張桂青陳浩

(1.山東建筑大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101；2.山東省智能建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南250101)

0 引言

2017年阿里巴巴集團(tuán)發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)智慧建筑白皮書[1]，將智慧建筑發(fā)展歷程分為3個(gè)階段，即1980年前為傳統(tǒng)建筑，1980—2015年為智能建筑和2015年后為智慧建筑。

世界公認(rèn)的第一幢智能建筑是1984年在美國(guó)康涅狄格州哈特福特市出現(xiàn)的，其實(shí)際上是一幢38層的租賃式辦公建筑，引入了信息通信系統(tǒng)，較好地實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音通信、電子郵件、信息檢索等功能，后來(lái)又接入空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了部分建筑設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，初步實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)。美國(guó)第一幢智能建筑的成功案例在全球引起了巨大的沖擊，行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)紛紛效仿，20世紀(jì)80年代中后期，日本東京的本田青山大廈、中國(guó)香港的匯豐銀行總部大樓、中國(guó)北京發(fā)展大廈等更有針對(duì)性地設(shè)置了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)等，這也就是后來(lái)智能建筑“5A系統(tǒng)”(Building Automation System，BA；Communication automation system，CA；Office Automation System，OA；Fire Alarm System，F(xiàn)A和Security Protection and Alarm System，SA)的雛形[2]，此后幾年時(shí)間，國(guó)內(nèi)又陸續(xù)建成了北京西客站、深圳帝王大廈等智能大廈。隨著GB 50314—2015《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]的頒布實(shí)施，明確了智能建筑由信息設(shè)施系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、智能化集成系統(tǒng)和機(jī)房工程6個(gè)部分組成，為智能建筑賦予了新的內(nèi)涵。

在這一過(guò)程中，霍尼維爾、江森、西門子等外企迅速發(fā)展，占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)份額，并在技術(shù)上保持暫時(shí)領(lǐng)先。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的樓控企業(yè)如浙大中控、和欣運(yùn)達(dá)、同方股份、大華科技、達(dá)實(shí)智能、賽為智能等通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和依靠自主研發(fā)創(chuàng)新，也逐步發(fā)展起來(lái)，其態(tài)勢(shì)迅猛。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，為傳統(tǒng)的智能建筑賦予了新的內(nèi)涵。人們對(duì)智慧建筑的關(guān)注點(diǎn)開始由技術(shù)轉(zhuǎn)向用戶體驗(yàn)和綠色環(huán)保方面，“用戶生活質(zhì)量”“用戶需求響應(yīng)”“環(huán)境友好”“綠色節(jié)能”“衛(wèi)生”等名詞受到從業(yè)人員越來(lái)越多的重視[4]。近期學(xué)者們還在關(guān)注整個(gè)社會(huì)和生態(tài)的“可持續(xù)發(fā)展”，通過(guò)建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)、人工智能等技術(shù)提高建筑的整體智慧和自適應(yīng)能力。2017年以來(lái)，霍尼韋爾、江森、西門子國(guó)際三大品牌先后發(fā)布了其智慧建筑白皮書[5-7]，中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)工程智能分會(huì)、中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)等國(guó)內(nèi)多機(jī)構(gòu)也都發(fā)布了智慧建筑白皮書[8]，國(guó)內(nèi)騰訊、達(dá)實(shí)公司均稱建成了海濱大廈、達(dá)實(shí)大廈等智慧大廈，這標(biāo)志著智慧建筑時(shí)代正式到來(lái)。

在這一背景下，文章試圖就智慧建筑內(nèi)涵、構(gòu)架、平臺(tái)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等核心技術(shù)及其應(yīng)用推廣存在的問(wèn)題等進(jìn)行綜述，并對(duì)其發(fā)展方向做出展望。

1 智慧建筑內(nèi)涵

1.1 智慧建筑與建筑大腦

智慧建筑目前沒有統(tǒng)一的定義。業(yè)內(nèi)存在多種版本，較有代表性的4種定義[1，9-10]見表1。

表1 智慧建筑常見定義表

表1中各種版本的智慧建筑定義描述角度和側(cè)重點(diǎn)有所不同，阿里巴巴定義的智慧建筑更加關(guān)注大數(shù)據(jù)、人工智能以及自進(jìn)化、自學(xué)習(xí)；美國(guó)智能建筑協(xié)會(huì)的定義更多地站在使用者的視角，考慮他們的資金投入和實(shí)際獲得；歐洲智能建筑集團(tuán)更加注重效率和資源，綠色節(jié)能理念極強(qiáng)。角度雖有所不同，但可以從這些定義和描述中提煉出極大的相似處:合理應(yīng)用新一代信息技術(shù)，注重以人為本實(shí)際成效，達(dá)到綠色節(jié)能、安全高效、便捷舒適等的最終目標(biāo)。

綜合各方內(nèi)容，國(guó)內(nèi)首個(gè)智慧建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)《智慧建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》給出了智慧建筑的最新定義[11]:以建筑為載體，以智慧應(yīng)用為目標(biāo)，構(gòu)建綜合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)的全面感知、推理、判斷和自我決策，通過(guò)對(duì)設(shè)施及環(huán)境空間的自進(jìn)化和自適應(yīng)管控，構(gòu)建人、設(shè)施、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，從而提供具有安全、高效、節(jié)能、舒適人性化功能環(huán)境的建筑。

這一標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)給出了“智慧建筑綜合服務(wù)平臺(tái)”的定義:以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的具有建筑數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同運(yùn)行和優(yōu)化管控等綜合應(yīng)用的建筑智慧運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。

由此可以看出，雖然目前沒有“建筑大腦”的明確定義，但定義的智慧建筑綜合服務(wù)平臺(tái)就是實(shí)際的建筑大腦。其為智慧建筑賦予了生命，從知識(shí)的獲取到通過(guò)數(shù)據(jù)分析，不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)化以及自我決策，實(shí)現(xiàn)建筑全局的優(yōu)化運(yùn)行。最終達(dá)到以人為本，為人們提供更好的服務(wù)，提升用戶的體驗(yàn)。

1.2 智慧建筑與智能建筑的區(qū)別

“智能建筑”與“智慧建筑”，雖然一字之差，卻代表了兩代產(chǎn)品，本質(zhì)的區(qū)別是有沒有“建筑大腦”，二者的具體區(qū)別見表2。

表2 智能建筑與智慧建筑區(qū)別表

上述區(qū)別體現(xiàn)了智慧建筑的3個(gè)特征[1]:全面感知和永遠(yuǎn)在線的“生命體”、擁有“大腦”的自進(jìn)化智慧平臺(tái)及人機(jī)物深度融合的開放生態(tài)系統(tǒng)。

2 智慧建筑體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)

不同于傳統(tǒng)的智能建筑，智慧建筑采用物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，包括了感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)平臺(tái)層、智慧應(yīng)用層。該結(jié)構(gòu)的不同表示方式如圖1和2所示。未來(lái)的智慧建筑應(yīng)該具有自己的“大腦”，能控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑內(nèi)的各類設(shè)施，讓建筑具有判斷能力，并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行有序工作。當(dāng)智慧建筑所有的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)都集中到一個(gè)平臺(tái)上，通過(guò)基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智慧建筑大腦將所有系統(tǒng)變成一個(gè)整體，各系統(tǒng)間能智慧有機(jī)地協(xié)同聯(lián)動(dòng)[12]。

圖1 智慧建筑體系構(gòu)架圖

2.1 物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架

智慧建筑物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架是萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)層末端設(shè)備包括接口、感知類設(shè)備和執(zhí)行類設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所有空間數(shù)據(jù)全面感知、設(shè)備可測(cè)可控。全局優(yōu)化的算法需要不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是智慧建筑全局優(yōu)化控制的基本要求。與傳統(tǒng)智能建筑分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)構(gòu)架相比，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)具有扁平化、可擴(kuò)展、可重構(gòu)等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)這一功能需解決現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自描述、自組網(wǎng)等難題，智能硬件設(shè)備支持可重構(gòu)、自組網(wǎng)、即插即用等核心技術(shù)[13]。

除了常規(guī)的能耗、溫度濕度等傳感器信號(hào)監(jiān)測(cè)外，增加高頻采樣的配電回路及重要設(shè)備運(yùn)行電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)也是很關(guān)鍵的。其可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線識(shí)別與分解、電源諧波監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障診斷、電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)、能源精細(xì)化管理以及用戶用能行為分析等功能[14]?；陂_放的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可以隨時(shí)增設(shè)任意需要的傳感器，通過(guò)視頻監(jiān)控、門禁等子系統(tǒng)獲得用戶行為等，從而獲取建筑中的各類數(shù)據(jù)。

2.2 現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)是智慧建筑的神經(jīng)系統(tǒng)，由圖2可以看出，智慧建筑傳輸層的骨干網(wǎng)絡(luò)必然是以太網(wǎng)，其傳輸線纜目前多以光纖＋雙絞線為主，但業(yè)界最新推出的無(wú)源全光網(wǎng)(Passive Optical LAN，POL)具有安裝簡(jiǎn)單、機(jī)房要求低、節(jié)能、長(zhǎng)壽命、帶寬無(wú)限等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)智慧建筑網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最新趨勢(shì)。

圖2 智慧建筑構(gòu)架示意圖

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控的傳感網(wǎng)絡(luò)目前產(chǎn)品種類繁多，既有RS485、樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)(Building Automation and Control networks，BACnet)等現(xiàn)場(chǎng)總線的有線網(wǎng)絡(luò)，也有紫蜂(ZigBee)、無(wú)線保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)、遠(yuǎn)距離無(wú)線電(Long Range Radio，LoRa)等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。集成的難點(diǎn)在于設(shè)備種類多、協(xié)議混雜。設(shè)備和系統(tǒng)快速接入平臺(tái)對(duì)其相應(yīng)的智能網(wǎng)關(guān)和路由器產(chǎn)品提出了新要求[15]。進(jìn)入21世紀(jì)20年代，第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)和Wi-Fi6的超低時(shí)延、超高速率、超大接入量技術(shù)優(yōu)勢(shì)必將進(jìn)一步整合優(yōu)化傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2.3 數(shù)據(jù)平臺(tái)與人工智能技術(shù)

智慧建筑區(qū)別智能建筑的根本特征是具有數(shù)據(jù)平臺(tái)，雖然傳統(tǒng)智能建筑集成了智能建筑管理系統(tǒng)(Intelligent Building Management System，IBMS)，但各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)沒有真正打通，更沒有沉淀。智慧建筑數(shù)據(jù)平臺(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)匯聚各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建綜合服務(wù)的一站式平臺(tái)，需要突破的核心技術(shù)有:

(1)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與處理 智慧建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)是典型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，包括了傳感器采集的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和視頻、聲音、圖像、文本等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析利用的前提是對(duì)其進(jìn)行同構(gòu)化處理，通過(guò)構(gòu)建關(guān)聯(lián)模型剔除冗余數(shù)據(jù)、清洗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)相互融合。

(2)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與應(yīng)用的解耦設(shè)計(jì) 雖然智慧建筑數(shù)據(jù)平臺(tái)不像大型商業(yè)平臺(tái)數(shù)據(jù)量那么巨大，但從技術(shù)上按照新型微服務(wù)構(gòu)架、分層構(gòu)架和解耦設(shè)計(jì)對(duì)未來(lái)系統(tǒng)的靈活性和運(yùn)行穩(wěn)定性非常重要。

智慧建筑具有自學(xué)習(xí)自進(jìn)化功能，這些功能依賴逐漸成熟的人工智能理論和技術(shù)。在數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)上，運(yùn)算對(duì)比歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶的日常人為設(shè)置情況和用戶的使用習(xí)慣，自學(xué)習(xí)適應(yīng)建筑使用者的個(gè)性化需求[16]。擁有自我決策和學(xué)習(xí)進(jìn)化能力的建筑大腦像人一樣能學(xué)習(xí)、會(huì)思考，集人工智能和群體智能于一身，以數(shù)字科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式賦能傳統(tǒng)建筑行業(yè)。智慧建筑需要從外界環(huán)境和用戶行為中獲取信息、挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自身調(diào)整。建筑系統(tǒng)不再停留在人為設(shè)置的階段，而是會(huì)像人一樣自動(dòng)感知建筑內(nèi)部的一切，從中自發(fā)地提取可用信息。近年來(lái)，人工智能算法研究的成熟和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的完善，使得“自學(xué)習(xí)能力”的廣泛應(yīng)用成為可能。在智慧建筑建設(shè)中，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)基于前期的深度挖掘成果，能對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、用戶體驗(yàn)等各方面出現(xiàn)的各類復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行快速建模，完成建筑智能從基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集與展示[17]，向敏銳感知、深度洞察與實(shí)時(shí)綜合決策的智慧化階段。這就是人工智能帶給智慧建筑的改變。

2.4 智慧場(chǎng)景抽象與應(yīng)用開發(fā)

智慧建筑是以人為本的建筑，追求新一代信息技術(shù)更好地為用戶服務(wù)，是通過(guò)建筑全運(yùn)維期的智慧運(yùn)維來(lái)體現(xiàn)的，是綠色建筑的重要組成部分。發(fā)展綠色建筑是我國(guó)建筑業(yè)政策性導(dǎo)向，2006年以來(lái)，相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)先后3次更新，現(xiàn)行GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，與2014版的最大變化在于由原來(lái)的考核“四節(jié)一環(huán)保”到“安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居”等以人為本的考核指標(biāo)[18]。這與智慧建筑以人為本的定位完全一致，智慧建筑是在運(yùn)維全過(guò)程通過(guò)智能化手段營(yíng)造智慧應(yīng)用場(chǎng)景，為用戶提供一站式服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)綠色建筑相關(guān)指標(biāo)。

智慧建筑服務(wù)平臺(tái)在全面感知獲取建筑大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理，根據(jù)需要與邊緣計(jì)算設(shè)備協(xié)同，從全局的角度深入挖掘建筑安全隱患、節(jié)能潛力、健康環(huán)境優(yōu)化運(yùn)行潛力等內(nèi)容，能否實(shí)現(xiàn)智慧建筑在安全、高效、節(jié)能、舒適等方面應(yīng)用場(chǎng)景的抽象與開發(fā)成為關(guān)鍵。

(1)安全防范 合理應(yīng)用視頻監(jiān)控、出入口控制、門禁、周邊防范、入侵報(bào)警、停車管理、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警等系統(tǒng)，構(gòu)建綜合安防平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高空拋物、電動(dòng)車進(jìn)電梯等異常事件報(bào)警，建筑全過(guò)程人員和設(shè)備安全監(jiān)控。

(2)高效便捷 智慧服務(wù)平臺(tái)為人們提供了一站式服務(wù)，管理人員、運(yùn)維人員、物業(yè)人員、個(gè)人用戶均可通過(guò)平臺(tái)獲取高效便捷的服務(wù)。智慧物業(yè)、智慧辦公、智慧家居、智慧門禁以及信息查詢發(fā)布、獲取政務(wù)服務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控用電設(shè)備和空間環(huán)境等功能，為人們提供了高效便捷的工作和生活環(huán)境。

(3)綠色節(jié)能 建筑大腦可以深層次挖掘建筑能耗數(shù)據(jù)背后的“秘密”，利用歷史數(shù)據(jù)挖掘用能規(guī)律和異常用能行為，提供建筑全局優(yōu)化的節(jié)能策略[19-21]，通過(guò)智能管控，提高制冷機(jī)組等大型設(shè)備能效比，可以分析人員行為，有效管控末端設(shè)備實(shí)現(xiàn)舒適與節(jié)能的多目標(biāo)優(yōu)化控制[22]。還可以在建筑用能預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)利用綜合能源的建筑實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)的優(yōu)化調(diào)度和管控[23]。實(shí)踐證明，有效利用智能化管控可實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能10%～30%[24]。

(4)健康舒適 空氣質(zhì)量、水質(zhì)、熱濕環(huán)境、空調(diào)通風(fēng)等都是影響建筑環(huán)境的重要因素。通過(guò)智能化管控空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)備保證室內(nèi)人工冷熱源熱濕環(huán)境滿足規(guī)范和舒適性要求；而通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)感知可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物、二氧化碳、一氧化碳、苯、甲醛等常見影響空氣質(zhì)量因素及濁度、余氯、酸堿度(pH值)、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo)，根據(jù)需要還可以增加聲環(huán)境、光環(huán)境等相關(guān)監(jiān)測(cè)。

3 推進(jìn)智慧建筑面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

3.1 智慧建筑發(fā)展機(jī)遇

3.1.1 “新基建”和“碳達(dá)峰、碳中和”政策機(jī)遇

“新基建”是以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，面向高質(zhì)量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新等服務(wù)的全新基礎(chǔ)設(shè)施體系[25]。其正在全方位助力智慧建筑的快速發(fā)展，如在信息通信方面，5G具有超大規(guī)模的連接能力和傳輸速度，使萬(wàn)物互聯(lián)到萬(wàn)物智聯(lián)成為可能。在數(shù)據(jù)處理方面，“新基建”引導(dǎo)的大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)等形成聚合效應(yīng)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的新設(shè)備“入網(wǎng)”，建筑大數(shù)據(jù)以指數(shù)爆炸式地增長(zhǎng)，海量的數(shù)據(jù)為人工智能的智慧化處理提供了前提條件。

在建筑節(jié)能方面，進(jìn)一步挖掘建筑節(jié)能潛力是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重大需求，智能建筑可實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)行的主動(dòng)節(jié)能，但多年來(lái)實(shí)際效果不佳。在“雙碳”政策驅(qū)動(dòng)下，特別是在國(guó)家電網(wǎng)推進(jìn)“萬(wàn)棟樓宇節(jié)能改造”的背景下，智慧建筑節(jié)能應(yīng)用迎來(lái)了新的契機(jī)，建筑節(jié)能不再單純依靠圍護(hù)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)智慧建筑智慧化運(yùn)維，有效解決智能建筑節(jié)能技術(shù)、管理等系列問(wèn)題的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

3.1.2 新一代信息技術(shù)帶來(lái)的機(jī)遇

在智慧建筑發(fā)展中，新一代信息化技術(shù)是重要的驅(qū)動(dòng)力。大數(shù)據(jù)時(shí)代，隨著大數(shù)據(jù)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的發(fā)展，智慧建筑的綠色發(fā)展、智慧化運(yùn)營(yíng)、個(gè)性化定制和服務(wù)化創(chuàng)新升級(jí)成為了可能。未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的智慧時(shí)代，人機(jī)物深度融合成為必然，“連接＋大數(shù)據(jù)智能＋自適應(yīng)服務(wù)”會(huì)成為智慧建筑的基本范式，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將成為人類和建筑交互的主要方式，人工智能將會(huì)成為提升最終用戶體驗(yàn)和智慧化感知的重要手段[26]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、多智能體技術(shù)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等都屬于可以應(yīng)用到智慧建筑中的人工智能技術(shù)[27]。

3.2 智慧建筑面臨的挑戰(zhàn)

雖然智能建筑經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，但基于新一代信息技術(shù)的智慧建筑還是新生事物，還面臨著許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在缺乏標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)不完善、人工智能應(yīng)用還在初級(jí)階段、數(shù)據(jù)安全有待加強(qiáng)等方面。

3.2.1 權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)缺失

要全面推廣智慧建筑的工程應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)的重要性不言而喻，智慧建筑作為新生事物還沒有權(quán)威的國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)也都在加快制定智慧建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，但目前頒布的都是團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)還沒有形成。截至目前，國(guó)內(nèi)發(fā)布的智慧建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共有3項(xiàng)。中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)和中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)均發(fā)布了《智慧建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[11，28]，中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑電氣分會(huì)編制了《智慧建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[29]。“評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”是提出智慧建筑的建設(shè)目標(biāo)，達(dá)到以評(píng)促建的目的?！霸O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”應(yīng)指導(dǎo)設(shè)計(jì)師進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型等。但目前的標(biāo)準(zhǔn)隨著時(shí)間的推移和智慧建筑技術(shù)的不斷發(fā)展均有進(jìn)一步提升完善的空間。

值得注意的是，智慧建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)需要緊扣行業(yè)、企業(yè)實(shí)際，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)落地。智慧建筑團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)雖然不是強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但通過(guò)行業(yè)協(xié)會(huì)推廣起到了標(biāo)準(zhǔn)落地的任務(wù)，必將為我國(guó)智慧建筑的發(fā)展發(fā)揮積極的推動(dòng)作用。但不同團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)難免會(huì)有差異，甚至互相有矛盾，隨著智慧建筑技術(shù)的不斷實(shí)踐，智慧建筑團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)不斷完善，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)相繼出現(xiàn)，人們期待智慧建筑的內(nèi)涵得到廣泛共識(shí)，盡早有更加權(quán)威的國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和指導(dǎo)團(tuán)體、地方標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，最終依靠企業(yè)推動(dòng)智慧建筑的健康發(fā)展。

3.2.2 平臺(tái)不完善與數(shù)據(jù)安全有待加強(qiáng)

智慧建筑區(qū)別智能建筑的最大特征是有統(tǒng)一的綜合服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)的好壞是直接關(guān)系能否建立建筑大數(shù)據(jù)以及能否有效利用數(shù)據(jù)達(dá)到真正的智慧建筑的關(guān)鍵。前面關(guān)于平臺(tái)的描述可以發(fā)現(xiàn)，這不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和展示，而是一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。其不再是傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)組態(tài)軟件以及IBMS的構(gòu)架，而是需要采用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)、微服務(wù)等理念的新框架，滿足智慧建筑數(shù)據(jù)資源共享、協(xié)同運(yùn)行的需要。

目前，智慧建筑服務(wù)平臺(tái)普遍存在大數(shù)據(jù)分析功能薄弱、人工智能應(yīng)用不足等問(wèn)題，需在數(shù)據(jù)分析算法不斷應(yīng)用的基礎(chǔ)上持續(xù)創(chuàng)新和迭代。項(xiàng)目建設(shè)中過(guò)于側(cè)重硬件投入，看不見的資產(chǎn)(如軟件系統(tǒng)等)投資比例過(guò)低，導(dǎo)致智慧建筑“骨骼”健全，卻“大腦”不靈，無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的作用，“短命”的智慧建筑就會(huì)層出不窮，理想的智慧建筑難以落地。人們必須改變傳統(tǒng)智能建筑“重硬件輕軟件”的理念，加大軟件平臺(tái)的開發(fā)和升級(jí)維護(hù)的投入，切實(shí)保證建筑大腦的聰明決策和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的及時(shí)響應(yīng)。

數(shù)據(jù)安全是智慧建筑綜合服務(wù)平臺(tái)必須解決的另一個(gè)難題，傳統(tǒng)智能建筑管理平臺(tái)均在本地部署，幾乎不涉及數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。但智慧建筑綜合服務(wù)平臺(tái)需要滿足云端部署，智慧建筑海量的建筑數(shù)據(jù)中隱含著用戶的各類信息，數(shù)據(jù)安全與隱私問(wèn)題不容忽視，應(yīng)采取有效的各類信息安全防范措施對(duì)系統(tǒng)的硬件、軟件及其系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸、訪問(wèn)、存儲(chǔ)進(jìn)行保護(hù)，不受惡意破壞、更改、泄露，保證信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠。特別值得注意的是，安全無(wú)止境，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全是長(zhǎng)期任務(wù)，需要跟蹤最新信息安全技術(shù)，不斷升級(jí)安全措施。

3.2.3 智慧運(yùn)維任重道遠(yuǎn)

傳統(tǒng)智能建筑沒有發(fā)揮有效作用的重要原因之一是智能化系統(tǒng)運(yùn)維沒有做好[30]，普遍存在“重建設(shè)輕運(yùn)維”的現(xiàn)象。從建筑的壽命來(lái)看，70%以上的時(shí)間是運(yùn)維方在使用[24]，而在實(shí)際過(guò)程中，由于運(yùn)維與設(shè)計(jì)施工的脫節(jié)，導(dǎo)致智慧化工程難以發(fā)揮最佳效果，一旦出現(xiàn)問(wèn)題難以修復(fù)。建筑后期運(yùn)維責(zé)任不明確，資金不到位，斥巨資打造的建設(shè)項(xiàng)目卻沒能發(fā)揮應(yīng)有的作用。

全生命期的智慧運(yùn)維是相比于傳統(tǒng)運(yùn)維而言的。傳統(tǒng)的被動(dòng)式運(yùn)維所覆蓋的設(shè)備和管線，都是出現(xiàn)了故障、影響到正常使用時(shí)才會(huì)處理，或是等到使用壽命達(dá)到極大值時(shí)才會(huì)有所反應(yīng)。傳統(tǒng)的運(yùn)維背后蘊(yùn)含著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，任何故障都可能導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)安全事故；其次突發(fā)事件的快速應(yīng)變和處理難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)急人員疏散、安保人員調(diào)配、出入口引導(dǎo)控制、消防設(shè)備聯(lián)動(dòng)啟停等都是依靠運(yùn)維人員，不僅低效而且覆蓋面窄，效果不全面，同時(shí)給運(yùn)維人員造成了巨大的管控壓力。

智慧運(yùn)維依托綜合服務(wù)平臺(tái)，在不需要人為干預(yù)的情況下，通過(guò)自我決策實(shí)現(xiàn)建筑的可視、可管、可控，提供數(shù)字化運(yùn)行的高水平自動(dòng)化運(yùn)維。利用大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、用能異常診斷、人員行為分析、提供個(gè)性化服務(wù)等。智慧大腦在綜合研判建筑設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，應(yīng)用人工智能算法，可以識(shí)別當(dāng)前設(shè)備的壽命狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障之前進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，提早更換或維修相關(guān)設(shè)備，避免對(duì)建筑的整體正常運(yùn)行產(chǎn)生不必要的影響，規(guī)避突發(fā)緊急事故可能造成的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷害。利用數(shù)據(jù)挖掘到的用能規(guī)律和專家系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)建筑物自動(dòng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行。遇到突發(fā)事件能自動(dòng)進(jìn)入應(yīng)急響應(yīng)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)度和管控相關(guān)設(shè)備，提高運(yùn)維人員效率。

但實(shí)際現(xiàn)狀是截至目前，以上功能多數(shù)還停留在設(shè)計(jì)研發(fā)階段，真正實(shí)現(xiàn)理想智慧運(yùn)維的案例還不多。主要原因是智慧運(yùn)維平臺(tái)還不夠完善，數(shù)據(jù)處理運(yùn)維場(chǎng)景的開發(fā)缺乏實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。目前智能建筑運(yùn)維人員技術(shù)素質(zhì)不高是運(yùn)維效果不好的另一個(gè)原因，理論上講，智慧化程度越高對(duì)運(yùn)維人員要求越低，就像“傻瓜相機(jī)”對(duì)拍照人的技術(shù)水平要求不高一樣。但目前智慧運(yùn)維系統(tǒng)的“傻瓜”程度遠(yuǎn)沒達(dá)到完全代替人的水平。從這個(gè)角度來(lái)看，智慧運(yùn)維前景美好，智慧運(yùn)維系統(tǒng)的升級(jí)迭代開發(fā)任重道遠(yuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

具有建筑大腦的智慧建筑是多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合發(fā)展的綜合性產(chǎn)業(yè)，學(xué)科交叉和技術(shù)融合帶來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)就是豐富的創(chuàng)新空間，原來(lái)單學(xué)科、單技術(shù)不能解決的問(wèn)題可以用新領(lǐng)域的技術(shù)或方法得以實(shí)現(xiàn)。近幾年，在多方推動(dòng)下智慧建筑發(fā)展迅速，騰訊、華為等IT企業(yè)紛紛打造自身的智慧建筑樣板，業(yè)界人員也展開充分想象，一時(shí)間，BIM、城市信息模型(City Information Modeling，CIM)、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、群智能、建筑大腦、建筑操作系統(tǒng)等概念和技術(shù)都在智慧建筑中提了出來(lái)。但應(yīng)當(dāng)看到，經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，智慧建筑的基本體系已經(jīng)形成，但大數(shù)據(jù)、人工智能應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)中還處在初級(jí)階段，許多提法還停留在概念和論文階段，需要科研人員積極探索和深入研究并隨著具體實(shí)踐和應(yīng)用不斷完善。

未來(lái)建筑必然是智慧、綠色和健康的，在技術(shù)驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，智慧建筑在國(guó)內(nèi)將達(dá)到萬(wàn)億的市場(chǎng)規(guī)模，同時(shí)智慧園區(qū)、智慧住區(qū)、智慧城市的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)智慧建筑的發(fā)展。智慧建筑作為智慧城市“大平臺(tái)”下的“小平臺(tái)”支撐著“大平臺(tái)”的良性運(yùn)行，智慧建筑的內(nèi)涵必將得到進(jìn)一步豐富和發(fā)展。