建筑行业智慧建筑技术路线图研究（建筑）

孙连营，王  理

（中国建筑科学研究院，北京100013）

 [摘要]智能建筑经过二十余年的发展在现代建筑中得到了广泛应用，效果显著。随着以大数据、物联网、云计算等新一代互联网技术在建筑行业的不断探索实践，“智慧建筑”的概念应运而生。本文将通过技术路线图的方式研判建筑行业中智慧建筑的发展方向，为智慧建筑的深入研究做些初步尝试。

[关键词]智慧建筑；物联网；云计算；大数据；技术路线图     [中图分类号]TU18   

0  引言

    随着信息技术的飞速发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市的建设正在逐步向前发展。智慧城市是通过综合运用现代信息技术，整合数据资源，共享科技成果，加强城市的规划、建设和运维管理，为城市相关者提供智慧化服务。建筑作为城市的基本元素，建筑的智慧化是智慧城市的重要组成部分。在“互联网+”的时代背景下，互联网思维正在悄然影响着各种传统行业的发展，新一代信息技术与建筑行业的深度融合，使得“智慧建筑”的概念顺应时代的发展而产生，并将给建筑行业带来更好的发展前景。

1  智慧建筑定义与相关技术

    近年来，随着科技的不断进步，工业化水平和信息化程度的逐步提高，人与自然应该和谐发展已得到广泛认同，智能建筑已经满足不了人们不断丰富的需求，以物联网、云计算、大数据等技术为代表的互联网技术正在推动建筑从智能化走向智慧化，“智慧建筑”顺应建筑理念和实践的发展而产生，它是人、建筑、环境和科学技术融合发展的必然产物。

1.1  智慧建筑的概念

    目前，智慧建筑的研究还处在初级发展阶段，无论国际和国内都还没有明确统一的概念和定义，有些观点认为智慧建筑就是在当下“智慧地球”和“智慧城市”建设浪潮中对建筑的一种时髦叫法；有些观点认为智慧建筑就是升级版的智能建筑；还有人认为智慧建筑就是更加节能环保的绿色建筑，这些对智慧建筑的认识侧重点不同，对智慧建筑的理解也不尽相同。然而，智慧建筑不是“智慧”一词对建筑的简单修饰，它有着丰富的内涵，是建筑技术在新一代信息技术变革影响下，建筑行业适应新时代、满足新需求的发展趋势。

    智慧建筑是以建筑、人与环境为对象，集计算机技术、互联网技术等，提供安全高效、环境舒适、能耗更低的建筑。智慧建筑是安全的，它能实现对建筑及环境的深度感知，能实时对建筑结构进行健康监测，对运行过程中的异常情况进行预警，确保建筑使用安全；智慧建筑是舒适的，它能采集和存储运行维护中的大量数据，通过现代科学技术对数据进行分

析与挖掘，实现智能分析与控制，提供功能齐全、环境舒适、服务更加智慧化的建筑环境；智慧建筑是节能和环保的，智慧设计、智慧建造和智慧运维贯穿建筑的全生命周期，实现节约能源、降低能耗、减少污染和绿色环保。

1.2  智慧建筑与智能建筑区别

    从20世纪90年代开始，我国的智能建筑逐步发展，至今已有20多年的发展历程。在国家标准《智能建筑设计标准》中对智能建筑的定义是以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。智能建筑是建筑技术与现代通信技术、计算机技术、自动控制技术等信息技术相互融合发展而成，它关注的主要是建筑及其附属设施的智能化，是一种综合反馈系统，通过对设备的智能监控，对信息资源的有效管理和对使用者的信息服务及其功能与建筑的优化组合，为人们提供一个投资合理又拥有高效、舒适、便利快捷、安全可靠的建筑环境空间。

    与智能建筑不同，智慧建筑是在新一代互联网技术的广泛应用基础上建立起来的一种创新环境下的建筑形态，它具有智能管控的多功能综合系统，涵盖结构健康监测、环境管理、能耗分析和服务支持等各个方面，可以实现对建筑及环境中所有事物的广泛连接、深度感知、智能分析和有效控制。

    智能建筑是反馈系统，智慧建筑是前馈系统。智能建筑是以计算机与自动化技术为依托，智慧建筑是以物联网、云计算及大数据等互联网技术为依托的新型建筑生态模式。如果用“人”来比喻建筑的话，传统建筑是只具有皮肤和骨架的人体，智能建筑是具有几大生命系统的完整人，而智慧建筑则是与自然和社会环境相结合的社会人。

1.3  智慧建筑的关键技术

    建筑技术的发展伴随着电子技术、计算机技术、通讯技术、自动化技术、互联网技术的发展而发展，近年来兴起的IT新技术，如：物联网技术、云计算技术、大数据技术、BIM技术以及人工智能技术等，进一步促进了智能建筑向智慧建筑的转变升级，为智慧建筑的实现和发展提供了技术支撑。

1.3.1  物联网技术

    物联网( Internet of Things)是实现物与物之间的智能关联，是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，可以将各种信息传感设备，如射频识别( RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置与互联网结合起来，让所有能够被独立寻址的普通物理对象之间实现互联互通的巨大网络。

    物联网的本质是将IT基础设施融入到物理基础设施中，并被普遍连接，实现物物相联，目的是进行实施、动态、智慧的管理和控制，这一本质与智慧建筑的内在智能体现在将各种智能装置嵌入建筑设施的各种物件上，并赋予其自动运行、自我决策的智能工作模式不谋而合。为了实现对建筑的有效管理，实现建筑的“智慧”思考，首先就需要掌握建筑生态的相关信息，物联网技术正是智慧建筑能够实现全面感知、可靠传送和智能决策的重要技术基础。

1.3.2  云计算技术

    云计算( Cloud Computing)是一种基于互联网的新型计算模式，借助这种模式，计算机或者其他设备可以根据需求共享信息和软硬件资源。云计算中的“云”由数以亿计的计算机、移动终端组成，具有相当大的规模，能提供前所未有的计算能力、存储能力等，并且云计算利用虚拟化技术来实现对物理资源的集中管理，充分利用各种软件、硬件资源，提高了设备的利用率，降低了系统能耗。

    随着科技的进步，智慧建筑发展的需要，未来建筑物中会布满各种传感器、数据采集设备，这些智能装置采集的信息量巨大，要想把这些数据资源转变成有用的价值信息，普通的计算方式根本无法满足需求，通过云计算技术，可以将感知后的信息放在云端服务器上，利用云计算超强的计算能力，加快数据处理的速度，提升应用服务的水平和质量，满足用户的各种需求。

1.3.3  大数据技术

    大数据（Big Data）单从字面来看，它表示数据规模的庞大。国际数据公司( IDC)把大数据定义为：大数据技术描述了新一代的技术和架构体系，通过高速采集、发现或分析，提取各种各样的大量数据的经济价值。从这一定义来看，大数据的特点是数据体量巨大、数据类型复杂多样和生成速度快，而大数据技术的意义不在于掌握庞大的数据信息，而是通过专业化的处理分析和数据挖掘，从中获得价值信息。

    基于物联网技术的智慧建筑实时感知着由建筑所发出的各种信号，这些日积月累产生的海量数据是复杂的、多样的，需要经过存储、处理、查询和分析后才能充分用于各类应用，从而提供快捷、高效的服务，而智慧建筑要想成为经验丰富的“智者”，大数据技术为其可持续化的发展提供了必要的技术保障。

1.3.4   BIM技术

    我国《建筑工程信息模型应用统一标准》指出：BIM是指全寿命期工程项目或其组成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享数字化表达，而工程项目全寿命期可划分为策划与规划、勘察与设计、施工与监理、运行与维护、改造与拆除五个阶段。从定义来看，BIM技术可以贯穿建设的全过程，实现全程的信息化、智能化。

    智慧建筑是建筑全生命周期的智慧化，BIM技术可以帮助智慧建筑实现智慧设计、智慧建造和智慧运维的各个阶段。设计阶段，BIM技术对建筑物各专业建立三维模型，可以进行各种各样的建筑性能分析，将建筑更直观地展示出来；建设阶段，BIM技术可以对整个建造过程进行模拟，优化施工方案，进行精细化管理；在运行和维护阶段，BIM技术与物联网，云计算等互联网技术相结合，可以实现对智慧建筑的结构、环境和能耗等方面的监测与分析，通过可视化的应用将智慧建筑的全要素生动直观地表达给终端用户。

1.3.5人工智能技术

    人工智能( Artificial  Intelligence)是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透发展起来的一门综合性学科，主要研究运用计算机应用系统来模拟和延伸人类的智能活动。

    智慧建筑是一个被智能管控的生态系统，是集计算机技术、自动化技术和互联网技术于一身的建筑综合体。智慧建筑的关键在于建筑的智慧化，即具有类似人的感知、记忆与思维的自我学习与进步的能力，智慧建筑具有自己的“大脑”，能够控制和自动调节建筑物内的各种感知设备，能在建筑遭遇突发情况下，具有分析能力和判断力，智慧化决策。人工智能技术为智慧建筑实现真正的智慧化提供了重要的技术手段。

2  智慧建筑的行业发展目标

2.1智慧建筑的行业目标

    现代科学技术的进步促进了建筑行业的向前发展，建筑被赋予了新的使命。智慧建筑将不仅仅是一栋建筑，它将是一个智慧化的建筑生态系统。随着建筑技术的成熟进步和市场的逐渐完善，智慧建筑的发展将朝着智慧化、绿色化、生态化和可持续化的行业目标前进。

    ①智慧化：智慧建筑最终要实现建筑智慧化的目标，让建筑具备人的思维，具有自我感知、自我判断、自我分析和自我决策的能力，给建筑本身足够的自由空间，减少人为干预，让建筑真正智慧起来。

    ②绿色化：智慧建筑是全生命周期的建筑，从规划与设计、建造与运维到最终拆除的各个阶段都要考虑绿色化的理念，为使用者提供安全可靠、舒适适用、节约能源、减少污染、绿色环保的建筑环境。

    ③生态化：智慧建筑的实质是一个生态系统，无论是建筑外形还是建筑构造，都要符合生态化的标准。智慧建筑要实现适应环境和保护生态的目标，让建筑、人与环境三者融合发展、和谐共处。

    ④可持续化：智慧建筑可以有效地提高设备功能、降低运行成本、减少资源消耗、保护生态环境，坚持智慧建筑的发展理念，推动行业进步和技术创新，实现智慧建筑的可持续化发展目标。

2.2  智慧建筑的政策需求

    智慧建筑的研究与发展需要政府的大力支持与推动。政府部门应该充分发挥主导和协调作用，做好智慧建筑的统筹规划和顶层设计，制定相关的政策或条例，指引智慧建筑的发展；围绕智慧建筑的专业需求、关键技术、行业目标等方面制定相应的标准与规范，加强指导和监督，提供技术支持，完善专业人才队伍的建设，促进智慧建筑及相关产业循环有序的发展；重视智慧建筑发展过程中可能带来的安全问题和社会问题，及早展开研究论证和立法规划，

对数据安全、隐私保护、问题追责等方面提供相关的保护机制和法律保障；智慧建筑的发展不是一蹴而就的，是个长期的过程，这就需要政府、研究机构、行业协会和企业等社会各行各界的共同努力才能更好的实现，合作与分享是各方实现共赢的创新环境，更是发展的需要。

3  建筑行业智慧建筑技术路线图

    技术路线图作为一种提供分析、战略规划的技术工具，能够联系技术、产品和市场等相关因素，通过清晰简洁的方式表达出复杂的过程和大量的内容，从而对某个行业的未来做一个较为准确的分析，为行业发展和科学研秃进程指明方向。

    通过对智慧建筑的关键技术、行业目标和政策需求的分析，结合技术路线图的理论和方法，构建建筑行业的智慧建筑技术路线图，如图1所示。其中：横轴为时间轴，根据时间长短划分为近期、中期和长期；纵轴为智慧建筑的关键技术、行业目标和政策需求的相互关联。

    BIM技术、物联网技术、云计算技术、大数据技术和人工智能技术是建筑实现智慧化的关键技术，为智慧建筑的发展与研究提供了重要的技术支撑，是智慧建筑追求行业目标的必要手段，各种技术之间相辅相成，既需要发挥各自的技术优势，又需要相互之间的技术合作。BIM技术可以对智慧建筑生命周期的各个阶段进行建筑性能分析、模拟预测，结合大数据的数据挖掘技术探索智慧建筑的前瞻性研究；物联网技术是智慧建筑实现全面感知的重要技术基础，实时采集的大量数据为建筑实现智慧化提供了必要的信息资源；云计算的计算能力、存储能力、交互能力为智慧建筑的数据分析与计算提供了可靠的技术保障，它的高可靠性保证了建筑系统的服务质量；云计算技术与大数据的技术合作可以对采集的各建筑专业数据做出有效的分析和智能的挖掘，为建筑做出智慧化的决策提供可靠的依据；人工智能技术为建筑能够拥有自己真正的“智慧”提供了有力的技术帮助。

    在智慧建筑的行业目标中，智慧化是它的近期目标，让建筑具有自我分析、判断与决策的能力，而智慧化的实现可以加快绿色化和生态化的实现，让建筑可以高效节约能源、保护生态，更好地实现智慧建筑绿色化与生态化的目标，进而实现智慧建筑的可持续化发展目标，促进建筑行业的健康发展。智慧建筑的实现离不开政府的参与，政策的制定、方向的指引、标准的执行、规范的市场和有效的运行机制等因素是实现智慧建筑行业发展目标的有力保障，

创造一个良好的发展环境，对智慧建筑的发展至关重要。

4  结语

    智慧建筑是现代信息技术与建筑广泛、深度融合而建立起来的建筑生态系统，能为使用者提供智慧化的服务，促进入、建筑与环境三者的协调发展。智慧建筑将是建筑领域未来的发展趋势，具有广阔的发展空间，不仅能促进建筑技术创新和行业进步，还会创造良好的社会效益和经济效益。智慧建筑技术路线图的研究为智慧建筑的实现理顺了思路，为建筑行业的发展指明了方向，为决策者制定决策提供了有用的参考价值。智慧建筑的研究与发展是一

项系统性和持久性的工作，在建设过程中必将遇到新的问题和挑战，需要有针对性地加快关键技术创新与推广应用，制定配套政策，营造开放共赢的发展环境，让建筑拥有真正的智慧。