“双碳”目标下的智慧建筑

摘要：建筑是城市碳排放的主要来源之一，在全球大都市普遍占比30%以上，在部分发达城市甚至高达80%。推进低碳城市，需要建筑节能先行，数字化、智慧化的手段则是支撑建筑行业运行服务效率进一步提升的关键。

关键词：低碳 建筑节能 智慧化

智慧建筑的发展历程从解决方案角度来看，建筑智能化的发展伴随着信息技术、电子技术、控制技术、通信技术等多个专业领域的进步，其发展历程可以分为传统建筑智能化、“帽子式”智能建筑、智慧建筑三个阶段。

1.1 传统建筑智能化“传统建筑智能化”是在建筑基础上配备各种各样的弱电系统，如建筑状态管理、网络化、辅助办公、设备节能管理等，这种方式习惯性地以所建设的智能化系统的数量来评价建筑智能化程度，并且强调每个智能化子系统的细节功能。智能化系统的叠加并不能代表建筑智能程度的高低。随着智能化子系统的不断增加以及各子系统不断专业化、细分化（例如：安防自动化细分为门禁控制、视频监控、入侵报警、周界报警、巡更等，目前一栋建筑中往往有20个以上的智能化子系统），造成在具体落地过程中烟囱式系统林立。

1.2 “帽子式”智能建筑“帽子式”智能建筑是指将各垂直领域的智能系统，如楼宇自控、办公自动化、消防自动化、安防自动化、通信自动化等系统，通过建立IBMS（集成化建筑管理系统）进行数据整合。这种方式将建筑设备和相关智能化系统的数据集成在同一个平台上，在一定程度上解决了各子系统之间信息孤岛的现象。IBMS只是将数据在同一平台进行整合、呈现，平台无论是基于云还是本地服务器，系统和系统之间的数据关联、交互与场景化程度都非常有限，并且存在重复建设，集成难度大的问题。

1.3 数字时代的智慧建筑新国标《智能建筑设计标准》GB/T50314-2015中提出智能建筑应具有感知、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。通过定义可以看出智慧的核心是“消费数据”，如何增强数据维度、统一数据标准、打通数据壁垒、综合利用数据是实现智慧建筑需要解决的关键问题。AI（人工智能）+IoT（物联网）是目前智慧建筑技术发展的主流方向，主要通过物联网、人工智能、云计算、边缘计算、5G等技术实现人、物、空间、时间、事件的“五位一体”，从系统建设的源头上就消除各个不必要的智能化子系统，通过统一的数据治理手段，促进各类设备（专业系统）数据的无缝集成；通过对建筑数据全维度的智慧化融合与处理，形成高效响应与决策；通过搭建多样化的应用服务，形成建筑即服务的创新模式。多种技术的融合，建筑、设备和人生成的数据共享共治，能够扩大智慧场域，创造更为丰富的应用场景，实现功能的叠加和增益。

2. 智慧建筑的技术架构从技术架构的角度，智慧建筑主要包括设备层、接入层、平台层与应用层组成，通过建立“智慧建筑综合管理平台”，采用“云、管、边、端”的硬件技术架构实现对建筑的智慧化统一管理。

2.1 可“感知”-设备层设备层是整个系统的数据基础，涵盖建筑内各类控制器、物联网传感器、作动器、面板、摄像头、智能水电气表、信息发布等终端设备，实现对建筑内物体、人员、环境等各种对象主体的动态数据采集，并且能够对来自上层的实时数据指令快速响应和执行。

2.2 能“互联”-接入层接入层主要负责传递和处理设备层获取的信息，通过物联网、互联网、有线传输、无线传输等方式实现建筑内各设备的万物互联。其本质上是为智慧建筑提供高效的神经网络系统，并让各组成部分的数据、信息快速传递和有机协同。在实际场景中需要根据具体情况综合考虑各种传输技术的应用，常见的传输技术有：Zigbee、窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）、LoRa、Modulbus、光纤等。

2.3 懂“计算”-平台层平台层是智慧建筑系统中承上启下的关键节点，先进的做法是采用基于微服务和Docker容器技术的云架构，为智慧建筑提供大数据分析、AI分析、可视化引擎、动态模型分析、统一流程、设备控制、安全管理等服务。平台服务层可以看作建筑的“智慧大脑”，通过各类模型对数据进行分析处理，并通过机器学习，沉淀出规则和知识，进化出判断、决策的能力。

2.4 会“服务”-应用层应用层是基于平台层所提供的通用服务能力所搭建的相关的智慧建筑应用，以可视化呈现、人性化交互的方式面向不同角色的用户（员工、物业、访客、贵宾等）提供个性化服务，包括智慧照明、智慧安防、智慧餐厅、智慧电梯、智慧会议、智慧访客、智慧停车、智慧能源管理等。

3. 建筑智慧运营助力“碳中和”我国建筑运行阶段能耗占全国碳排放21.9%，且比重呈现逐年增大趋势，推动建筑进一步节能，完善碳排放数据精确统计无疑具有重要意义。

3.1 能耗管理精确化、全面化实现“降碳”传统建筑智能化中通过一些智能技术元素做到了对照明、暖通空调、水供给等系统的远程控制管理，但由于系统集成能力较弱、自动化水平不足，大多数情况下依然由物业运维人员花费大量的时间精力去判断操作，存在无法按照实际使用情况调整、全区域设备运行一个状态、无法及时发现设备故障、无效设备损耗、无有效管理机制等问题，难以达到系统建设之初所设想的节能效果。智慧建筑中的“智慧能效管理”系统为节能运行的精细化管理提供了可靠手段。通过设备层的物联网传感器和智能终端可以实施采集建筑物内的温湿度、人员分布、热源分布和能耗分布，在平台层经过数据模型的分析，可以准确分析不同空间内的负荷需求，在保障建筑室内环境健康舒适的前提下，智能优化控制管理，提高设备的运行效率；通过能源数据远程实时传输、能源动态监测、能效分析评估、节能目标预测与控制可以为运营者提供有效的能源优化策略；通过用能诊断分析、预告警管理，帮助运营者及时排除故障。

3.2 能耗数据统计实现“碳监管”用数据说话是建筑领域实施“双碳”路径的前提条件，2021 年9月28日住房和城乡建设部发布强制性工程建设规范《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB 550152021）的公告，其中对建筑碳排放计算与碳排放监测进行了强制性要求。目前普遍的建筑能耗系统只是做到对水、电、气等能源消耗的总量监测，其数据的颗粒度、应用性远远达不到“双碳”目标的要求。智慧建筑中的智慧能源管理可以实现对建筑中能耗按照分能耗类型、分区、分设备类型计量数据进行细致实时监控管理，包括建筑耗电量、化石燃料消耗量、集中供热/供冷耗量、可再生能源利用量等。同时系统提供多种大数据分析算法，建立多种能耗评估标准，如建筑能耗密度标准值、建筑能耗评分等级标准、设备运行状态评分标准等，可提供日分析、周分析、月分析、年分析以及任意时段内的数据分析，根据建筑的能耗情况与能耗评估标准之间的比较得出评估结论。

4. 建筑领域碳达峰、碳中和背景下，人工智能、物联网、大数据等技术与基础设施的深度融合为建筑的节能运行和低碳可持续发展提供了新路径，数据化、智慧化、信息化将是未来建筑所必备的特征。