人员以致走过场。施工图设计质量未得到有效监督。

建筑设计一般有三个阶段：方案设计、初步和施工图设计。前两个阶段一般要经规划部门、建设部门组织的评审。由于建筑智能化系统工程设计未与建筑设计一道委托，以致滞后未参加评审。部分工程项目智能化设计与建筑设计同步进行，但由于参加评审者为有关主管部门，如规划、建设、环保、消防、交通、市政、电力等，连电信、广电部门也未参与，以致智能化部分无人评审。

未来之路影响智能建筑今后发展的因素较多，但值得特别关注的是，在接下来的发展之路上，智能建筑必须融入智慧城市建设，这也可认为是智能建筑的“梦”。

随着新一代信息技术急剧发展的推动和国家新四化的演变，特别是在新型城镇化目标的指导下，为了破解城镇化带来的各种“城市病”，智慧城市建设时不可待。而智能建筑作为智慧城市的重要组成元素，随着国家智慧城市建设广度和深度展开，智能建筑必须融入智慧城市建设，这是智能建筑今后发展的大方向。

与此同时，智能建筑融入智慧城市应从智能建筑体系架构确定、设计理念更新、标准与规范完善、B/S访问模式确立、集成融合平台建设、云计算服务平台建设以及嵌入式控制器系统架构等方面来考虑。

基本功能智能建筑的基本功能主要由三大部分构成，即建筑设备自动化(Building Automation．BA)、通信自动化(Communication Automation，CA)和办公自动化(Office Automation，OA)，它们是智能化建筑中最基本的且是必须具备的基本功能，从而形成“3A”智能建筑3。

组成智能建筑主要由系统集成中心、综合布线系统、建筑设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统五大部分组成。智能建筑所用的主要设备通常放置在智能建筑内的系统集成中心(System Integrated Center，SIC)。它通过建筑物综合布线(GenericCabling，GC)与各种终端设备，如通信终端(电话机、传真机等)、传感器(如压力、温度、湿度等传感器)的连接，“感知”建筑物内各个空间的“信息”，并通过计算机进行处理后给出相应的控制策略，再通过通信终端或控制终端(如开关、电子锁、阀门等)给出相应的控制对象的动作反应，使建筑达到某种程度的智能，从而形成建筑设备自动化系统、办公自动化系统、通信网络自动化系统。

设计要求系统集成对弱电子系统进行统一的监测、控制和管理——集成系统将分散的、相互独立的弱电子系统，用相同的网络环境，相同的软件界面进行集中监视。

实现跨子系统的联动，提高大厦的控制流程自动化——弱电系统实现集成以后，原本各自独立的子系统在集成平台的角度来看，就如同一个系统一样，无论信息点和受控点是否在一个子系统内都可以建立联动关系。

提供开放的数据结构，共享信息资源——随着计算机和网络技术的高度发展，信息环境的建立及形成已不是一件困难的事。

提高工作效率，降低运行成本 ——集成系统的建立充分发挥了各弱电子系统的功能。

智能化集成系统(IIS) intelligented integration system，将不同功能的建筑智能化系统，通过统一的信息平台实现集成，以形成具有信息汇集、资源共享及优化管理等综合功能的系统。

信息设施系统(ITSI) information technology system infrastructure，为确保建筑物与外部信息通信网的互联及信息畅通，对语音、数据、图像和多媒体等各类信息予以接收、交换、传输、存储、检索和显示等进行综合处理的多种类信息设备系统加以组合，提供实现建筑物业务及管理等应用功能的信息通信基础设施。

信息化应用系统(ITAS) information technology application system，以建筑物信息设施系统和建筑设备管理系统等为基础，为满足建筑物各类业务和管理功能的多种类信息设备与应用软件而组合的系统。

建筑设备管理系统(BMS) building management system，对建筑设备监控系统和公共安全系统等实施综合管理的系统。

公共安全系统(PSS) public security system，为维护公共安全，综合运用现代科学技术，以应对危害社会安全的各类突发事件而构建的技术防范系统或保障体系。

机房工程(EEEP) engineering of electronic equipment plant，为提供智能化系统的设备和装置等安装条件，以确保各系统安全、稳定和可靠地运行与维护的建筑环境而实施的综合工程4。

防御措施智能建筑在一、二类建筑物中采用较多，防雷等级通常为一、二级，一级防雷的冲击接地电阻应小于10欧姆，二级防雷的冲击接地电阻不大于20欧姆，公用接地系统的接地电阻应小于或等于1欧姆。在工程中，将屋面避雷带、避雷网、避雷针或混合组成的接闪器作为接闪装置，利用建筑物的结构柱内钢筋作为引下线，以建筑物基础地梁钢筋、承台钢筋或桩基主筋为接地装置，并用接地线将它们良好焊接。与此同时将屋面金属管道、金属构件、金属设备外壳等与接闪装置进行连接，将建筑物外墙金属构件或钢架、建筑物外圈梁与引下线进行连接，从而形成闭合可靠的“法拉第笼”。建筑物内，将智能系统中的设备外壳、金属配线架、敷线桥架、穿线金属管道等与总等电位或局部等电位相逢在配电系统中的高压柜、低压柜安装避雷器的同时在智能系统电源箱及信号线箱中安装电涌保护器(SPD)。从而达到综合防御雷击的目的，确保智能建筑的安全。

安保措施在智能大厦保安监控，门禁，报警，技防设施，是现常用的，也必须是预防和反物质的手段，结合人防的关键，优良的品质与安全团队完善的管理体系，反物质，需要一个坚固的外围设备，门控设施。电锁，看固定资产投资建设，电锁的硬件产品前期预算和后期维护，必须充分考虑从建筑防火设计方面的考虑，必须确保所选择的产品，以最大限度地提高安全在紧急情况下的工作人员迅速撤离，从建筑装饰美学的产品或产品的应用学科建设的整体风格是非常关键的，从应用的角度，要求查看不同功能的智能建筑，建筑五金，或电锁是不同的。在此基础上，建设智能电锁产品的选择必须考虑到建设项目的结构，功能，款式，消防，安全水平的因素，选择最合适的产品解决方案。

在电动锁和硬件产品的智能化公共建筑要求：

紧急逃生。为了确保任何紧急情况下，确保所有人员在建筑物的安全，以确保他们能够在最短的时间内逃脱，所以选择锁和硬件产品的分配要充分考虑到紧急情况，必须能方便打开逃生门，反映一般选择电锁，将电源打开，在这些特定的位置设置类型的锁;

火灾。消防及逃生是相互关联的，在火灾给予优先考虑，以确保智能建筑内的人员逃生的情况下，其次要保证防火门，火灾发生时，防火卷帘设施安全地隔离火灾蔓延，以确保人员和财产，所有电锁和硬件产品兼容与建筑物的门禁电锁防火等级;

内部管理职能。内部分区的不同功能有不同的管理权限，电锁和硬件匹配必须是智能建筑的设施和设备的安装需要的地方和合理，以确保隔离区工作人员的不同职能相结合的内部管理;

系统的耐久性。对智能建筑的主体建筑的使用寿命是超过一百年，但往往看到几年后面临着很多修理或更换的情况，许多建筑物在电锁或硬件产品的建筑物，所以在相关产品选拔过程不是单纯的追求低价格，而是一个全面的评估，选择最符合成本效益的产品;

通道控制。智能建筑设计，从使用功能不同的通道，人流，不同方面的规范，电门禁电锁锁及五金产品的选择必须符合这些设计概念，完全满足设计要求，并在与渠道流线控制逻辑。

为了方便残疾人，无障碍的人。无障碍国家有关规范，尽可能反映在建筑锁硬件保护残疾人可以使用身体的任何部位，打开通道门通道和人身安全保护的权利，在这方面选定的产门禁电锁品，应仔细评估，以作出对用户最友好的设计。

审美要求每一个建筑师在设计时宁可使用某种建筑风格，这种风格将反映在各方面的建设，所以在选锁和硬件产品的分销也应充分理解和尊重设计师的想法和风格，使用的产品，以满足整体建筑外观的需求。

节能趋势智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切需求，这是不以人的主观意志为转移的客观必然性，是21世纪中国建筑事业发展的一个重点和热点。节能和环保是实现可持续发展的关键。可持续建筑应遵循节约化、生态化、人性化、无害化、集约化等基本原则，这些原则服务于可持续发展的最终目标。

从可持续发展理论出发，建筑节能的关键又在于提高能量效率，因此无论制订建筑节能标准还是从事具体工程项目的设计，都应把提高能量效率作为建筑节能的着眼点。智能建筑也不例外，业主建设智能化大楼直接动因就是在高度现代化、高度舒适的同时能实现能源消耗大幅度降低，以达到节省大楼营运成本的目的。依据我国可持续建筑原则和现阶段国情特点，能耗低且运行费用最低的可持续建筑设计包含了以下技术措施：①节能；②减少有限资源的利用，开发、利用可再生资源；③室内环境的人道主义；④场地影响最小化；⑤艺术与空间的新主张；⑥智能化。

20世纪70年代爆发能源危机以来，发达国家单位面积的建筑能耗已有大幅度的降低。与我国北京地区采暖度日数相近的一些发达国家，新建建筑每年采暖能耗已从能源危机时的300kWh/m2降低至150kWh/m2左右。在其后不会很长的时间内，建筑能耗还将进一步降低至30~50kWh/m2。

创造健康、舒适、方便的生活环境是人类的共同愿望，也是建筑节能的基础和目标，为此，21世纪的智能型节能建筑应该是：①冬暖夏凉；②通风良好；③光照充足。尽量采用自然光，天然采光与人工照明相结合；④智能控制。采暖、通风、空调、照明、家电等均可由计算机自动控制，既可按预定程序集中管理，又可局部手工控制，既满足不同场合下人们不同的需要，又可少用资源5。

其他全国智标委成立以来，作为城市建设领域信息化国家标准的归口管理单位，为智能建筑信息化方面的标准化工作做出了不懈努力，填补了我国相关标准缺失的空白。据悉《建筑自动化和控制系统数据通信协议》标准工作组的组建，将为基于BACnet标准的产品研制提供重要的平台。通过组建标准工作组，开展基于BACnet国际标准的国内转化，并联合国内外相关机构专家组建专家组，同时组建BACnet应用推广中心，全面推进BACnet技术的应用试点工作，支撑住房城乡建设部开展的智慧城市试点工作，为推进新型城镇化建设美丽中国而努力。6

2013年4月8日，《建筑自动化和控制系统数据通信协议》标准工作组新闻发布会在北京召开。该标准是根据国家标准化管理委员会《关于下达2012年第二批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2012]92号）的要求，全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会负责归口管理。标准工作组新闻发布会的召开标志着标准制定工作正式启动。

楼宇自动控制网络数据通讯协议（Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network）简称为BACnet，是一种专门为楼宇设备的集成控制制定的数据通讯协议，是为了规范楼宇内空调、给排水和供配电等楼宇设备自动控制系统之间的互连，使之成为更具有开放性和互操作性的数据通信统一标准协议。

楼宇自动控制网络数据通讯协议标准主要包括BACnet、Lonworks、TCP/IP三种通信协议。BACnet与后两者相比较具有如下特点：该协议为楼宇自控专用网，具有楼宇自控所需的特有功能和特性，具有良好的扩展性;协议完全开放、技术先进，没有商业技术机密，没有使用授权问题;具有广泛的权威性。