人工智能優(yōu)化技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究

李露

LI Lu

（湖南核工業(yè)建設(shè)有限公司/長沙理工大學(xué)交通學(xué)院）

(Hunan Nuclear Industry Construction Co.,Ltd./School of Transportation,Changsha University of Science and Technology)

1　引言

人工智能技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)中期產(chǎn)生并迅速發(fā)展的邊緣類學(xué)科，它在人的智能化思維探究和思維模擬方面擁有重大探究意義。人工智能技術(shù)可以在無生命的機(jī)械設(shè)備或者信息設(shè)備上模擬人類情感和思維方式，使其沿著更貼近人類需要的方向發(fā)展，提供人性化服務(wù)。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，建筑行業(yè)在現(xiàn)代科技的支持下不斷革新，打破了傳統(tǒng)的建筑模式，現(xiàn)代建筑技術(shù)也向著智能化和科學(xué)化發(fā)展，基于電腦控制和擬人化智能化服務(wù)的智能建筑應(yīng)運(yùn)而生，成為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域未來所要著重研究探尋的方向之一，也是未來建筑發(fā)展的主要趨勢。

2　現(xiàn)階段人工智能在智能建筑發(fā)中的整體應(yīng)用

人工智能技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對人腦模擬的具體形式所表現(xiàn)出來的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。其高速發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著直接的關(guān)系。人工智能不是單純的服務(wù)性系統(tǒng)，其內(nèi)部包含著大量不同原理的相關(guān)子模塊如：問題智能解析、專家系統(tǒng)、語言語音理解、模式識別、自動(dòng)理論、智能機(jī)器人、智能決策、模糊控制等，這些模塊共同構(gòu)建出整套的人工智能服務(wù)模式[1]。

建筑是現(xiàn)代社會(huì)人們生存離不開的設(shè)施。如果將現(xiàn)代先進(jìn)的人工智能系統(tǒng)，應(yīng)用于建筑工程，使人們的日常生活可以享受到智能系統(tǒng)帶來的人性化、科學(xué)性服務(wù)，那將是對人類生活質(zhì)量極大的提升。我國人工智能技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用時(shí)間較短，到現(xiàn)在為止僅有十多年的時(shí)間，但是我國智能領(lǐng)域發(fā)展卻十分迅速，在現(xiàn)代建筑中已經(jīng)加入了許多智能化因素如：智能化辦公系統(tǒng)、通訊自動(dòng)化系統(tǒng)及樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)等。隨著智能建筑的不斷發(fā)展，現(xiàn)代居民對人性化服務(wù)提出更高要求，所以智能建筑也必須做出相應(yīng)升級如：多種控制系統(tǒng)升級、通訊手段自動(dòng)化、科學(xué)服務(wù)需求質(zhì)量提升，這也導(dǎo)致了現(xiàn)代智能化建筑發(fā)展陷入緩慢發(fā)展階段。將人工智能技術(shù)合理應(yīng)用在智能建筑中，這也是當(dāng)前人工智能和智能建筑相結(jié)合的主流趨勢[2]。

3　智能建筑發(fā)展問題探尋

經(jīng)過十幾年的迅猛發(fā)展，我國現(xiàn)代智能建筑建設(shè)己經(jīng)由初步融入簡單的人工智能技術(shù)，形成相應(yīng)的人工智能自動(dòng)化系統(tǒng)如：樓宇設(shè)各自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)、辦公自動(dòng)化(OAS)系統(tǒng)等。現(xiàn)代人類生活需求的不斷升級，簡單的人工智能系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人民的日常需要，而現(xiàn)階段我國人工智能優(yōu)化技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用還很稚嫩，依舊面臨許多重要的問題和困境。

3.1　智能應(yīng)用單一

現(xiàn)代建筑企業(yè)和施工單位沒有人工智能技術(shù)整體性概念，缺乏對人工智能優(yōu)化技術(shù)各個(gè)優(yōu)化子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)用。在建筑施工時(shí)，把某一單一子系統(tǒng)或服務(wù)功能嵌入建筑內(nèi)部，就號稱是智能建筑，缺乏系統(tǒng)整體性，也達(dá)不到住戶或建筑使用人員的心理預(yù)期。相關(guān)施工單位必須整體把控人工智能優(yōu)化的優(yōu)勢，將這些便利整體應(yīng)用于智能建筑中，而不是徒有其表。

3.2　智能系統(tǒng)過于簡單

目前智能建筑還存有許多技術(shù)泡沫，很多技術(shù)應(yīng)用還處于初級階段，不少人工智能技術(shù)控制系統(tǒng)，僅僅只能算是一種具備數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算的輔助性控制系統(tǒng)，無法做到真正擬人化的思維邏輯學(xué)習(xí)和判斷，一旦工作環(huán)境或外界因素影響過大或者超出邏輯運(yùn)算范圍，系統(tǒng)就會(huì)處于盲目運(yùn)算的狀態(tài)，輕則失靈重則導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，只能重新錄入?yún)?shù)才能恢復(fù)運(yùn)作，此外還有系統(tǒng)維護(hù)困難、檢修不便、操作繁瑣等負(fù)面效果，應(yīng)用技術(shù)單一、遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人工智能要求。

3.3　各智能子系統(tǒng)各自獨(dú)立缺乏協(xié)調(diào)運(yùn)作能力

現(xiàn)代我國人工智能技術(shù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部主控制系統(tǒng)與各子控制系統(tǒng)大多應(yīng)用獨(dú)立運(yùn)行控制方法，每個(gè)系統(tǒng)各有數(shù)據(jù)庫和端口傳輸資料庫，受現(xiàn)階段我國人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)影響，主系統(tǒng)和各子系統(tǒng)只能獨(dú)立運(yùn)行、相互脫節(jié)，智能建筑整體智能化服務(wù)質(zhì)量較低。建筑內(nèi)部硬件無法相互控制、缺乏通信接口，所以就目前來看，我國人工智能系統(tǒng)依舊需要智能技術(shù)創(chuàng)新，將“各自為戰(zhàn)”的子系統(tǒng)合理性集成。優(yōu)化服務(wù)性子系統(tǒng)，提高系統(tǒng)服務(wù)效率及系統(tǒng)容錯(cuò)性和穩(wěn)定性，提升智能水平，從半人工化智能系統(tǒng)向全智能方向過渡，建造出真正的智能化建筑。

4　人工智能優(yōu)化技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用分析

智能化建筑，已經(jīng)成為未來建筑業(yè)發(fā)展的主流趨勢，如何將人工智能技術(shù)真正合理應(yīng)用于現(xiàn)代智能建筑，是我國建筑業(yè)的一大難點(diǎn)。經(jīng)過長時(shí)間的摸索探究，我國現(xiàn)代智能建筑已經(jīng)成功將人工智能技術(shù)中的專家控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能決策系統(tǒng)應(yīng)用于智能建筑的建設(shè)中。

4.1　專家控制系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)中的專家控制系統(tǒng)，其運(yùn)行核心就是建立專家信息數(shù)據(jù)資料庫。系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)資料庫的資料比對，模擬實(shí)際情況，對整體系統(tǒng)加以控制。其他各控制系統(tǒng)的系統(tǒng)原理構(gòu)造和運(yùn)行都是基于專家控制系統(tǒng)和信息資料庫的內(nèi)部數(shù)據(jù)知識實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的。這種利用電子計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)模擬的人工智能技術(shù)等同于通過某領(lǐng)域的專家或者說完全復(fù)制專家知識經(jīng)驗(yàn)對系統(tǒng)狀況進(jìn)行處理。通過數(shù)據(jù)庫的建立，將各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)性知識應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ睿M多位各領(lǐng)域?qū)＜覍τ龅降膯栴}進(jìn)行深入探究，提出合理化建議，有利于解決用戶真實(shí)問題，對智能建筑的建設(shè)和發(fā)展具有重要意義，其整體工作流程如圖1所示。

通過系統(tǒng)輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、知識表達(dá)技術(shù)建立知識模型和信息資料庫，將現(xiàn)實(shí)情況和資料庫數(shù)據(jù)對比，產(chǎn)生模擬化場景，最終得到解決方案。中央調(diào)節(jié)器的運(yùn)用可以為后續(xù)系統(tǒng)聯(lián)系和集成化應(yīng)用提供可能，也是專家控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)操控各軟件核心部件。通過中央調(diào)節(jié)器和資料庫的建立，可以對智能建筑系統(tǒng)進(jìn)行最佳的控制方案。例如對樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)的合理調(diào)配和運(yùn)行等等。

專家控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最大的不同就是不單單依靠傳統(tǒng)數(shù)學(xué)邏輯而是靠數(shù)據(jù)模擬和數(shù)學(xué)邏輯、知識控制和信息處理技術(shù)相結(jié)合的方式，進(jìn)行的綜合性系統(tǒng)控制。

4.2　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用分析

圖1　專家控制系統(tǒng)工作流程圖

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也是當(dāng)前智能建筑應(yīng)用的核心技術(shù)之一，對智能建筑系統(tǒng)功能優(yōu)化、安全技術(shù)優(yōu)化、日常生活自動(dòng)化方面有著決定性作用，其自身帶有的語音識別功能、模式識別功能、資源合理計(jì)算、信息處理功能、復(fù)雜控制系統(tǒng)、圖像識別功能等都在現(xiàn)代智能建筑領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

隨著現(xiàn)代人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能建筑功能不斷優(yōu)化升級，系統(tǒng)設(shè)備資源占用量不斷加劇，整體結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。基于此，現(xiàn)代智能建筑的管理系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的處理問題能力和多角度問題監(jiān)控能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自主學(xué)習(xí)和自主檢測功能，加強(qiáng)了對突發(fā)性事件和復(fù)雜事件的自主智能化掌控力，在控制方面可以提供監(jiān)督和非監(jiān)督性訓(xùn)練，前者包括訓(xùn)練輸出神經(jīng)元加權(quán)系數(shù)調(diào)節(jié)、后者提供自動(dòng)組織功能，從而對智能建筑的復(fù)雜控制提供可能。另一方面，從原理上說，智能建筑的控制需要依靠建筑仿真模型的模擬分析，這就需要相應(yīng)的控制系統(tǒng)具備靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)特性。傳統(tǒng)智能控制系統(tǒng)不能根據(jù)仿真模型進(jìn)行程序線運(yùn)行，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)可以采取動(dòng)態(tài)模擬的方式建立仿真模型，降低模型復(fù)雜性，提高運(yùn)算律和控制率。詳情如圖2所示。

4.3　智能決策系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)運(yùn)算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的建立和基于數(shù)據(jù)庫的智能化控制已經(jīng)可以對智能建筑的智能化服務(wù)提供相應(yīng)技術(shù)支持。特別是現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫分層技術(shù)的完善，使智能決策系統(tǒng)可以真實(shí)做到數(shù)據(jù)庫運(yùn)營，從而讓現(xiàn)代智能建筑真正實(shí)現(xiàn)智能化服務(wù)。

圖2　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)管理圖

圖3　智能決策系統(tǒng)火災(zāi)分析圖

智能決策支持系統(tǒng)，是近幾年來興起的將計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和管理科學(xué)有機(jī)結(jié)合的做到統(tǒng)一調(diào)配，協(xié)同管理的一種新的管理信息技術(shù)。它是以管理科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、控制論行為科學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)為手段，而對半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策問題幫助中、高層決策者進(jìn)行決策活動(dòng)，為決策者提供決策所需要的數(shù)據(jù)、信息和資料，幫助決策者明確決策目標(biāo)和對問題的認(rèn)識，建立和修改決策模型，提供各種各選力案，并對各種力案進(jìn)行優(yōu)化、分析、比較和判斷，幫助決策者提高決策能力、決策水平、決策質(zhì)量和決策效益，以取得最大經(jīng)濟(jì)效益和利會(huì)效益。現(xiàn)代智能建筑內(nèi)的系統(tǒng)集成只要是為了滿足建筑內(nèi)部服務(wù)自動(dòng)化需要而建立的，是從傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代化管理發(fā)展的技術(shù)手段。通過對內(nèi)部集成模塊采取統(tǒng)一的硬件軟件模塊管理，可以降低內(nèi)部決策系統(tǒng)的模塊復(fù)雜率，方便相關(guān)人員的掌握和維修，對于使用者，也是一項(xiàng)便利。這是傳統(tǒng)服務(wù)性系統(tǒng)都無法做到的。以建筑火災(zāi)報(bào)警器為例如圖3所示。

5　結(jié)束語

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)也在趨于完善。在智能建筑的建設(shè)中，為了滿足現(xiàn)代人類活動(dòng)需求，人工智能技術(shù)在智能建筑上的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。無論是文中提及的專家控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、以及未來的新興智能子系統(tǒng)，各系統(tǒng)的集成化管理也會(huì)越來越完善，不斷滿足人們生活工作的需求，提升人類生活品質(zhì)。

[1]車月來. 人工智能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究[J]. 城市建設(shè)理論研究:電子版, 2015(3):228-228.

[2]楊全海. 人工智能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究[J]. 數(shù)字化用戶, 2017,23(29).2-2.