近年来,随着智能建筑、智慧城市概念兴起,各种新兴技术开始在建筑设计中被引入、整合。摆脱单栋建筑的独立设计,园区的智能化已然成为未来发展趋势。然而,智慧园区不能依靠简单的产品堆积,需要前瞻性设计以及后期科学运营相结合。智慧园区的设计和实施贯穿园区建筑全生命周期中的设计、建造、运维、改造等各阶段。智慧园区在设计阶段考虑建筑的多种功效、用户感受及自动设计能力;建造过程阶段强调建造师设计思想与建筑信息管理技术相结合,注重建筑与环境、施工与工艺的协调;在建筑使用、运维阶段,通过建立信息数据库,开发相应的应用服务,自我完善建筑环境,延续建筑物的生命周期。
1、智慧园区的建设目标
以物联网、云计算、大数据、移动互联等现代信息技术为基础,通过感知化、互联化、平台化、一体化手段,建成基础设施高端、管理服务高效、创新环境高质、可持续发展的园区。园区能源结构需由高碳转向低碳,园区能源利用需由粗放转向集约,园区需以人为本,紧紧围绕服务生产运营,实现全生命周期的资源节约和环境友好;秉承创新性、持续性、可复制性原则,构建智慧园区综合决策平台,服务园区智慧化运营、智慧化办公和智慧化生活,打破信息孤岛,实现知识共享互通,最终建设成为安全高效、智能互动、绿色健康、舒适便捷的智慧服务型创新园区。整体目标如下:
(1) 一个目标,即建设全生命周期的智慧服务型创新园区。
(2) 两个平台,即智慧园区综合运维决策平台和综合物联网一体化平台。
(3) 三项服务,即服务智慧化运营、服务智慧化办公、服务智慧化生活。
(4) 四种特性,即安全高效、智能互动、绿色健康、舒适便捷。
2、智慧园区的组成部分
2.1 智慧园区的架构体系
智慧园区系统的规划按照平台层进行规划和设计,基础层规划主要考虑和智能化系统相关的规划,其原则是给未来的智慧化建设预留足够多的空间、通路和接口等基础条件。随着无线网络技术的发展,越来越多的设备连接采用无线方式,对于基础层的规划压力越来越小;感知层即智慧建筑中各个智能化设备和传感器,是智慧建筑技术体系的首要环节,主要进行信息的采集、处理,为智慧建筑的高效运行提供基础信息;平台层规划是智慧园区管理的核心,主要包含数据的导入与采集、存储与融合、分析与决策等,相比于传统的智能化架构,需要具备先进性、兼容性、扩展性、数据融合、全生命周期管理等特性;应用层规划主要是建筑智慧化带来的价值,需要依赖于应用呈现给建筑业主、运营团队以及建筑用户。因此在规划智慧建筑时,构建哪些应用显得尤为重要。智慧建造、智慧运维、智慧应急管理、智慧园区综合决策管控平台是智慧园区管理的基本配置,智慧餐饮、机器人派送系统、智慧健康管理等属于提升管理系统。但其系统架构和平台化管理是智慧园区管理的核心,但其平台的可扩展性、稳定性、前瞻性以及全生命周期的完整性在平台下都得到全部反映,后期平台可根据技术的发展和产品的广泛应用不断丰富和扩展。
2.2 智慧建造
目前,大数据、智能化和物联网等信息技术蓬勃发展,已经渗透进入各行各业,并且产生可观的效益。建筑业作为一个相当传统的行业,虽然信息技术在施工现场已经有了一定程度的应用,但施工建造的关键技术与运营的结合程度仍较低,因此为了提升建设的施工运营一体化程度以及智慧化水平,传统的检测已经无法实时掌握结构安全状态及其变化,无论是数据采集的速度和速度,还是对测量数据的及时分析都远不能适应施工质量控制和危险预警的要求,必须依靠现代高精度的监测及分析系统才能对建造施工进行全方位的动态实时监控。因此,监测技术作为智能建造中数据采集和处理的重要环节,与通信技术和计算机科学相结合成为智慧建造中重要组成部分。目前存在对于建筑物实际外观检测效率低(主要依靠人工)精确度不高、耗时长等难点及瓶颈。因此,需要从建设运营一体化的角度出发对面向运营的相关智能施工监测技术进行研究,从而将已完成建筑的实际问题能做到更加精准反映至现场施工管理人员。而基于面向运营的理念,也使得施工及运营阶段的监测数据具有很好的连贯性,方便现场人员对接下来的后续工程以及运营过程中采取相应的处理措施。应用虚拟现实技术和智能测绘技术,为打通设计-施工、施工-运营之间的行业壁垒,打造全生命期智慧工地、搭建工程建设大数据平台提供实践数据。
2.3 智慧运维
(1) 能源管理。
通过建筑内的物联感知设备或直接对接各类能耗系统,实现对建筑能耗数据的动态检测、实时显示和异常警报,并可统计各系统各设备的耗能量。
(2) 安全管理。
通过具体门禁定位至门禁位置,并显示门禁基本信息以及门禁事件;通过已定位的摄像头具体位置并显示其拍摄影像。设施设备故障预案是指设备发生故障时,自动通知维保人员及楼宇管理者,可通过BIM模型显示故障设备位置,并显示故障设备相关的系统,辅助维修人员快速找出故障原因。
(3) 楼群集控。
BIM与GIS的数据通过FM平台对接,进行楼宇群的管理,甚至可以涵盖整个城市的基础设施信息,构成完整的城市基础数据库,形成数据联动。
复合型能源网是以电能为中心,灵活接入多点兆瓦级分布式电源和其他多种能源形式,全面整合分布式能源,广泛集成能量信息,实现多种能源协调控制和综合能效管理,建成多点接入、网络共享、需求感知的园区能源互联网。对于国内某智慧园区,智能复合型能源网示意图如图1所示,对各类新能源系统进行有机整合,由智慧电网系统进行统一调度、管理。
2.4 智慧应急管理
智慧应急指挥管理子系统包括如下方面：
(1) 在突发事件发生前,应急指挥管理系统应能通过对智能建筑实施实时监测,完成突发事件的预测与预警功能,对突发事件起到防范作用。基于突发事件的先兆特征,建立突发事件的自动机模型,利用该模型得到判定突发事件是否可预测的算法及其在线预测突发事件的算法。当一些先兆事件发生后,通过先兆事件发生概率的信息,推导出算法,该算法可用来准确计算突发事件发生的概率大小,从而给出预警指示。
(2) 从系统论的角度,智能建筑是一个非线性、时变的混杂系统,通过建立完整的数学模型寻求最优的应急策略非常困难;另外目前存在许多智能建筑仿真软件,能够从不同侧面捕获智能建筑的系统动态。因此,提出了基于智能建筑仿真软件确定应急策略的方法,分为5个步骤:第一步,根据实际需求选择合适的智能建筑仿真软件;第二步,确定需要仿真的典型场景;第三步,针对选取的典型场景进行仿真,获取仿真结果;第四步,对仿真结果进行分析、评价;第五步,制定相应的具体应急策略。
2.5 智慧园区综合决策管控平台
智慧园区综合决策管控平台利用网络管理方式构建一个功能区域级集成管理、综合体总集成管理的多技术结构分区域及云平台管理模式。在空间环境上,采用基于BIM技术的空间管理技术,能够实现智能化的空间一体化智能控制,其是一种提供信息数据交换的逻辑平台,有广泛的扩展性和兼容性,可以将园区内不同功能的子系统在逻辑上和功能上融合在一起。平台实现信息综合、资源共享,增强各个子系统之间联动性,通过人工智能和大数据对园区进行全面管理,分析和管理园区各项事务,促进园区的人流、物流、信息流通畅,为园区管理、企业发展及公众服务提供先进技术手段,并对园区进行智慧化、人性化的管理。
2.6 智慧园区的物联网提升子系统
除了以上较为传统的智能系统以外,新型智慧园区还可以设置以下系统。
(1) 自动遮阳系统。
自动遮阳控制系统根据现场手动操作或探测光线的变化,向驱动器发出相应的控制信号,接收和处理传感器传送的信号,并执行升降窗帘的操作。
(2) 智能灌溉系统。
智能灌溉系统需结合回收雨水对科技馆绿化地进行按需浇灌。根据每个区域土壤水分传感器数据及自动气象站天气降雨情况,进行灌溉控制;可以根据不同季节、不同作物和作物不同生长时间,设置不同灌溉控制程序,满足作物的生理需求。
(3) 智慧垃圾处理系统。
智慧园区的垃圾处理系统在功能采用微生物处理技术,实现垃圾的减量化、无害化处理,便于后勤人员在垃圾方面的运行、维护。系统可获取垃圾处理量、有机肥料生成量、设备运行状态、报警信息等信息。
(4) 园区虚拟引导系统。
智慧型园区虚拟引导系统通过对访客信息进行分析,完成访客目的地的最优路径规划,通过园区虚拟引导系统的建设,既能提高服务品质,同时也向人们展示最新的科技,给人们带来极大便利。
(5) 人员定位系统。
智慧园区人员定位系统通过对访客信息、访客行走轨迹进行定位、监测、追踪任务,并能准确搜索到目标对象,实现对人员和物品的实时定位和监控管理,并生成日志文件,给员工提供安全的工作、生活环境。
(6) 雨水回收系统。
雨水回收采集系统通过对回收雨水进行数据采集、分析及综合管控,实现雨水资源的数据整合。综合决策管控平台通过实时的监测雨水回收系统的运行状态,对采集数据进行分析决策,将废水利用达到最大化。
(7) 互助服务系统(医疗、存包等服务)。
园区的互助服务系统以“双向互动、方便实用”为原则,为园区参观人员、管理者、工作人员、物业管理人员提供便捷、高效的服务。
(8) 空间环境智能控制。
通过对楼宇设备控制系统、照明控制系统、安防系统、背景音乐系统等智能系统集成,基于BIM技术利用其三维可视化性能,直观反映建筑空间情况。并在此基础上结合环境智能控制,降低空间环境智能控制系统的使用难度。
3、结 语
智慧园区规划属于智慧园区建设的顶层设计,是关系智慧园区建设是否顺利的长远路线图,用于指导、规范智慧园区各项工作的实施,直接影响智慧园区建设和发展的理念、思路和进程,对智慧园区建设非常重要和关键,是智慧园区建设的基础,关系到智慧园区建设的成败。
(1) 建筑设备数量和种类繁多,其所含数据信息量巨大,这为建筑设备的高效运维管理带来严峻挑战。因此,需要对相关数据信息进行有序管理,其中最有效的方法是对数据信息进行分类管理。智能化分类编码需要遵循统一的数据信息分类编码标准,不同来源、不同格式的数据信息才能顺利、有效地传递和共享给运维系统。智能化编码体系的建立需要满足模型构件自动分类的要求,同时具有一定的灵活性,以应对不同应用场景。同一项目下的所有模型及构件需要使用同一套编码规则标准,以便将相同项目中所有构件按照规则进行分级分类管理。为建筑的整体运营提供保障,通过对各种设备信息的收集、分析,建立预警机制,对突发状况进行妥善处理,并及时对设备进行维修、保养。
(2) 采用多种基于数据化和信息化的创新性技术,并将其应用到施工操作和管理中,使施工阶段与运管阶段联通,实现建筑技术的效用延伸;将智慧运管的理念纳入到施工阶段,提升整个建筑生命周期的运管效用,降低建筑全寿命周期成本;利用人工智能、互联网、大数据等先进技术,实现建筑智慧化运管。如何将这些先进管理技术与现有管理技术衔接,做到平稳过渡,将是研究的应用难点。从系统论角度,智能建筑是一个非线性、时变的混杂系统,通过建立完整的数学模型寻求最优的策略非常困难。
随着人工智能、物联网、大数据等新兴技术的迅速发展,基于全生命周期的智慧园区的规划与设计已成必然趋势。分析了全生命周期的智慧园区设计目标、设计要素,提出了基于全生命周期的智慧园区设计要点,探讨了关键难点。(作者：谢文黎)
