体育建筑智能化与技术分析

杨昊川 江西科技师范大学 体育学院

一、引言

近年来，智能化措施逐渐在各领域进行推广与应用。2015年11月，国家住房和城乡建设部发布《智能建筑设计标准》[1]，以科学的方法为人们提供安全、高效、可持续发展功能环境的建筑。2020年7月，住建部、国家发改委等13部门联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》[2]，并提出智能化装备、机器代人、全产业链等10个关键词，旨在推进互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合，持续做大做强数字经济。体育建筑作为体育教育、身体锻炼、竞技比赛、体育娱乐等活动之用的建筑，体育建筑智能化不仅能够促进建筑智能化进程，还有利于提高体育建筑服务品质、安全质量，助力现代体育产业化发展[3]。近年来，国内学者就建筑智能化进行了多项调查分析，研究主要集中于办公建筑智能化现状[4]、运用[5]、效果[6]等，鲜有学者对体育建筑智能化进行调查分析。

随着我国体育事业的蓬勃发展，全国各地每年都会新建和改造大量的体育建筑，体育建筑具有空间大、占地广、专业性高、管理程度难等特点，这也是体育建筑区别于办公住宅建筑最本质的区别，使其对于智能化具有更高的要求。因此，本文主要借鉴其他学者对办公住宅建筑的智能化研究，整理出适用于体育建筑的智能化技术，为新型体育建筑的设立提供技术参考。

二、建筑智能化概念

建筑智能化是指以建筑物为平台，将各类信息化产品与建筑物进行有机结合，集框架、系统、管理、应用以及优化为一体，具有感知、识别、传输、匹配、判断和决策的综合能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，以达到为人们提供安全、便捷、舒适、实用的建筑。

三、体育建筑智能化的重要性

智能化是指事物在网络、大数据、物联网、人工智能等技术的支持下，所具有的能够满足人的各种需求的属性。2015年李克强总理在政府工作报告中提出“互联网+”的行动计划，着重强调“中国制造2025”和“互联网+”是不可分割的，中国制造要走向智能化发展，必须依靠物联网、大数据的帮助，这样才能使中国制造迈向一个新的高度，而建筑建设在其中更是处于“主力军”的地位。“十三五”期间，我国建筑业迅速发展，建筑业增加值占国内生产总值比重保持在6.6%以上，而智能建筑与建筑工业化的协同发展更是成为我国建筑业发展转型的重要突破口[7]。2019年全国体育产业总规模为29483亿元，其中体育服务业总规模达14929.5亿元，占比67.7%体育场地设施建设实现增加值212亿元，增长速度达41.7%[8]由此可见，国家越来越重视体育建筑的建设，人民越来越热衷体育建筑锻炼之余所带来的服务感受，体育建筑智能化旨在为国家经济发展添砖加瓦的同时，为人民群众提供精准的个性化服务。

四、体育建筑智能化方案分析

（一）智能化建造

在数字化时代的今天，传统建造方法在成本、环境危害、质量安全上均无法得到有效控制，智慧建造、绿色建造、数字建造已经成为大势所趋。住房和城乡建设部在《2011-2015年建筑业信息化发展纲要》中着重推广BIM技术，并突出强调BIM技术是项目精细化管理的技术支撑手段，在工程项目中起到提高工程质量、降低成本和安全风险的作用，提高工程项目建设的效率与效益[9]。BIM技术旨在搭建绿色化建造平台，贯穿于整个项目的建造周期，包括房屋设计、材料生产、房屋建设、运营维护的全过程[10]。将建筑构件模型导入绿色建筑设计分析软件，可对其采光、能源效率、可持续性材料等建筑性能的各个方面进行分析，并得到以最少的耗能给予人民最舒适的感受，达到真正的绿色建造。2016年3月，中央政府首次提出发展钢结构和装配式建筑的政策要求。因此国内众多学者对装配式建筑的应用进行调查分析，发现装配式建筑因为其精准的特性和系统集成的设计，比传统设计更加适用于BIM技术，在软件中对各类材料、构建进行拆分重组，将生产和施工中的材料、工程、工时分别和设计、生产、施工相串联，实现协同信息化设计[11]，为建筑施工中的可行性和安全性提供了保证。

（二）智能化安全

随着人们生活水平的不断提高，安全问题逐渐成了人们接触新事物所考虑到的首要问题。相对于封闭式的体育建筑中，火灾问题是建筑建设过程中需要重点解决的问题。体育建筑相比于一般建筑，具有占地广、人群密集、密闭性强等特点，因此体育建筑中若是发生严重的火灾事件，那后果将是惨绝人寰的，例如英国足球场火灾惨案。英国1975年通过《安全法》明文规定，无论何种原因，无论是谁，所有球场在遇到紧急情况时，必须做到两分钟之内将观众全部撤离。因此利用智能化设施为人们的人身安全进行保障已经成为一种趋势。

近年来，传感器技术在我国扮演着举足轻重的作用，目前已广泛应用于工业生产、环境保护、医学诊断等多个领域。在各类封闭式体育建筑中，为了预防和有效遏制火灾的发生，需要配置可靠的火灾自动报警系统及消防联动系统[12]，根据《火灾自动报警系统设计规范》一文中明确回顶，当建筑高度高于12m时，不适合采用烟雾探测器，当建筑高度低于20m时，可以采用火焰探测器，因此若当体育建筑高于20m时，由于体育建筑具有区别于其他建筑的特点，究竟采用何种探测手段，规范中没有明确规定。国内众多学者发现其中不足，提出红外线烟雾测量及自动报警传感器设计[13]，旨在利用红外光束在烟雾离子或胶状气体中散射光的原理探测火灾初期阴燃阶段产生的烟雾，起到火灾还未出现即可探测报警的目的。

（三）智能化照明

现代的体育建筑，逐渐向多元、功能多样方向发展。因此，体育建筑的照明系统设计，不应再出现单一的形式，而是要考虑多功能的发展。自2000年悉尼奥运会开始，此类大型体育建筑开始普及计算机控制灯光，实现简单操作从而得到不同功能和效果的灯光。但是在数字化普及更加广泛的今天，光依靠计算机控制灯光显然无法跟上时代的潮流。2015年5月1日实施的《体育建筑电气设计规范》[16]中明确表示，不同运动场地、运动场地的不同位置、不同体育建筑附属用房类别的照明都有一定的标准度。于是对于大型的体育建筑，使用智能自动化控制手段对其中的照明系统进行自主管理，可以大大地将人力资源从当中解放出来，投身到体育建设的其他方向研究中。因此国内众多年轻学者通过使用ZigBee[14]、ARM处理器[15]等通信技术对智能灯光系统进行了远程化设计，体育建筑负责人可以根据设定好的程序，利用手机移动端对场内灯光进行远程控制。利用互联网+物联网技术、通信技术、电信技术、大数据技术等技术手段来实现体育建筑的智能化照明控制。提高遇到照明系统频闪现象时的管理质量和效率。根据室内自然光强度，照明系统根据所设定的程序进行自动化调节，实现实时节能作用。凭借智能化照明系统的自我管理功能，减少对照明系统的维护次数，增加其使用寿命。

（四）智能化便利

智能体育建筑除了必须拥有一个智能化场馆建设外，还应拥有相对应的智能化设备，一方面为了减少人员消耗的成本，另一方面为了客人享受更加高效的服务，例如人员进出识别系统、球类租借系统等。为了更好的做到进出人员的信息统计，为了达到安全，便捷，积攒客户以及提高工作人员的工作效率，AI人脸识别技术已然成为各大场所出入口必备设施。新顾客首次进入体育场馆时，利用微信小程序进行实名身份验证，将顾客人脸信息存储至数据库内，在此之后顾客再次进入场馆时，即可利用AI人脸识别技术对顾客进行人脸匹配，大大缩短顾客滞留入口时间。球类租借管理系统的目的是为了提高工作人员的工作效率，尤其是在工作人员处理事务而不在球馆中，而恰好有人员需要租借球的同时，既方便了顾客又让顾客给球馆留下了一个好印象。为了做到真正的便捷，篮球租借系统采用的也是手机扫描二维码进行租借操作。客户扫描二维码进入微信小程序，小程序页面显示出租借系统中剩余各种球类的名称以及数量，客户选择需要租借的球类以及数量，并缴纳押金，系统内闸机自动关闭，客户将需要的球类从通道内取走。归还时将其从通道内放入，系统自动计算时间，顾客支付租金。球类租借管理系统可以与芝麻信用相结合，信用分超过一定数值则免去押金，若顾客归还球之后未支付租金，则会减去顾客的信用分，这一方面保障了商家一方的权益，另一方面也加强了顾客的自觉性。

五、国内外体育建筑智能化案例

（一）国内体育智能化建筑案例

目前我国体育建筑智能化进展走在世界前沿，沈阳奥林匹克体育中心[17]在智能化安全方面采用了全套的智能设备监控系统，通过软件接口集成的方式对各个系统进行数据采集及宏观调控。在安全防范系统上分为视频安防监控子系统、防盗报警子系统、紧急求助子系统、出入口控制子系统、安全防范系统集成平台五个方面，对场馆的各个角落进行安全把握和系统联动；在智能化建设方面采用了智能设备集成管理系统，开放建立综合物业管理系统、信息资源管理系统、数据库系统等来对体育建筑内的智能设备进行实施监控和远程管理，对各系统数据进行数据对接，形成一个有机整体，为体育建筑的综合管理和调度提供基础平台；在智能照明方面考虑到了比赛和训练两种用灯情况，针对不同情况设计出了6种不同的照明模式进行切换，既实用又节能，并且在配电室引入两路电源，分别负载50%，能够保证一路断电的同时，另一路电源的有效使用；在智能化便利方面，不同方位的屏幕显示，现场影像采集与回放系统，水下摄像系统等，方便看台上观众在不同角度均能观赏到最清晰的比赛情况，外国观众也可以根据通讯系统的编码功能，在LED屏幕上看到英文解说，达到资源共享，共同观赛的良好体验。售验票系统在设计上完成了本地售票、远程售票和网络售票的功能，并结合了手持验票机和固定验票机，具有分流统计、财务处理、状态监视的功能。

（二）国外体育建筑智能化案例

国外体育建筑智能化发展起源于20世纪八十年代，发展久远，许多智能化系统是值得我们学习和借鉴的，以英国曼彻斯特新体育场[18]为例。曼城新体育场作为全欧洲最受欢迎的体育场之一，除了足球比赛和竞技比赛，其设计的灵活性还能够让他成为各大流行音乐会，演唱会的主办地。其创新的智能体育建筑理念，使其成为全世界体育建筑效仿的对象。曼城新体育馆在无线局域网（WLAN）技术和射频（RFID）技术的基础上，集成了一套802.11b（WIFI）无线网络系统，用来匹配俱乐部的智能卡系统，能够实现在无人监控的情况下观众的快速入场和信息采集处理，并创造了每分钟1200人涌入体育馆的记录，由此可见其在信息处理上的速度之快。曼城新体育馆在票务系统上采用了“一人一卡一记录”的原则，俱乐部管理者们会根据顾客的购买行为，对其数据进行分析，并采取积分制的刺激方法，到达一定积分可以优先选座或享受折扣等服务。而曼城新体育馆设计了一套基于无线网络的智能体育场系统，管理者们能够使用此套系统对人员智能卡使用情况进行实时监控，保证持卡人每场只能进场一次，监测是否有成年人使用儿童卡等行为。一有此类情况出现，保安或工作人员便会根据智能监控系统发布指令或直接到达问题处，并且监控室会根据赛场的观众密集度分布进行分析，调整管理人员的分布，为观众的安全和便利提供第一时间的服务。

六、总结

体育建筑从简单的露天建筑到现如今的智能化建筑形式，经过了研究者们日复一日的测试，生活质量的逐渐提高使得人们对建筑的智能化需求越来越大，智能化技术在体育建筑中的应用也受到了建筑师的广泛重视。近年来，我国各级政府相继出台了系列政策以推动体育建筑智能化发展，虽取得了一些量化成绩，但在发展质量上依旧存在不少不足，尤其随着我国体育产业化建设的不断发展，体育建筑智能化设施不足的问题日益凸显。对于推进体育建筑智能化工作而言，主管部门不仅需要关注体育建筑的数量，更应将体育建筑智能化建设纳入城市发展规划之中通盘考虑，充分挖掘体育建筑的潜能，扩大服务范围、提升服务质量，有效促进我国体育事业和体育产业的高质量发展。

建筑智能化是当代衡量一个国家建筑业水平的一项重要指标，与人工智能、大数据、物联网的有机结合已经成为各行各业蓬勃发展的一种趋势。新时代体育建筑不应该只是单纯的以建成为目的，而是将体育建筑与智能化技术相结合，创造出体现中国这一体育大国的建筑水平与体育水平才是新时代目标。