黃斌 賀敏通訊作者 張敏

1. 深圳市清華苑建筑與規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 廣東 深圳 518054；

2. 賀州學(xué)院人工智能學(xué)院 廣西 賀州 542899

引言

在“新基建”、“新型城鎮(zhèn)化建設(shè)”、“碳達(dá)峰”、“碳中和”等多重因素影響和疊加的時(shí)代命題中，城市的規(guī)劃、建設(shè)和發(fā)展都遇到了極大的沖擊和挑戰(zhàn)，“智慧城市”便是解決這些問題的最佳答案。在新時(shí)代大背景下，智慧樓宇的理念深入人心，智慧樓宇利用各類新型技術(shù)及數(shù)據(jù)信息采集手段，實(shí)現(xiàn)了建筑的數(shù)字化、信息化和自動(dòng)化，使其具備高效、節(jié)能、舒適和便利的特點(diǎn)。

1 智慧樓宇前身樓宇自動(dòng)化

樓宇自動(dòng)化最早起源于1984年的日本，當(dāng)時(shí)稱之為“建筑智能化”，其目的為協(xié)助人們更好地完成建筑的日常管理[1]。經(jīng)過30多年的發(fā)展，“樓宇自動(dòng)化”行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成熟，其代表企業(yè)有江森自控（Johnson Controls）、霍尼韋爾（Honeywell）以及西門子樓控系統(tǒng)（Siemens）等[2]。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)組成如圖1所示，包含9個(gè)子系統(tǒng)，①中央監(jiān)控系統(tǒng)：完成樓宇自動(dòng)化其他子系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控；②空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)：完成建筑走廊過道的通風(fēng)以及房間內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)；③給排水監(jiān)控系統(tǒng)：完成建筑內(nèi)主要供水管道和排污管道的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測；④電力供應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)；⑤電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)；⑥照明系統(tǒng)；⑦消防監(jiān)控系統(tǒng)；⑧綜合安保系統(tǒng)：進(jìn)出小區(qū)門禁，小區(qū)內(nèi)部安全巡邏；⑨其他系統(tǒng)。

圖1 傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)組成

20世紀(jì)末，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)相互獨(dú)立，中央監(jiān)控室須為其劃分各自監(jiān)控區(qū)域，如空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域、給排水監(jiān)控區(qū)域等等。而過多的監(jiān)控區(qū)域使得樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)非常臃腫，且子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)不互通，用戶操作煩瑣，使用不便。近10年來，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)飛速發(fā)展，促使樓宇自動(dòng)化朝著更加智能化的方向發(fā)展，相互獨(dú)立的子系統(tǒng)通過局域網(wǎng)（LAN）建立聯(lián)系，為數(shù)據(jù)共享提供物理?xiàng)l件。此時(shí)中央監(jiān)控室由傳統(tǒng)的分區(qū)域監(jiān)控升級為計(jì)算機(jī)終端內(nèi)分區(qū)域監(jiān)控，計(jì)算機(jī)通過軟件對所有子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通共享。有監(jiān)控權(quán)的用戶可通過PC訪問系統(tǒng)的Web服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 5G物聯(lián)網(wǎng)智慧樓宇系統(tǒng)

雖然樓宇自動(dòng)化具有一定的自動(dòng)化程度，提高樓宇的監(jiān)控管理效率，給予了便利，但其面對“新時(shí)代的新基建”、“新型城鎮(zhèn)化建設(shè)”、“碳達(dá)峰”、“碳中和”等問題時(shí)，卻表現(xiàn)出能力不足、發(fā)力無勁。例如：樓宇自動(dòng)化的安防方式由門禁和保安巡邏的方式，這種方式表現(xiàn)的弊端有：若用戶門禁鑰匙丟失，則樓宇內(nèi)可能混入無關(guān)人員，增加安全隱患概率；保安巡邏存在時(shí)間與空間上的盲點(diǎn)，無法及時(shí)排查安全隱患；公司樓宇訪客進(jìn)入樓宇流程不便。2020年以來，新冠疫情席卷全球，電梯是最容易發(fā)生接觸傳染的公共場所之一，而傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化對電梯內(nèi)防疫管理工作，表現(xiàn)出束手無策。樓道的照明系統(tǒng)是根據(jù)樓道的光線強(qiáng)弱來控制，無法根據(jù)自然光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和色溫，從而無法維護(hù)用戶群體的視力健康，同時(shí)也不低碳環(huán)保。無能耗監(jiān)測，從而無法設(shè)計(jì)節(jié)能方案，不利于“碳達(dá)峰”、“碳中和”。針對以上的問題，5G物聯(lián)網(wǎng)智慧樓宇系統(tǒng)提供的解決方案有：

2.1 智能能耗系統(tǒng)

實(shí)時(shí)監(jiān)控智慧樓宇下能耗較大的子系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等）的日常能耗，能耗數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至遠(yuǎn)端的云服務(wù)器，云服務(wù)器運(yùn)行基于大數(shù)據(jù)下智慧節(jié)能算法，實(shí)現(xiàn)能耗分析、配電監(jiān)控、超限警告、能耗統(tǒng)計(jì)等功能，通過隨時(shí)監(jiān)測能耗，適時(shí)采取節(jié)能降耗措施。

圖3 智能能耗系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 智能安防系統(tǒng)[3]

基于傳統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備，加以人工智能、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，為用戶提供端到端的綜合安全運(yùn)營服務(wù)，功能一：安全隱患AI自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，用云端服務(wù)器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工監(jiān)控室值班，實(shí)現(xiàn)7×24h不間斷的監(jiān)控畫面信息捕捉，通過高速傳輸?shù)?G數(shù)據(jù)送往云端服務(wù)器，再由人工智能識別算法運(yùn)行分析，精確定義畫面內(nèi)容是否存在安全隱患，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)報(bào)警，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工發(fā)現(xiàn)安全隱患的不及時(shí)、不全面等問題。功能二：多種方式的報(bào)警提示，語音電話、短信、微信小程序等。功能三：人臉識別門禁，采用更為便捷的人臉識別方式來確認(rèn)來訪人員的身份，解決了傳統(tǒng)電子鑰匙容易丟失問題，使門禁更加智能和方便，同時(shí)也減少了不必要的接觸，有利于提高疫情防控的效果。對于正常的訪客，該系統(tǒng)提供訪客模式，訪客通過App提交訪客申請，系統(tǒng)將訪客申請發(fā)送給被訪人，被訪問同意后，訪客允許在訪問時(shí)間內(nèi)自由出入門禁系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注訪客人員的出現(xiàn)在大樓的位置，并形成記錄表，以便于后續(xù)查閱。

圖4 智能安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3 智能防疫系統(tǒng)

2020年，新冠疫情席卷全球，而電梯作為公共場所，最容易發(fā)生二次接觸，不以利疫情防控，以此智能電梯系統(tǒng)直擊疫情防控問題，擺脫傳統(tǒng)電梯無能為力的窘境。具體解決方案為：采用微信小程序輸入目標(biāo)樓層的方式，擺脫傳統(tǒng)按鍵點(diǎn)擊目標(biāo)樓層所帶來的二次接觸問題，從而避免電梯內(nèi)二次接觸問題；加大電梯內(nèi)的空氣流通速率；定時(shí)噴灑消毒液。

圖5 智能電梯系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樓宇中除了電梯外，還有樓道亦可能發(fā)生二次接觸，不利于疫情防控，傳統(tǒng)為醫(yī)務(wù)人員在公共場所噴灑消毒劑，這種方式需要醫(yī)務(wù)人員頻繁出現(xiàn)在不同的公共場合，有多個(gè)場所交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)，無法百分百保證醫(yī)護(hù)人員和人民群眾的安全，同時(shí)疫情期間，醫(yī)護(hù)人員緊缺，有限的醫(yī)護(hù)人員應(yīng)該調(diào)配去更加關(guān)鍵的崗位，同時(shí)人工消毒易出現(xiàn)消毒液噴灑不均勻、部分區(qū)域未消毒或消毒不到位、部分區(qū)域過度消毒浪費(fèi)消毒液等情況、從而無法切實(shí)保證消毒質(zhì)量。

因此，對于樓道消毒工作最佳方案還是采用機(jī)器人作業(yè)，機(jī)器人作為無機(jī)生物，無法成為病毒的宿主，大大降低了接觸傳播的概率，機(jī)器人噴灑消毒劑會(huì)比人工噴灑得更均勻，同時(shí)機(jī)器人還可以實(shí)施采集消毒劑的濃度，及時(shí)調(diào)整消毒劑的噴灑路徑，同時(shí)也可謂樓宇疫情防控工作人員提供消毒劑噴灑效果提供可靠數(shù)據(jù)，幫助其調(diào)整疫情防控條例。

2.4 智能照明系統(tǒng)

據(jù)調(diào)查，照明能耗占樓宇總能耗的10%～40%，集成傳感器、通信模塊及控制技術(shù)的智能照明系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)可節(jié)能約17%～60%，除此以外，智能照明還可以用于提高照明質(zhì)量，通過非視覺效應(yīng)改善人體的生理節(jié)律，營造健康的采光照明環(huán)境[4]。

傳統(tǒng)理解中提升照度值和顯色指數(shù)即可改善室內(nèi)光環(huán)境質(zhì)量，但實(shí)際中當(dāng)照度值升高到一定程度時(shí)反而不利于視覺舒適和照明節(jié)能，這與提升光環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)并不相符，因此在制定照明控制策略之前需考慮人的視覺特性，建立舒適、智能的照明系統(tǒng)。

區(qū)域人員分布是智能照明最基本也是最先需要考慮的信息，尤其是以服務(wù)業(yè)為主的商業(yè)建筑，以商場為例，基于環(huán)境心理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，舒適的光環(huán)境能夠有效提高消費(fèi)者的消費(fèi)體驗(yàn)。高質(zhì)量的光環(huán)境能提高商品的展示效果，但這也將提高照明的能耗。因此基于商業(yè)建筑內(nèi)區(qū)域人員分布的不均勻性和節(jié)律性特點(diǎn)，根據(jù)其不同區(qū)域人員分布調(diào)整室內(nèi)照明設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

3 結(jié)束語

2020年以來，出現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”、“新基建”、“幸福感”等新的時(shí)代命題，而傳統(tǒng)樓宇自動(dòng)化表現(xiàn)出無能為力的窘境，同時(shí)，伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能算法的落地，智慧樓宇秉承樓宇自動(dòng)化的志向，成為新時(shí)代命題的最優(yōu)解，賦予人類更智能、更便捷、更舒適工作和生活的環(huán)境。