中国智能建筑的未来发展路向中国智能建筑的未来发展路向 苏廷弼--香港城巿大学 博士 摘要 在主要城巿几乎所有新的商业建筑中"智能建筑"(IB)这个词己经变得非常流行。每当人们谈到这个词时,他们一般首先的印象是将智能建筑同高速局域网、协议、光导纤维、多媒体环境甚至卫星会议联系起来。确实,世界上所有现代智能建筑都拥有先进的信息技术(IT),趋势是大多数建筑服务体系同IT环境结合起来。这就是为什么新加坡和上海把它们对智能建筑的定义建立在通讯网络的基础上。但问题是"IT是智能建筑的终极目标?"在本篇论文中,我将首先介绍当今对智能建筑的各种含义,然后总的回顾一下信息技术在智能建筑中的应用,尤其是建筑服务体系中的应用.根据美国智能建筑院对智能建筑的定义,智能建筑当然不仅仅是有先进信息技术的建筑。根据世界各地对智能建筑的现有定义,我对智能建筑进行了更复杂的定义,将IT视为主要的手段但不是主要的精华。进一步来说,除了商业建筑和公共设施外,在不久的将来,智能建筑将构成所有民用住宅和小区一个完整的平台。那么将要实现三个重点概念, 即智能、环境和文化。 1. 引言 根据Finch【1】的说法,智能建筑的出现很可能会在21世纪对设备管理有重大需求。无论我们是否选用智能这个词,建筑智能化渗透于现代建筑的每一个特性中。 智能建筑是1981年由美国UTBS公司(联合技术建筑系统公司)倡导提出的【2】,于1983年7月随美国康涅狄格州哈佛城巿广场大厦的落成典礼而变为现实。UTS 公司负责控制和操作共享设备,如空调、电梯和事故预防设备。此外,公司还为 每个承租人提供通讯和租用共享服务,如办公自动化服务,使用局域网(LAN),数字式自动用户交换机(PABX)和计算机。哈佛大厦被称为是世界上第一座智能建筑。 我们说智能是甚么意思呢?一种观点是把智能视为一种天生的一般认知能力,是各种常规推理的基础。根据Finch【1】,Piaget不是将智能定义为一种属性,而是作为一种信息处理技能的分层结合体,是个体及其环境之间适应性平衡的基础。也有其它观点,但是Piaget所定义的可以扩展理解为人们是如何在建筑物中工作和生活,以及同其小气候、建筑物和外部环境如何相互作用。 迄今为止,还没有一个被广泛接受的智能建筑的定义。但是, 我认为一个最基本的概念应是:"智能建筑本身并不是有高智能的,而是可以使得住在其中的住户更加聪明"。 实际上,现在世界各地对智能建筑大多数的定义都是要试图确保某建筑物适合于住户安全、舒适、有效和高效地工作与生活。现在该是亚洲,尤其是拥有12亿人口的中国,釆用自己的智能建筑的定义了。没有正确的定义,新的建筑将不会被最优化地设计以满足下世纪的要求。 2. 智能建筑的现有定义 2.1 智能建筑在美国的现有定义 根据美国智能建筑学会(Intelligent Building Institute)的定义,智能建筑是通过优化其四个基本要素即结构、系统、服务和管理及其相互关系来提供一个多产的和成本低廉的环境。智能建筑可以帮助建筑物的业主、房产经理和住户在成本、舒适、便利、安全、长期灵活性以及可销售性方面实现他们的目标。没有任何的智能门槛来确定某一建筑物是否通过。最优的建筑智能化是解决方案同住户的需求相匹配。此外,IBI指出,"没有固定的特性来定义智能建筑。事实上,所有智能建筑所共有的唯一特性是其结构设计可以适于便利、降低成本的变化。"IBI的说法确定了智能建筑应具有的特性元素。虽然IBI在广义上定义智能建筑,但它试图强调技术的可用性。 2.2 智能建筑在欧洲的现有定义 位于英国的欧洲智能建筑集团将智能建筑定义为"创造一种可以使住户有最大效率的环境的建筑,同时该建筑可以使有效地管理资源,而在硬件和设备方面的寿命成本最小。"根据此定义,建筑物提供商和开发商们需要准确了解他们需要开发为甚么样的建筑,既盈利又能满足用户不断增长的各种要求。信息技术供货商们需要了解建筑物、住户及他们所安装的计算机系统之间的关系。建筑物业主和住户们需要了解住在智能建筑中意味为甚么。他们可以预计得到甚么样的收益以及这将会如何改变他们的经营方式?三组人,即建筑物提供商和开发商、IT供货商以及建筑物业主,之间的关系复杂,很难理解。如果建筑物提供商不提供正确的建筑物,安装复杂的计算机系统将会非常困难。如果用户和业主不理解住在智能建筑中的好处,他们将不愿意向开发商支付"智能空间"费。1991/92年,DEGW同Teknibank合作开展了一次大型的欧洲智能建筑的多用户研究项目,目的是密切注意现有惯例,开发出一种欧洲模式的智能建筑,更接近于用户要求和正在变化的工作形式。因此,可以看出欧洲对智能建筑的定义更强调用户要求而不是技术。 2.3 智能建筑在新加坡的现有定义 新加坡政府公共设施署指出,智能建筑必须满足三个条件: * 该建筑应有先进的自动控制系统来监控各种设施,包括空调、温度、照明、 安全、火灾等,以便为住户提供舒适的工作环境; * 该建筑应有良好的网络设施,以便各楼层之间可以进行数据交换; * 该建筑应提供足够的电讯设施。 2.4 智能建筑在中国的现有定义 在上海,开发商们将智能建筑标识为"3A"或"5A"。"3A"指该建筑有三个自动功能:通讯自动化(CA)、办公自动化(OA)及建筑管理自动化(BA)。有些智能建筑将火灾报警功能从BA中分离出来,从而成为一个独立的火灾自动化系统(FA),而有些智能建筑有一个综合的维护自动化系统(MA)将建筑物内的各种自动化系统综合起来。这2A加上前面的3A, 成为"5A"。 虽然这定义在国内已不甚普遍, 亦可以看出新加坡和中国的定义都是把重点放在使用先进技术进行控制和通讯方面。 2.5 智能建筑在日本的现有定义【4】 根据Fuijie的观点,日本的智能建筑是在同美国不一样的社会和办公环境中开发的。日本电报电话公司(NTT)的私有化并没有使得美国的AT&T复杂化,也发现日本的文化氛围。日本对智能建筑的重点集中在以下四个方面: * 做为收发信息和辅助管理效率的轨迹; * 确保在里面工作的人满意和便利; * 建筑管理合理化,以便用低廉的成本提供更周到的管理服务; * 针对变化的社会环境、复杂多样的办公以及主动的经营策略做出快速、灵活和经济的响应。 至于文化考虑,智能建筑必须保持一个有效的工作环境、自动综合运转并能够灵活适应未来工作环境变化的需求。这些需求包括: * 精确的空调系统,可以适应各种工作环境; * 防闪光照明系统; * 休息区; * 中庭; * 数字式电子交换机; * 光导纤维局域网系统; * 自我智能化系统; * 中央监控系统; * 出入口控制系统; * 自动测量和计费系统; * 大量的接线系统,使用蜂窝状信道和活动地板; * 高载荷区,从500公斤/M2到1000公斤/M2; * 适应拋物面天线。 从上述讨论中可以看出, 日本将重点放在住户本身的考虑。尤其是在西方国家的定义中还没有把住户的娱乐服考虑进去。 3. 智能建筑中的信息技术 在一个现代化智能建筑中通常可以找到信息技术的标准特性,如因特网、内联网、数据传输用局域网/广域网、卫星通讯、自动用户交换机等。它们主要用于住户之间的交流。这里,我主要强调智能建筑内设备与装置之间的交流。 建筑自动化系统(BAS)在建筑运作人员的手中可以被视为是重要的手段,以对整个建筑系统提供更有效的控制。历史上,大型建筑的环境控制系统是气动的,它们能够维持建筑物中可以接受的环境条件,可以执行一些相对复杂的控制程序。但是由于它们有许多硬件,因此初始安装成本和维护要求很高。也有有限的精度、机械磨损和不灵活这些问题。近年来,建筑系统中的暖风、通风、冷气(空调)、照明、火灾安全系统等综合起来已经证明在经济上是有优势的,而且简化了系统的互相作用。将直接数字化控制(DDC)应用于所有这些传统的建筑系统中,可以借助于高速通讯信道从中控室进行几乎直接的监控。换句话说,现代BAS实际上是DDC网络系统。为了列出DDC网络的优点,值得先把这些系统是如何工作的这个概念介绍一下【5】。DDC网络系统一般有三个分层或"建筑"结构,即分别为集散控制器、建筑物广域或岛主人控制以及信息管理。每一层次都有重要的目的。DDC网络所增加的价值是这三个层次相互关联。 3.1 集散控制 在这一层中,以微处理器为基础的控制器监控感应器并控制设备以满足具体应用的需求。集散控制是一个盒子里完整的控制系统,带有所需的全部输入、输出和控制处理逻辑。这些控制器一般会具有传统的暖通空调功能,如排出空气的温度、空间温度、湿度和风机控制。在智能综合网络中使用集散控制器有三大优点。第一是可以成功重复。某一具体舒适区的多控制策略必须能够提供一致的、可重复性结果,如从占用切换到未被占用,然后在下一个占用模式中再返回完全一样的舒适条件。第二是单体控制。不管是甚么样的相应层次,我们必须能够控制某一具体的区域。系统必须能够使单个的员工设定他们自己舒适的层次,而且所有这些设备可以连接到BAS网络上,以便可以收集数据,计量产能。最后是员工的产能。通过改善室内环境的舒适控制可以提高员工的产能。1992年的一项研究表明,通过个人环境的适当控制可以提高产能2%。 3.2 建筑物广域(主层)控制 这一层协调