建筑行業智慧建筑技術路線圖研究（建筑）

孫連營，王  理

（中國建筑科學研究院，北京100013）

 [摘要]智能建筑經過二十余年的發展在現代建筑中得到了廣泛應用，效果顯著。隨著以大數據、物聯網、云計算等新一代互聯網技術在建筑行業的不斷探索實踐，“智慧建筑”的概念應運而生。本文將通過技術路線圖的方式研判建筑行業中智慧建筑的發展方向，為智慧建筑的深入研究做些初步嘗試。

[關鍵詞]智慧建筑；物聯網；云計算；大數據；技術路線圖     [中圖分類號]TU18   

0  引言

    隨著信息技術的飛速發展，城市信息化應用水平不斷提升，智慧城市的建設正在逐步向前發展。智慧城市是通過綜合運用現代信息技術，整合數據資源，共享科技成果，加強城市的規劃、建設和運維管理，為城市相關者提供智慧化服務。建筑作為城市的基本元素，建筑的智慧化是智慧城市的重要組成部分。在“互聯網+”的時代背景下，互聯網思維正在悄然影響著各種傳統行業的發展，新一代信息技術與建筑行業的深度融合，使得“智慧建筑”的概念順應時代的發展而產生，并將給建筑行業帶來更好的發展前景。

1  智慧建筑定義與相關技術

    近年來，隨著科技的不斷進步，工業化水平和信息化程度的逐步提高，人與自然應該和諧發展已得到廣泛認同，智能建筑已經滿足不了人們不斷豐富的需求，以物聯網、云計算、大數據等技術為代表的互聯網技術正在推動建筑從智能化走向智慧化，“智慧建筑”順應建筑理念和實踐的發展而產生，它是人、建筑、環境和科學技術融合發展的必然產物。

1.1  智慧建筑的概念

    目前，智慧建筑的研究還處在初級發展階段，無論國際和國內都還沒有明確統一的概念和定義，有些觀點認為智慧建筑就是在當下“智慧地球”和“智慧城市”建設浪潮中對建筑的一種時髦叫法；有些觀點認為智慧建筑就是升級版的智能建筑；還有人認為智慧建筑就是更加節能環保的綠色建筑，這些對智慧建筑的認識側重點不同，對智慧建筑的理解也不盡相同。然而，智慧建筑不是“智慧”一詞對建筑的簡單修飾，它有著豐富的內涵，是建筑技術在新一代信息技術變革影響下，建筑行業適應新時代、滿足新需求的發展趨勢。

    智慧建筑是以建筑、人與環境為對象，集計算機技術、互聯網技術等，提供安全高效、環境舒適、能耗更低的建筑。智慧建筑是安全的，它能實現對建筑及環境的深度感知，能實時對建筑結構進行健康監測，對運行過程中的異常情況進行預警，確保建筑使用安全；智慧建筑是舒適的，它能采集和存儲運行維護中的大量數據，通過現代科學技術對數據進行分

析與挖掘，實現智能分析與控制，提供功能齊全、環境舒適、服務更加智慧化的建筑環境；智慧建筑是節能和環保的，智慧設計、智慧建造和智慧運維貫穿建筑的全生命周期，實現節約能源、降低能耗、減少污染和綠色環保。

1.2  智慧建筑與智能建筑區別

    從20世紀90年代開始，我國的智能建筑逐步發展，至今已有20多年的發展歷程。在國家標準《智能建筑設計標準》中對智能建筑的定義是以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的建筑。智能建筑是建筑技術與現代通信技術、計算機技術、自動控制技術等信息技術相互融合發展而成，它關注的主要是建筑及其附屬設施的智能化，是一種綜合反饋系統，通過對設備的智能監控，對信息資源的有效管理和對使用者的信息服務及其功能與建筑的優化組合，為人們提供一個投資合理又擁有高效、舒適、便利快捷、安全可靠的建筑環境空間。

    與智能建筑不同，智慧建筑是在新一代互聯網技術的廣泛應用基礎上建立起來的一種創新環境下的建筑形態，它具有智能管控的多功能綜合系統，涵蓋結構健康監測、環境管理、能耗分析和服務支持等各個方面，可以實現對建筑及環境中所有事物的廣泛連接、深度感知、智能分析和有效控制。

    智能建筑是反饋系統，智慧建筑是前饋系統。智能建筑是以計算機與自動化技術為依托，智慧建筑是以物聯網、云計算及大數據等互聯網技術為依托的新型建筑生態模式。如果用“人”來比喻建筑的話，傳統建筑是只具有皮膚和骨架的人體，智能建筑是具有幾大生命系統的完整人，而智慧建筑則是與自然和社會環境相結合的社會人。

1.3  智慧建筑的關鍵技術

    建筑技術的發展伴隨著電子技術、計算機技術、通訊技術、自動化技術、互聯網技術的發展而發展，近年來興起的IT新技術，如：物聯網技術、云計算技術、大數據技術、BIM技術以及人工智能技術等，進一步促進了智能建筑向智慧建筑的轉變升級，為智慧建筑的實現和發展提供了技術支撐。

1.3.1  物聯網技術

    物聯網( Internet of Things)是實現物與物之間的智能關聯，是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，可以將各種信息傳感設備，如射頻識別( RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等各種裝置與互聯網結合起來，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象之間實現互聯互通的巨大網絡。

    物聯網的本質是將IT基礎設施融入到物理基礎設施中，并被普遍連接，實現物物相聯，目的是進行實施、動態、智慧的管理和控制，這一本質與智慧建筑的內在智能體現在將各種智能裝置嵌入建筑設施的各種物件上，并賦予其自動運行、自我決策的智能工作模式不謀而合。為了實現對建筑的有效管理，實現建筑的“智慧”思考，首先就需要掌握建筑生態的相關信息，物聯網技術正是智慧建筑能夠實現全面感知、可靠傳送和智能決策的重要技術基礎。

1.3.2  云計算技術

    云計算( Cloud Computing)是一種基于互聯網的新型計算模式，借助這種模式，計算機或者其他設備可以根據需求共享信息和軟硬件資源。云計算中的“云”由數以億計的計算機、移動終端組成，具有相當大的規模，能提供前所未有的計算能力、存儲能力等，并且云計算利用虛擬化技術來實現對物理資源的集中管理，充分利用各種軟件、硬件資源，提高了設備的利用率，降低了系統能耗。

    隨著科技的進步，智慧建筑發展的需要，未來建筑物中會布滿各種傳感器、數據采集設備，這些智能裝置采集的信息量巨大，要想把這些數據資源轉變成有用的價值信息，普通的計算方式根本無法滿足需求，通過云計算技術，可以將感知后的信息放在云端服務器上，利用云計算超強的計算能力，加快數據處理的速度，提升應用服務的水平和質量，滿足用戶的各種需求。

1.3.3  大數據技術

    大數據（Big Data）單從字面來看，它表示數據規模的龐大。國際數據公司( IDC)把大數據定義為：大數據技術描述了新一代的技術和架構體系，通過高速采集、發現或分析，提取各種各樣的大量數據的經濟價值。從這一定義來看，大數據的特點是數據體量巨大、數據類型復雜多樣和生成速度快，而大數據技術的意義不在于掌握龐大的數據信息，而是通過專業化的處理分析和數據挖掘，從中獲得價值信息。

    基于物聯網技術的智慧建筑實時感知著由建筑所發出的各種信號，這些日積月累產生的海量數據是復雜的、多樣的，需要經過存儲、處理、查詢和分析后才能充分用于各類應用，從而提供快捷、高效的服務，而智慧建筑要想成為經驗豐富的“智者”，大數據技術為其可持續化的發展提供了必要的技術保障。

1.3.4   BIM技術

    我國《建筑工程信息模型應用統一標準》指出：BIM是指全壽命期工程項目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數字化表達，而工程項目全壽命期可劃分為策劃與規劃、勘察與設計、施工與監理、運行與維護、改造與拆除五個階段。從定義來看，BIM技術可以貫穿建設的全過程，實現全程的信息化、智能化。

    智慧建筑是建筑全生命周期的智慧化，BIM技術可以幫助智慧建筑實現智慧設計、智慧建造和智慧運維的各個階段。設計階段，BIM技術對建筑物各專業建立三維模型，可以進行各種各樣的建筑性能分析，將建筑更直觀地展示出來；建設階段，BIM技術可以對整個建造過程進行模擬，優化施工方案，進行精細化管理；在運行和維護階段，BIM技術與物聯網，云計算等互聯網技術相結合，可以實現對智慧建筑的結構、環境和能耗等方面的監測與分析，通過可視化的應用將智慧建筑的全要素生動直觀地表達給終端用戶。

1.3.5人工智能技術

    人工智能( Artificial  Intelligence)是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、語言學等多種學科互相滲透發展起來的一門綜合性學科，主要研究運用計算機應用系統來模擬和延伸人類的智能活動。

    智慧建筑是一個被智能管控的生態系統，是集計算機技術、自動化技術和互聯網技術于一身的建筑綜合體。智慧建筑的關鍵在于建筑的智慧化，即具有類似人的感知、記憶與思維的自我學習與進步的能力，智慧建筑具有自己的“大腦”，能夠控制和自動調節建筑物內的各種感知設備，能在建筑遭遇突發情況下，具有分析能力和判斷力，智慧化決策。人工智能技術為智慧建筑實現真正的智慧化提供了重要的技術手段。

2  智慧建筑的行業發展目標

2.1智慧建筑的行業目標

    現代科學技術的進步促進了建筑行業的向前發展，建筑被賦予了新的使命。智慧建筑將不僅僅是一棟建筑，它將是一個智慧化的建筑生態系統。隨著建筑技術的成熟進步和市場的逐漸完善，智慧建筑的發展將朝著智慧化、綠色化、生態化和可持續化的行業目標前進。

    ①智慧化：智慧建筑最終要實現建筑智慧化的目標，讓建筑具備人的思維，具有自我感知、自我判斷、自我分析和自我決策的能力，給建筑本身足夠的自由空間，減少人為干預，讓建筑真正智慧起來。

    ②綠色化：智慧建筑是全生命周期的建筑，從規劃與設計、建造與運維到最終拆除的各個階段都要考慮綠色化的理念，為使用者提供安全可靠、舒適適用、節約能源、減少污染、綠色環保的建筑環境。

    ③生態化：智慧建筑的實質是一個生態系統，無論是建筑外形還是建筑構造，都要符合生態化的標準。智慧建筑要實現適應環境和保護生態的目標，讓建筑、人與環境三者融合發展、和諧共處。

    ④可持續化：智慧建筑可以有效地提高設備功能、降低運行成本、減少資源消耗、保護生態環境，堅持智慧建筑的發展理念，推動行業進步和技術創新，實現智慧建筑的可持續化發展目標。

2.2  智慧建筑的政策需求

    智慧建筑的研究與發展需要政府的大力支持與推動。政府部門應該充分發揮主導和協調作用，做好智慧建筑的統籌規劃和頂層設計，制定相關的政策或條例，指引智慧建筑的發展；圍繞智慧建筑的專業需求、關鍵技術、行業目標等方面制定相應的標準與規范，加強指導和監督，提供技術支持，完善專業人才隊伍的建設，促進智慧建筑及相關產業循環有序的發展；重視智慧建筑發展過程中可能帶來的安全問題和社會問題，及早展開研究論證和立法規劃，

對數據安全、隱私保護、問題追責等方面提供相關的保護機制和法律保障；智慧建筑的發展不是一蹴而就的，是個長期的過程，這就需要政府、研究機構、行業協會和企業等社會各行各界的共同努力才能更好的實現，合作與分享是各方實現共贏的創新環境，更是發展的需要。

3  建筑行業智慧建筑技術路線圖

    技術路線圖作為一種提供分析、戰略規劃的技術工具，能夠聯系技術、產品和市場等相關因素，通過清晰簡潔的方式表達出復雜的過程和大量的內容，從而對某個行業的未來做一個較為準確的分析，為行業發展和科學研禿進程指明方向。

    通過對智慧建筑的關鍵技術、行業目標和政策需求的分析，結合技術路線圖的理論和方法，構建建筑行業的智慧建筑技術路線圖，如圖1所示。其中：橫軸為時間軸，根據時間長短劃分為近期、中期和長期；縱軸為智慧建筑的關鍵技術、行業目標和政策需求的相互關聯。

    BIM技術、物聯網技術、云計算技術、大數據技術和人工智能技術是建筑實現智慧化的關鍵技術，為智慧建筑的發展與研究提供了重要的技術支撐，是智慧建筑追求行業目標的必要手段，各種技術之間相輔相成，既需要發揮各自的技術優勢，又需要相互之間的技術合作。BIM技術可以對智慧建筑生命周期的各個階段進行建筑性能分析、模擬預測，結合大數據的數據挖掘技術探索智慧建筑的前瞻性研究；物聯網技術是智慧建筑實現全面感知的重要技術基礎，實時采集的大量數據為建筑實現智慧化提供了必要的信息資源；云計算的計算能力、存儲能力、交互能力為智慧建筑的數據分析與計算提供了可靠的技術保障，它的高可靠性保證了建筑系統的服務質量；云計算技術與大數據的技術合作可以對采集的各建筑專業數據做出有效的分析和智能的挖掘，為建筑做出智慧化的決策提供可靠的依據；人工智能技術為建筑能夠擁有自己真正的“智慧”提供了有力的技術幫助。

    在智慧建筑的行業目標中，智慧化是它的近期目標，讓建筑具有自我分析、判斷與決策的能力，而智慧化的實現可以加快綠色化和生態化的實現，讓建筑可以高效節約能源、保護生態，更好地實現智慧建筑綠色化與生態化的目標，進而實現智慧建筑的可持續化發展目標，促進建筑行業的健康發展。智慧建筑的實現離不開政府的參與，政策的制定、方向的指引、標準的執行、規范的市場和有效的運行機制等因素是實現智慧建筑行業發展目標的有力保障，

創造一個良好的發展環境，對智慧建筑的發展至關重要。

4  結語

    智慧建筑是現代信息技術與建筑廣泛、深度融合而建立起來的建筑生態系統，能為使用者提供智慧化的服務，促進入、建筑與環境三者的協調發展。智慧建筑將是建筑領域未來的發展趨勢，具有廣闊的發展空間，不僅能促進建筑技術創新和行業進步，還會創造良好的社會效益和經濟效益。智慧建筑技術路線圖的研究為智慧建筑的實現理順了思路，為建筑行業的發展指明了方向，為決策者制定決策提供了有用的參考價值。智慧建筑的研究與發展是一

項系統性和持久性的工作，在建設過程中必將遇到新的問題和挑戰，需要有針對性地加快關鍵技術創新與推廣應用，制定配套政策，營造開放共贏的發展環境，讓建筑擁有真正的智慧。