體育建筑智能化與技術分析

楊昊川 江西科技師范大學 體育學院

一、引言

近年來，智能化措施逐漸在各領域進行推廣與應用。2015年11月，國家住房和城鄉建設部發布《智能建筑設計標準》[1]，以科學的方法為人們提供安全、高效、可持續發展功能環境的建筑。2020年7月，住建部、國家發改委等13部門聯合發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》[2]，并提出智能化裝備、機器代人、全產業鏈等10個關鍵詞，旨在推進互聯網、大數據、人工智能與實體經濟深度融合，持續做大做強數字經濟。體育建筑作為體育教育、身體鍛煉、競技比賽、體育娛樂等活動之用的建筑，體育建筑智能化不僅能夠促進建筑智能化進程，還有利于提高體育建筑服務品質、安全質量，助力現代體育產業化發展[3]。近年來，國內學者就建筑智能化進行了多項調查分析，研究主要集中于辦公建筑智能化現狀[4]、運用[5]、效果[6]等，鮮有學者對體育建筑智能化進行調查分析。

隨著我國體育事業的蓬勃發展，全國各地每年都會新建和改造大量的體育建筑，體育建筑具有空間大、占地廣、專業性高、管理程度難等特點，這也是體育建筑區別于辦公住宅建筑最本質的區別，使其對于智能化具有更高的要求。因此，本文主要借鑒其他學者對辦公住宅建筑的智能化研究，整理出適用于體育建筑的智能化技術，為新型體育建筑的設立提供技術參考。

二、建筑智能化概念

建筑智能化是指以建筑物為平臺，將各類信息化產品與建筑物進行有機結合，集框架、系統、管理、應用以及優化為一體，具有感知、識別、傳輸、匹配、判斷和決策的綜合能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，以達到為人們提供安全、便捷、舒適、實用的建筑。

三、體育建筑智能化的重要性

智能化是指事物在網絡、大數據、物聯網、人工智能等技術的支持下，所具有的能夠滿足人的各種需求的屬性。2015年李克強總理在政府工作報告中提出“互聯網+”的行動計劃，著重強調“中國制造2025”和“互聯網+”是不可分割的，中國制造要走向智能化發展，必須依靠物聯網、大數據的幫助，這樣才能使中國制造邁向一個新的高度，而建筑建設在其中更是處于“主力軍”的地位。“十三五”期間，我國建筑業迅速發展，建筑業增加值占國內生產總值比重保持在6.6%以上，而智能建筑與建筑工業化的協同發展更是成為我國建筑業發展轉型的重要突破口[7]。2019年全國體育產業總規模為29483億元，其中體育服務業總規模達14929.5億元，占比67.7%體育場地設施建設實現增加值212億元，增長速度達41.7%[8]由此可見，國家越來越重視體育建筑的建設，人民越來越熱衷體育建筑鍛煉之余所帶來的服務感受，體育建筑智能化旨在為國家經濟發展添磚加瓦的同時，為人民群眾提供精準的個性化服務。

四、體育建筑智能化方案分析

（一）智能化建造

在數字化時代的今天，傳統建造方法在成本、環境危害、質量安全上均無法得到有效控制，智慧建造、綠色建造、數字建造已經成為大勢所趨。住房和城鄉建設部在《2011-2015年建筑業信息化發展綱要》中著重推廣BIM技術，并突出強調BIM技術是項目精細化管理的技術支撐手段，在工程項目中起到提高工程質量、降低成本和安全風險的作用，提高工程項目建設的效率與效益[9]。BIM技術旨在搭建綠色化建造平臺，貫穿于整個項目的建造周期，包括房屋設計、材料生產、房屋建設、運營維護的全過程[10]。將建筑構件模型導入綠色建筑設計分析軟件，可對其采光、能源效率、可持續性材料等建筑性能的各個方面進行分析，并得到以最少的耗能給予人民最舒適的感受，達到真正的綠色建造。2016年3月，中央政府首次提出發展鋼結構和裝配式建筑的政策要求。因此國內眾多學者對裝配式建筑的應用進行調查分析，發現裝配式建筑因為其精準的特性和系統集成的設計，比傳統設計更加適用于BIM技術，在軟件中對各類材料、構建進行拆分重組，將生產和施工中的材料、工程、工時分別和設計、生產、施工相串聯，實現協同信息化設計[11]，為建筑施工中的可行性和安全性提供了保證。

（二）智能化安全

隨著人們生活水平的不斷提高，安全問題逐漸成了人們接觸新事物所考慮到的首要問題。相對于封閉式的體育建筑中，火災問題是建筑建設過程中需要重點解決的問題。體育建筑相比于一般建筑，具有占地廣、人群密集、密閉性強等特點，因此體育建筑中若是發生嚴重的火災事件，那后果將是慘絕人寰的，例如英國足球場火災慘案。英國1975年通過《安全法》明文規定，無論何種原因，無論是誰，所有球場在遇到緊急情況時，必須做到兩分鐘之內將觀眾全部撤離。因此利用智能化設施為人們的人身安全進行保障已經成為一種趨勢。

近年來，傳感器技術在我國扮演著舉足輕重的作用，目前已廣泛應用于工業生產、環境保護、醫學診斷等多個領域。在各類封閉式體育建筑中，為了預防和有效遏制火災的發生，需要配置可靠的火災自動報警系統及消防聯動系統[12]，根據《火災自動報警系統設計規范》一文中明確回頂，當建筑高度高于12m時，不適合采用煙霧探測器，當建筑高度低于20m時，可以采用火焰探測器，因此若當體育建筑高于20m時，由于體育建筑具有區別于其他建筑的特點，究竟采用何種探測手段，規范中沒有明確規定。國內眾多學者發現其中不足，提出紅外線煙霧測量及自動報警傳感器設計[13]，旨在利用紅外光束在煙霧離子或膠狀氣體中散射光的原理探測火災初期陰燃階段產生的煙霧，起到火災還未出現即可探測報警的目的。

（三）智能化照明

現代的體育建筑，逐漸向多元、功能多樣方向發展。因此，體育建筑的照明系統設計，不應再出現單一的形式，而是要考慮多功能的發展。自2000年悉尼奧運會開始，此類大型體育建筑開始普及計算機控制燈光，實現簡單操作從而得到不同功能和效果的燈光。但是在數字化普及更加廣泛的今天，光依靠計算機控制燈光顯然無法跟上時代的潮流。2015年5月1日實施的《體育建筑電氣設計規范》[16]中明確表示，不同運動場地、運動場地的不同位置、不同體育建筑附屬用房類別的照明都有一定的標準度。于是對于大型的體育建筑，使用智能自動化控制手段對其中的照明系統進行自主管理，可以大大地將人力資源從當中解放出來，投身到體育建設的其他方向研究中。因此國內眾多年輕學者通過使用ZigBee[14]、ARM處理器[15]等通信技術對智能燈光系統進行了遠程化設計，體育建筑負責人可以根據設定好的程序，利用手機移動端對場內燈光進行遠程控制。利用互聯網+物聯網技術、通信技術、電信技術、大數據技術等技術手段來實現體育建筑的智能化照明控制。提高遇到照明系統頻閃現象時的管理質量和效率。根據室內自然光強度，照明系統根據所設定的程序進行自動化調節，實現實時節能作用。憑借智能化照明系統的自我管理功能，減少對照明系統的維護次數，增加其使用壽命。

（四）智能化便利

智能體育建筑除了必須擁有一個智能化場館建設外，還應擁有相對應的智能化設備，一方面為了減少人員消耗的成本，另一方面為了客人享受更加高效的服務，例如人員進出識別系統、球類租借系統等。為了更好的做到進出人員的信息統計，為了達到安全，便捷，積攢客戶以及提高工作人員的工作效率，AI人臉識別技術已然成為各大場所出入口必備設施。新顧客首次進入體育場館時，利用微信小程序進行實名身份驗證，將顧客人臉信息存儲至數據庫內，在此之后顧客再次進入場館時，即可利用AI人臉識別技術對顧客進行人臉匹配，大大縮短顧客滯留入口時間。球類租借管理系統的目的是為了提高工作人員的工作效率，尤其是在工作人員處理事務而不在球館中，而恰好有人員需要租借球的同時，既方便了顧客又讓顧客給球館留下了一個好印象。為了做到真正的便捷，籃球租借系統采用的也是手機掃描二維碼進行租借操作。客戶掃描二維碼進入微信小程序，小程序頁面顯示出租借系統中剩余各種球類的名稱以及數量，客戶選擇需要租借的球類以及數量，并繳納押金，系統內閘機自動關閉，客戶將需要的球類從通道內取走。歸還時將其從通道內放入，系統自動計算時間，顧客支付租金。球類租借管理系統可以與芝麻信用相結合，信用分超過一定數值則免去押金，若顧客歸還球之后未支付租金，則會減去顧客的信用分，這一方面保障了商家一方的權益，另一方面也加強了顧客的自覺性。

五、國內外體育建筑智能化案例

（一）國內體育智能化建筑案例

目前我國體育建筑智能化進展走在世界前沿，沈陽奧林匹克體育中心[17]在智能化安全方面采用了全套的智能設備監控系統，通過軟件接口集成的方式對各個系統進行數據采集及宏觀調控。在安全防范系統上分為視頻安防監控子系統、防盜報警子系統、緊急求助子系統、出入口控制子系統、安全防范系統集成平臺五個方面，對場館的各個角落進行安全把握和系統聯動；在智能化建設方面采用了智能設備集成管理系統，開放建立綜合物業管理系統、信息資源管理系統、數據庫系統等來對體育建筑內的智能設備進行實施監控和遠程管理，對各系統數據進行數據對接，形成一個有機整體，為體育建筑的綜合管理和調度提供基礎平臺；在智能照明方面考慮到了比賽和訓練兩種用燈情況，針對不同情況設計出了6種不同的照明模式進行切換，既實用又節能，并且在配電室引入兩路電源，分別負載50%，能夠保證一路斷電的同時，另一路電源的有效使用；在智能化便利方面，不同方位的屏幕顯示，現場影像采集與回放系統，水下攝像系統等，方便看臺上觀眾在不同角度均能觀賞到最清晰的比賽情況，外國觀眾也可以根據通訊系統的編碼功能，在LED屏幕上看到英文解說，達到資源共享，共同觀賽的良好體驗。售驗票系統在設計上完成了本地售票、遠程售票和網絡售票的功能，并結合了手持驗票機和固定驗票機，具有分流統計、財務處理、狀態監視的功能。

（二）國外體育建筑智能化案例

國外體育建筑智能化發展起源于20世紀八十年代，發展久遠，許多智能化系統是值得我們學習和借鑒的，以英國曼徹斯特新體育場[18]為例。曼城新體育場作為全歐洲最受歡迎的體育場之一，除了足球比賽和競技比賽，其設計的靈活性還能夠讓他成為各大流行音樂會，演唱會的主辦地。其創新的智能體育建筑理念，使其成為全世界體育建筑效仿的對象。曼城新體育館在無線局域網（WLAN）技術和射頻（RFID）技術的基礎上，集成了一套802.11b（WIFI）無線網絡系統，用來匹配俱樂部的智能卡系統，能夠實現在無人監控的情況下觀眾的快速入場和信息采集處理，并創造了每分鐘1200人涌入體育館的記錄，由此可見其在信息處理上的速度之快。曼城新體育館在票務系統上采用了“一人一卡一記錄”的原則，俱樂部管理者們會根據顧客的購買行為，對其數據進行分析，并采取積分制的刺激方法，到達一定積分可以優先選座或享受折扣等服務。而曼城新體育館設計了一套基于無線網絡的智能體育場系統，管理者們能夠使用此套系統對人員智能卡使用情況進行實時監控，保證持卡人每場只能進場一次，監測是否有成年人使用兒童卡等行為。一有此類情況出現，保安或工作人員便會根據智能監控系統發布指令或直接到達問題處，并且監控室會根據賽場的觀眾密集度分布進行分析，調整管理人員的分布，為觀眾的安全和便利提供第一時間的服務。

六、總結

體育建筑從簡單的露天建筑到現如今的智能化建筑形式，經過了研究者們日復一日的測試，生活質量的逐漸提高使得人們對建筑的智能化需求越來越大，智能化技術在體育建筑中的應用也受到了建筑師的廣泛重視。近年來，我國各級政府相繼出臺了系列政策以推動體育建筑智能化發展，雖取得了一些量化成績，但在發展質量上依舊存在不少不足，尤其隨著我國體育產業化建設的不斷發展，體育建筑智能化設施不足的問題日益凸顯。對于推進體育建筑智能化工作而言，主管部門不僅需要關注體育建筑的數量，更應將體育建筑智能化建設納入城市發展規劃之中通盤考慮，充分挖掘體育建筑的潛能，擴大服務范圍、提升服務質量，有效促進我國體育事業和體育產業的高質量發展。

建筑智能化是當代衡量一個國家建筑業水平的一項重要指標，與人工智能、大數據、物聯網的有機結合已經成為各行各業蓬勃發展的一種趨勢。新時代體育建筑不應該只是單純的以建成為目的，而是將體育建筑與智能化技術相結合，創造出體現中國這一體育大國的建筑水平與體育水平才是新時代目標。