智能化技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

袁全

（山東華邦建設(shè)集團有限公司，山東 濰坊 262500）

1 智能化技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用意義

1.1 提升建筑綜合管理水平

現(xiàn)代建筑工程現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、工序流程繁瑣、建設(shè)規(guī)模龐大、項目組織結(jié)構(gòu)臃腫等，傳統(tǒng)粗放型管理模式缺乏適應(yīng)性，很難滿足實際管理需要，典型問題包括數(shù)據(jù)處理能力薄弱、部門溝通不暢、缺乏協(xié)作管理基礎(chǔ)。從數(shù)據(jù)處理角度來看，在工程建設(shè)期間產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，手工計算方式的數(shù)據(jù)處理速度較慢，常發(fā)生漏算、錯算、重復(fù)計算的問題，數(shù)據(jù)處理結(jié)果缺乏實際參考價值。

與此同時，通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能、系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)的應(yīng)用，建立智能管理系統(tǒng)，由系統(tǒng)替代或輔助人工完成數(shù)據(jù)收集、運算分析、圖表生成等基礎(chǔ)性管理任務(wù)，在建筑施工管理與運維管理上獲得明顯優(yōu)化效果，突破傳統(tǒng)管理模式的局限性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效處理、信息實時共享目標。

例如，從現(xiàn)場質(zhì)量管理角度來看，預(yù)先在工程現(xiàn)場布置若干種類與一定數(shù)量的信息傳感裝置，負責采集環(huán)境溫度、空氣濕度、構(gòu)件安裝位置、設(shè)備運行參數(shù)等現(xiàn)場要素，向管理系統(tǒng)上傳現(xiàn)場監(jiān)測信號，用于反映施工成果質(zhì)量與電氣設(shè)備性能，在檢測到工序篡改、設(shè)備性能不達標、構(gòu)件移位等質(zhì)量問題時，自動發(fā)送預(yù)警信號，將問題反饋至管理人員。

而從信息處理角度來看，憑借智能管理系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以在無人工干預(yù)條件下持續(xù)收集建筑在全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的相關(guān)信息，基于信息屬性狀態(tài)與內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度進行分類整理、運算分析，從海量數(shù)據(jù)流中提取高價值信息，以圖表形式進行呈現(xiàn)，幫助管理人員掌握超出自身能力極限的龐大數(shù)據(jù)。

1.2 實現(xiàn)建筑功能集成總控目標

受到技術(shù)限制，早期建筑普遍采取分散控制方式，在建筑照明、通風、弱電、火災(zāi)防控等系統(tǒng)中安裝獨立的控制器，系統(tǒng)將現(xiàn)場監(jiān)測信號與運行數(shù)據(jù)上傳至控制中心進行運算處理，再由控制中心向終端設(shè)施傳達控制指令，此類控制模式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備性能要求高、系統(tǒng)協(xié)調(diào)困難、結(jié)構(gòu)松散，建筑自控系統(tǒng)的前期搭建成本較高。

系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)以集中控制方式取代分散控制方式，僅需在建筑自控系統(tǒng)中設(shè)置一處總控制中心即可，將子系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)測信號導(dǎo)入總控制中心進行統(tǒng)一加工處理，根據(jù)處理結(jié)果來輸出控制指令，再由總控中心進行統(tǒng)一下達，從而起到實現(xiàn)子系統(tǒng)聯(lián)動控制、減少系統(tǒng)建設(shè)成本、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提升集成操作水平、保障信息完整性的作用。

例如，在智能建筑使用期間出現(xiàn)火災(zāi)事故時，煙霧探測器與溫度傳感器在檢測到明火、有毒煙霧與室內(nèi)環(huán)境溫度異常提升時，將問題反饋至建筑樓宇總控系統(tǒng)后臺，由總控系統(tǒng)向子系統(tǒng)下達聯(lián)動控制指令，如啟動應(yīng)急照明燈具、打開機械排風裝置、廣播系統(tǒng)循環(huán)播報建筑火情、開啟建筑入口處閘機、關(guān)閉消防電梯外的全部電梯。

1.3 改善建筑節(jié)能降耗效果

在碳中和+低碳經(jīng)濟的時代背景下，為實現(xiàn)我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標，緩解能源短缺矛盾，對建筑節(jié)能降耗水平提出了更高的要求。

自動控制等智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以在建筑工程建設(shè)、使用期間取得更為理想的節(jié)能降耗效果，避免產(chǎn)生不必要的電能損耗。例如，在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方面，早期建筑多采取風機口周邊設(shè)置單片機溫控器、由人工手動調(diào)整系統(tǒng)啟閉狀態(tài)與風速檔位的控制方式，此項方式有著體驗效果差、缺乏遠程控制功能、操作不便、在沒有及時手動操作開關(guān)時造成風機無效運行的局限性，實際節(jié)能效果有限。

針對此，需要組合應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)與自動控制技術(shù)，用戶可以通過手機端與計算機遠程了解空調(diào)系統(tǒng)運行狀況與下達溫度加減與風速調(diào)檔等控制操作（圖1），同時，系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測信號來判斷運行需求、自動下達控制指令，在無人工干預(yù)條件下保持系統(tǒng)的最佳運行狀態(tài)。

圖1 智能空調(diào)控制系統(tǒng)

2 智能化技術(shù)在建筑工程中的具體應(yīng)用

2.1 在運維管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

在運維管理系統(tǒng)中，為解決缺乏數(shù)據(jù)支持、終端設(shè)備控制力度薄弱的問題，需要應(yīng)用到BIM、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)。其中，BIM技術(shù)負責持續(xù)收集建筑全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，打破工程策劃立項、設(shè)計、施工、運維管理等階段的信息壁壘，為運維管理計劃的制定、實施提供信息支持。

例如，在設(shè)備故障診斷場景中，由BIM軟件提供設(shè)備規(guī)格型號、質(zhì)量檢驗報告、調(diào)試記錄、安裝位置等信息，在BIM模型中標記建筑設(shè)備的分布位置與屬性狀態(tài)。大數(shù)據(jù)技術(shù)負責收集建筑使用期間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、匯總整理、運算分析等操作，從龐大數(shù)據(jù)流中提取有價值信息，幫助運維人員全面掌握建筑總體情況與子系統(tǒng)實時運行狀況。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)負責通過信息傳感器、紅外感應(yīng)器、GPS系統(tǒng)來保持建筑設(shè)備與運維管理系統(tǒng)間的泛在連接狀態(tài)，持續(xù)采集環(huán)境溫度、空氣濕度、設(shè)備位置等現(xiàn)場監(jiān)測信號，智能化感知終端設(shè)備運行狀態(tài)與所處環(huán)境情況，對比實時監(jiān)測值與額定控制值的差值來下達相應(yīng)控制指令，建立起穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，維持終端設(shè)備與建筑服務(wù)系統(tǒng)的最佳運行狀態(tài)（圖2）。而系統(tǒng)集成技術(shù)負責在建筑運維管理系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中處理、系統(tǒng)狀態(tài)判斷、聯(lián)動控制的使用功能，做到對全部類型數(shù)據(jù)信息的高度集成處理，這也是建設(shè)智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的關(guān)鍵。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

2.2 在弱電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在弱電系統(tǒng)中，應(yīng)用信息技術(shù)、現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)與系統(tǒng)集成技術(shù)等智能化技術(shù)。其中，信息技術(shù)由信息獲取、傳輸、檢索、安全存儲、處理等手段組成，負責完成數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生與處理過程的全部操作。

計算機技術(shù)起到掌握終端設(shè)施設(shè)備運行狀態(tài)、實現(xiàn)自動監(jiān)控與控制功能的作用，由控制中心根據(jù)已掌握信息來下達設(shè)備控制指令。通信技術(shù)起到建立弱電控制系統(tǒng)與終端設(shè)備穩(wěn)定通信通道的作用，避免現(xiàn)場監(jiān)測信號與控制指令在傳輸期間因遭受外部環(huán)境干擾而出現(xiàn)傳輸中斷、信息失真的問題。

自動控制技術(shù)采取開環(huán)與閉環(huán)兩種方式，開環(huán)控制是由系統(tǒng)制定預(yù)先導(dǎo)入的控制指令，在特定時間段向目標對象下達控制信號，而閉環(huán)控制則是在系統(tǒng)運行期間對比弱電設(shè)備的輸出量與給定量，根據(jù)二者偏差程度來形成相應(yīng)的控制信號，使弱電設(shè)備始終維持在最佳運行狀態(tài)。而系統(tǒng)集成技術(shù)起到保持弱電設(shè)備與系統(tǒng)各項使用功能在物理、邏輯層面上連接狀態(tài)的作用，以此來實現(xiàn)信息綜合處理、統(tǒng)一監(jiān)管的目標。

圖3 樓宇弱電自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 在火災(zāi)防控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在火災(zāi)防控系統(tǒng)中，組合應(yīng)用信息傳感、人工智能、集成聯(lián)控與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，信息傳感技術(shù)負責采集現(xiàn)場監(jiān)測信號與火情預(yù)警，人工智能技術(shù)負責模擬人類思維方式來制定應(yīng)急處置預(yù)案，集成聯(lián)動技術(shù)負責對建筑服務(wù)系統(tǒng)與全部使用功能進行聯(lián)動控制，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)負責建立火情信息的穩(wěn)定通信通道。

在建筑施工、使用期間出現(xiàn)火災(zāi)事故時，由現(xiàn)場配置的煙霧探測器等裝置快速發(fā)現(xiàn)火情與發(fā)送火災(zāi)預(yù)警信號，智能建筑樓宇自控系統(tǒng)在接收到預(yù)警信號后啟動應(yīng)急控制方案，向建筑照明、機械通風、電梯、廣播通信、消防電源、管網(wǎng)氣體滅火等子系統(tǒng)下達聯(lián)動控制指令，包括啟動防火卷簾、防火門、噴淋水泵、消防電梯等設(shè)備，控制火勢蔓延速度，盡可量撲滅初期火勢，為建筑內(nèi)部受災(zāi)人群的疏散爭取到寶貴時間。

隨后，由人工智能技術(shù)采取專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘與知識分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、建立模糊模型等方法手段，替代人工完成一些復(fù)雜度較高的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，以安全逃生規(guī)劃為例，在數(shù)據(jù)模型中導(dǎo)入火勢蔓延范圍、設(shè)備運行狀態(tài)等已知信息，根據(jù)模型輸出結(jié)果來規(guī)劃最佳的安全逃生路線，通過調(diào)整應(yīng)急照明燈具啟閉狀態(tài)、廣播播報等方式，引導(dǎo)建筑內(nèi)部受災(zāi)人群前往安全逃生路線，以此來減輕人員損傷。最后，依托通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建消防臨時指揮體系，在指揮體系中接入運維單位、消防部門、醫(yī)療機構(gòu)、公安部門，避免因信息溝通不暢而影響到救援工作開展。

2.4 在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

在智能家居系統(tǒng)中，應(yīng)用到綜合布線、自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)與安全防范等技術(shù)手段，從而建設(shè)起具備高度智能化水平的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將具備家電控制、防盜報警、暖通控制、電話遠程控制、定時控制等多元化的使用功能，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的信息交互服務(wù)，有助于打造環(huán)保節(jié)能、便捷舒適的建筑環(huán)境。

例如，運用綜合布線技術(shù)來建設(shè)家庭網(wǎng)絡(luò)體系，家庭網(wǎng)絡(luò)由智能家電設(shè)備產(chǎn)品互聯(lián)組成，并運用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與安裝家庭網(wǎng)關(guān)裝置來保持內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)間的通信狀態(tài)，用戶通過訪問手機端APP來遠程掌握家電產(chǎn)品的實時運行狀態(tài)與環(huán)境情況，如室內(nèi)自然采光條件、室內(nèi)空氣質(zhì)量、照明燈具啟閉狀態(tài)、供暖制冷系統(tǒng)運行狀態(tài)等，實時下達相應(yīng)控制指令，系統(tǒng)借助外部擴展模塊或是信息家電產(chǎn)品中的嵌入式處理器來調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)。

3 智能建造發(fā)展展望

在城鎮(zhèn)化進程放緩、建筑業(yè)人口紅利弱化，以及節(jié)能降耗和“雙碳”目標的背景下，我國建筑行業(yè)亟須轉(zhuǎn)型升級。智能建造可提高建筑行業(yè)生產(chǎn)力水平，實現(xiàn)建造過程的高質(zhì)高效、節(jié)能減排，是建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。在相關(guān)政策的有力加持下，智能建造將迎來高速發(fā)展，也給我國建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、智能化轉(zhuǎn)型帶來了新的機遇。

我國智能建造尚屬于起步和探索階段，與發(fā)達國家存在一定的差距，根據(jù)我國國情，建議采取完善智能建造政策和產(chǎn)業(yè)體系、夯實標準化和數(shù)字化基礎(chǔ)、加強信息平臺研發(fā)與共享、發(fā)展集成式智能建造裝備、協(xié)同建造工業(yè)化與智能化等措施促進智能建造的高質(zhì)量健康發(fā)展，為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級譜寫新的篇章。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代建筑中系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等智能化技術(shù)的合理應(yīng)用是保證建筑物功能發(fā)揮的關(guān)鍵，通過智能化技術(shù)的運用極大的促進了智慧建筑的發(fā)展，真正實現(xiàn)智慧建筑的建筑設(shè)備自動化、辦公自動化與通信自動化功能。因而，建筑企業(yè)應(yīng)提高對智能化技術(shù)的重視，加大技術(shù)應(yīng)用力度，實現(xiàn)在建筑運維管理、弱電監(jiān)控、火災(zāi)防控、智能家居等具體環(huán)境中智能化技術(shù)的落地應(yīng)用。