近年來,隨著智能建筑、智慧城市概念興起,各種新興技術開始在建筑設計中被引入、整合。擺脫單棟建筑的獨立設計,園區的智能化已然成為未來發展趨勢。然而,智慧園區不能依靠簡單的產品堆積,需要前瞻性設計以及后期科學運營相結合。智慧園區的設計和實施貫穿園區建筑全生命周期中的設計、建造、運維、改造等各階段。智慧園區在設計階段考慮建筑的多種功效、用戶感受及自動設計能力;建造過程階段強調建造師設計思想與建筑信息管理技術相結合,注重建筑與環境、施工與工藝的協調;在建筑使用、運維階段,通過建立信息數據庫,開發相應的應用服務,自我完善建筑環境,延續建筑物的生命周期。
1、智慧園區的建設目標
以物聯網、云計算、大數據、移動互聯等現代信息技術為基礎,通過感知化、互聯化、平臺化、一體化手段,建成基礎設施高端、管理服務高效、創新環境高質、可持續發展的園區。園區能源結構需由高碳轉向低碳,園區能源利用需由粗放轉向集約,園區需以人為本,緊緊圍繞服務生產運營,實現全生命周期的資源節約和環境友好;秉承創新性、持續性、可復制性原則,構建智慧園區綜合決策平臺,服務園區智慧化運營、智慧化辦公和智慧化生活,打破信息孤島,實現知識共享互通,最終建設成為安全高效、智能互動、綠色健康、舒適便捷的智慧服務型創新園區。整體目標如下:
(1) 一個目標,即建設全生命周期的智慧服務型創新園區。
(2) 兩個平臺,即智慧園區綜合運維決策平臺和綜合物聯網一體化平臺。
(3) 三項服務,即服務智慧化運營、服務智慧化辦公、服務智慧化生活。
(4) 四種特性,即安全高效、智能互動、綠色健康、舒適便捷。
2、智慧園區的組成部分
2.1 智慧園區的架構體系
智慧園區系統的規劃按照平臺層進行規劃和設計,基礎層規劃主要考慮和智能化系統相關的規劃,其原則是給未來的智慧化建設預留足夠多的空間、通路和接口等基礎條件。隨著無線網絡技術的發展,越來越多的設備連接采用無線方式,對于基礎層的規劃壓力越來越小;感知層即智慧建筑中各個智能化設備和傳感器,是智慧建筑技術體系的首要環節,主要進行信息的采集、處理,為智慧建筑的高效運行提供基礎信息;平臺層規劃是智慧園區管理的核心,主要包含數據的導入與采集、存儲與融合、分析與決策等,相比于傳統的智能化架構,需要具備先進性、兼容性、擴展性、數據融合、全生命周期管理等特性;應用層規劃主要是建筑智慧化帶來的價值,需要依賴于應用呈現給建筑業主、運營團隊以及建筑用戶。因此在規劃智慧建筑時,構建哪些應用顯得尤為重要。智慧建造、智慧運維、智慧應急管理、智慧園區綜合決策管控平臺是智慧園區管理的基本配置,智慧餐飲、機器人派送系統、智慧健康管理等屬于提升管理系統。但其系統架構和平臺化管理是智慧園區管理的核心,但其平臺的可擴展性、穩定性、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,后期平臺可根據技術的發展和產品的廣泛應用不斷豐富和擴展。
2.2 智慧建造
目前,大數據、智能化和物聯網等信息技術蓬勃發展,已經滲透進入各行各業,并且產生可觀的效益。建筑業作為一個相當傳統的行業,雖然信息技術在施工現場已經有了一定程度的應用,但施工建造的關鍵技術與運營的結合程度仍較低,因此為了提升建設的施工運營一體化程度以及智慧化水平,傳統的檢測已經無法實時掌握結構安全狀態及其變化,無論是數據采集的速度和速度,還是對測量數據的及時分析都遠不能適應施工質量控制和危險預警的要求,必須依靠現代高精度的監測及分析系統才能對建造施工進行全方位的動態實時監控。因此,監測技術作為智能建造中數據采集和處理的重要環節,與通信技術和計算機科學相結合成為智慧建造中重要組成部分。目前存在對于建筑物實際外觀檢測效率低(主要依靠人工)精確度不高、耗時長等難點及瓶頸。因此,需要從建設運營一體化的角度出發對面向運營的相關智能施工監測技術進行研究,從而將已完成建筑的實際問題能做到更加精準反映至現場施工管理人員。而基于面向運營的理念,也使得施工及運營階段的監測數據具有很好的連貫性,方便現場人員對接下來的后續工程以及運營過程中采取相應的處理措施。應用虛擬現實技術和智能測繪技術,為打通設計-施工、施工-運營之間的行業壁壘,打造全生命期智慧工地、搭建工程建設大數據平臺提供實踐數據。
2.3 智慧運維
(1) 能源管理。
通過建筑內的物聯感知設備或直接對接各類能耗系統,實現對建筑能耗數據的動態檢測、實時顯示和異常警報,并可統計各系統各設備的耗能量。
(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。設施設備故障預案是指設備發生故障時,自動通知維保人員及樓宇管理者,可通過BIM模型顯示故障設備位置,并顯示故障設備相關的系統,輔助維修人員快速找出故障原因。
(3) 樓群集控。
BIM與GIS的數據通過FM平臺對接,進行樓宇群的管理,甚至可以涵蓋整個城市的基礎設施信息,構成完整的城市基礎數據庫,形成數據聯動。
復合型能源網是以電能為中心,靈活接入多點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,實現多種能源協調控制和綜合能效管理,建成多點接入、網絡共享、需求感知的園區能源互聯網。對于國內某智慧園區,智能復合型能源網示意圖如圖1所示,對各類新能源系統進行有機整合,由智慧電網系統進行統一調度、管理。
2.4 智慧應急管理
智慧應急指揮管理子系統包括如下方面：
(1) 在突發事件發生前,應急指揮管理系統應能通過對智能建筑實施實時監測,完成突發事件的預測與預警功能,對突發事件起到防范作用。基于突發事件的先兆特征,建立突發事件的自動機模型,利用該模型得到判定突發事件是否可預測的算法及其在線預測突發事件的算法。當一些先兆事件發生后,通過先兆事件發生概率的信息,推導出算法,該算法可用來準確計算突發事件發生的概率大小,從而給出預警指示。
(2) 從系統論的角度,智能建筑是一個非線性、時變的混雜系統,通過建立完整的數學模型尋求最優的應急策略非常困難;另外目前存在許多智能建筑仿真軟件,能夠從不同側面捕獲智能建筑的系統動態。因此,提出了基于智能建筑仿真軟件確定應急策略的方法,分為5個步驟:第一步,根據實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行仿真,獲取仿真結果;第四步,對仿真結果進行分析、評價;第五步,制定相應的具體應急策略。
2.5 智慧園區綜合決策管控平臺
智慧園區綜合決策管控平臺利用網絡管理方式構建一個功能區域級集成管理、綜合體總集成管理的多技術結構分區域及云平臺管理模式。在空間環境上,采用基于BIM技術的空間管理技術,能夠實現智能化的空間一體化智能控制,其是一種提供信息數據交換的邏輯平臺,有廣泛的擴展性和兼容性,可以將園區內不同功能的子系統在邏輯上和功能上融合在一起。平臺實現信息綜合、資源共享,增強各個子系統之間聯動性,通過人工智能和大數據對園區進行全面管理,分析和管理園區各項事務,促進園區的人流、物流、信息流通暢,為園區管理、企業發展及公眾服務提供先進技術手段,并對園區進行智慧化、人性化的管理。
2.6 智慧園區的物聯網提升子系統
除了以上較為傳統的智能系統以外,新型智慧園區還可以設置以下系統。
(1) 自動遮陽系統。
自動遮陽控制系統根據現場手動操作或探測光線的變化,向驅動器發出相應的控制信號,接收和處理傳感器傳送的信號,并執行升降窗簾的操作。
(2) 智能灌溉系統。
智能灌溉系統需結合回收雨水對科技館綠化地進行按需澆灌。根據每個區域土壤水分傳感器數據及自動氣象站天氣降雨情況,進行灌溉控制;可以根據不同季節、不同作物和作物不同生長時間,設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。
智慧園區的垃圾處理系統在功能采用微生物處理技術,實現垃圾的減量化、無害化處理,便于后勤人員在垃圾方面的運行、維護。系統可獲取垃圾處理量、有機肥料生成量、設備運行狀態、報警信息等信息。
(4) 園區虛擬引導系統。
智慧型園區虛擬引導系統通過對訪客信息進行分析,完成訪客目的地的最優路徑規劃,通過園區虛擬引導系統的建設,既能提高服務品質,同時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。
智慧園區人員定位系統通過對訪客信息、訪客行走軌跡進行定位、監測、追蹤任務,并能準確搜索到目標對象,實現對人員和物品的實時定位和監控管理,并生成日志文件,給員工提供安全的工作、生活環境。
(6) 雨水回收系統。
雨水回收采集系統通過對回收雨水進行數據采集、分析及綜合管控,實現雨水資源的數據整合。綜合決策管控平臺通過實時的監測雨水回收系統的運行狀態,對采集數據進行分析決策,將廢水利用達到最大化。
(7) 互助服務系統(醫療、存包等服務)。
園區的互助服務系統以“雙向互動、方便實用”為原則,為園區參觀人員、管理者、工作人員、物業管理人員提供便捷、高效的服務。
(8) 空間環境智能控制。
通過對樓宇設備控制系統、照明控制系統、安防系統、背景音樂系統等智能系統集成,基于BIM技術利用其三維可視化性能,直觀反映建筑空間情況。并在此基礎上結合環境智能控制,降低空間環境智能控制系統的使用難度。
3、結 語
智慧園區規劃屬于智慧園區建設的頂層設計,是關系智慧園區建設是否順利的長遠路線圖,用于指導、規范智慧園區各項工作的實施,直接影響智慧園區建設和發展的理念、思路和進程,對智慧園區建設非常重要和關鍵,是智慧園區建設的基礎,關系到智慧園區建設的成敗。
(1) 建筑設備數量和種類繁多,其所含數據信息量巨大,這為建筑設備的高效運維管理帶來嚴峻挑戰。因此,需要對相關數據信息進行有序管理,其中最有效的方法是對數據信息進行分類管理。智能化分類編碼需要遵循統一的數據信息分類編碼標準,不同來源、不同格式的數據信息才能順利、有效地傳遞和共享給運維系統。智能化編碼體系的建立需要滿足模型構件自動分類的要求,同時具有一定的靈活性,以應對不同應用場景。同一項目下的所有模型及構件需要使用同一套編碼規則標準,以便將相同項目中所有構件按照規則進行分級分類管理。為建筑的整體運營提供保障,通過對各種設備信息的收集、分析,建立預警機制,對突發狀況進行妥善處理,并及時對設備進行維修、保養。
(2) 采用多種基于數據化和信息化的創新性技術,并將其應用到施工操作和管理中,使施工階段與運管階段聯通,實現建筑技術的效用延伸;將智慧運管的理念納入到施工階段,提升整個建筑生命周期的運管效用,降低建筑全壽命周期成本;利用人工智能、互聯網、大數據等先進技術,實現建筑智慧化運管。如何將這些先進管理技術與現有管理技術銜接,做到平穩過渡,將是研究的應用難點。從系統論角度,智能建筑是一個非線性、時變的混雜系統,通過建立完整的數學模型尋求最優的策略非常困難。
隨著人工智能、物聯網、大數據等新興技術的迅速發展,基于全生命周期的智慧園區的規劃與設計已成必然趨勢。分析了全生命周期的智慧園區設計目標、設計要素,提出了基于全生命周期的智慧園區設計要點,探討了關鍵難點。(作者：謝文黎)
