基于城市數字底座的智慧建筑操作系統探析

劉 翀[華建數創（上海）科技有限公司， 上海 200070]

1 智慧建筑的發展歷程

黨的十九大報告明確提出了數字中國、智慧社會概念，作為數字中國戰略落地實施的重要載體，智慧建筑行業正步入迅速發展的新時代。智慧建筑市場未來前景巨大，國內外針對智能建筑、智慧建筑的定義和做法不盡相同。本文針對智慧建筑行業的發展歷程進行了簡單梳理。

1.1 傳統建筑

20 世紀 80 年代引入智能建筑概之前，國內建筑市場普遍存在的是以舊基建時代特點為代表的傳統建筑。傳統建筑自動化程度低，管理基本依靠人工。如照明，燈光只能手動操作開關。傳統建筑中，信息不能互通，如電費、水費、燃氣費等計算還需人工抄表。傳統建筑的光纖入戶、三網融合等功能亦需要大量改造升級工作。當前，全國范圍內對智能建筑的認識還不夠全面深入。一些所謂的智能建筑，其功能融合度上存在欠缺，喪失了智能建筑的根本要義，本質上仍未擺脫傳統建筑的束縛。

1.2 智能建筑

智能建筑是為適應現代信息社會對建筑物功能、環境和高效管理要求，由傳統建筑的基礎上發展而來。有關智能建筑的構成及特征說法眾多，普遍認為智能建筑應具有環境感知、信息傳遞及處理、系統集成信息分析判斷及系統操控響應等能力。此類能力建立在 CA（通信自動化系統）、OA（辦公自動化系統）、BA（建筑設備自動化運行系統）、SA（安全自動化系統）、FA（火警自動系統）、GCS（綜合布線系統）有機結合、系統集成的基礎上。智能化程度的高低取決于系統綜合集成的程度。

1.3 數字建筑

隨著產業數字化變革大潮到來，數字科技承載中國建筑智慧化與產業化轉型的進程。相關行業普遍認為，數字建筑是指利用 BIM 和云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能（AI）等信息技術引領產業轉型升級的行業戰略。結合先進的精益建造理論方法，集成人員、流程、數據、技術和業務系統，實現建筑的全過程、全要素、全參與方的數字化、在線化、智能化，從而構建項目、企業和產業的平臺生態新體系。數字建筑是建筑產業轉型升級的核心引擎，通過新設計、新建造、新運維的“三新“驅動產業變革與創新發展，可讓建筑產業提升至工業級精細化水平，規模化地滿足個性化需求，交付達到工業級品質的健康建筑產品。在數字化變革的大趨勢下，作為數字科技與建筑產業有效融合的數字建筑，普遍具有數字化、在線化、智能化三大特征。

1.4 智慧建筑

在數字化背景下，不同產業和區域的生態之間聯系愈發緊密，不再局限于行業、地域等因素的限制。跨界應用產生豐富的創新空間，從而形成統一智慧生態共同體。在此背景下，建筑產業密切結合新基建、互聯網+ 為智慧建筑賦能，并從演進視角將智慧建筑定義為智能建筑在時間、空間、要素邊界、計算方式和新經濟模式 5 個維度上拓展形成的新概念。智慧建筑應具有 8 個基本特征，即實施感知、高效傳輸、自主控制、自主學習、個性化定制、自尋優進化、自組織協同和智能決策。

2 智慧建筑的現狀分析

隨著智慧建筑發展到一定階段，其規模化、網絡化同時促進了智慧城市的發展。早期城市智慧化建設所留下來的“煙囪系統”“信息孤島”“安全隱患”“重技術輕服務”等問題也逐漸暴露出來，亟須通過新一代信息技術的迅猛發展逐步加以解決。但從現階段我國智慧建筑的發展現狀來看，仍存在以下問題。① 頂層設計層面缺乏科學的整體規劃及切實可行的分類實施框架。② 技術應用層面存在技術瓶頸，核心技術創新能力亟待加強。③ 系統集成層面：煙囪系統、信息孤島等現象亟待解決。④ 數據標準層面：數據開放共享進展緩慢，亟待統一數據標準。⑤ 管理制度層面：亟待管理體制創新。⑥ 產業發展層面：亟待健全產業支撐體系、擴展智慧建筑應用范疇。⑦ 保障體系層面：亟待完善相應的保障措施。⑧ 評價體系層面：尚未完善針對智慧建筑考核的整體評價體系。

3 解決方案總體思路

3.1 建筑操作系統（BOS）理念

智慧建筑大腦是一款泛建筑類的智能化操作系統（BOS，Building Operation System）。該系統利用云計算、物聯網、大數據、人工智能、數字孿生等技術，使建筑具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的智慧生命體，可為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的智慧建筑。其以“數字孿生、虛實映射、雙智驅動”為建設理念，以空間可視化為載體，以智慧建筑大腦為核心，整合建筑時空數據，打通信息孤島，實現場景聯動，賦予智慧建筑行業數據驅動能力。智慧建筑操作系統 BOS 業務架構如圖 1 所示。

BOS 可靈活部署在公有云、私有云、混合云環境下。核心功能基于 Docker 容器化部署運行，外部接口為其他開發者或集成服務商提供的交互接口服務，向下對接各類應用子系統的數據，向上為數創自身的應用及合作伙伴提供數據集成、模型展示等服務。BOS 主要組件包括建筑數據連接器、建筑感知適配器和建筑孿生數字底板。通過數模分離技術進行處理，并按構件分類標準及映射規則進行匹配、關聯相關動態數據，選擇需要的城市數字場景，進行渲染烘焙，場景內各數據通過接口與 BOS 內部數據接口進行交互。

圖 1 智慧建筑操作系統 BOS 業務架構圖

3.2 關鍵技術

智慧建筑操作系統是新一代信息技術與建筑深度融合而建立起來的建筑生態系統，其研究與發展是一項系統性和持久性的工作。如何將 BOS 緊密結合實際，提升智慧化程度，突破信息獲取、更新、管理、挖掘、整合、應用、服務等方面的瓶頸，需要以下關鍵技術的融合應用。① 多源異構數據融合技術。② 立體感知技術。③ SSL 加密技術。④多元數據治理技術。⑤ AI 分析研判技術。⑥ 動態事件呈現技術。⑦ 柔性仿真技術。⑧ 數字化身份標識。⑨ 虛實互動技術。

除了以上先進成熟的技術應用外，Web Service 技術、HTML 5 技術、Redis 分布式緩存技術、ElasticSearch 彈性搜索引擎等技術的應用同樣為 BOS 服務提供了基礎保障。

4 建筑操作系統的應用前景

4.1 向上支撐智慧建筑的應用

基于 BOS 實現信息共享，對接智慧建筑不同層次需求的業務應用場景。運用大數據挖掘分析，建立數據分析模型和可預見性管理，提高運行效率和綜合處置能力。通過大屏展示和移動應用，讓決策者、管理層和普通用戶切實體會“智慧”感受，真正達到綠色、科技、安全、舒適、高效、低碳的目標，實現智慧建筑管理從粗放到精細、從被動到主動、從靜態到動態、從單一到互動、從傳統到現代的五大革命性轉變，提升核心競爭力和可持續發展能力。

4.2 向下對接城市數字底座

在智慧建筑的各個階段，對數據平臺進行動態更新。通過“1C5B”的動態數據采集模式，實現數字孿生城市的伴隨式生長，將 “歷史、現在、將來”的時空數據集中反映在城市數字底座上。

4.3 廣度鏈接為智慧城市

通過數字城市底座進行信息的感知、傳遞、溝通和連接，集成智慧城市現狀數據及建設過程中數據，為未來智慧城市運營管理提供智能化保障，高效便捷與城市運營其他系統對接、具備可擴展性。為政府、市民、企業和研究機構提供城市公用設施基礎數據服務及升級服務，具有良好的延展性。基于立體感知的動態監控、泛在網絡的及時響應、數據模型的實時分析、城市智腦的科學決策，解決城市規劃、設計、建設、管理、服務閉環過程中的復雜性和不確定性問題，全面提高城市物質資源、智力資源、信息資源配置效率和運轉狀態，實現智慧城市的內生發展動力，做到“伴隨式生長”。

4.4 深度發展為 AI 城市

隨著信息技術和科學技術的不斷發展，AI 技術也在逐步優化。在 AI 系統中，人工神經網絡系統、專家系統、模塊結構化等都在智慧城市的深度應用中得到不錯的發展和進步。AI 技術在建筑領域的應用讓城市各區域間進行有效的信息交流，進一步實現一體化的管理，對城市的統一建設和發展意義重大，不僅能夠不斷地滿足人們日益增長的生活和工作的需求，提高人們生活的品質，還能進一步促進智慧城市的發展。未來，智慧城市 AI 應用將面臨應用程度加深、智慧領域進一步細化趨勢。基于 BOS 若干 AI 智慧微循環將被建立，最終鏈接成為 AI 集群，形成真正自適應、自組織的 AI 智慧系統。云上 AI 將進一步得到發展，AI 城市的大數據價值越發凸顯，同時對大數據處理分析能力提出更高的要求，最終深度發展成為 AI 城市。

5 結 語

黨的十九大報告在論述加快建設創新型國家時，提出了智慧社會這一讓人耳目一新的概念。智慧社會概念是對智慧城市概念的發展，也是對智慧城市概念的中國化和時代化。智慧社會地建立離不開建筑的智能化。通過梳理智慧建筑從統建筑、智能建筑到數字建筑逐步發展的歷程，基于智慧建筑操作系統（BOS）基本概念和關鍵技術的闡述，對智能建筑的未來進行了展望。希冀可為日后智能建筑、智慧社會的發展提供一定助力。