近年來,隨著智能建筑、智慧城市概念興起,各種新興技術(shù)開始在建筑設(shè)計(jì)中被引入、整合。擺脫單棟建筑的獨(dú)立設(shè)計(jì),園區(qū)的智能化已然成為未來發(fā)展趨勢。然而,智慧園區(qū)不能依靠簡單的產(chǎn)品堆積,需要前瞻性設(shè)計(jì)以及后期科學(xué)運(yùn)營相結(jié)合。智慧園區(qū)的設(shè)計(jì)和實(shí)施貫穿園區(qū)建筑全生命周期中的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維、改造等各階段。智慧園區(qū)在設(shè)計(jì)階段考慮建筑的多種功效、用戶感受及自動設(shè)計(jì)能力;建造過程階段強(qiáng)調(diào)建造師設(shè)計(jì)思想與建筑信息管理技術(shù)相結(jié)合,注重建筑與環(huán)境、施工與工藝的協(xié)調(diào);在建筑使用、運(yùn)維階段,通過建立信息數(shù)據(jù)庫,開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù),自我完善建筑環(huán)境,延續(xù)建筑物的生命周期。
1、智慧園區(qū)的建設(shè)目標(biāo)
以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ),通過感知化、互聯(lián)化、平臺化、一體化手段,建成基礎(chǔ)設(shè)施高端、管理服務(wù)高效、創(chuàng)新環(huán)境高質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展的園區(qū)。園區(qū)能源結(jié)構(gòu)需由高碳轉(zhuǎn)向低碳,園區(qū)能源利用需由粗放轉(zhuǎn)向集約,園區(qū)需以人為本,緊緊圍繞服務(wù)生產(chǎn)運(yùn)營,實(shí)現(xiàn)全生命周期的資源節(jié)約和環(huán)境友好;秉承創(chuàng)新性、持續(xù)性、可復(fù)制性原則,構(gòu)建智慧園區(qū)綜合決策平臺,服務(wù)園區(qū)智慧化運(yùn)營、智慧化辦公和智慧化生活,打破信息孤島,實(shí)現(xiàn)知識共享互通,最終建設(shè)成為安全高效、智能互動、綠色健康、舒適便捷的智慧服務(wù)型創(chuàng)新園區(qū)。整體目標(biāo)如下:
(1) 一個(gè)目標(biāo),即建設(shè)全生命周期的智慧服務(wù)型創(chuàng)新園區(qū)。
(2) 兩個(gè)平臺,即智慧園區(qū)綜合運(yùn)維決策平臺和綜合物聯(lián)網(wǎng)一體化平臺。
(3) 三項(xiàng)服務(wù),即服務(wù)智慧化運(yùn)營、服務(wù)智慧化辦公、服務(wù)智慧化生活。
(4) 四種特性,即安全高效、智能互動、綠色健康、舒適便捷。
2、智慧園區(qū)的組成部分
2.1 智慧園區(qū)的架構(gòu)體系
智慧園區(qū)系統(tǒng)的規(guī)劃按照平臺層進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì),基礎(chǔ)層規(guī)劃主要考慮和智能化系統(tǒng)相關(guān)的規(guī)劃,其原則是給未來的智慧化建設(shè)預(yù)留足夠多的空間、通路和接口等基礎(chǔ)條件。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,越來越多的設(shè)備連接采用無線方式,對于基礎(chǔ)層的規(guī)劃壓力越來越小;感知層即智慧建筑中各個(gè)智能化設(shè)備和傳感器,是智慧建筑技術(shù)體系的首要環(huán)節(jié),主要進(jìn)行信息的采集、處理,為智慧建筑的高效運(yùn)行提供基礎(chǔ)信息;平臺層規(guī)劃是智慧園區(qū)管理的核心,主要包含數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與采集、存儲與融合、分析與決策等,相比于傳統(tǒng)的智能化架構(gòu),需要具備先進(jìn)性、兼容性、擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)融合、全生命周期管理等特性;應(yīng)用層規(guī)劃主要是建筑智慧化帶來的價(jià)值,需要依賴于應(yīng)用呈現(xiàn)給建筑業(yè)主、運(yùn)營團(tuán)隊(duì)以及建筑用戶。因此在規(guī)劃智慧建筑時(shí),構(gòu)建哪些應(yīng)用顯得尤為重要。智慧建造、智慧運(yùn)維、智慧應(yīng)急管理、智慧園區(qū)綜合決策管控平臺是智慧園區(qū)管理的基本配置,智慧餐飲、機(jī)器人派送系統(tǒng)、智慧健康管理等屬于提升管理系統(tǒng)。但其系統(tǒng)架構(gòu)和平臺化管理是智慧園區(qū)管理的核心,但其平臺的可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、前瞻性以及全生命周期的完整性在平臺下都得到全部反映,后期平臺可根據(jù)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用不斷豐富和擴(kuò)展。
2.2 智慧建造
目前,大數(shù)據(jù)、智能化和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)蓬勃發(fā)展,已經(jīng)滲透進(jìn)入各行各業(yè),并且產(chǎn)生可觀的效益。建筑業(yè)作為一個(gè)相當(dāng)傳統(tǒng)的行業(yè),雖然信息技術(shù)在施工現(xiàn)場已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用,但施工建造的關(guān)鍵技術(shù)與運(yùn)營的結(jié)合程度仍較低,因此為了提升建設(shè)的施工運(yùn)營一體化程度以及智慧化水平,傳統(tǒng)的檢測已經(jīng)無法實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)及其變化,無論是數(shù)據(jù)采集的速度和速度,還是對測量數(shù)據(jù)的及時(shí)分析都遠(yuǎn)不能適應(yīng)施工質(zhì)量控制和危險(xiǎn)預(yù)警的要求,必須依靠現(xiàn)代高精度的監(jiān)測及分析系統(tǒng)才能對建造施工進(jìn)行全方位的動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此,監(jiān)測技術(shù)作為智能建造中數(shù)據(jù)采集和處理的重要環(huán)節(jié),與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合成為智慧建造中重要組成部分。目前存在對于建筑物實(shí)際外觀檢測效率低(主要依靠人工)精確度不高、耗時(shí)長等難點(diǎn)及瓶頸。因此,需要從建設(shè)運(yùn)營一體化的角度出發(fā)對面向運(yùn)營的相關(guān)智能施工監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行研究,從而將已完成建筑的實(shí)際問題能做到更加精準(zhǔn)反映至現(xiàn)場施工管理人員。而基于面向運(yùn)營的理念,也使得施工及運(yùn)營階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有很好的連貫性,方便現(xiàn)場人員對接下來的后續(xù)工程以及運(yùn)營過程中采取相應(yīng)的處理措施。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和智能測繪技術(shù),為打通設(shè)計(jì)-施工、施工-運(yùn)營之間的行業(yè)壁壘,打造全生命期智慧工地、搭建工程建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺提供實(shí)踐數(shù)據(jù)。
2.3 智慧運(yùn)維
(1) 能源管理。
通過建筑內(nèi)的物聯(lián)感知設(shè)備或直接對接各類能耗系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對建筑能耗數(shù)據(jù)的動態(tài)檢測、實(shí)時(shí)顯示和異常警報(bào),并可統(tǒng)計(jì)各系統(tǒng)各設(shè)備的耗能量。
(2) 安全管理。
通過具體門禁定位至門禁位置,并顯示門禁基本信息以及門禁事件;通過已定位的攝像頭具體位置并顯示其拍攝影像。設(shè)施設(shè)備故障預(yù)案是指設(shè)備發(fā)生故障時(shí),自動通知維保人員及樓宇管理者,可通過BIM模型顯示故障設(shè)備位置,并顯示故障設(shè)備相關(guān)的系統(tǒng),輔助維修人員快速找出故障原因。
(3) 樓群集控。
BIM與GIS的數(shù)據(jù)通過FM平臺對接,進(jìn)行樓宇群的管理,甚至可以涵蓋整個(gè)城市的基礎(chǔ)設(shè)施信息,構(gòu)成完整的城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,形成數(shù)據(jù)聯(lián)動。
復(fù)合型能源網(wǎng)是以電能為中心,靈活接入多點(diǎn)兆瓦級分布式電源和其他多種能源形式,全面整合分布式能源,廣泛集成能量信息,實(shí)現(xiàn)多種能源協(xié)調(diào)控制和綜合能效管理,建成多點(diǎn)接入、網(wǎng)絡(luò)共享、需求感知的園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)。對于國內(nèi)某智慧園區(qū),智能復(fù)合型能源網(wǎng)示意圖如圖1所示,對各類新能源系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合,由智慧電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、管理。
2.4 智慧應(yīng)急管理
智慧應(yīng)急指揮管理子系統(tǒng)包括如下方面：
(1) 在突發(fā)事件發(fā)生前,應(yīng)急指揮管理系統(tǒng)應(yīng)能通過對智能建筑實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測,完成突發(fā)事件的預(yù)測與預(yù)警功能,對突發(fā)事件起到防范作用?；谕话l(fā)事件的先兆特征,建立突發(fā)事件的自動機(jī)模型,利用該模型得到判定突發(fā)事件是否可預(yù)測的算法及其在線預(yù)測突發(fā)事件的算法。當(dāng)一些先兆事件發(fā)生后,通過先兆事件發(fā)生概率的信息,推導(dǎo)出算法,該算法可用來準(zhǔn)確計(jì)算突發(fā)事件發(fā)生的概率大小,從而給出預(yù)警指示。
(2) 從系統(tǒng)論的角度,智能建筑是一個(gè)非線性、時(shí)變的混雜系統(tǒng),通過建立完整的數(shù)學(xué)模型尋求最優(yōu)的應(yīng)急策略非常困難;另外目前存在許多智能建筑仿真軟件,能夠從不同側(cè)面捕獲智能建筑的系統(tǒng)動態(tài)。因此,提出了基于智能建筑仿真軟件確定應(yīng)急策略的方法,分為5個(gè)步驟:第一步,根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的智能建筑仿真軟件;第二步,確定需要仿真的典型場景;第三步,針對選取的典型場景進(jìn)行仿真,獲取仿真結(jié)果;第四步,對仿真結(jié)果進(jìn)行分析、評價(jià);第五步,制定相應(yīng)的具體應(yīng)急策略。
2.5 智慧園區(qū)綜合決策管控平臺
智慧園區(qū)綜合決策管控平臺利用網(wǎng)絡(luò)管理方式構(gòu)建一個(gè)功能區(qū)域級集成管理、綜合體總集成管理的多技術(shù)結(jié)構(gòu)分區(qū)域及云平臺管理模式。在空間環(huán)境上,采用基于BIM技術(shù)的空間管理技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的空間一體化智能控制,其是一種提供信息數(shù)據(jù)交換的邏輯平臺,有廣泛的擴(kuò)展性和兼容性,可以將園區(qū)內(nèi)不同功能的子系統(tǒng)在邏輯上和功能上融合在一起。平臺實(shí)現(xiàn)信息綜合、資源共享,增強(qiáng)各個(gè)子系統(tǒng)之間聯(lián)動性,通過人工智能和大數(shù)據(jù)對園區(qū)進(jìn)行全面管理,分析和管理園區(qū)各項(xiàng)事務(wù),促進(jìn)園區(qū)的人流、物流、信息流通暢,為園區(qū)管理、企業(yè)發(fā)展及公眾服務(wù)提供先進(jìn)技術(shù)手段,并對園區(qū)進(jìn)行智慧化、人性化的管理。
2.6 智慧園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)提升子系統(tǒng)
除了以上較為傳統(tǒng)的智能系統(tǒng)以外,新型智慧園區(qū)還可以設(shè)置以下系統(tǒng)。
(1) 自動遮陽系統(tǒng)。
自動遮陽控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場手動操作或探測光線的變化,向驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的控制信號,接收和處理傳感器傳送的信號,并執(zhí)行升降窗簾的操作。
(2) 智能灌溉系統(tǒng)。
智能灌溉系統(tǒng)需結(jié)合回收雨水對科技館綠化地進(jìn)行按需澆灌。根據(jù)每個(gè)區(qū)域土壤水分傳感器數(shù)據(jù)及自動氣象站天氣降雨情況,進(jìn)行灌溉控制;可以根據(jù)不同季節(jié)、不同作物和作物不同生長時(shí)間,設(shè)置不同灌溉控制程序,滿足作物的生理需求。
(3) 智慧垃圾處理系統(tǒng)。
智慧園區(qū)的垃圾處理系統(tǒng)在功能采用微生物處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化、無害化處理,便于后勤人員在垃圾方面的運(yùn)行、維護(hù)。系統(tǒng)可獲取垃圾處理量、有機(jī)肥料生成量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信息等信息。
(4) 園區(qū)虛擬引導(dǎo)系統(tǒng)。
智慧型園區(qū)虛擬引導(dǎo)系統(tǒng)通過對訪客信息進(jìn)行分析,完成訪客目的地的最優(yōu)路徑規(guī)劃,通過園區(qū)虛擬引導(dǎo)系統(tǒng)的建設(shè),既能提高服務(wù)品質(zhì),同時(shí)也向人們展示最新的科技,給人們帶來極大便利。
(5) 人員定位系統(tǒng)。
智慧園區(qū)人員定位系統(tǒng)通過對訪客信息、訪客行走軌跡進(jìn)行定位、監(jiān)測、追蹤任務(wù),并能準(zhǔn)確搜索到目標(biāo)對象,實(shí)現(xiàn)對人員和物品的實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控管理,并生成日志文件,給員工提供安全的工作、生活環(huán)境。
(6) 雨水回收系統(tǒng)。
雨水回收采集系統(tǒng)通過對回收雨水進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析及綜合管控,實(shí)現(xiàn)雨水資源的數(shù)據(jù)整合。綜合決策管控平臺通過實(shí)時(shí)的監(jiān)測雨水回收系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析決策,將廢水利用達(dá)到最大化。
(7) 互助服務(wù)系統(tǒng)(醫(yī)療、存包等服務(wù))。
園區(qū)的互助服務(wù)系統(tǒng)以“雙向互動、方便實(shí)用”為原則,為園區(qū)參觀人員、管理者、工作人員、物業(yè)管理人員提供便捷、高效的服務(wù)。
(8) 空間環(huán)境智能控制。
通過對樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)、照明控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)等智能系統(tǒng)集成,基于BIM技術(shù)利用其三維可視化性能,直觀反映建筑空間情況。并在此基礎(chǔ)上結(jié)合環(huán)境智能控制,降低空間環(huán)境智能控制系統(tǒng)的使用難度。
3、結(jié) 語
智慧園區(qū)規(guī)劃屬于智慧園區(qū)建設(shè)的頂層設(shè)計(jì),是關(guān)系智慧園區(qū)建設(shè)是否順利的長遠(yuǎn)路線圖,用于指導(dǎo)、規(guī)范智慧園區(qū)各項(xiàng)工作的實(shí)施,直接影響智慧園區(qū)建設(shè)和發(fā)展的理念、思路和進(jìn)程,對智慧園區(qū)建設(shè)非常重要和關(guān)鍵,是智慧園區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ),關(guān)系到智慧園區(qū)建設(shè)的成敗。
(1) 建筑設(shè)備數(shù)量和種類繁多,其所含數(shù)據(jù)信息量巨大,這為建筑設(shè)備的高效運(yùn)維管理帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此,需要對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有序管理,其中最有效的方法是對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類管理。智能化分類編碼需要遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn),不同來源、不同格式的數(shù)據(jù)信息才能順利、有效地傳遞和共享給運(yùn)維系統(tǒng)。智能化編碼體系的建立需要滿足模型構(gòu)件自動分類的要求,同時(shí)具有一定的靈活性,以應(yīng)對不同應(yīng)用場景。同一項(xiàng)目下的所有模型及構(gòu)件需要使用同一套編碼規(guī)則標(biāo)準(zhǔn),以便將相同項(xiàng)目中所有構(gòu)件按照規(guī)則進(jìn)行分級分類管理。為建筑的整體運(yùn)營提供保障,通過對各種設(shè)備信息的收集、分析,建立預(yù)警機(jī)制,對突發(fā)狀況進(jìn)行妥善處理,并及時(shí)對設(shè)備進(jìn)行維修、保養(yǎng)。
(2) 采用多種基于數(shù)據(jù)化和信息化的創(chuàng)新性技術(shù),并將其應(yīng)用到施工操作和管理中,使施工階段與運(yùn)管階段聯(lián)通,實(shí)現(xiàn)建筑技術(shù)的效用延伸;將智慧運(yùn)管的理念納入到施工階段,提升整個(gè)建筑生命周期的運(yùn)管效用,降低建筑全壽命周期成本;利用人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)建筑智慧化運(yùn)管。如何將這些先進(jìn)管理技術(shù)與現(xiàn)有管理技術(shù)銜接,做到平穩(wěn)過渡,將是研究的應(yīng)用難點(diǎn)。從系統(tǒng)論角度,智能建筑是一個(gè)非線性、時(shí)變的混雜系統(tǒng),通過建立完整的數(shù)學(xué)模型尋求最優(yōu)的策略非常困難。
隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的迅速發(fā)展,基于全生命周期的智慧園區(qū)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)已成必然趨勢。分析了全生命周期的智慧園區(qū)設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)要素,提出了基于全生命周期的智慧園區(qū)設(shè)計(jì)要點(diǎn),探討了關(guān)鍵難點(diǎn)。(作者：謝文黎)
