房霆宸 朱 贇 賈 珍 賀洪煜

（1.上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200080；2.上海市安裝工程集團(tuán)有限公司，上海 200085；3.上海超高層建筑智能建造工程技術(shù)研究中心，上海 200080）

0 引言

綠色建筑可以在建筑全生命周期內(nèi)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，是一種最大限度地實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高品質(zhì)建筑[1，2]，也是我國(guó)大力鼓勵(lì)發(fā)展的一種建筑形式。自2006年，我國(guó)發(fā)布并實(shí)施了《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378—2006）[3]，針對(duì)建筑設(shè)計(jì)、施工階段已建立了完備的綠色建筑評(píng)價(jià)體系，形成了能耗管理、太陽(yáng)能發(fā)電、中水回收利用、LED照明等綠色建筑專項(xiàng)技術(shù)，對(duì)于建筑節(jié)能環(huán)保產(chǎn)生了積極效果。但是目前的綠色建筑在智能化、舒適度等元素引入方面，仍存在一定不足：比如現(xiàn)有建筑運(yùn)維管理的智能化水平仍較低，多以單個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行為主，系統(tǒng)集成度低，所形成的數(shù)據(jù)挖掘度不夠，無(wú)法形成主動(dòng)決策管理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到“智能化”要求；再比如關(guān)于建筑室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的相關(guān)研究較少，缺乏針對(duì)人員所處室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)體系的技術(shù)研究，且室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)劣以及人體主觀的舒適度情況與建筑運(yùn)維階段的能源消耗是一個(gè)矛盾體，如何協(xié)調(diào)處理二者之間的關(guān)系，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)提出了新的要求。鑒于此，本文通過(guò)引入綠色化、智能化的建筑建造及運(yùn)維理念，探索形成綠色建筑室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)于為提升工程建造的環(huán)境效益和居住品質(zhì)作貢獻(xiàn)提供具有重要意義。

1 室內(nèi)環(huán)境及人體舒適度

1.1 室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)

室內(nèi)環(huán)境對(duì)人產(chǎn)生的舒適度影響因素主要分為建筑功能性的舒適度以及物理環(huán)境舒適度兩種，本文所論述的舒適度主要與建筑室內(nèi)物理環(huán)境相關(guān)，根據(jù)《室內(nèi)物理環(huán)境理論》一書(shū)中的論述，建筑室內(nèi)物理環(huán)境主要包括：室內(nèi)空氣環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境、室內(nèi)聲環(huán)境、室內(nèi)熱環(huán)境等[4，5]。隨著人類科技的發(fā)展，自20世紀(jì)初就已經(jīng)掌握了諸如：照明技術(shù)、除塵技術(shù)、消音及隔音技術(shù)、調(diào)溫及新風(fēng)換氣技術(shù)等對(duì)以上各類物理環(huán)境的控制手段，此類技術(shù)早已成熟應(yīng)用于人類日常生活中。

目前，我國(guó)已經(jīng)制定了不少針對(duì)建筑室內(nèi)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。例如，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、衛(wèi)計(jì)委、環(huán)境保護(hù)部共同頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 18883—2002）；涉及公共場(chǎng)所室內(nèi)環(huán)境的《公共場(chǎng)所衛(wèi)生管理規(guī)范》（GB 37487-2019）、《公共場(chǎng)所衛(wèi)生指標(biāo)及限值要求》（GB 37488—2019）、《公共場(chǎng)所設(shè)計(jì)衛(wèi)生規(guī)范》（GB 37489—2019）等；與建筑裝飾裝修相關(guān)的《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》（GB50325—2010）。以上列舉的一系列規(guī)范從科學(xué)角度結(jié)合人體健康以數(shù)值區(qū)間的形式規(guī)范了室內(nèi)空氣質(zhì)量、衛(wèi)生條件、裝飾裝修污染等各類數(shù)據(jù)的界定范圍，可作為室內(nèi)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的參考依據(jù)。

1.2 人體舒適度評(píng)價(jià)

人體舒適度評(píng)價(jià)分為客觀因素和主觀因素兩種?？陀^因素主要由建筑室內(nèi)空間物理環(huán)境包括：熱工環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境、空氣質(zhì)量等。通過(guò)國(guó)內(nèi)外一系列的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以將以上各種客觀環(huán)境因素人為調(diào)控到較為舒適的范圍內(nèi)。主觀因素主要由人的主觀感受形成，個(gè)體差異明顯，不同的人處于相同的環(huán)境也會(huì)由于不同的地域、季節(jié)、心理、年齡、健康等因素，產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不同的舒適度評(píng)價(jià)。根據(jù)研究，同一環(huán)境中有80%的人員對(duì)環(huán)境感到滿意，即達(dá)到了舒適狀態(tài)[6]。綜合一系列標(biāo)準(zhǔn)、研究，可得到一個(gè)普遍的結(jié)論：人體在擁有良好的空氣質(zhì)量、適宜的熱工環(huán)境、互不干擾的聲環(huán)境以及在各種條件下可調(diào)控的光環(huán)境下的舒適度評(píng)價(jià)相對(duì)而言較高。

1.3 室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的作用

根據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)外鮮有對(duì)人體舒適度進(jìn)行生理調(diào)節(jié)的研究和案例，更多的研究是從調(diào)控室內(nèi)環(huán)境的角度去調(diào)節(jié)人體舒適度評(píng)價(jià)。本文所述的室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)（以下稱為本系統(tǒng)）的作用之一是為綠色智能建筑提供與人體舒適度相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，利用一系列人工智能算法對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行自我感知、自我調(diào)控，使綠色建筑達(dá)到人體舒適度最優(yōu)的評(píng)價(jià)結(jié)果。本系統(tǒng)還可通過(guò)時(shí)間段、人員密集程度、空間用途等不同維度對(duì)每一個(gè)獨(dú)立空間進(jìn)行單獨(dú)調(diào)控。另外，本系統(tǒng)另一個(gè)作用是為綠色建筑能耗管理系統(tǒng)提供智能化能耗預(yù)測(cè)及優(yōu)化調(diào)度功能，建立一套適用于綠色建筑的能源平衡優(yōu)化及調(diào)度模型，使綠色建筑的能源利用率實(shí)現(xiàn)效益最大化。

為此，本系統(tǒng)采用了物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的科學(xué)布點(diǎn)、以監(jiān)測(cè)的室內(nèi)環(huán)境大數(shù)據(jù)為依據(jù)、使用BIM技術(shù)對(duì)建筑內(nèi)部空間進(jìn)行可視化空間劃分，利用人工智能算法綜合計(jì)算人體舒適度評(píng)價(jià)、通過(guò)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)諸如空調(diào)、加濕器、新風(fēng)、照明等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，以此方式調(diào)節(jié)人體舒適度，使人員在室內(nèi)每個(gè)空間都能獲得相對(duì)最優(yōu)的人體舒適度評(píng)價(jià)。

2 室內(nèi)環(huán)境及舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于某綠色建筑示范樓的智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行迭代開(kāi)發(fā)，根據(jù)本文上述研究?jī)?nèi)容，本系統(tǒng)從功能上可分為4個(gè)模塊：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、智慧能源交互模塊以及用戶界面展示模塊，模塊關(guān)系如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)將物聯(lián)網(wǎng)傳感器及其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入到機(jī)電設(shè)備管理平臺(tái)；數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以及結(jié)合環(huán)境及人體舒適度對(duì)工控機(jī)進(jìn)行控制指令發(fā)布；能源交互模塊接收來(lái)自工控機(jī)的控制指令，修改空調(diào)、照明、通風(fēng)等設(shè)備的調(diào)節(jié)參數(shù)；界面展示模塊為綠建樓運(yùn)維管理人員以及綠色建筑普通用戶提供了用戶交互界面。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊包括物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)備和機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)兩部分組成。數(shù)據(jù)采集模塊中的物聯(lián)網(wǎng)傳感器參照《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378—2019）的要求，結(jié)合綠建樓的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行科學(xué)布點(diǎn)，從平面上按照面積與區(qū)域劃分，最少需要監(jiān)控點(diǎn)20個(gè)。兩個(gè)取大值，需要最少布置監(jiān)控點(diǎn)20個(gè)，布點(diǎn)方案如表1所示。

表1 某綠色建筑局部位置傳感器布點(diǎn)方案

機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)包含了主要負(fù)責(zé)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)傳感器及機(jī)電設(shè)備的接入管理和控制功能，由通信接口形式實(shí)現(xiàn)與工控系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)與空調(diào)冷熱源側(cè)聯(lián)動(dòng)控制。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)預(yù)設(shè)的綠建樓所在地區(qū)歷年的氣候數(shù)據(jù)，結(jié)合人體舒適度較高評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)當(dāng)前空間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前空間的環(huán)境以及人體舒適度評(píng)價(jià)分值。如果分值較低，數(shù)據(jù)分析模塊就會(huì)給出建議的調(diào)控方案并將指令發(fā)送到能源交互模塊進(jìn)行處理。

2.2.3 能源交互模塊

能源交互模塊同樣采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，儀表全部安裝了數(shù)據(jù)傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和遠(yuǎn)程傳輸，最大程度減少人工抄表及填報(bào)的誤差，大幅提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，可實(shí)時(shí)查看各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。通過(guò)將設(shè)備接入到機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)，能源交互模塊可執(zhí)行工控機(jī)的調(diào)控指令，這類指令包括空調(diào)的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、室內(nèi)照明的強(qiáng)弱、新風(fēng)的換氣量等。

2.2.4 界面展示模塊

用戶交互界面的設(shè)計(jì)基于某綠色建筑智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)，較原有運(yùn)維系統(tǒng)主要增加了BIM模型輕量化展現(xiàn)、BIM模型空間劃分展現(xiàn)、室內(nèi)環(huán)境各項(xiàng)指數(shù)實(shí)時(shí)展現(xiàn)、舒適度評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)展現(xiàn)等幾個(gè)主要界面。

2.3 舒適度評(píng)價(jià)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要參考了《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB50325—2020），以及《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）對(duì)單項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行打分，以最簡(jiǎn)單的氣溫為例：例如夏天室內(nèi)溫度在22～26℃為健康5分，26～29℃為一般3分，29～32℃為較不適宜1分，32℃以上為不適宜0分，其他各監(jiān)測(cè)項(xiàng)也如此進(jìn)行評(píng)分。得分越高代表人體所處的室內(nèi)環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)越高。

評(píng)價(jià)得分設(shè)計(jì)為以蛛網(wǎng)圖形式在運(yùn)維管理系統(tǒng)中進(jìn)行橫向比較。同時(shí)，也對(duì)室內(nèi)環(huán)境一系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)分，根據(jù)得分從高到低使用四種顏色對(duì)三維模型空間進(jìn)行渲染：綠色（健康）、黃色（一般）、橙色（較不適宜）、紅色（不適宜）；評(píng)價(jià)結(jié)果可通過(guò)在BIM模型空間劃分中點(diǎn)選建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)中某個(gè)區(qū)域進(jìn)行查看。

3 某綠建樓案例介紹

以某綠色建筑示范樓項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目總建筑面積約1.15萬(wàn)m2，選取了代表性的國(guó)內(nèi)外最高綠色建筑認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)作為參考指標(biāo)來(lái)開(kāi)發(fā)綠色建筑運(yùn)維系統(tǒng)。該平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程中制定了標(biāo)準(zhǔn)算法模型，根據(jù)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定不同建筑類型、氣候分區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采集能耗數(shù)據(jù)后進(jìn)行能耗評(píng)估，具體邏輯如圖2所示。

建筑智慧運(yùn)維系統(tǒng)建立了能耗與系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行的關(guān)聯(lián)分析，根據(jù)能耗分項(xiàng)計(jì)量結(jié)果，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)能耗異常點(diǎn)，通過(guò)能效計(jì)算模型，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行策略。對(duì)建筑內(nèi)溫濕度、顆粒物、甲醛、有害氣體濃度持續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)發(fā)布；室外環(huán)境參數(shù)與室內(nèi)環(huán)境參數(shù)對(duì)比；根據(jù)低碳環(huán)保目標(biāo)及技術(shù)方案，對(duì)建筑內(nèi)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)量、評(píng)估；根據(jù)綠建指標(biāo)，優(yōu)化相關(guān)子系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)策略。

系統(tǒng)中的建筑室內(nèi)環(huán)境管理頁(yè)面是定制化的環(huán)境管理與機(jī)電設(shè)備管理系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)模塊，當(dāng)室內(nèi)PM2.5超出綠建標(biāo)準(zhǔn)限值（12μg/m3）時(shí)，主動(dòng)推送告警并調(diào)整運(yùn)行策略。主要的業(yè)務(wù)邏輯為：物聯(lián)網(wǎng)關(guān)收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到智慧建筑運(yùn)維平臺(tái)，平臺(tái)觸發(fā)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換機(jī)制：“室外空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于室內(nèi)，優(yōu)先采用新風(fēng)調(diào)節(jié)室內(nèi)換進(jìn)；室外空氣質(zhì)量惡劣時(shí)，優(yōu)先采用室內(nèi)空氣內(nèi)循環(huán)”，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)通知機(jī)電設(shè)備平臺(tái)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，邏輯圖如圖3所示，系統(tǒng)以此方式進(jìn)行人體舒適度評(píng)價(jià)的優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)運(yùn)用了BIM模型結(jié)合建筑運(yùn)維系統(tǒng)，解決了目前建筑運(yùn)維中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法做到真正可視化的痛點(diǎn)，將BIM模型可視化結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在運(yùn)維系統(tǒng)中可視化，做到了監(jiān)測(cè)設(shè)備與建筑（模型）的合二為一；通過(guò)最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及打分，與以往類似系統(tǒng)相比較，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量和位置更科學(xué)合理，監(jiān)測(cè)目的性更加明確，系統(tǒng)提升為以監(jiān)測(cè)整個(gè)空間為目的，結(jié)合以人體舒適度為根本的科學(xué)評(píng)價(jià)。評(píng)判打分不僅僅為單一的分值顯示，而以不同顏色作為三維室內(nèi)空間的背景進(jìn)行標(biāo)色評(píng)判結(jié)果，以蛛網(wǎng)圖對(duì)單一空間進(jìn)行專業(yè)分析，輔助建筑運(yùn)維人員更好的橫向和豎向分析。在室內(nèi)環(huán)境舒適度不理想的情況下采取相應(yīng)措施加以改善，產(chǎn)生人體舒適與建筑運(yùn)維決策的聯(lián)動(dòng)機(jī)制。但本系統(tǒng)仍存在一定不足，如在人體舒適度與能耗使用方面存在一定的矛盾，如何深入解決建筑能耗與人體舒適度的矛盾關(guān)系，將是今后發(fā)展綠色智能建筑的主要任務(wù)。