智能化設(shè)計(jì)對(duì)智能建筑發(fā)展的影響探討

馬雷

湖北美術(shù)學(xué)院 湖北 武漢 430205

1 相關(guān)概念

1.1 智能化設(shè)計(jì)概念內(nèi)涵

1.1.1 概念內(nèi)涵。智能設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)模擬人腦思維，承擔(dān)設(shè)計(jì)工作中的多種復(fù)雜任務(wù)，使計(jì)算機(jī)成為設(shè)計(jì)人員的重要輔助工具，也是計(jì)算機(jī)的智能水平提高的一種體現(xiàn)。

1.1.2 特點(diǎn)。以設(shè)計(jì)方法學(xué)為依據(jù)。智能設(shè)計(jì)的發(fā)展關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)計(jì)本質(zhì)的理解，設(shè)計(jì)方法學(xué)包含了對(duì)設(shè)計(jì)的本質(zhì)、設(shè)計(jì)過(guò)程中的思維特征及其方法論的深度研究，計(jì)算機(jī)可以以此為基本依據(jù)指導(dǎo)智能設(shè)計(jì)模擬人工設(shè)計(jì)。

以人工智能技術(shù)為路徑。計(jì)算機(jī)能夠較好的支持設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化，是因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器的學(xué)習(xí)技術(shù)，在知識(shí)處理上有強(qiáng)大的功能，能夠較好地完成設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化。以傳統(tǒng)CAD技術(shù)為工具。在對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的有限元分析、圖形顯示輸出上以及設(shè)計(jì)優(yōu)化上，傳統(tǒng)CAD技術(shù)能為計(jì)算機(jī)提供技術(shù)支持。

1.1.3 關(guān)鍵技術(shù)。智能化設(shè)計(jì)技術(shù)涵蓋人工智能技術(shù)的方方面面，從設(shè)計(jì)系統(tǒng)上看，核心技術(shù)包括設(shè)計(jì)知識(shí)表示、多專家系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)、設(shè)計(jì)過(guò)程的再認(rèn)識(shí)、多種推理機(jī)制的綜合應(yīng)用、人機(jī)接口等。

設(shè)計(jì)知識(shí)表示。設(shè)計(jì)知識(shí)表示是設(shè)計(jì)類專家系統(tǒng)的關(guān)鍵，由于設(shè)計(jì)過(guò)程涉及多種知識(shí)的運(yùn)用，因此單一的知識(shí)表示方式不足以有效表達(dá)設(shè)計(jì)知識(shí)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要有效的知識(shí)表示模型和方式。

多專家系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)。復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程可以分解為若干個(gè)環(huán)節(jié)，一般而言，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)著一個(gè)專家知識(shí)庫(kù)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)上多個(gè)專家知識(shí)庫(kù)協(xié)同合作、信息共享，并通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)方法有效解決設(shè)計(jì)過(guò)程中的難題，完成多學(xué)科、多目標(biāo)決策的設(shè)計(jì)任務(wù)。

設(shè)計(jì)過(guò)程的再認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程，智能化設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)具備類人腦的復(fù)盤與再認(rèn)識(shí)功能，當(dāng)從當(dāng)前的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)水平來(lái)看，還遠(yuǎn)不能適應(yīng)設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)展的需求，還需要探索適合于計(jì)算機(jī)處理的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)模式。

1.2 智能建筑概念內(nèi)涵

1.2.1 概念內(nèi)涵。智能建筑是一種新型建筑，區(qū)別于傳統(tǒng)建筑的是它是圍繞人的需求，從建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理等方面進(jìn)行優(yōu)化組合，從而使建筑物更高效、舒適、便利、人性化。它以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，讓建筑有了信息和數(shù)據(jù)、有了感知能力，減少了人員的工作量。

1.2.2 特點(diǎn)。節(jié)能環(huán)保。顧名思義，智能建筑具有智能設(shè)計(jì)。其在白天利用太陽(yáng)的熱量，可以減少冬天取暖的需求。在夏天，智能建筑給窗戶遮陽(yáng)，這樣就無(wú)須經(jīng)常使用空調(diào)。智能建筑的隔熱性能也很好，可以將冷熱空氣留在室內(nèi)。故，可以設(shè)計(jì)一個(gè)智能建筑，只照明、供暖或冷卻被占用的區(qū)域，從而大大減少能源浪費(fèi)。建筑是環(huán)保的，因?yàn)槠浔M可能使用環(huán)保材料建造，且因?yàn)槭褂酶俚哪茉矗甲阚E更低。低碳排放的公司可以通過(guò)搬進(jìn)智能建筑來(lái)達(dá)到他們的目標(biāo)。然而，如果他們有一個(gè)更雄心勃勃的零碳足跡目標(biāo)，可以選擇太陽(yáng)能或風(fēng)能的智能建筑。智能建筑設(shè)計(jì)師明白，在50～100年內(nèi)，建筑可能會(huì)被拆除，取而代之的是設(shè)計(jì)更智能的建筑。因此，他們盡量使用環(huán)保的材料，如石頭、竹子、玻璃、可回收或再生金屬[1]。

運(yùn)營(yíng)成本低。智能建筑的主要好處之一是節(jié)省能源成本。然而，智能建筑也提供了其他省錢的機(jī)會(huì)，包括運(yùn)營(yíng)成本。以下是可以通過(guò)智能建筑降低運(yùn)營(yíng)成本的一些示例：①系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)并修復(fù)輕微的結(jié)構(gòu)故障。及早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題并在某些情況下修復(fù)小問(wèn)題的能力，減少了技術(shù)人員的調(diào)動(dòng)。解決小問(wèn)題可以防止以后進(jìn)行昂貴的維修。②洞察空間優(yōu)化。智能建筑可以使未被大量使用的空間分成兩層樓或?qū)⒖臻g出租。③減少維護(hù)人員。由于智能建筑的大部分維護(hù)都是自動(dòng)執(zhí)行的，因此對(duì)維護(hù)人員的需求減少了。④前臺(tái)員工少。智能建筑非常安全，可以通過(guò)卡或密碼訪問(wèn)，無(wú)須前臺(tái)工作人員批準(zhǔn)進(jìn)入，只有忘記訪問(wèn)權(quán)限的訪客和員工才需要前臺(tái)工作人員。

安全性高。傳統(tǒng)建筑物通常具有需要訪問(wèn)卡或密碼的高級(jí)訪問(wèn)控制系統(tǒng)。雖然這有助于大大提高安全性，但該系統(tǒng)不如智能建筑的卓越的安全性先進(jìn)。智能建筑的軟件允許建筑管理者監(jiān)控建筑安全的各個(gè)方面，并在需要時(shí)進(jìn)行更改。例如，其可能需要特殊代碼才能在下班后進(jìn)入建筑物或激活某些區(qū)域的警報(bào)系統(tǒng)。業(yè)主可以對(duì)智能建筑的軟件進(jìn)行編程，以檢測(cè)未經(jīng)授權(quán)的進(jìn)入、照亮該區(qū)域并在發(fā)生這種情況時(shí)發(fā)出警報(bào)。業(yè)主還可以自動(dòng)鎖定門，防止入侵者逃跑，并通知保安公司或警察。

1.2.3 關(guān)鍵技術(shù)。智能建筑以現(xiàn)代建筑技術(shù)、電腦技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)。總體來(lái)看，智能建筑有4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要素，包括建筑物的設(shè)備和解決方案、自動(dòng)化技術(shù)、控制和管理平臺(tái)、連接性技術(shù)。其中，建筑物的設(shè)備和解決方案是確保居住者安全的系統(tǒng)和技術(shù)，例如發(fā)電和能效系統(tǒng)以及與安全問(wèn)題相關(guān)的系統(tǒng)和技術(shù)。自動(dòng)化技術(shù)主要是連接到系統(tǒng)以收集數(shù)據(jù)的傳感器，以及向系統(tǒng)發(fā)出由控制和管理平臺(tái)處理的命令的執(zhí)行器?？刂坪凸芾砥脚_(tái)技術(shù)是一組計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，旨在收集、處理和分析安裝在設(shè)施中的傳感器獲取的數(shù)據(jù)。連接性技術(shù)是指允許傳感器、執(zhí)行器和控制和管理平臺(tái)之間通信的一組無(wú)線或有線通信協(xié)議。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀

截至目前，我國(guó)智能建筑的共經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段，一是探索階段（1990-1996年）；二是初步發(fā)展階段（1997-2006年）；三是高速發(fā)展階段（2007-2014年）；四是穩(wěn)定發(fā)展階段（2015-至今）。

表1 智能建筑發(fā)展歷程

從布局上看，目前，我國(guó)的建筑智能化市場(chǎng)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)三角、珠三角及京津冀地帶。從市場(chǎng)需求上看，我國(guó)智能建筑市場(chǎng)規(guī)模從2012年的3948.91億元增長(zhǎng)至2021年的6545.87億元，年度復(fù)合增長(zhǎng)率為5.18%。

3 智能化設(shè)計(jì)對(duì)智能建筑發(fā)展的影響

3.1 從建筑工程發(fā)展的角度看

在建筑工程的發(fā)展中，智能化設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來(lái)越深入，建設(shè)體系也更加健全。在當(dāng)前的智能建筑中，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)ㄖ械南嚓P(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的控制，從而實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)募皶r(shí)性和社會(huì)化，通過(guò)智能化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，工作人員可以在建筑智能化系統(tǒng)中進(jìn)行文字編輯、信息交換、通信社交等多種工作，為建筑工程的設(shè)計(jì)提供更多的資料和情報(bào)。同時(shí)，在住宅區(qū)的管理中，通過(guò)建筑智能化設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步保證住宅區(qū)的上下水、電力、消防等系統(tǒng)都能夠正常運(yùn)行，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)智能監(jiān)控。在整個(gè)建筑電子智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用中，所有的工作運(yùn)行都是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一管理的，能夠保證建筑中的各項(xiàng)工作有序的進(jìn)行，同時(shí)，還能夠進(jìn)一步提升小區(qū)住戶的居住體驗(yàn)[2]。

在整個(gè)建筑工程的建設(shè)中，包括建設(shè)之前的實(shí)地調(diào)研，施工管理、功能維護(hù)以及后期的技術(shù)升級(jí)等，這些工作都需要應(yīng)用到智能化技術(shù)，從而進(jìn)一步提高建筑工程的集成水平。隨著社會(huì)技術(shù)的不斷發(fā)展，在建筑智能化設(shè)計(jì)中，新的技術(shù)也開始不斷融入，為我國(guó)的建筑行業(yè)的發(fā)展提供了新的動(dòng)力和支持。

3.2 從實(shí)際應(yīng)用效果的角度

3.2.1 節(jié)約性。智能建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中比較注重對(duì)當(dāng)今科技的運(yùn)用，智能化設(shè)計(jì)能降低資源的消耗、有效節(jié)約資源。在設(shè)計(jì)過(guò)程中最大限度地使用自然采光和通風(fēng)，利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿刃履茉矗瑥亩淖儌鹘y(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等，達(dá)到降低能源與資源消耗的目標(biāo)。

3.2.2 生態(tài)性。設(shè)計(jì)師在對(duì)智能建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常比較注重自然環(huán)境與建筑的協(xié)調(diào)性，把建筑對(duì)環(huán)境的影響降到最低，達(dá)到建筑與自然環(huán)境智能化發(fā)展的目的。智能化設(shè)計(jì)應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，能更好地使智能建筑具備生態(tài)性。

3.2.3 人性化。智能建筑的人性化設(shè)計(jì)，使人類活動(dòng)在建筑中感到更舒適方便。智能化設(shè)計(jì)通常會(huì)保證智能建筑自動(dòng)化控制系統(tǒng)的先進(jìn)性，使智能化建筑發(fā)揮出其應(yīng)有的效果。為了保證建筑自身的服務(wù)質(zhì)量與工作效率，其內(nèi)在的智能設(shè)施通常具有良好的通暢性，以適應(yīng)人類快節(jié)奏及安全性。

3.2.4 集約化。智能化設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，在建筑領(lǐng)域通常比較注重空間資源的有效利用，通過(guò)設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，提高空間的利用率，從而使得智能建筑實(shí)現(xiàn)集約化。

4 智能建筑發(fā)展的合理化建議

4.1 確立“體系性”觀念

目前，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)部門還沒有完全掌握智能化建筑及智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法和理念，尤其是在整合方面還比較薄弱。設(shè)計(jì)者的思想比較落后，設(shè)計(jì)的重心集中在智能化的系統(tǒng)上，而沒有注意到整體集成及系統(tǒng)的后期擴(kuò)展。因此，在進(jìn)行智能建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，要以建筑的實(shí)際使用為基礎(chǔ)，在滿足基本的功能要求的前提下，準(zhǔn)確地定位建筑的規(guī)模和性質(zhì)。在選擇具體的機(jī)構(gòu)時(shí)，要將其與過(guò)去的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行充分的融合，要進(jìn)行有效的施工各方的溝通，從而確保設(shè)計(jì)的合理。在系統(tǒng)的集成商中標(biāo)后，要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙來(lái)選擇系統(tǒng)和設(shè)備，并將其與自己的使用性能聯(lián)系起來(lái)，在符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選擇具有良好的性能和最優(yōu)的成本控制方案[3]。

4.2 提升智能化設(shè)計(jì)師專業(yè)水平

對(duì)建筑設(shè)計(jì)師而言，需要有良好的建筑學(xué)基礎(chǔ)，了解有關(guān)的法律和法規(guī)，了解最新的科技與智能設(shè)計(jì)等。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)和施工都是有明確的方向的，而建筑也是要滿足各種不同的應(yīng)用需求。因此，在進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要跟建筑方進(jìn)行準(zhǔn)確的交流，這樣才能把智能化的建筑做好。同時(shí)，也需要設(shè)計(jì)人員有豐富的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工中易發(fā)生的問(wèn)題做出預(yù)測(cè)，并對(duì)施工中的技術(shù)要點(diǎn)做出明確的說(shuō)明。在智能化建筑的不同階段，智能化設(shè)計(jì)師需要給予不同的指導(dǎo)。在施工初始階段，設(shè)計(jì)師要事先對(duì)施工中的重溝通及協(xié)調(diào)，從專業(yè)的角度給出正確的指示，并對(duì)對(duì)施工進(jìn)程及驗(yàn)收結(jié)果進(jìn)行保存。在建筑施工進(jìn)行中，及時(shí)收集設(shè)計(jì)信息的反饋，對(duì)于空置的預(yù)留空間還可進(jìn)行其他利用。

4.3 注重智能建筑功能的開發(fā)

智能建筑的一個(gè)重要特點(diǎn)是其節(jié)能性與自動(dòng)化。國(guó)外智能建筑現(xiàn)階段使用高端材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光照、氣流、溫度、濕度等的感應(yīng)，利用自動(dòng)化系統(tǒng)給安裝在建筑外墻上的氣窗、百葉等傳遞信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉或是開啟，這對(duì)我國(guó)智能建筑的發(fā)展有重要的啟發(fā)及借鑒作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，智能化設(shè)計(jì)在建筑行業(yè)有著顯著的影響，可以極大地提高建筑設(shè)計(jì)的效率，減少建筑設(shè)計(jì)中常見的錯(cuò)誤，提高建筑工程的整體質(zhì)量，并支持環(huán)境友好的建筑設(shè)計(jì)。因此，越來(lái)越多的建筑設(shè)計(jì)企業(yè)正在加大投入，將智能化設(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑行業(yè)中，以更加高效的方式提供建筑設(shè)計(jì)的高質(zhì)量服務(wù)。