智能化住宅室内设计的应用现状及发展趋势研究

2021-05-26周嘉鸣ZhouJiamingZhangChao

家具与室内装饰 2021年4期

■周嘉鸣，张超 Zhou Jiaming & Zhang Chao

(五邑大学艺术设计学院，广东江门 529020）

随着智能化设计的加入不断推动着各行业领域合作与协同发展。在住宅室内设计中，智能化设计促进多个行业最新成果进行整合，比如家电行业与移动设备行业参与智能家居设计，完善室内设计功能、形式与技术的总体性协调。智能家居产业链的参与行业逐渐增多，设计的智能家居应用功能日益丰富，用户在住宅智能化设计中体验到舒适、安全、便捷和高效的生活环境。

1 住宅智能化设计发展现状

1.1 智能家居产业链的构成

随着物联网技术的发展，智能家居功能不断丰富和完善，主要参与行业分为智能家具、智能家电、智能硬件、安防控制设备、云计算平台和软件系统等（图1）。而这些行业所形成的产业链又具体分为硬件元器件的产业链上游、智能家居平台的产业链中游和智能家居成品供应商的产业链下游。智能硬件行业进行各类芯片、通信模块、传感器等智能家居核心零部件的生产，形成了产业链上游；中游主要指智能家居系统提供商，提供智能家居系统等相关软件方面的解决方案，具体包括华为鸿蒙平台、阿里云的云服务平台、U+智慧生活平台等软件设计行业；下游主要包括智能家居设备商和相关智能产品生产商。部分传统家电企业为顺应智能化趋势进行了转型，在产业链中游和下游进行了布局[1]。

1.2 智能家居操作方式的创新

智能家居在操作方式方面进行了创新，包括语音操作和屏幕触控等交互方式是当前智能家居吸引消费者的亮点之一。智能家居的用户群体在不断扩大，操作方式的改变也优化了用户在住宅室内环境的场景体验，用户的生活品质得到提升。

近年来计算机和通讯技术行业在智能家居系统加大研发投入，推动智能家居远程控制方式升级进步，在设备与主机、设备与设备之间使用基于Zigbee、Z-Wave、RF等无线连接方式，解决智能家居在控制距离上的问题。比如一部手机就可以控制整个住宅内所有电子产品，根据需要开启或关闭家中电灯等设备。在不同场景下，用户能够主动控制环境氛围的营造并进行差异化定制，进行多种场景模式下的方案应用[2]。

1.3 基于大数据的住宅智能化设计

大数据（big data），是指大规模数据的集合。大数据的“规模”不止拥有庞大的数据量，其结构复杂，种类繁多。随着互联网、云计算等相关技术的迅猛发展，对大数据处理进行了技术变革，设计师开始重视大数据相关技术的应用，在智能产品设计中打造更好的产品体验[3]。

■图1 智能家居产业链示意图

■图2 智能安防系统示意图

对用户在住宅使用过程中产生的大量数据，在保证用户隐私前提下，大数据分析后反馈给设计师，帮助设计师理解用户各类需求。海量数据的产生、挖掘及分析展现出了巨大的发展前景，在住宅智能化设计中，大数据技术是其服务设计的延伸，以用户体验为中心，结合住宅中各类智能产品，让“家”更加自动化、智能化，定制应用于专门需求的住宅环境。

2 住宅智能化的应用分析

2.1 交互性应用

智能化住宅室内设计的交互性应用是更加突出的，通过智能家居控制系统，居住者可以突破空间距离的限制，进行多个智能设备的内容交流与互动，实现智能家居的互动模式。比如根据需要控制智能窗帘，调节室内光线强度；控制智能桌椅的移动，释放住宅室内空间，为用户健身需求打造运动场地[4]。

智能化住宅室内设计的交互性应用主要包括，空间与人的互动、空间与外部环境的互动。在技术条件上，用户通过智能设备的控制，配合当前的空间环境，在感官系统和空间虚拟手段下进行心理和身体的互动，增强空间体验感。智能化住宅室内设计通过智能系统和各类传感器，在空间与人之间进行实时的信息传递，根据用户所设定的程序和环境实时反馈，特别是空间中所处人的生理情绪、表情特征、体表温度、动作节奏、心跳快慢等生理信号与智能空间进行程序匹配，建立使用者与空间的互动关系，使空间各项指标保持设定好的状态[5-6]。

2.2 空间功能转换应用

在小户型住宅的居住空间中，往往因空间容量受限与空间体验的限制条件，无法在空间中布置过多的家具等硬件设备。而用户有追求美好生活体验的意愿，需要打造一个多功能、多用途的空间环境。在小户型住宅中充分利用智能家居的多功能模块特性，完成住宅中多个空间功能的重叠，解决用户的体验需求[7-8]。

智能家居在住宅智能化设计中搭建了不同的功能模块，通过用户的不同需要、不同使用场景，特别是当代年轻人所追求的创意造型与艺术环境，在面对不同时段、不同对象、不同氛围等条件下，发挥自身优势，为智能家居的使用者挖掘更多价值与乐趣。在住宅智能化设计中，作为家居核心区域的起居室，一般是家庭团聚、接待来宾的区域，在此基础上，起居室还可以拥有更多的分区功能，比如居家办公、家庭娱乐、儿童学习、家庭健身等额外功能，这些功能需求在小户型住宅空间的功能上会造成部分冲突，住宅设计者在这些问题上可以充分考虑好空间隔断与智能家居多功能特性，巧妙设计出满足用户生活体验的智能环境[9]。

2.3 家庭安全应用

对现代住宅而言，除了要确保住宅在室内外设计上具有良好的使用性能与美学外观之外，还应当保障住宅安全。住宅室内进行智能安防系统的应用（图2），能够使家庭安全处于长期的预警状态。家庭安全是需要应对多方面的危险因素，比如烟雾探测器预防住宅火灾的发生，红外探测器在住宅主要的出入口预防盗窃事件，智能摄像头有助于用户时刻了解家中情况和家庭成员的活动。这些智能安防设备相互协同，快速向用户提供住宅信息，方便了人们的生活，使家庭安全得到更全面的保障[10]。

2.4 绿色低能耗应用

住宅智能化设计具有的灵活性、可持续性以及自动化能力，实现家电等设备精确控制，还可以通过系统设计达到住宅的耗能降低甚至零耗能，为绿色健康住宅的实现作出贡献。当前的住宅室内设计，需要在不降低居住者的生活质量前提下，开始为世界降低碳排量的目标进行努力。

住宅智能化设计可以引入太阳能与建筑一体化热水系统，充分利用建筑周边的可再生能源资源，减少对火力发电、煤炭、燃气等不可再生资源的依赖。智能窗户和智能窗帘对住宅合理利用自然光起到极大帮助，有效减少对人工灯光的使用频率和时长。智能家居中的通风系统和温度调节系统根据室内热环境等条件，为用户提供合适温度与湿度的住宅环境，同时又避免热量的浪费，为家庭能源节约使用提供一种可行的方案[11]。

3 住宅智能化设计的发展趋势

3.1 AIOT技术的应用

AIOT技术是人工智能技术（AI）与物联网技术（IOT）在智能家居发展过程中的融合，结合当前5G技术的运用，物联网网络提供的服务将会更加智能化和人性化，技术升级促使设备密度降低与传感器数量减少，不影响智能家居的服务质量，有效降低营运成本，在住宅智能化系统寿命周期中取得成本和收益的平衡。

在AIOT技术支持下的智能家居系统，可根据用户行为、用户习惯、环境场景等各类信息，具有自学习、自适应、自判断能力的主动智能，在运行时提前询问用户，面对复杂的自动化操作和场景可以通过学习进行记忆，在系统认证后具备判断用户身份的能力，为特定身份用户提供定制化服务，完全形成以用户为中心的智慧家庭模式[12]。

3.2 行业标准的统一

智能家居的逐渐普及和用户不断提出的个性需求，不同智能家居平台之间的产品各有其优势，但是不同商家产品组件的互联互通对比市场需求和技术条件明显滞后，这就需要行业标准尽快完善，建立跨平台互联互通的基础服务，实现不同平台产品之间的相互配合。

从长远来看，不同智能家居平台对于组件互联互通的研究方向是必然的；短期来看，这也成为智能家居功能互相补充的研究热点。可以预见，在互联互通的前期可能会存在一些磨合，用户在使用过程中会出现不稳定状况，但这个趋势是不会改变的，构建比较完善的互联互通体系，是向真正“全屋智能”前进的方向[13]。

3.3 智能材料的应用

■图3 智能调光玻璃的应

■图4 智能魔镜在卫浴空间中的应用

■图5 智能床具的自动感应照明服务

住宅在施工建造过程中运用智能材料，即结合了智能传感、驱动、修复、控制等多种功能的建筑材料。比如应用于防范火灾，与火灾报警器系统相联动，监控室内气体、磁场变化和环境热量的智能材料；可反馈更多信息给智能系统主机的感光材料；实现智能生态的混凝土，所建成的墙壁可以在实现零耗能的情况下自动调节湿度，具有极好的透水性和透气性，避免住宅室内密封性过高引起的闷热现象，还可以有效抑制细菌和真菌的生长，缓解住宅室内发霉等现象；住宅内使用的智能调光玻璃（图3），根据天气和温度的变化来调节自身透光能力，有效满足住宅节能降耗的需求。

3.4 智能场景的应用

物联网的发展和应用，为家电产业进行了系统化、智能化方面的升级，住宅中主要通过客户端、服务主机和通信线路，实现家电的集中远程控制。大部分家用电器的智能化和自动程序化，客观上减少人为操作，提升了家庭生活品质。家电行业已经走过以产品为中心的单品智能阶段，期间培养了用户对智能产品的认可度。单一产品实现智能化存在不足，比如智能窗帘产品，需要用户的操作才能进行开启和关闭，但在下一阶段构建场景模式后，可以根据室内光照和温度等条件，实现在智能系统操纵下自动化运行。近年智能家居企业在互联智能阶段大力进行摸索，以场景为中心，发展一套完整的智能环境系统方案，实现家电协同后为人们提供便利的智慧生活。比如浴室中的智能魔镜（图4），不仅提供信息服务，还可以操纵住宅中不同空间的智能设备，实现智能家庭在多个场景模式的转化。在此阶段的发展过程中，技术进步和智能家居生态能力是不可缺少的，而且所有智能家电企业之间应该实现系统互通，为智能家居生态体系的构建扫清障碍[14]。

智能家居行业还对下一阶段进行了规划，即实现以用户为中心的智慧家庭阶段，人工智能技术的大规模推广将使住宅智能化设计的交互方式与执行能力得到提高，还有太阳能监管等节能系统的加入，有助于未来发展成绿色节能的可持续住宅。

3.5 智能家具服务升级

智能家具是根据家具自身使用功能和应用场景的不同，打破传统家具较单一的使用方式，整合了人工智能技术与不同的功能模块，为用户打造特定场景环境中舒适便捷和个性化体验。通过智能家居系统的融入，不同功能模块的组合支持下，智能家具拥有了多样化、人性化和智能化，针对不同人群需求定制个性化服务。例如在卧室的应用场景中，智能床具、智能床头柜主要提供给用户睡眠和睡前阅读的需求[15]。结合传感器技术和物联网技术，为用户睡眠期间的持续心率情况、翻身次数频率等进行记录，上传健康数据到用户移动端并反馈建议[16]。如果用户在夜间起身，特别是行动不便的人群，卧室中智能床具拥有自动感应能力（图5），根据客户情况提供夜间照明服务。在智能化设计的趋势下，针对用户每日手机等设备的充电需求，智能家具开始集成智能升降插座和无线充电模块，为用户的生活提供便利[17-18]。