建筑智能化营造设计探究

王琦

摘 要：在物联网、人工智能等背景下，智能建筑不再只是作为一种环境媒介出现。智能建筑通过大数据的分析、控制已从静态客体转变成感知主体，呈现出未来智慧城市所应有的环境设计特征。本文分析智能化建筑的概念、设计目标，深入探究了智能化建筑的设计营造。

关键词：智能化;环境设计;建筑设计

自20世纪80年代电子技术的兴起，人工智能以海量数据采集和处理为特征，深入城市环境与建筑。20世纪80年代西方国家就开始了智能建筑的开发，到90年代建筑智能系统已发展成熟。智能化建筑，是运用专门的设计手段将原有的建筑结构系统进行优化升级的功能性设计，为使用者提供一个更加舒适便利、任性化的居住环境，为建筑者提供一个工作更高效、更便于监控的工作环境。随着国内社会的发展，智能家居产品的普及，人们对居住环境品质要求的提高，以及全球变暖等环境危机，环境智能建筑在我国的需求变得异常迫切。

我国于2015年更新了《智能建筑設计标准》（GB50314-2015），其中对智能建筑的定义是“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”。随着人工智能技术不断地加入建筑环境之中，建筑将不再只是一个提供空间和场所的静态客体，而转变为一个具备信息处理和动态处理能力，且能自主实时感知的信息物理系统（Cyber-Physical Systems）。因此，通过设计，在建筑与智能之间建立互动，是未来商业及住宅建筑设计的一个重要方向。

1 智能化建筑设计目标分析

智能时代带来了人、环境与建筑的组织性重构。智能化建筑的出现是为了在满足其基本职能的基础上，改变建筑主体对其使用者和所处建筑环境的新知觉。因此，我们要秉持智能建筑的设计理念，加强对智能环境下人性化建筑设计的目标进行分析。

1.1 节能性

2014年，在威廉·诺德豪斯（William Nordhaus）的《气候赌场——变暖世界的风险、不确定与经济》一书中所提到的全球变暖再次阐述了我们讨论智能环境建筑的初衷。在社会能源消耗上，建筑行业的能源消耗占据整个总量的三分之一。智能化建筑已经是大势所趋，未来智能化建筑首要设计目标就是节能化。所谓建筑的节能化，大致可细分为两部分：一是注意在建设建筑群体时，以低碳材料和低碳建筑技术为支撑，采用一定的技术完善建筑的能耗问题，注重建筑的节能处理建设;二是将传统的生态智能技术尽可能地运用在未来的建筑群里。如可以通过大自然声、光、热的收集转化为对建筑室内温度、亮度和湿度等感知的调节。节能建筑本着节能设计“因地制宜”、建筑物的热工设计“超前性”、建筑设计者具备社会责任感的设计原则进行设计。

1.2 安全性

智能时代背景下，随着智能家居的智能建筑越来越多地出现在各大城市中。智能建筑是新时代科技发展的一种体现，人们对智能建筑所带来的感知要求越来越高。对智能建筑来说，质量安全保障系统是重中之重。自动安保系统由摄像监控、信号感测仪、图像识别等构成。在设计智能建筑时，可以将安保系统运用在消防报警系统、楼宇自控系统、通信系统、停车场管理系统、物业管理系统等管理系统中。通过PLC的数据交互，实现大型楼宇和社区安全系统的智能控制，可以有效地进行实时监控和紧急处理，提高准确性和时效性，是未来智慧城市中必不可少的重要环节。

1.3 自动性

建筑智能化具体表现为楼宇自动化（BA）、通讯自动化（CA）、办公自动化（OA）、保安自动化（SA）和消防自动化（FA）。未来的智能化建筑在物联网的基础上作为信息收集、处理、反馈的空间，不仅要使室内家居系统自动化，还要通过对室外气候条件等的分析实现建筑自动化。像小米科技的智能家居系统等产品家居设计越来越多地涌现出来，也是为了更好地与建筑智能相结合。如通过生物识别技术实现入户自动识别，通过在特定区域的影像识别解放购物者的双手，并可以阻止不良人士的进入。

2 未来建筑智能化设计营造

室内建筑的物理环境主要包括声环境、光环境和湿热环境，人类的五官可以准确地感知室内外的物理环境是否舒适。建筑的智能化就是对外部物理环境进行监控与控制后，及时提供给人类更舒适的智能居住空间。

2.1 智能化声环境设计

我国的《声环境质量标准》（GB3096-2008）贯彻了《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国环境噪声污染防治法》，《民用建筑隔声设计规范》（GB50118—2010）也相继规定了保护听力的噪声允许范围。但是，噪声在我们的日常生活与工作中依然是困扰我们的头号问题。未来的智能化建筑必须有解决这方面的技术与措施。在建筑材料上选择具有吸声的材料，在下水管、空调管等管道上安装消音棉或者消声器。通过物理措施在噪声的声源和传播过程中加以控制，在智能技术上可以结合联动门窗的控制阻断噪音传入室内，尽量降低室外噪声对室内环境的影响。

2.2 智能化光环境设计

人类获取信息的80%都是通过视觉器官，光作为人眼可见的辐射波，是人类获取信息的保障。智能化建筑要顺应天气条件给予室内舒适的光强分布，减少人的视觉疲劳，并创造适宜的居住空间。

白天对于日照较强的建筑群体，室内光线较强可配合太阳传感器、智能化遮阳系统自动调节建筑遮阳板或联动窗帘，从而改善室内光照情况，避免室内出现眩光。建筑体外要设置光源采集器，收集自然光。一些无法接收到自然光源的地下空间，长期使用人工照明在能源上存在巨大的浪费。通过建筑体外光源的收集可以传递到地下空间，节约能源。夜晚建筑外群体可以利用白天收集的光源自给自足，室内空间需要辅助人工智能照明。利用行动探测传感器技术对室内空间的动静进行监测，提供仅需照明部分的活动空间，通过智能光控节约能源。

2.3 智能化热湿环境设计

Fanger教授指出，人体在稳态热环境中，在各种参数的综合影响下达到能量平衡，才会感到舒适。舒适度最优值（范围）如下：冬季22℃（20～24℃），夏季23～26℃（23～29℃）;空气平均流速0.25m/s（夏）和0.15m/s（冬）。相对湿度在30%～70%范围内。通过监测根据室内外MPV，本着节约能源的原则，首先利用室外环境改善室内的热环境。当室外环境符合热舒适度要求时，可通过智能系统控制门窗等通风设备来改善室内的湿热度。其次，当MPV显示室外热环境对室内会产生负影响时，通过智能系统关闭门窗等通风设备，并打开遮阳设备，启动空调通风设备。在冬季，智能建筑可以依靠地源热泵系统，通过对地埋水管温度的监测有效控制地源热泵系统，为建筑提供热能，完成建筑室内供暖，有效节约能源。

2.4 智能化水系统设计

水是生命之源，在环境智能建筑的设计中，水系统是建筑载体不可或缺的一部分。在智能建筑中设计雨水系统可以有效地提升建筑的节水效率，实现雨水资源的可再利用，从而达到进一步节约能源的目的。智能建筑中常用的中水系统是独立性中水系统。其工作原理为：通过将优质杂排水作为中水水源，通过智能建筑系统监控细栅格、滤网、调节池和潜水泵，系统通过对调节池水位高低的判断控制水泵输送中水，在调节池水位较低的情况下停止输送泵工作。

2.5 智能化新材料的设计应用

1976年，安东·施耐德博士在西德成立了建筑生物与生态学会，探索采用天然的建筑材料，利用自然通风、天然采光和太阳能供暖的生态建筑，倡导有利于人类健康和生态的温和建筑艺术。随着生物技术的不断发展，其已进入建筑的材料领域。智能材料已突破原有認知，能够感知人的行为以及建筑外部环境。智能材料本身具有传感器等信息元件，可将其感知信息转化为大数据，并由环境智能建筑通过监测、分析、处理、优化后，发出指令和执行命令，从而达到建筑智能化。

3 结语

随着智慧城市概念的提出，传统的建筑形式终将被淘汰，向环境智能化建筑转型势在必行。通过对智能化建筑设计方法的分析，发现具有人性化的设计可大大提高环境建筑技术的工作效率。通过对室内家居产品智能化的控制与调节，实现真正的建筑智能化。同时，人性化设计在节约能源的基础上，能够为未来的智慧城市提供一个更快捷、更安全、更智能的生活保障。

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