智能系统在建筑中的应用研究：浅谈智能建筑的发展及应用

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摘要：介绍智能系统和智能建筑的概念，举例说明智能建筑在三个方面的应用，并展望智能建筑的作用和应用。期望能为从事相关领域的工程师提供一定的工程应用价值。

关键词：智能系统 智能建筑

一、智能系统的简介

智能系统（Intelligence system）是指能产生人类智能行为的计算机系统。智能系统不仅可自组织性与自适应性地在传统的诺依曼的计算机上运行，而且也可自组织性与自适应性地在新一代的非诺依曼结构的计算机上运行。“智能”的含义很广，其本质有待进一步探索，因而，对“智能”这一词也难于给出一个完整确切的定义，但一般可作这样的表述：智能是人类大脑的较高级活动的体现，它至少应具备自动地获取和应用知识的能力、思维与推理的能力、问题求解的能力和自动学习的能力。

二、智能建筑的简介

智能系统在房屋建筑中的应用研究表现在智能建筑。智能建筑由建筑物本体加智能化系统构成。智能建筑是指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。智能建筑是集现代科学技术之大成的产物。其技术基础主要由现代建筑技术、现代电脑技术现代通讯技术和现代控制技术所组成[1]。

建筑智能化工程又称弱电系统工程，主要指通讯自动化（CA）、楼宇自动化（BA）、办公自动化（OA）、消防自动化（FA）和保安自动化（SA），简称5A。其中包括的系统有：计算机管理系统工程，楼宇设备自控系统工程，通讯系统工程，保安监控及防盗报警系统工程，卫星及共用电视系统工程，车库管理系统工程，综合布线系统工程，计算机网络系统工程，广播系统工程，会议系统工程，视频点播系统工程，智能化小区物业管理系统工程，可视会议系统工程，大屏幕显示系统工程，智能灯光、音响控制系统工程，火灾报警系统工程，计算机机房工程，一卡通系统工程。

智能建筑与传统建筑的主要区别在于“智能化”。智能建筑除了具备传统建筑的全部特征和功能外，还具备一定程度的“人工智能”特征和功能，例如：感知环境和使用功能变化的能力；高效传递、精准处理感知信号或信息的能力；对建筑设备与建筑环境信息进行综合分析和判断的能力；做出决策、发出指令、执行相应操作、完成相应动作的能力。

三、智能建筑的产生

现在公认世界上第一幢智能大楼是1984年出现在美国康州首府哈特福德市的城市广场，这是一栋38层的办公建筑，原来就有比较好的建筑设备系统，例如，较早地应用了数字程控交换机、办公自动化机器的集中使用、设置计算中心、消防、安保的自动监控等。在美国以后，日本很快跟上来，但走的是另外一条路。日本在1986年建造的东京本田青山大厦和NTT品川大厦等大体上都是大公司建造的自用办公大楼。因此，对其设备自动化，通讯网络的建设等就更有针对性。由于目的明确，所以在大楼建设中同时将其内部的办公网络（0A）系统以及相应的应用系统一起建设起来。在这个基础上形成了我们后来所说的智能建筑的“3A"体系。

人们对建筑的关心往往是它的外在表现，而忽视其内在的许多因素。但智能建筑的出现改变了这一观念。如果说钢铁、混凝土等建筑材料使建筑的外观发生了变化，那么智能建筑就是从本质上改变着建筑在人们心中的概念。建筑不再单单是一个用来遮风避雨的壳体，而是成为能够参与人类办公、生产、生活活动的具有“生命”特性的实体。如果用人体作一个形象的比喻，那么传统建筑只是具备了外在的骨骼和肌肉，而智能建筑则是在此基础上加上聪明的“头脑”和灵敏的“神经系统”的完整的“人”。以下是智能建筑与人的类比：

表1 智能建筑与人的类比

四、智能建筑在我国发展状况

据《2013-2017年中国智能建筑行业发展前景与投资战略规划分析报告》数据显示，我国智能建筑行业市场在2005年首次突破200亿元之后，也以每年20%以上的增长态势发展，2012年市场规模达到861亿元。

五、智能建筑应用实例

在2006年修订的国家《智能建筑设计标准》中，根据行业和应用领域的不同，把

智能建筑分为办公、商业、文化、媒体、体育、医院、学校、交通、住宅和通用工业建筑等10大类。建筑智能化体现在建筑以下几个方面：

1、地基压实智能化例子

智能压实过程控制系统是在压实过程中，对压实过程进行智能化的系统管理。

智能压实过程控制系统包括GPS基准站组件和振动压路机安装组件。系统运行时，架设在控制点上的GPS基准站实时向压路机上的GPS接收机发送差分信号，安装在振动压路机顶部的GPS接收机和无线电接收器接收该信号并实时进行厘米级定位；装在压路机振动轮上的压实传感器实时将压实数据传输给安装在驾驶室里的显示控制器，使操作员能够实时了解当前压路机的三维位置、压实度（CMV）和碾压遍数等信息。

中铁五局承建的兰新铁路甘青段12标位于甘肃省酒泉市肃州区境内，正线长度76.94km，工程主要包括路基、桥梁，其中路基占66%，是整个建设工程中至关重要的施工环节。为确保工程质量，促进施工进度，实现高铁路基机械化、信息化建设，项目部通过麦斯泰格（北京）工程技术发展有限公司引入美国天宝公司智能压实过程控制系统，用于指导路基填筑施工。成功地实现了实时图形和数据信息显示，防止在工作区域内出现过压、漏压；并且，实时显示了碾压区域、碾压次数、碾压厚度图形和压实度（CMV）值；能现场打印压实工作报告，便于现场分析和处理数据，方便找出碾压的薄弱区域，有针对性地进行常规检测[2]。

2、工程虚拟智能化例子

在工程中应用虚拟技术对施工过程进行模拟，在施工前了解各种构件在实际结构中的相对位置及相互关系，及可能存在的工况条件，分析相应工况应力、变形、动力特性及其失效特征，对施工方案进行优化，提出符合现场条件的施工工艺方法，实现风险控制和保证工程质量的目的。

在香港迪斯尼乐园工程中，在太空山施工阶段，由于在太空山屋面钢结构安装前，中心部位必须要搭建临时钢支撑进行空间作业，但高速过山车轨道系统已经完成安装，使支撑的下部难于找出几个与过山车轨道系统不相撞的位置进行临时支撑的详细设计与施工。所以该项目运用了虚拟技术原理，利用计算机3D动画辅助方法，先是将有关路轨的三维坐标输入到计算机中，然后再加上相关路轨和其他设施的实际钢材及构件的尺寸，在电子模型上建立实物大小之三维立体电子模型，经过多次不断假设支撑位置，作三维分析和虚拟施工，在电子模型中终于找出了四个合适的支柱位，即这四个不会与已安装好的过山车轨道相碰。在找到支柱位置后，再次输入计算机有关支柱的真实尺寸再进行精确定位分析，以确定临时支撑的位置，然后根据此结果进行临时支撑的详尽计算与设计，从而达到理想结果。

在建筑工程工程施工中采用虚拟仿真技术，能够有效的预知施工过程质量、安全控制的关键点，及时发现薄弱环节，并予以纠正，从而相对降低了对操作人员的技能要求，并可实现临时施工结构适宜操作的良好装配特性。

3、建筑设备智能化例子

随着现代人生活水平的提高和环境意识的增强，人们对生活质量的要求越来越高，在满足使用要求的同时，对美观和舒适度的需求逐步增大，对现代建筑设备智能化系统的要求也逐步提高，现代建筑设备智能化系统是建筑设备工程的重要组成部分，也是影响建筑物使用质量的重要因素，其智能化功能的好坏将直接影响到建筑物的正常使用，给生活与工作带来了很大的麻烦，因此必须严格完善现代建筑设备智能化系统这一关。建筑设备智能化主要表现在：家庭监控系统、远程监控系统、消防报警系统和楼宇自控系统。

位于广州市滨江东路的华标品峰楼盘，无可复制的250-560平米宽广豪宅，构筑纯大户型豪宅领地。独特的波浪型板式结构，三梯两户，户户南北对流；45°面江尽享珠江的波澜壮阔，远眺白云山，近观二沙岛，晚上更可收纳珠江两岸的璀璨灯火。每套房间内全采用全球领先的智能家居，灯光、窗帘、热水、空调、地热等等均可通过电话或PC远距离调控，随时随地指挥生活；电子眼、智能红外防盗、玻璃破碎报警、智能门禁管理等高技术、立体化、多层次的监控联网，全方位保障业主居住安全；智能家居的自动检测系统时刻对煤气、用电、消防等进行检测，并与控制中心联网，自动报警，第一时间预约维修，彻底摒除安全隐患。睿智的绿色中央空调系统，时刻提供新鲜健康的空气，并自动回收利用运行产生的热冷能；直供水系统、顶级不锈钢水管、智能换风系统等精挑细选，守护业主健康；先进的声学隔声震板，楼板与面层之间铺贴隔声毡隔音层，隔音防震，满足完全私密的享受空间。

六、智能建筑的展望

智能建筑是现代高新技术的综合产物。智能建筑的目标，是为人们提供安全、舒适的环境，提供快捷的服务，建立先进与科学的综合管理机制，达到环保和节能以及降低人工成本的目的。目前，中国大力发展房地产，智能系统在房屋中的应用已成为发展商大力鼓吹的卖点，但同时我们应该看到，有些设备已落后，有些材料不环保，有些技术并不新鲜，我们应该大力寻找新材料，开发新技术，发明新工艺，降低生产成本，把真正给人们带来方便的“智能”嵌入普通的房屋中，让家家户户住得起房屋，享受得起“智能建筑”。

参考文献：

[1] 王新泉.建筑概论[M].机械工业出版社，2008，8

[2] 王金宝，张平，黄增刚.智能压实过程控制系统在铁路路基压实中的应用[J].工程

机械与维修，2011，5

（注：本文属于仲恺农业工程学院学生创新基金项目，项目编号为201305；指导老师徐兆娟。）

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