人工智能在智慧建筑中的应用

杨诗冬，杨邓文萍

（华研设计（深圳）有限公司）

1 引言

近年来，随着第三次人工智能技术浪潮的到来，人工智能技术与不同行业的融合已成为主流。

2 人工智能发展现状

2.1 人工智能发展历程

人工智能的概念应该从人工智能和智能的各个方面来理解。所谓的智能是指由人类文明产生的智能，是人类智能的产物，而人工智能是指计算机或其他具有人工智能的终端可以模拟人类的智能行为和思维。人工智能是计算机科学的一个分支。它在不久的将来的主要目标是利用机器来模仿和实现人类大脑的一些智能功能，并开发相关的理论和技术。人工智能的发展可以分为三个阶段。第一阶段是智力活动阶段，也被称为弱人工智能。第二阶段是感官智能，也被称为强大的人工智能。在这个阶段，机器可以听、说、看、识别。它属于人类水平的人工智能项目。通过数学模型和大数据学习，它可以识别模拟人类认知能力。第三阶段是认知智能，也被称为超人工智能。在这个阶段，机器可以理解和思考，其主要功能是识别高级智能的模拟，如人类的理解、推理和学习。

2.2 人工智能当前发展现状

随着人工智能技术的发展，人工智能，如水和电，在今天的社会中得到了广泛的应用。人工智能的应用主要体现在三个方面:

1）智能界面技术

智能界面技术的目的是建立人机交互和谐的环境，在和谐的条件下识别智能，使人机交互自然方便。作为人与人之间的交流。它提高了人机交互的友好性，提高了每个人的信息系统的应用水平，促进了有意义的相关领域的发展。目前，这种技术主要应用于不同的行业，如服务机器人、智能语音交互系统等。

2）数据挖掘

研究数据挖掘技术主要是利用和分析各种复杂的海洋数据，寻找有用的数据。目前，数据库、人工智能和数学统计已成为数据挖掘技术的三种技术支持，采用基本理论、算法、可视化技术、知识表示和半结构化的方法作为研究内容，为数据挖掘技术的发展提供理论和技术支持。例如，大型人工智能平台，用于更大的数据集和更深层次的神经网络是这项技术的化身。

3）自治系统研究

自治系统可以识别出意图和机器思想的创造，这是一种更人性化的自治实体系统。自治系统可以完成一些相对独立的任务，甚至调整自己的状态，以应对环境和特殊情况的变化，以确保完成自己的计划任务。目前，该技术主要用于机器人辅助医疗、机器人检测和机器人检测。

3 人工智能智慧建筑发展背景及内涵

3.1 人工智能智慧建筑发展背景

自18世纪中期以来，人类历史上发生了四次工业革命:蒸汽技术革命、电子技术革命、计算机技术革命和绿色智能工业革命。工业4.0是德国政府“2020德国高科技战略”提出的未来10个项目之一。它的目的是提高制造业的智能水平，建立具有适应性、资源效率和基因工程的智能工厂，整合客户和业务伙伴的流程和流程价值，其技术基础是网络。在新一轮工业革命的背景下，建筑业和城市也在发生变化，面临着城市和工业创新的问题。在城市中应用工业4.0的概念和技术正在创造新的价值，重组城市的工业链，并创造新的城市经济形式。在过去的几年里，中国的数字和智能社会建设在新的城市化和社会经济智慧转型的过程中得到了强有力的推动，建筑业信息化发展迅速。

3.2 人工智能智慧建筑内涵

智能经济的模式是:物联网+人工智能+适应性服务。“智能建筑”是智能经济的一部分，必须符合智能经济的模式。因此，人工智能已经成为智能建筑模型的重要组成部分。智能建筑是不断发展的新事物。研究和工业化都在探索中。其方法和理念继续渗透到传统建筑领域，成为传统建筑行业转型和升级的唯一途径。

4 人工智能+智慧建筑应用场景

4.1 智慧工地构建目标

4.1.1 全面感知与数据实时互联

在施工过程中，现场情况不是一成不变的，项目主体的施工进度和项目的客观环境不断变化，而人为干预现场管理的因素无疑会导致施工失误和纸泄漏。要求管理者使用科学的管理手段来预测现场不同因素的变化，以达到事前控制，并确保现场所有的生产活动都在项目中顺利进行，以达到项目的所有管理目标。

4.1.2 智能化管理与数字化办公

在当今的数码时代，建设产业将会更多地关注高级科技的运用，因此在网站管理上应该加强对信息资源的管理。在这一阶段，大部分建设企业在信息资源管理方面与其他产业存在很大差异。因此，现场管理要加强现代技术的应用，保证信息的准确性和真伪，有效地组织和分析信息。建筑工地管理可以从云平台的基础上构建管理工具。利用核心数据和物联网终端的网络和统合，去全面取代建设现场的管理模式，使用人工智能技术进行所有种类的智能分析。建设现场的智能管理和数字办公室为实现数据在线及视觉进行决策分析。

4.1.3 打造工地的资源整合平台

在现场管理中，使用不同的软件和硬件系统来进行商业活动。但大多数来自项目决策的信息来自报告。由于个人因素，在信息传递过程中不可避免地会出现偏差。要实现信息管理的系统化，消除地方因素的干扰，把建设现场各商业系统的软件，硬件应用软件整合起来，形成一个有机整体，从整体的观点来识别和指导问题。用系统分析方法保证建设现场管理的核心因素，流程管理决定的综合性和准确性。

4.2 智慧工地功能规划

4.2.1 智慧工地功能分析

以网络信息为基础，对智能型建设现场的功能进行分析，定义智能型建设现场的建设目标，对智能型建设现场的功能作出追加决定。

建设现场管理是动态控制程序。建设现场管理，本质上是整个生产工程的目标控制。通过信息收集，掌握建设现场的实际运行状态，通过信息反馈，持续修改现有的计划。如果出现偏差，为了实现建设现场管理的目标，可以采取相应的修改措施。

4.2.2 智慧工地功能结构

信息、系统、控制和反馈是网络的基本要素。信息是管理器和控制对象之间的连接。信息是系统控制的基础。管理员的决策过程是收集信息的反馈过程。控制是根据管理目的满足控制变更的过程。现场管理中的控制器是管理者的主体，现场生产要素和施工目标则是被控制的对象。

智能型建设现场将通过构建智能型管理平台，将建设现场各子系统的软件和硬件应用软件整合到建设现场管理系统。管理对象包括人力，机械，材料，环境和建设目标。

4.3 智慧工地的具体功能

4.3.1 信息采集与传输

智能建设现场的建设可以使用人工智能技术收集数据。信息通过网络技术传输，管理人员可以随时获取人员数量，工作类型，工作状态以及其他建设人员的信息。在建设现场掌握建设机械及设备的维护及运行情况。掌握有关接受，库存及其他条件的现场资料。网站安全、施工进度、施工质量、成本管理等。

4.3.2 信息存储功能

智能型建设现场使用具有存储功能的服务器存储信息。与劳动力，机械装备，资本和建设环境等类型资源相比，信息资源也是现场建设的重要资源。通过在建筑工地的生产活动生成的信息，对建设企业来说是非常宝贵的资源。管理者的决策应客观地完全了解内部及外部条件，因此信息是管理决策的基础。在管理与控制上，我们要最大限度地利用信息资源，持续地反馈，修改原计划，提高管理效率。

4.3.3 智能控制功能

智能型建设现场要有控制功能。以适应环境的变化为重点。这种管理是一种目的，一种无缺陷的，动态的控制目标的过程。在已有的站点管理模式下，此类控制活动将通过站点的前沿管理或站点的指挥。智能型建筑现场监控功能可通过系统判断自动生成控制命令。与传统的管理模式相比，该系统的控制功能更加准确有效，也是建设现场管理的“智慧”象征。比如，对工地环境信息的收集和分析，系统会认识到工地灰尘超标。智能型建设现场系统自动向尘埃控制系统提供指南，吹响警报，启动现场防尘装备，有效控制建设环境。建设现场的其他因素和目标管理也可能适用，但控制对象可能不同。

4.3.4 信息反馈辅助决策

通过生产活动的结果，实现系统确定的目标。反馈功能是将智能型网站管理过程中收集到的控制效果信息与计划目标进行比较，根据过去的情况调整以后的控制动作。在建设现场管理中，随着建设的进行，管理因素不断改变，这是项目动态控制的体现。管理员遇到管理对象的信息时不能更改。经理常常作出正确的决定是不容易的。在智能型建设工地，通过人工智能技术和大数据，对各类管理问题进行比较分析，可以得出结果，管理人员可以根据结果作出更好的决策。因此，智能型建设现场管理人员可以通过信息智能型分析来帮助决策。例如，当建设进程加速时，建筑材料的调拨方法，满足特定劳动需要的方法，建设机械设备的正负荷能否满足要求，施工进度的加快，建设安全质量管理等。

5 人工智能在智慧建筑中方案设计

5.1 人工智能在智慧建筑中总体概述

1）人工智能＋能源管控在智慧建筑能耗监控中的应用

Deep mind之前为谷歌开发了一套系统。它利用机器学习来管理数据中心、新材料+传感器+动态监控系统，以及外部建筑自动化系统、智能照明系统等系统，可以称为建筑的“呼吸系统”和“皮肤”。可提高数据中心的电能利用效率，降低功耗15%。例如，百度云、阿里巴巴云等开展了“造云”水试等相关业务。

百度的智能建筑项目科技园集成设备的功能通过百度云设备描述技术，实现建筑的整体模式控制设备，根据峰谷电价，区域人员分布，天气温度和其他环境数据，以便提前切换模式来降低建筑能耗。通过机器学习的方式，对水泵的健康状态进行可预测的监测，预测水泵的故障，避免设备停机。在故障处理方面，百度云为采暖通风系统的闭环水系统建立了一个数字孪生模型，提前实现故障预测和预防。在过去一个月的运作中，节省了约25万kw的电力。未来，有望帮助园区内的冷站每年减少100万kw·h的电力消耗。效果是相当明显的。未来，人工智能技术将在大型园区的能耗管理中发挥越来越重要的作用。

2)基于人工智能+ GIS + BIM +物联网的智能楼宇运维技术

基于人工智能的GIS + BIM综合管理平台有着广泛的应用。产品包括城市和景观规划、三维地图、环境模拟、热传导模拟、灾害管理、国土安全、车辆和行人导航、移动机器人、室内导航等。利用BIM技术和GIS GIS实现工程建设全生命周期管理，分析BIM技术在建设项目全生命周期各施工阶段的关键应用点。在建设过程中，提出实时采集信息，整合BIM + GIS +云平台+信息逻辑等技术，形成智能运维平台的新思路。例如，在当前建设高速铁路车站，人工智能技术+ GIS + BIM +物联网应用的管理和操作和维护站，可以管理高速铁路的空间，各种设备的应用程序和各种预警信号的处理。特别是在处理特殊紧急事件，如火灾、通过可视化和三维真实场景，可以更有效地管理和指挥现场应急处理。通过BIM + GIS +物联网+人工智能等技术的集成，具有强大的数据分析功能和强大的可视化处理功能，可以实现云存储和协同工作。

5.2 人工智能在智慧建筑中整体架构体系设计

智能站点的构成分为4个层次，分别为数据收集、商业系统应用、管理平台和综合应用程序的尾端。管理者可通过PC网页、移动应用程序及现场LED显示屏控制数据，随时随地掌握网站的动态。智能建设现场的建设，将实现建设现场信息化，智力和视觉管理。而智能网站的设计如图1。

5.3 人工智能在智慧建筑中实施技术路径

智能建设现场的建设主要依靠人工智能技术，云计算技术和其他相关硬件设施。人工智能技术，人力的实时状态，在工地可以收集机械设备材料的使用及其他信息。通过视频监控技术，可以获得现场影响数据。通过互联网和局域网传送数据。云平台技术可以用来建立管理平台，实现数据的存储和分析。通过人工智能的学习能力，能够获得事故现场和判断力，建设现场智能控制技术的路径见图2。

图1 智慧工地体系架构

图2 智慧建筑技术路径

5.4 人工智能在智慧建筑中主要内容

1)构建智能网站管理平台

在整合管理中，管理员的主要任务是：将现有资源按照项目设定的目标，整合到整个系统中，保持管理过程的资源之间的动态平衡，以适应网站的变更。达成条件及预期管理目标。所以需要建立一个智能站点信息管理平台。智能站点管理架构基于由故事与计算组合而成的Alibaba云端平台。

2)现场智能型监测系统

系统的数据库主要来自工地的各类硬件设备，用以监测建筑工地的人力、机械设备、材料和环境。

3)现场人员管理系统

基于人工智能技术，该系统可整合面部识别、无线通信、设备识别、数据收集、人事活动探测及其他模块，并通过网络将数据传送至智能型站点管理平台。

6 结语

以人工智能为基础的智能型建筑技术正在扩展到各个建筑领域。智能型终端可以实现人，车，装备，物体特性，密度及行动信息的智能型收集，识别和分析，从而大幅提高监测值和大数据搜索效率。通过大数据平台的连接处理，高清晰度图像将被直观地显示出来，从而提供建筑资产管理与建筑服务。分析和决策标准包括非常指挥，建设人员及车辆管理与控制;与助理医师的决策模式相结合。随着深度学习、大数据支持、计算性能改善及其他因素的开发，人工智能技术在智能大楼能源消耗监测、智能大楼安全管理与控制、智能大楼智能建设中崭露头角。