考虑了建筑的可持续发展,并综合了以往人们对IB的各种智商的评定方法后,IBRG的D.Boyd和L.JonKvic提出了一个评价方法,充分体现了建筑的生态智能,非常值得借鉴。它将所有的智能需求因素分成4大类,每个大类分为若干考核小项:第一类是单个用户的需求,共9项指标;第二类是机构的需求,共16项指标;第三类是当地环境的需求,共6项指标;第4类是全球环境的需求,共10项指标。这些需求因素构成了对IB的智商评定的基础,Boyd等由此给出了IB智商计算公式:
式中 IQ + ,IQ - ——建筑物评价智商值与同类建筑物约定智商值的正、负偏差值。
IB智商计算公式所涉及的4大类及各考核小项的具体内容见表1.1。
从表1.1中可知,每一个列出的因子实际上都是一个小类,还可分为若干个因子。这种建筑智商的评价方法和以前的各种评价方法相比,所包含的内容最为完整。还因为IQ评估法全面考虑了个人和机构的需求、本地和全球环境的需求,可用于建筑物的设计、估价和改建。
表1.1 建筑的智商评价指标
在心理学上,人们采用智商来描述智能的高低:
式中 MA——心理年龄;
CA——实际年龄。
当IQ=100时,则表示其智能达到同龄人的平均智力;当IQ>100时,则表明其智力高于实际年龄所有的智力;反之,当IQ<100时,则低于该年龄的智力。为此,IBRG提出在方法上模仿人类智商定义,给IB定义一个智商IQB,其基本思想:
式中 FB——待评定IB的各项评估值的平均值;
GB——同类参照IB的各项评估值的平均值。
IQB只能参照同类IB来计算,因为建筑不同于人类。建筑是按用途分类的,例如,办公大楼不同于银行,也不同于住宅楼。即使是同一类的IB,由于地域、文化、国别等不同,其对智能功能也会不同,如中国的银行建筑,肯定不同于法国或日本的银行建筑。同一地区、同一类建筑都有的需求称为通用需求,它含有很多的变量(评价因子),这些变量在一个确定的范围内取值,形成一个取值框架。最后,进行计算就可得到IQB。
IBRG的具体做法如下:
①在一定范围内,确定一定数量的、同类的、具有代表性的智能建筑。
②按表1.1的考核要求制订调查表,对已选定的智能建筑各项考核内容打分。
③总结调查表中各项之得分,计算出最终的具体智商值。
IBRG通过上述方法调查、评价了美国、欧洲和日本约20个办公建筑并建立了一个能描述IB性能的数据库,然后又开发出了一个能分析智能建筑调查数据的软件包,该软件包有一个交互人机界面,以输入数据、变化参数,最后,计算出智能建筑的IQB。IBRG的经验表明,评价IB需要用系统论观点来列出各个智能评价因子,测量IB对这些因子的反应,并找到一个适用的、能具体计算出IQB的方法。
智能建筑的IQB需按该建筑的类别来分别计算。假如,通过对20个办公类建筑物的评估而获得的IQB的平均得分为IQ 20 ,IQ 20 包含了前述所列之各项智能评价因子的平均值,可作为对要评估建筑的同类评价因子的评分 F i 的比较基准。比较结果必然分为两类:一类大于基准值,另一类小于基准值,即:
式中 ΔIQ + ——各项正偏差的平均值,%;
ΔIQ - ——各项负偏差的平均值,%;
F i ——评估IB的第 i 个智能因子的值;
G i ——此类IB的第 i 个智能因子的公称约定值;
N + ——正偏差出现的次数;
N - ——负偏差出现的次数。
假如IB公称约定值为1,则被判估的IB的计算式(1.3)可改写为:
式(1.6)反映了一个具体被评估IB的智商和公认的约定智商的吻合程度。若IQB>1,则表示该IB的智商值超过基准值,智商较高,反之则较低。如果考虑不同类型智能建筑的特点,对所考核的智能因子加权后,式(1.6)不变,式(1.4)和式(1.5)可改为:
式(1.7)和式(1.8)中的 R i 为权重,根据智能评价因子在不同类型建筑中的实际重要性而定。
根据上述方法,若对智能因子分别归类计算。则可分别得到IB在个体用户、机构的、地区环境的、全球环境4大类的每个考核子项方面的智商值,以分别评价它们与约定值1之间的吻合程度,从而给出评价。
上述智商评价方法也可应用于已经用传统的方法进行评估过的建筑,具体计算为:
式中,IQB由式(1.6)计算得来。
中国房地产业协会和国家建筑信息模型(BIM)产业技术创新战略联盟2020年9月发布了《智慧建筑评价标准》(T/CREA 002),采用等级制评价结果。考核指标由信息基础设施、数据资源、安全与防灾、资源节约与利用、健康与舒适、服务与便利、智能建造7类指标组成,每类指标均包括基本项和评分项。评价指标体系还统一设置加分项(创新应用)。
智慧建筑评价的总得分应按式(1.10)进行计算,其中评价指标体系7类指标评分项的权重α 1 ~α 7 根据建筑功能和智慧性能需求不同有所区别,按表1.2取值。
表1.2 智慧建筑评价指标的权重
按此评价标准,各等级的智慧建筑均应满足本标准全部基本项的要求,且除智能建造指标外,其他各类指标的评分项得分率不应小于30%。当符合规定且总得分分别达到50分、65分、80分、90分时,智慧建筑等级分别为一星级、二星级、三星级和三星先锋级。
中国明确提出在“十四五”期间建设“智慧社会”。这一顶层概念的提出,为中国经济发展、公共服务、社会治理提出了全新要求和目标,标志着中国建筑智能化技术迈入了新时代。智慧社会是创新型国家建设的重要组成部分,相较于智慧建筑、智慧城市,智慧社会方面更加侧重于民生领域,从民生角度去配合政府治理任务。从运行机制上看,相较于智慧城市致力于打造政府、企业、居民的互动机制而言,智慧社会更强调在科技支撑下的创新系统协同:生产、生活、治理、服务将更加有机地成为一个整体。智慧社会是在政府提供智慧平台标准的基础上,由企业、机构、居民共同打造智慧政府、智慧企业、智慧城市、智慧生活。在建设过程当中,特别强调人的主体参与,个人成为社会创新的最基本单元,这为直接服务于人生活和工作的建筑明确了发展方向,建筑从传统的智能技术进化到当今以AI驱动为主要特征的智慧技术,必须充分体现“以人为本”,无论是建筑所有者、设计师,还是管理者、使用人,都将成为智能建筑的一部分,且扮演着越来越重要的角色。追求以人为本的建筑理念,第一要务就是回归生活,立足现实,强调主动智能,其智能化程度越高,对人的服务、对环境生态的呵护、对社会秩序的维护表现就越好。
探索以人为本的建筑项目层出不穷,如法国博比西尼的生态学校、美国纽约的户外文化空间、英国布莱顿的新路街道、英国伦敦游浪汉的温馨家园(春天花园酒店)、英国卡迪夫市人与鸟和谐共处的动物墙壁、法国的多彩公交中心、丹麦奥尔胡斯市火车站、中国海口云洞图书馆、中国成都的西村大院、中国上海社区花园系列等。这些建筑项目,相对于传统智能建筑所依赖的分布式智能控制理论,更多地体现为以认知计算为代表的人工智能计算理论,所体现的可持续发展思想,代表着未来智能建筑的发展方向。
因此,智能建筑是一个充分尊重人的需求、节能、节约资源、保护污染环境,而且保持生态平衡的建筑。在这个意义上的智能建筑也一定是绿色的、生态的建筑,而不仅着眼于智能化控制技术的实现,这是当前建立正确的建筑智能化观念的必然要求。从微观技术角度,智能建筑更应推动绿色节能技术发展,如将太阳能等新能源应用在房屋的照明与保暖系统中;完善绿色建筑技术,如在门窗安装中适当使用密封设计,提高保温性能;加强智能化建筑技术应用,优化采光、水电、暖通等系统设计与管理,提升智能化技术应用效率。
当前,在中国影响建筑智能化可持续发展的主要因素,如图1.20所示。在此,就几个主要问题进行简要介绍和分析。
我国目前的建筑业发展中,尤其是在智能建筑上,为智能而智能,为科技而科技,十分浪费;而且,比较普遍地认为具有自动化控制功能的建筑就是智能建筑,并未意识到建筑的生态智能和人文需求。因此,引进智能建筑先进的规划设计理念、建设可持续发展理念,使智能建筑外在形式与内在结构和功能具有完整的一致性,能与人、与社会、与自然环境相互协调、互相促进,实现和谐共存,积极开发以AI为驱动核心的各项智能控制前沿技术,是我国当前面临的紧迫任务。这对于在我国实现智能建筑的可持续发展,推动智慧社会的建设非常重要。
图1.20 影响智能建筑可持续发展的主要因素
早在21世纪初,建设部科学技术委员会智能建筑技术开发推广中心就在名为《我国智能建筑的发展与对策的研究》的报告中提出了中国智能建筑发展亟待解决的5个问题,至今仍具现实意义,如下所述。
①功能需求由业主提出,设计通常由设计院负责,而智能化的深化设计与具体实施由系统集成商来完成,不协调甚至脱节问题常见,导致工程建成不能达到预期目标。
②在工程规划、设计、施工、管理、质量监督、竣工验收等环节,缺乏相应的配套标准规范和技术法规。生态、节能和保护环境方面的重视程度不够。
③技术产品方面,从智能建筑技术的研究到智能建筑产品的开发,缺少必要的引导、协调和支持,同时,还缺乏具有核心竞争力、具备自主知识产权的智能建筑硬、软件产品。当前主流的智能建筑系统仍由美国霍尼韦尔(Honeywell)、德国西门子(Siemens)、美国江森(Johnson)、法国施耐德(Schneider)等公司的产品主导。
④工程技术与产品评估、工程咨询与管理等技术服务不足。
⑤“重建轻管”的现象仍比较普遍。缺乏相应的政策、管理规范和服务体系。物业管理人员的技术水平尚达不到保障智能化系统正常运营的需求。
智能建筑真正的意义在于对使用需求的充分满足,落实“适用、经济、美观、绿色”的新时期建筑指导方针。
所谓系统集成,国内较多的定义就是通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术,将各个分离的设备(如PC机)、功能和信息等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中,使资源达到充分共享,实现集中、高效、便利的管理。系统集成应采用功能集成、网络集成、软件界面集成等多种集成技术。系统集成实现的关键在于解决系统之间的互连和互操作性问题,它是一个多厂商、多协议和面向各种应用的体系结构。这需要解决各类设备、子系统间的接口、协议、系统平台、应用软件等与子系统、建筑环境、施工配合、组织管理和人员配备相关的一切面向集成的问题。
上述定义只是一个狭窄的理解,如前所述,智能建筑首先是建筑技术和信息及控制技术的集成,不能简单认为是建筑物电气系统的集成。这一点经常被一些工程师所忽视。我国从事建筑设计各专业人员,习惯按照设计规范按部就班进行设计,总认为BIS(建筑系统集成)只是电气设计师的工作,难以恰当地将BIS与建筑、结构、设备融为一体,对层高、柱网、平面设计以及技术层(室)、管道井、电气井等构造进行妥善考虑。个别地区在当地技术水平有限的情况下,盲目推广装配式建筑而又难以保证配套设备的质量,由此造成完成设计的智能建筑难以使用、不便管理等普遍性问题。
此外,系统集成思想还将在元宇宙等新兴技术概念的推动下出现新的演变。元宇宙是一个建立在区块链之上的虚拟世界,通过数字化形态承载的与人类社会并行的平行宇宙,去中心化平台让用户享有所有权和自治权,是全身心都能感知沉浸的互联网络世界。虽然当下仍有许多技术不足,但是随着科技的发展,所有问题将来都会被一一突破。元宇宙是一个跨越科技行业的愿景,万物互联时代,数字化应用终将大势所趋,全世界都将经历从实体经济向数字经济的重大转变。AI和区块链技术的成熟,已把元宇宙从科幻拉到了现实。
建筑是元宇宙的基本元素,是虚拟世界中的基本场景。元宇宙会打破建筑行业既定的格局,带来未知的颠覆。建筑行业需要元宇宙,正是因为建筑本身契合了时尚、前卫、高端、虚拟、科幻、泛在、协作、互通等元素特征,增加互联网高效性对建筑行业的支撑。
元宇宙对建筑业来说是一个充满可能性的地方:帮助需要同时协作才能完成的工作更好地完成;摆脱物理空间束缚,在虚拟空间创造出更有想象力的建筑设计和建筑应用。智能建筑作为一个主要的宇宙元,在未来将形成一个包括人、信息、建筑、社会、自然在内的内涵更为广泛的系统集成思想。
在我国,重新装配或更换智能建筑控制系统元件比较困难:首先,智能化设备多数尚为进口产品,控制标准不一,价格比较昂贵。为了降低工程造价,国内目前已在一些工艺空调系统中,对敏感元件、执行机构、阀门与变送器等尚未实现国产配套开发与生产器件选用国外产品,计算机控制系统则自主开发。其次,房产开发商或投资商、物管企业和业主对机构经济合作理论的不理解,这种观念上的障碍,极大地妨碍了智能建筑在中国的发展。人们对实现建筑智能化的弱电控制系统还存在着根深蒂固的高消费观念,因而面向普通消费者的智能建筑很不容易变为现实,这需要在投资初期针对消费者需要的基础上,对智能化系统做出准确的生命周期费用计算,使投资者和开发商,包括物业管理者和使用者,都能够清楚地看到建筑智能化为建筑销售、运行和管理、使用所带来的好处,从而能够做出明智的抉择。
在国内,寿命周期费用分析方法基本上只是作为一种理论方法在学校里进行讲授,实际工作中并未得到广泛的应用。寿命周期费用主要由购置费和维护使用费构成,常常只有购置费被重视,节约投资也主要是指节约购置费,这样导致建筑的很多智能化系统在开通后不能正常运行。相信随着社会的进步,寿命周期法会越来越多地作为实用手段对投资进行整体控制。
国内智能建筑中所选用的BAS基本都是国外产品。国外BAS的供货都是包括敏感元件、执行机构、阀门、变送器、现场控制站(子站)、网络服务器及所有软件的成套供货,其产品质量是可以保证的。但国外供货商在现场调试、人员培训、后期服务等方面不能保证,特别在与甲方及施工单位配合上难度更大。如智能中央空调系统,往往因为自控元件不正常而无法保证自动控制正常投入运行,或者无法实现工况自动转换,以有效利用室外新风来节约能源。
施工单位的技术力量以及对国外产品的熟悉程度也会直接影响BAS的正常运行。如接线错误,特别是因电源线与信号线接错或地线接错引起设备损坏的现象时有发生。若保证不了施工质量,接线混乱给现场调试及系统投运造成的影响是非常大的。我国智能建筑的施工队伍素质普遍有待提高,缺乏训练有素或有经验的施工人员和管理人员,造成安装质量不高。
从管理上看,国内与智能建筑相关的建设、邮电、广电、公安、技术等部门之间的衔接也有待规范,相关的法规、规章、标准尚欠完善,这些都不同程度地制约着中国智能建筑的发展速度。
为尽快解决上述问题,我国于2012年正式开设了建筑电气与智能化本科专业,并实施了智能楼宇管理师、智能建造师职业资格制度,逐步规范、提高智能建筑相关从业人员的素质和能力,有力保障了智能建筑的可持续发展。
1.试述智能建筑的发展与建筑设备自动化技术的关系。
2.FCS的结构和特点是怎样的?
3.智能化建筑的发展分为哪几个阶段?趋势是什么?
4.智能建筑的基本组成有哪些?它们各自具有什么样的功能?
5.怎么评估智能化建筑的智商?为什么要包括对绿色或生态性能的考量?
6.智能社区和智能家居的功能需求表现在哪些方面?怎样更好地体现以人为本?
7.元宇宙概念会对建筑智能化起到什么样的推动作用?
8.结合自己对自身生活地域的实际了解,谈谈如何更好地建设当地智慧化城市(城镇)?