摘要

隨著建筑與技術(shù)的關(guān)系不斷發(fā)展，建筑也在不斷發(fā)展。智能建筑系統(tǒng)是建筑結(jié)構(gòu)和技術(shù)維度的結(jié)合。智能建筑中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)依賴于物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備、人工智能 (AI) 和自動化來優(yōu)化建筑的運(yùn)營性能、可持續(xù)性和居住體驗(yàn)。

本文討論了智能建筑系統(tǒng)的出現(xiàn)和進(jìn)步、其特點(diǎn)和技術(shù)架構(gòu)，以及它們對能源效率和可持續(xù)性的貢獻(xiàn)。它還解決了智能建筑中的互操作性、網(wǎng)絡(luò)安全和用戶界面設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，有助于了解智能建筑的趨勢和發(fā)展及其對城市中心未來的影響。

1. 簡介

技術(shù)改變了日?；顒雍铜h(huán)境，但它也極大地改變了用戶與商業(yè)和住宅建筑的互動方式。僅僅在建筑中安裝傳感器和控制設(shè)備并不意味著技術(shù)系統(tǒng)是“智能”的。它還可以通過選擇詞語來表示多種含義：智能、自動化、自適應(yīng)、響應(yīng)、良性，甚至意識。無論術(shù)語多么復(fù)雜，“智能建筑系統(tǒng)”的框架對于建立基礎(chǔ)理解至關(guān)重要。

在城市環(huán)境中，建筑約占電力消耗的 75%，建筑的重點(diǎn)最近已從設(shè)計(jì)美學(xué)和適應(yīng)人類活動的特征轉(zhuǎn)向提高建筑的運(yùn)行效率。為此，控制供暖、制冷、通風(fēng)、空氣質(zhì)量和照明的機(jī)械系統(tǒng)配備了控制裝置，允許技術(shù)自動化其運(yùn)行，而不是依靠用戶手動調(diào)整設(shè)置。然而，單靠自動化并不能確保效率，這是因?yàn)樗袡C(jī)械系統(tǒng)都根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間表或靜態(tài)規(guī)則控制功能，而與占用情況無關(guān)。

2. 智能建筑系統(tǒng)的定義和范圍

當(dāng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，建筑物可被視為“智能”：（i）基本建筑系統(tǒng)具有相當(dāng)程度的自動化或人工智能，（ii）建筑系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并具有相當(dāng)程度的連接性，以及（iii）智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)盡可能以用戶為中心。

建筑與技術(shù)的融合是智能建筑系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。建筑系統(tǒng)可以定義為具有預(yù)定功能的設(shè)計(jì)和建造實(shí)體。建筑是一種物理建筑，可增強(qiáng)物理建筑系統(tǒng)的性能。智能建筑系統(tǒng)是一種人工智能建筑系統(tǒng)，它集成了物理建筑智能系統(tǒng)及其非物理技術(shù)智能系統(tǒng)，以創(chuàng)建一個(gè)連貫的整體，利用人工智能來調(diào)整和優(yōu)化其在給定環(huán)境中的性能。

智能建筑中常見的系統(tǒng)（暖通空調(diào)、照明、安防、視聽、消防安全和其他系統(tǒng)）在滿足以下一個(gè)或兩個(gè)條件時(shí)可被視為智能建筑系統(tǒng)：（i）系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)或具有相當(dāng)程度的連接性，或（ii）系統(tǒng)具有相當(dāng)程度的自動化或人工智能。由于這種融合，智能建筑系統(tǒng)的范圍被刻意定義為廣泛，以包括建筑中通常遇到的所有系統(tǒng)類型 。由于其復(fù)雜性和技術(shù)普遍處于新興狀態(tài)，智能建筑系統(tǒng)理想情況下應(yīng)由多學(xué)科團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和實(shí)施，其中包括（至少）建筑師、工程師、計(jì)算機(jī)科學(xué)家和 IT 人員。目標(biāo)是在智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施方面進(jìn)行合作，從最初的建筑和技術(shù)設(shè)計(jì)到技術(shù)和產(chǎn)品的選擇，再到最終的集成和測試。

出于現(xiàn)實(shí)原因，智能建筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施更常見的是分為不同的學(xué)科——通常，一家或兩家公司負(fù)責(zé)建筑和技術(shù)設(shè)計(jì)，另一家公司負(fù)責(zé)施工。盡管智能系統(tǒng)通常由不同的建筑和技術(shù)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，但必須了解智能建筑系統(tǒng)的核心是連貫的建筑和技術(shù)智能系統(tǒng)綜合體。了解這種復(fù)雜性有助于避免對智能建筑系統(tǒng)的多功能性產(chǎn)生誤解，這可能會在討論最新技術(shù)和辯論替代解決方案時(shí)產(chǎn)生問題。

2.1 樓宇自動化系統(tǒng)的演變

機(jī)械控制最初出現(xiàn)在建筑物中，始于蒸汽和水暖系統(tǒng)，控制對于保持舒適度至關(guān)重要。到 20 世紀(jì) 40 年代，許多此類系統(tǒng)都已安裝，很明顯，建筑物中需要一定程度的控制以節(jié)約能源并提高人體舒適度。大多數(shù)控制系統(tǒng)都是從手動控制開始的，由操作員監(jiān)控建筑系統(tǒng)并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。各種儀表和指示器都集中在一個(gè)中央位置，通常稱為控制室，操作員站在一個(gè)大型控制設(shè)備面板前。隨著被控制的建筑系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，很明顯這種手動系統(tǒng)無法滿足需求。

例如，20 世紀(jì) 30 年代，紐約市最復(fù)雜的控制系統(tǒng)是由紐約市立廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，主要由一名工程師指導(dǎo)，他從一個(gè)建筑連到另一個(gè)建筑。第一個(gè)自動控制被實(shí)施，旨在保持歌劇院的舒適度。該市的控制大樓實(shí)施了幾種控制系統(tǒng)，最終建造了一個(gè)中央站來容納使用杠桿、齒輪和滑輪安裝的眾多控制裝置。自動化技術(shù)大多模仿手動控制，早期自動化系統(tǒng)的其他例子包括氣動控制。

在建筑物中，這些技術(shù)最初用于控制通風(fēng)風(fēng)門，然后用于溫度控制。這些系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們不需要電力。到 20 世紀(jì) 60 年代初，電子系統(tǒng)、更新的氣動控制系統(tǒng)和局部控制回路的發(fā)明被用于維持所需條件。建筑物中各種系統(tǒng)的集成趨勢和方法已經(jīng)得到開發(fā)和實(shí)施，并取得了不同程度的成功。

在被動集成中，不同公司生產(chǎn)的控制器可以接受一些通用信號。協(xié)調(diào)建筑控制需要在系統(tǒng)中添加特殊控制器，集成系統(tǒng)可以通過中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。到了 20 世紀(jì) 80 年代，人們發(fā)現(xiàn)對建筑系統(tǒng)的需求正在發(fā)生變化，需要采用更復(fù)雜的方法來確保新建系統(tǒng)的效率。20 世紀(jì) 80 年代的能源危機(jī)和隨后的能源價(jià)格上漲促使建筑業(yè)主要求更高效的建筑。在這十年中，對建筑使用者便利性的需求也在增加。隨著辦公室配備越來越多的便利設(shè)施，建筑變得越來越復(fù)雜，滿足需求變得越來越繁重。

3. 建筑考慮因素

隨著技術(shù)逐漸融入建筑領(lǐng)域，建筑設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了一些必須解決的問題。人們認(rèn)為，建筑師負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)中技術(shù)的應(yīng)用，并負(fù)責(zé)監(jiān)督這些設(shè)計(jì)的連貫性：他們有義務(wù)確保技術(shù)的集成不會掩蓋或損害設(shè)計(jì)的建筑品質(zhì)，而是會增強(qiáng)它們。然而，隨著越來越多的建筑系統(tǒng)和組件變得“智能”，建筑師有必要與技術(shù)專家密切合作，以正確執(zhí)行設(shè)計(jì)。因此，必須考慮如何設(shè)計(jì)建筑環(huán)境以適應(yīng)和增強(qiáng)智能技術(shù)。

隨著智能技術(shù)在建筑物中的廣泛應(yīng)用，需要一種新的建筑方法；這種方法要考慮技術(shù)將如何在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中從整體上影響建筑。通過解決最近的建筑技術(shù)應(yīng)用問題，可以闡明一些考慮因素，這些考慮因素將作為未來涉及智能系統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

通過對最近完成的采用智能技術(shù)的建筑設(shè)計(jì)的考察和探索，本文強(qiáng)調(diào)了建筑與技術(shù)的結(jié)合，同時(shí)也討論了這些設(shè)計(jì)如何具有未來設(shè)計(jì)中必須考慮的獨(dú)特品質(zhì)。在簡要介紹了建筑智能技術(shù)的現(xiàn)狀并概述了必要的建筑考慮因素后，本文強(qiáng)調(diào)了三種具體的建筑品質(zhì)。

第一個(gè)品質(zhì)強(qiáng)調(diào)智能技術(shù)在設(shè)計(jì)成隱形時(shí)最有效，可以在不被看到的情況下增強(qiáng)建筑。第二個(gè)品質(zhì)討論了一種設(shè)計(jì)方法，即應(yīng)在整個(gè)建筑范圍內(nèi)考慮和設(shè)計(jì)智能技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)如何確定設(shè)計(jì)的幾何形狀和空間分布。第三個(gè)品質(zhì)表明，采用智能技術(shù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高度的自主性，使系統(tǒng)能夠在沒有外界干預(yù)的情況下自我控制。這些品質(zhì)最終是對上述建筑方法和挑戰(zhàn)的仔細(xì)考慮的結(jié)果。

3.1 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的融合

無論是新建還是改造建筑，技術(shù)是指可以嵌入或與結(jié)構(gòu)交互以增強(qiáng)其響應(yīng)性、功能性、生態(tài)性能和用戶舒適度的信息和通信技術(shù)。例如，可以增強(qiáng)承重結(jié)構(gòu)的功能性或?qū)Νh(huán)境因素的響應(yīng)性以及氣候控制以增強(qiáng)用戶舒適度的技術(shù)。這些包括局部或大面積微氣候控制概念、建筑一體化光伏、氣候控制中的人工智能、與自然互動的技術(shù)集成空間、與用戶互動的技術(shù)集成空間、與用戶與外部互動的技術(shù)集成空間以及技術(shù)集成的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。

在確定技術(shù)在設(shè)計(jì)中的位置時(shí)，必須考慮一些關(guān)鍵方面。首先，不同的技術(shù)可能意味著不同的空間組織。一些技術(shù)可能會將空間聚集在一起或?qū)⑺鼈兇梢淮?，而一些技術(shù)可能會產(chǎn)生對大空間或小空間、封閉空間或開放空間以及公共空間或私人空間的需求。

其次，技術(shù)在設(shè)計(jì)中的位置會影響美學(xué)含義。技術(shù)敏感性和風(fēng)格對結(jié)構(gòu)重要性、細(xì)節(jié)和設(shè)計(jì)方法的影響方式也會影響設(shè)計(jì)的美學(xué)詮釋。如果技術(shù)對環(huán)境因素敏感，它通常會影響建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中組件的細(xì)節(jié)、重要性和設(shè)計(jì)方法，從而確保技術(shù)的適當(dāng)性能。如果技術(shù)對結(jié)構(gòu)健康敏感，技術(shù)實(shí)施可能還需要額外的組件，這些組件可能會影響結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)性和細(xì)節(jié)。與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一樣，額外的組件可能意味著新的設(shè)計(jì)動機(jī)，從而影響建筑的美感。

在新的設(shè)計(jì)中，智能技術(shù)通常是在設(shè)計(jì)完成后才考慮的。對于新設(shè)計(jì)中的活動技術(shù)，這種方法可以被認(rèn)為是災(zāi)難性的錯(cuò)誤，因?yàn)楹茈y找到將建筑和技術(shù)和諧地結(jié)合起來的合適設(shè)計(jì)解決方案。在使用智能技術(shù)改造現(xiàn)有建筑時(shí)，這種方法也帶來了挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計(jì)解決方案通常會創(chuàng)建未集成的附加組件，留下由于智能技術(shù)的設(shè)計(jì)原則而需要干預(yù)的現(xiàn)有區(qū)域，而不是呈現(xiàn)創(chuàng)造性地整合建筑/設(shè)計(jì)和智能技術(shù)的新狀態(tài)。盡管如此，一些創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法將建筑/設(shè)計(jì)和智能技術(shù)和諧地融合在一起。

生物氣候和數(shù)字設(shè)計(jì)策略被認(rèn)為是在智能技術(shù)和新智能建筑的設(shè)計(jì)解決方案之間建立創(chuàng)造性協(xié)同作用的基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)智能建筑的新目標(biāo)，需要一種涉及建筑師/設(shè)計(jì)師和計(jì)算機(jī)工程師的跨學(xué)科設(shè)計(jì)方法。應(yīng)該從設(shè)計(jì)過程的一開始就考慮和解決智能技術(shù)的集成問題。否則，設(shè)計(jì)解決方案可能會分別解決建筑方面或技術(shù)方面的問題；因此，無法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性的協(xié)同作用。

通過這項(xiàng)研究，提出了解決和確定技術(shù)如何從早期階段整合建筑設(shè)計(jì)的方法。一個(gè)目標(biāo)是為旨在提高智能技術(shù)在建筑/設(shè)計(jì)中集成的建設(shè)性性能的方法提供基礎(chǔ)。第二個(gè)目標(biāo)是提出對顯著影響設(shè)計(jì)方法和預(yù)期結(jié)果的方面進(jìn)行考慮的方法，并強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)過程一開始進(jìn)行考慮的重要性。

此外，還概述了建筑健康監(jiān)測技術(shù)的設(shè)計(jì)和狀態(tài)考慮。在這方面，解釋了由于技術(shù)考慮而導(dǎo)致的施工或設(shè)計(jì)隨時(shí)間的設(shè)計(jì)靈活性和適應(yīng)性。一般來說，設(shè)計(jì)在預(yù)期的靈活性和適應(yīng)性方面可以是基本固定的，也可以是不確定的；對這方面的考慮會改變設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。結(jié)論是，如果在個(gè)體發(fā)育階段沒有考慮監(jiān)測技術(shù)，那么影響固定設(shè)計(jì)狀態(tài)的技術(shù)會對思維過程和設(shè)計(jì)施加更嚴(yán)格的規(guī)則，并限制設(shè)計(jì)中的潛在靈活性。最終，需要考慮。

4. 技術(shù)基礎(chǔ)

智能建筑系統(tǒng)是一個(gè)綜合系統(tǒng)，由各種技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供支持，有助于實(shí)現(xiàn)建筑管理和監(jiān)控。一般而言，智能建筑系統(tǒng)依賴于一組互聯(lián)技術(shù)，以確保建筑的連接性、自動化和數(shù)據(jù)管理。當(dāng)前的建筑或系統(tǒng)不斷隨著建筑設(shè)計(jì)和建造技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)而改變。要徹底理解建筑系統(tǒng)，必須對底層技術(shù)有基本的了解。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 由互聯(lián)對象網(wǎng)絡(luò)組成，是智能環(huán)境最基本、最關(guān)鍵的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)收集和管理建筑內(nèi)每個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，包括機(jī)械、電氣和管道 (MEP) 系統(tǒng)、生命安全系統(tǒng)、信息技術(shù) (IT) 系統(tǒng)和建筑系統(tǒng)。

嵌入在建筑系統(tǒng)中的支持互聯(lián)網(wǎng)的傳感器可以收集有關(guān)系統(tǒng)性能和居住者互動的數(shù)據(jù)，以識別系統(tǒng)效率低下或故障。然后可以將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)進(jìn)行分析和匯總。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)可以增強(qiáng)建筑的功能，超越單獨(dú)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的能力，并且可以被動地觀察和學(xué)習(xí)環(huán)境中的數(shù)據(jù)。

云計(jì)算架構(gòu)對于智能建筑系統(tǒng)也是必不可少的。需要足夠的數(shù)據(jù)存儲空間來收集所有建筑生成的數(shù)據(jù)。這些建筑數(shù)據(jù)還可以通過后處理和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序幫助提高系統(tǒng)、組件或建筑的效率。目前，建筑數(shù)據(jù)通常存儲在大型公司擁有的云服務(wù)器中，這些公司除了提供云服務(wù)外，還提供后處理服務(wù)。

人工智能 (AI) 是智能建筑系統(tǒng)的另一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。人工智能算法可以提高系統(tǒng)、組件或控件的效率，并根據(jù)收集和存儲在建筑系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)生成可操作的見解。建筑行業(yè)在全球能源消耗和溫室氣體 (GHG) 排放中發(fā)揮著重要作用。用于建造和運(yùn)營建筑的技術(shù)的進(jìn)步和改進(jìn)會影響建筑的性能。可以戰(zhàn)略性地利用不斷發(fā)展的技術(shù)來積極影響未來建筑的設(shè)計(jì)和運(yùn)營。

一般來說，技術(shù)發(fā)展意味著改進(jìn)，但新的進(jìn)步使未來的建筑設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，因?yàn)楹玫暮蛪牡募夹g(shù)（或副作用）都會匯聚在建筑解決方案中。了解技術(shù)的融合及其對未來建筑的影響對于最大限度地減少不利影響并最大限度地提高整體效益至關(guān)重要。

4.1 物聯(lián)網(wǎng) (IoT)

智能建筑是指使用先進(jìn)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)來提高其運(yùn)營效率的結(jié)構(gòu)。它可以涉及新系統(tǒng)的安裝或現(xiàn)有系統(tǒng)的集成，每個(gè)系統(tǒng)都有獨(dú)特的架構(gòu)，通?；谟布④浖蛿?shù)據(jù)管理功能的組合。本質(zhì)上，當(dāng)建筑物配備了能夠根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)做出決策以控制供暖、通風(fēng)、空調(diào) (HVAC)、照明、能源使用、安全措施等元素的系統(tǒng)時(shí)，它們就變得“智能”。這些系統(tǒng)可以將建筑物內(nèi)的各種設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，并提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制功能。通過集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建筑系統(tǒng)可以共享數(shù)據(jù)并將建筑物變成“智能”環(huán)境，從而改變建筑物的使用和管理方式。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于建筑物內(nèi)的各種系統(tǒng)，包括暖通空調(diào)、照明、能耗、占用檢測和門禁控制等。每個(gè)應(yīng)用都涉及部署不同類型的傳感器、執(zhí)行器和設(shè)備，用于控制或監(jiān)控建筑環(huán)境的特定方面。例如，沒有任何智能功能的傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)通常依靠固定的時(shí)間表來根據(jù)時(shí)間增加或減少加熱/冷卻。通過實(shí)施占用傳感器和智能控制技術(shù)，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控空間占用情況，并根據(jù)空間的實(shí)際使用情況調(diào)整其運(yùn)行。由于大多數(shù)建筑系統(tǒng)已經(jīng)收集了某種形式的運(yùn)營數(shù)據(jù)，因此將它們與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接的主要好處是增強(qiáng)數(shù)據(jù)分析能力，從而對建筑運(yùn)營產(chǎn)生新的見解，以提高運(yùn)營效率。

在建筑系統(tǒng)中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通常涉及多個(gè)硬件和軟件組件。部署在建筑物各處的傳感器收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到云平臺進(jìn)行處理。云平臺運(yùn)行數(shù)據(jù)分析算法，生成對建筑運(yùn)營的見解。然后，這些見解被發(fā)送到管理界面，工程師可以通過該界面監(jiān)控系統(tǒng)并進(jìn)行必要的調(diào)整。一些應(yīng)用還包括數(shù)據(jù)反饋回路，可以根據(jù)分析結(jié)果自動控制建筑系統(tǒng)。

目前，存在各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來監(jiān)控和控制建筑物中的不同系統(tǒng)。大多數(shù)早期實(shí)施都側(cè)重于能源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)收集與能源消耗、占用模式和環(huán)境測量相關(guān)的數(shù)據(jù)，以檢測能源使用效率低下的情況。人們越來越有興趣開發(fā)新算法，利用這些數(shù)據(jù)來增強(qiáng)對建筑物能源使用的分析。在智能建筑中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)光監(jiān)控系統(tǒng)的研究也在進(jìn)行中。對從物聯(lián)網(wǎng)光傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，以評估已安裝照明系統(tǒng)的性能，從而提高用戶舒適度并節(jié)省能源。如果得到廣泛采用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以顯著改善建筑物的能源管理，使其更高效，對環(huán)境的危害更小。

除了能源和資源管理外，建筑系統(tǒng)通常需要監(jiān)控，以便為用戶提供安全舒適的環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還可以用于監(jiān)控溫度、空氣質(zhì)量和光強(qiáng)度等環(huán)境因素?？梢苑治鰜碜圆煌h(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)，為建筑物居住者提供聲學(xué)舒適度、安全性和用戶舒適度。

雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建系統(tǒng)中提供了各種潛在的應(yīng)用和好處，但每個(gè)應(yīng)用都涉及多個(gè)挑戰(zhàn)，需要解決這些挑戰(zhàn)才能成功實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。將來自不同制造商的大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備集成到一個(gè)系統(tǒng)中尤其具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)椴煌O(shè)備使用的無線通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式種類繁多。它需要專門的系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)，以彌合使用不同協(xié)議的設(shè)備之間的差距。

此外，隨著越來越多的設(shè)備和系統(tǒng)相互連接，人們對系統(tǒng)安全和隱私的擔(dān)憂也日益增加。大多數(shù)支持物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用都涉及收集潛在的敏感數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要得到充分保護(hù)，以免未經(jīng)授權(quán)的訪問和操縱。智能建筑通常涉及將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，這可能使它們更容易受到攻擊。

5. 智能建筑系統(tǒng)的關(guān)鍵組件

識別智能建筑系統(tǒng)的關(guān)鍵組件至關(guān)重要。了解是什么讓建筑變得智能是思考如何讓建筑變得智能的必要第一步。

智能建筑不僅僅是一個(gè)單一的智能系統(tǒng)；相反，許多系統(tǒng)共同協(xié)作以創(chuàng)造一個(gè)智能環(huán)境。這些系統(tǒng)通常由在建筑運(yùn)行或能源使用中發(fā)揮重要作用的組件組成。組件可以簡單到控制暖氣通風(fēng)口的單個(gè)恒溫器，也可以復(fù)雜到集成的多區(qū)域暖通空調(diào)、照明和建筑部分控制系統(tǒng)。

有五個(gè)關(guān)鍵的能源相關(guān)系統(tǒng)或“建筑元素”構(gòu)成了建筑的智能。這些系統(tǒng)是暖通空調(diào)、照明、電器、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和可再生能源系統(tǒng)。暖通空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)測和控制建筑環(huán)境的溫度、濕度和空氣質(zhì)量，以保證居住者的舒適度。照明系統(tǒng)控制空間內(nèi)人工照明的強(qiáng)度、光譜質(zhì)量和分布，協(xié)調(diào)其運(yùn)行與占用和日光感應(yīng)的輸入。安全系統(tǒng)使用閉路攝像機(jī)、運(yùn)動傳感器和門鎖等機(jī)制來監(jiān)控建筑空間的占用和訪問。這些系統(tǒng)中的每一個(gè)都可以包含各種設(shè)備，從簡單的開/關(guān)傳感器到復(fù)雜的多輸入控制單元。

此外，許多系統(tǒng)還包括用戶控制的組件，例如恒溫器、調(diào)光器和風(fēng)扇，居住者可以通過這些組件影響和控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式。這里定義的基本建筑系統(tǒng)由創(chuàng)建智能環(huán)境所需的傳感和控制組件組成。然而，正是這些組件的集成使其變得“智能”。例如，一個(gè)簡單的照明控制系統(tǒng)在檢測到占用時(shí)打開和關(guān)閉房間內(nèi)的燈，這是一個(gè)智能系統(tǒng)。然而，與 HVAC 系統(tǒng)集成的照明控制系統(tǒng)在有足夠日光時(shí)關(guān)閉照明，這是一個(gè)更智能的系統(tǒng)。無論智能或智能水平如何，建筑系統(tǒng)的運(yùn)行都必須存在關(guān)鍵組件。這些組件中的每一個(gè)都執(zhí)行建筑系統(tǒng)的基本功能；控制算法解釋來自傳感器的數(shù)據(jù)并確定執(zhí)行器的適當(dāng)狀態(tài)。

在最簡單的形式中，系統(tǒng)可能由單個(gè)傳感器和執(zhí)行器對組成，但通常單個(gè)傳感器輸入可以控制多個(gè)執(zhí)行器，或者多個(gè)傳感器將確定單個(gè)執(zhí)行器的狀態(tài)。組件分為三類，每種類型包含幾個(gè)代表性示例。第一種類型是系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)在建筑物中都有特定的控制目標(biāo)，例如 HVAC、照明和安全系統(tǒng)。這些通常是更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，包含多個(gè)傳感器和執(zhí)行器。第二種類型是用戶界面，提供與智能建筑系統(tǒng)交互的手段。用戶界面允許調(diào)整控制參數(shù)、設(shè)置操作時(shí)間表以及顯示有關(guān)系統(tǒng)性能的信息。第三種類型是數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)收集可以包括建筑系統(tǒng)數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，例如天氣、公用事業(yè)定價(jià)或占用模式。

與用戶界面組件類似，數(shù)據(jù)分析可用于調(diào)整控制策略和調(diào)度系統(tǒng)的操作。最后兩種組件類型涉及建筑系統(tǒng)性能的監(jiān)控以及根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控改變組件行為的能力。所有組件的設(shè)計(jì)都必須確保它們可以按比例變化并與多個(gè)組件實(shí)現(xiàn)一起運(yùn)行。建筑系統(tǒng)可以這樣設(shè)計(jì)，即可以在不改變現(xiàn)有控制算法的情況下添加組件的新實(shí)現(xiàn)。例如，如果傳感器的運(yùn)行方式與系統(tǒng)中現(xiàn)有的傳感器相同，則可以開發(fā)一種不需要對控制算法進(jìn)行任何更改的新型傳感器?？刂平M件設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)每個(gè)組件按比例變化的能力。例如，單一設(shè)計(jì)可用于控制 HVAC 設(shè)備的溫度傳感器；然而，這種設(shè)計(jì)可以在整個(gè)建筑物的許多不同位置實(shí)施。如前所述的簡單控制策略只能有效地應(yīng)用于具有單一實(shí)現(xiàn)的組件。

5.1 傳感器和執(zhí)行器

智能建筑系統(tǒng)由一組設(shè)備、環(huán)境傳感器和執(zhí)行器組成，旨在實(shí)現(xiàn)建筑物或園區(qū)內(nèi)流程的自動化。智能建筑利用互聯(lián)技術(shù)來智能地監(jiān)控和管理建筑的運(yùn)營。設(shè)計(jì)了一組定義明確的模塊，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)控制特定的智能建筑功能。每個(gè)模塊都包含一組設(shè)備、環(huán)境傳感器和執(zhí)行器、簡單的本地服務(wù)器和必要的嵌入式軟件。

執(zhí)行器以控制信號的形式接收命令并執(zhí)行物理動作。執(zhí)行器可以看作是傳感器的反面：傳感器將物理量轉(zhuǎn)換為傳輸以供觀察和分析的信號，而執(zhí)行器將信號轉(zhuǎn)換為物理量。智能建筑系統(tǒng)使用五種不同類型的執(zhí)行器：可變風(fēng)量 (VAV) 執(zhí)行器、阻尼器、閥門、燈和風(fēng)扇速度控制器。

傳感器被定義為一種檢測事件或數(shù)量變化并提供相應(yīng)輸出（通常是電信號或光信號）的設(shè)備。傳感器的輸出通常需要處理才能提取有關(guān)檢測到的變化或事件的有用信息。傳感器是智能建筑系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的起點(diǎn)。傳感器測量物理量，例如溫度、濕度、占用率或光強(qiáng)度，以確定環(huán)境條件。傳感器將此測量值轉(zhuǎn)換為信號，然后傳輸以供觀察和分析。通常，傳感器的輸出信號會轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，因?yàn)榭梢允褂糜?jì)算機(jī)處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

智能建筑系統(tǒng)使用 14 種不同類型的傳感器，包括溫度、濕度、運(yùn)動、二氧化碳、光、壓力和空氣質(zhì)量。智能建筑系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析和解釋。系統(tǒng)的“智能”能力是指其觀察、分析和根據(jù)傳感器收集的數(shù)據(jù)采取行動以優(yōu)化決策和控制的能力。當(dāng)傳感器收集的數(shù)據(jù)用于自動運(yùn)行系統(tǒng)而無需人工干預(yù)時(shí)，該系統(tǒng)被稱為自動化。

例如，一種常見的智能建筑應(yīng)用是使用溫度傳感器來控制和自動化供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 設(shè)備。 HVAC 設(shè)備可以根據(jù)傳感器測量的溫度打開、關(guān)閉或以不同級別運(yùn)行。技術(shù)系統(tǒng)（如水、空氣質(zhì)量、接口、傳感器/執(zhí)行器、照明、安全/隱私和聲音）將由專家進(jìn)一步開發(fā)，可從內(nèi)部或外部訪問，并位于技術(shù)團(tuán)隊(duì)指定的特定位置，如圖 1 所示。

圖1-技術(shù)系統(tǒng)方案

其他智能建筑應(yīng)用包括自動管理和控制照明、門、窗簾和供水系統(tǒng)。智能建筑系統(tǒng)傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性對于系統(tǒng)的最佳性能至關(guān)重要。具體而言，傳感器系統(tǒng)的準(zhǔn)確性取決于組成它的各個(gè)傳感器的類型和質(zhì)量。

傳感器類型繁多，在靈敏度、帶寬、線性度、分辨率和噪聲等因素方面具有不同的工作原理和規(guī)格。傳感器技術(shù)的最新趨勢包括小型化，允許在單個(gè)微芯片上集成多個(gè)傳感器，以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，無需在傳感器和控制單元之間進(jìn)行有線連接。無線傳感器的聯(lián)網(wǎng)功能使得采用靈活的傳感器放置策略成為可能，而傳感器的小型化則有利于將傳感功能嵌入其他設(shè)備中。例如，微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù) (MEMS) 消除了對光學(xué)鏡等精密機(jī)械的需求，該技術(shù)允許在單個(gè)芯片上集成微型鏡子和傳感器。

作為智能建筑技術(shù)如何用于提高能源效率的一個(gè)典型例子，照明控制技術(shù)創(chuàng)新采用了新穎的執(zhí)行器設(shè)計(jì)，可以傾斜燈具，從而實(shí)現(xiàn)更集中的光線分布，提高居住者的視覺舒適度，并減少能源浪費(fèi)。另一個(gè)例子是空氣質(zhì)量控制技術(shù)創(chuàng)新，其中空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)域控制與檢測房間內(nèi)居住者位置的占用傳感器相結(jié)合。在天花板上安裝空調(diào)管道是傳統(tǒng)做法，迫使調(diào)節(jié)后的空氣向下流向居住者。因此，安裝在天花板上的擴(kuò)散器的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)廣泛的空氣分布。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新用無管道燈具代替天花板管道，這些燈具也會吹風(fēng)，主動將氣流導(dǎo)向坐著的居住者。

6. 能源效率和可持續(xù)性

據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑物消耗了全球 41% 的能源，因此，新建建筑和改造現(xiàn)有建筑以減少能源浪費(fèi)時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注能源效率和可持續(xù)性。智能建筑系統(tǒng)嵌入了監(jiān)測和控制建筑的技術(shù)，已成為實(shí)現(xiàn)能源效率和可持續(xù)性的解決方案。使用智能系統(tǒng)，建筑可以主動降低能源消耗和相關(guān)的運(yùn)營成本。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，基于檢測到的占用水平和實(shí)時(shí)調(diào)整的照明、遮陽和暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動控制可以顯著降低能源浪費(fèi)。

計(jì)算機(jī)和傳感器與建筑管理系統(tǒng) (BMS) 相結(jié)合，可以監(jiān)測和自動調(diào)整建筑性能，從而影響商業(yè)地產(chǎn)的節(jié)能。雖然許多建筑都采用了一些節(jié)能技術(shù)，但最大的挑戰(zhàn)仍然是如何減少過度的能源使用。雖然節(jié)能技術(shù)的初始投資成本較高，但減少能源費(fèi)用帶來的財(cái)務(wù)節(jié)省可以在幾年內(nèi)收回投資。

此外，許多節(jié)能技術(shù)在安裝后需要進(jìn)行調(diào)整和調(diào)試，這凸顯了技術(shù)人員和政策在節(jié)能方面的重要性。采用新技術(shù)需要改變工作方式，在技術(shù)創(chuàng)造者和用戶之間建立一種合作的文化。智能系統(tǒng)在減少能源浪費(fèi)方面具有巨大的潛力，這凸顯了將建筑作為集成技術(shù)和建筑以實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性的系統(tǒng)的重要性。

7. 可持續(xù)材料和施工實(shí)踐

智能建筑系統(tǒng)是精心設(shè)計(jì)的建筑系統(tǒng)，它集成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來跟蹤和調(diào)節(jié)各種建筑性能指標(biāo)，如能源消耗和環(huán)境條件。這些系統(tǒng)在增強(qiáng)綠色建筑的可持續(xù)性方面發(fā)揮著重要作用。建筑物中能源、水和其他資源的有效管理是綠色建筑事業(yè)成功的關(guān)鍵。因此，實(shí)施智能建筑系統(tǒng)已成為增強(qiáng)綠色建筑功能的常見做法。

一般來說，智能建筑系統(tǒng)增強(qiáng)了建筑物的技術(shù)和建筑進(jìn)步，從而有效管理能源和其他資源。信息和通信技術(shù) (ICT)、無線網(wǎng)絡(luò)和嵌入式傳感技術(shù)的快速發(fā)展促進(jìn)了智能建筑系統(tǒng)的發(fā)展。這些建筑系統(tǒng)使用最先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和自動控制功能，以確保建筑系統(tǒng)在舒適度和資源效率的最佳設(shè)置下運(yùn)行。建筑中的智能技術(shù)不僅限于能源效率；多種智能技術(shù)可以使建筑在不同性能方面變得更加智能。

例如，在集成智能技術(shù)后，暖通空調(diào)和通風(fēng)等建筑系統(tǒng)可以有效保持所需的室內(nèi)空氣質(zhì)量。綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)智能技術(shù)作為可能對提高建筑性能產(chǎn)生重大積極影響的功能?？稍偕茉丛诮ㄖ镏械恼弦驳玫搅藦?qiáng)調(diào)；然而，可再生能源系統(tǒng)的有效管理至關(guān)重要，這可以通過部署智能建筑系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。從本質(zhì)上講，智能建筑系統(tǒng)可以有效地幫助綠色建筑減少其對環(huán)境和碳足跡的影響。一些實(shí)際案例表明，將智能解決方案集成到建筑物中可以從各個(gè)角度有效地協(xié)助可持續(xù)發(fā)展。

8. 安全和隱私

隨著智能建筑系統(tǒng)的普及，一系列新的安全和隱私挑戰(zhàn)也隨之而來。這些系統(tǒng)收集、分析和存儲有關(guān)建筑物居住者及其習(xí)慣的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能是敏感信息。因此，隨著網(wǎng)絡(luò)安全威脅變得越來越普遍，在智能建筑內(nèi)維護(hù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議至關(guān)重要。盡管人們一直在努力制定標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，但許多智能建筑仍然缺乏足夠的安全措施。此類系統(tǒng)特別容易受到攻擊，因?yàn)樗鼈兺ǔＳ傻谌焦?yīng)商和服務(wù)提供商創(chuàng)建和管理，使其面臨風(fēng)險(xiǎn)。在系統(tǒng)集成和共享信息時(shí)，過度依賴聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字系統(tǒng)可能會帶來不必要的漏洞。因此，有必要制定全面的安全框架。

智能建筑隱私方面的法律和道德考慮也基本上沒有得到審查。當(dāng)前智能建筑系統(tǒng)中普遍存在的隱私問題源于在公共場所激活該技術(shù)。雖然這些設(shè)備可以大大提高建筑運(yùn)營的效率，但隱私保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和監(jiān)控很容易被忽視。隨之而來的是許多問題：個(gè)人可以選擇不參與數(shù)據(jù)收集嗎？誰有權(quán)訪問數(shù)據(jù)，他們可以用這些數(shù)據(jù)做什么？如果一個(gè)人離開某個(gè)空間，收集到的數(shù)據(jù)會怎樣？有哪些協(xié)議可以保護(hù)數(shù)據(jù)？許多智能建筑系統(tǒng)缺乏足夠的措施來解決這些問題。

當(dāng)前的技術(shù)要求敏感數(shù)據(jù)和不斷收集數(shù)據(jù)的能力，即使在公共場所也是如此。將某些數(shù)據(jù)定為專有數(shù)據(jù)可以構(gòu)成智能建筑系統(tǒng)，但這只能部分解決問題。加密、訪問控制以及對設(shè)備和系統(tǒng)的持續(xù)監(jiān)控可以大大增強(qiáng)安全性。許多案例研究都證明了不同類型的建筑（從單一結(jié)構(gòu)到整個(gè)園區(qū)環(huán)境）中安全措施的成功實(shí)施。各種建筑系統(tǒng)的協(xié)調(diào)對于實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)營至關(guān)重要。然而，必須更加重視確保協(xié)作系統(tǒng)內(nèi)的安全性。最終，平衡運(yùn)營效率和安全性對于智能建筑的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

8.1 智能建筑中的網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)安全是指用于保護(hù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的機(jī)密性、完整性和可用性（包括它們處理的數(shù)據(jù)）的技術(shù)和流程。智能建筑是一組互連的傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)，用于執(zhí)行暖通空調(diào)和安全等建筑功能。建筑系統(tǒng)最初是封閉的網(wǎng)絡(luò)，未連接到互聯(lián)網(wǎng)，直到節(jié)能和遠(yuǎn)程訪問的需求將其轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放的 IP 網(wǎng)絡(luò)。

智能互連系統(tǒng)帶來了獨(dú)特的風(fēng)險(xiǎn)。如果發(fā)現(xiàn)漏洞，它可能會被用來攻擊整棟建筑，因篡改警報(bào)、門或防火裝置而危及生命。有了對網(wǎng)絡(luò)安全的基本了解，智能建筑利益相關(guān)者將能夠更好地討論和挑戰(zhàn)系統(tǒng)集成商、技術(shù)人員和第三方供應(yīng)商，以確保對智能系統(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)安全是組織、管理層以及在建筑物內(nèi)或與建筑物一起工作的每個(gè)人的共同責(zé)任。

然而，管理層對網(wǎng)絡(luò)安全決策和預(yù)算的影響最大。智能建筑需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全方法，一些策略包括員工培訓(xùn)、保持系統(tǒng)和軟件的更新、繪制建筑系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)圖以及保存設(shè)備和軟件的清單。最重要的措施是制定事件響應(yīng)計(jì)劃，以評估損害并恢復(fù)功能。最終，由各個(gè)組織決定如何保護(hù)其系統(tǒng)。安全始于意識；如果所有利益相關(guān)者都具有安全意識，則可以主動保護(hù)系統(tǒng)。智能建筑是未來，但如果沒有適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，未來就會有陰暗的一面。

9. 用戶體驗(yàn)和居住者舒適度

在智能環(huán)境時(shí)代，用戶體驗(yàn)必須成為首要關(guān)注點(diǎn)。智能建筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足用戶的需求和偏好，并且必須考慮到他們對技術(shù)使用的期望和擔(dān)憂。即使對于易于使用的系統(tǒng)，也可以實(shí)施多種個(gè)性化策略。例如，可以為居住者提供可定制的設(shè)置，以根據(jù)他們的偏好調(diào)整照明或溫度控制?；蛘?，系統(tǒng)可以通過觀察用戶并根據(jù)他們的習(xí)慣建議操作來學(xué)習(xí)自動調(diào)整這些參數(shù)，從而使個(gè)性化工作對系統(tǒng)的最終用戶透明。

收集的用戶數(shù)據(jù)可以幫助設(shè)計(jì)師了解他們的行為以及這與滿意度的關(guān)系，從而使他們能夠隨著時(shí)間的推移構(gòu)建更好的系統(tǒng)。此外，數(shù)據(jù)分析可以提供有關(guān)智能技術(shù)如何影響生產(chǎn)力和整體居住者福祉的信息。以人為本的設(shè)計(jì)原則應(yīng)指導(dǎo)針對建筑環(huán)境的系統(tǒng)開發(fā)，避免僅關(guān)注能源效率的解決方案。

個(gè)性化和自適應(yīng)環(huán)境是增強(qiáng)智能建筑內(nèi)居住者體驗(yàn)的關(guān)鍵概念。個(gè)性化的定義是根據(jù)個(gè)人喜好定制環(huán)境，對于最大限度地提高滿意度至關(guān)重要。雖然絕對的舒適是無法實(shí)現(xiàn)的，但建筑系統(tǒng)可以通過主動調(diào)整來提高滿意度。相比之下，適應(yīng)性側(cè)重于響應(yīng)波動條件的環(huán)境變化，采用檢測和適應(yīng)用戶變化的技術(shù)。個(gè)性化工作可以針對靜態(tài)元素，例如建筑特征或嵌入式技術(shù)，以及設(shè)備和可穿戴設(shè)備等移動組件。

自適應(yīng)技術(shù)可以檢測不斷變化的條件并自動調(diào)整環(huán)境或促進(jìn)用戶改變。許多智能系統(tǒng)會根據(jù)用戶行為調(diào)整環(huán)境設(shè)置，包括照明、溫度和空氣質(zhì)量。此類系統(tǒng)可以是全自動的，不需要用戶輸入，也可以是半自動的，依靠用戶反饋來增強(qiáng)調(diào)整。反饋對于系統(tǒng)開發(fā)自適應(yīng)能力至關(guān)重要，包括顯式和隱式輸入渠道，教育用戶如何控制，以及觀察行為以推斷偏好。必須記住，用戶也可能忽略或無視反饋渠道。作為一種有前途的發(fā)展途徑，數(shù)據(jù)分析可以處理來自建筑系統(tǒng)的緩存數(shù)據(jù)，以改進(jìn)個(gè)性化策略。

然而，收集個(gè)人數(shù)據(jù)帶來了與用戶隱私和數(shù)據(jù)安全相關(guān)的挑戰(zhàn)。智能系統(tǒng)可能默認(rèn)采用公共數(shù)據(jù)所有權(quán)模型，其中個(gè)人信息被集中和重新表述，從而加劇了隱私問題。盡量減少數(shù)據(jù)收集并為居住者實(shí)施阻礙性審計(jì)跟蹤可以緩解擔(dān)憂。盡管如此，創(chuàng)建自適應(yīng)環(huán)境對于增強(qiáng)個(gè)人空間中的居住者至關(guān)重要。

10. 挑戰(zhàn)和未來方向

隨著智能建筑系統(tǒng)變得更加可行，現(xiàn)有建筑技術(shù)得到改造，仍有許多障礙需要解決。首先，存在實(shí)施可行性方面的擔(dān)憂。大多數(shù)建筑已經(jīng)采用了現(xiàn)有的建筑技術(shù)，因此必須確定如何將新興技術(shù)集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。此外，必須遵守最新的建筑規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，這意味著任何新的自動化系統(tǒng)都必須履行額外的義務(wù)。即使有自動化系統(tǒng)，實(shí)施的初始成本也可能非常高，都要考慮投資回報(bào)率 (ROI)。

其次，隨著新技術(shù)的快速發(fā)展和采用，既定的設(shè)計(jì)和操作實(shí)踐變得過時(shí)。目前，建筑物的設(shè)計(jì)假設(shè)系統(tǒng)是獨(dú)立的，隨著系統(tǒng)越來越依賴新興技術(shù)或自動化設(shè)計(jì)決策，這種假設(shè)無法維持。此外，隨著系統(tǒng)變得更加自動化，操作員將需要學(xué)習(xí)有關(guān)監(jiān)督系統(tǒng)的新技能，而不是單獨(dú)調(diào)整組件。

盡管智能建筑系統(tǒng)的前景已得到廣泛認(rèn)可，但智能建筑系統(tǒng)的大規(guī)模普及仍面臨許多障礙。在保證系統(tǒng)如何有效通信之前，準(zhǔn)確定義智能建筑系統(tǒng)的功能將非常困難。智能系統(tǒng)的發(fā)展取決于眾多不同利益相關(guān)者的協(xié)調(diào)努力，每個(gè)利益相關(guān)者都有不同的影響和目標(biāo)。盡管公眾對更智能建筑的壓力將繼續(xù)增加，但如果沒有各方的協(xié)調(diào)努力，當(dāng)前植入的系統(tǒng)可能會繼續(xù)停留在單純的反應(yīng)性技術(shù)階段。

標(biāo)準(zhǔn)化和互操作性是保證智能建筑系統(tǒng)能夠有效相互通信的必要條件。因此，研究和開發(fā)必須首先考慮當(dāng)前可用系統(tǒng)之間互操作性的障礙以及如何定義有效的智能建筑系統(tǒng)。然而，隨著建筑系統(tǒng)越來越依賴人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，預(yù)計(jì)這些障礙將變得更容易克服，新的道路將會出現(xiàn)。最終，一個(gè)有效的智能系統(tǒng)將采用影響建筑設(shè)計(jì)和性能各個(gè)方面的眾多智能技術(shù)。

10.1 互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化

互操作性是智能建筑系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵概念，它涉及不同系統(tǒng)協(xié)同工作的能力。這涉及定義信息應(yīng)如何在各個(gè)系統(tǒng)之間表示和交換。相比之下，標(biāo)準(zhǔn)化是指建立共同標(biāo)準(zhǔn)，無論是通過市場共識在法律上，還是由行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者事實(shí)上強(qiáng)加。對于智能建筑系統(tǒng)，行業(yè)共識是互操作性應(yīng)基于開放和公共標(biāo)準(zhǔn)，避免可能阻礙競爭和限制用戶選擇的專有方法。

隨著供應(yīng)商采用智能建筑技術(shù)，系統(tǒng)和設(shè)備的激增提出了一個(gè)關(guān)鍵問題，即不同系統(tǒng)如何協(xié)同工作，即確?；ゲ僮餍浴２恍业氖?，互操作性并不是默認(rèn)保證的。廣泛采用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為互聯(lián)網(wǎng)提供了無縫的環(huán)境。然而，智能建筑行業(yè)目前受到各種技術(shù)和協(xié)議的困擾，其中許多是專有的，從而阻礙了多供應(yīng)商系統(tǒng)的兼容性和無縫交互。

在智能建筑系統(tǒng)領(lǐng)域，有充分的理由要求在法律上實(shí)行全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，以實(shí)現(xiàn)互操作性；也就是說，如果沒有共同的標(biāo)準(zhǔn)，不同的系統(tǒng)幾乎不可能協(xié)同工作。在智能建筑中，系統(tǒng)需要內(nèi)部通信以及與建筑管理系統(tǒng) (BMS) 通信，并且需要開放協(xié)議來確?？缦到y(tǒng)兼容性。行業(yè)合作是朝著改善當(dāng)前互操作性狀況的正確方向邁出的一步。近十年來，智能建筑中異構(gòu)子系統(tǒng)的互操作性被認(rèn)為是一個(gè)難以解決的問題。提出了一種基于 Web 服務(wù)和事件條件-動作規(guī)則機(jī)制的中間件技術(shù)來解決建筑物中的這一問題，重點(diǎn)是 RTS 和 TB 子系統(tǒng)的互操作性作為概念驗(yàn)證。

11. 總結(jié)

智能建筑系統(tǒng)在解決建筑行業(yè)和城市發(fā)展面臨的眾多當(dāng)代挑戰(zhàn)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過尖端技術(shù)和創(chuàng)新方法，智能系統(tǒng)可以顯著提高能源效率、可持續(xù)性和用戶體驗(yàn)。通過利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能 3D 建模，建筑師可以將技術(shù)無縫集成到創(chuàng)新的建筑設(shè)計(jì)中，同時(shí)解決前面提到的突出問題。盡管智能建筑系統(tǒng)的有效部署可能受到多種因素的阻礙，但不斷發(fā)展它們以充分釋放其潛力仍然至關(guān)重要。因此，需要跨學(xué)科合作和全面研究，以進(jìn)一步探索智能建筑系統(tǒng)的機(jī)會及其對未來挑戰(zhàn)的影響。

本文作者：Omar G. Ahmed

原文：Smart Building Systems: A Confluence of Architecture and Technology