指通過將建筑物的結構、設備、服務和管理根據(jù)用戶的需求進行最優(yōu)化組合,從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。智能建筑是集現(xiàn)代科學技術之大成的產物。其技術基礎主要由現(xiàn)代建筑技術、現(xiàn)代電腦技術現(xiàn)代通訊技術和現(xiàn)代控制技術所組成。
產生
智能建筑的概念,在上世紀末誕生于美國。第一幢智能大廈于1984年在美國哈特福德 (Hartfor)市建成。中國于90年代才起步,但迅猛發(fā)展勢頭令世人矚目。智能建筑是信息時代的必然產物,建筑物智能化程度隨科學技術的發(fā)展而逐步提高。當今世界科學技術發(fā)展的主要標志是4C技術(即Computer計算機技術、Contro控制技術、Communication通信技術、CRT圖形顯示技術)。將4C技術綜合應用于建筑物之中,在建筑物內建立一個計算機綜合網(wǎng)絡,使建筑物智能化。4C技術僅僅是智能建筑的結構化和系統(tǒng)化。
目的
通過對建筑物的4個基本要素,即結構、系統(tǒng)、服務和管理,以及它們之間的內在聯(lián)系,以最優(yōu)化的設計, 提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。智能建筑物能夠幫助大廈的主人,財產的管理者和擁有者等意識到,他們在諸如費用開支、生活舒適、商務活動和人身安全等方面得到最大利益的回報。”.
概念
修訂版的國家標準《智能建筑設計標準》GB/T50314-2006) 對智能建筑定義為“以建筑物為平臺,兼?zhèn)湫畔⒃O施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等,集結構、系統(tǒng)、服務、管理及其優(yōu)化組合為一體,向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”。
原國家標準《智能建筑設計標準》(GB/T50314-2000)對智能建筑定義為“以建筑為平臺,兼?zhèn)浣ㄖ詣踊O備BA、辦公自動化OA及通信網(wǎng)絡系統(tǒng)CA,集結構、系統(tǒng)、服務、管理及它們之間的最優(yōu)化組合,向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境”。
按照上海市的定義,智能家居“是采用現(xiàn)代計算機、信息通信和系統(tǒng)集成技術建立的家庭信息化平臺,它通過家庭網(wǎng)絡將與家居設備和系統(tǒng)互聯(lián)并統(tǒng)一管理,以提供一個舒適、便利、安全、節(jié)能和環(huán)保的家居生活環(huán)境”。
標準
在智能建筑和數(shù)字社區(qū)的規(guī)劃和設計中主要使用這兩套標準作為設計依據(jù)。其中,智能化標準側重于:以建筑物為平臺,強調智能化系統(tǒng)設計與建筑結構的配合和協(xié)調,如:綜合布線系統(tǒng)(GCS,PDS)、火災報警系統(tǒng)(SAS)、建筑設備管理系統(tǒng)(BAS)、火災報警系統(tǒng)(FAS)等,在技術應用方面主要涉及監(jiān)控技術應用、自動化技術應用等。 數(shù)字化標準側重于:以數(shù)字化信息集成為平臺,強調樓宇物業(yè)與設施管理、一卡通綜合服務、業(yè)務管理系統(tǒng)的信息共享、網(wǎng)絡融合、功能協(xié)同,如:綜合信息集成系統(tǒng)(IBMS.net)、樓宇物業(yè)與設施管理系統(tǒng)(IPMS)、樓宇管理系統(tǒng)(BMS)、綜合安防管理系統(tǒng)(SMS)、“一卡通”管理系統(tǒng)(ICMS)等,在技術應用方面主要涉及信息網(wǎng)絡技術應用、信息集成技術應用、軟件技術應用等。
由于歷史和部門協(xié)調的原因,兩套標準的名詞、概念、系統(tǒng)內涵可能需要進一步標準化,避免在工程實踐和國際交流中造成不必要的混亂,加大社會溝通成本。比如:BAS與BMS、SAS與SMS。作為系統(tǒng)性標準,定性太多、定量指標幾乎沒有,作為教科書或職稱論文尚可,但是作為指導智能建筑這個新興產業(yè)整個行業(yè)的技術管理標準,同志仍需努力!
開放標準
在GB/T 50314-2006中,智能建筑是一個大概念。它包括信息設施系統(tǒng)、信息化應用系統(tǒng)、建筑設備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)和機房工程。原來的安防、消防、樓宇自控、電話/電視/計算機、網(wǎng)絡統(tǒng)統(tǒng)收入囊中,包括信息通信、計算機、自動化控制、建筑電氣等技術領域,涵蓋新建、擴建和改建的辦公、商業(yè)、文化、媒體、體育、醫(yī)院、學校、交通和住宅等民用工業(yè)建筑等智能化系統(tǒng)的工程設計。GB 50339已經(jīng)有2007年06月送審稿。國家標準的頻繁升級,將導致建筑、信息產業(yè)、廣電、公安、消防等行業(yè)電氣電子工程/產品目錄、統(tǒng)計口徑的頻繁變更,導致圖書、教材、培訓班、宣貫班和IB應用軟件的空前繁榮。可惜它只是推薦性國標,如果是強制性國標就好了。
系統(tǒng)集成
英文 Intelligent Building System Integration,指以搭建建筑主體內的建筑智能化管理系統(tǒng)為目的,利用綜合布線技術、樓宇自控技術、通信技術、網(wǎng)絡互聯(lián)技術、多媒體應用技術、安全防范技術等將相關設備、軟件進行集成設計、安裝調試、界面定制開發(fā)和應用支持。
智能建筑系統(tǒng)集成實施的子系統(tǒng)的包括綜合布線、樓宇自控、電話交換機、機房工程、監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警、公共廣播、門禁系統(tǒng)、樓宇對講、一卡通、停車管理、消防系統(tǒng)、多媒體顯示系統(tǒng)、遠程會議系統(tǒng)。對于功能近似、統(tǒng)一管理的多幢住宅樓的智能建筑系統(tǒng)集成,又稱為智能小區(qū)系統(tǒng)集成。
樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)對整個建筑的所有公用機電設備,包括建筑的中央空調系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng),進行集中監(jiān)測和遙控來提高建筑的管理水平,降低設備故障率,減少維護及營運成本。
系統(tǒng)集成功能說明:
對弱電子系統(tǒng)進行統(tǒng)一的監(jiān)測、控制和管理——集成系統(tǒng)將分散的、相互獨立的弱電子系統(tǒng),用相同的網(wǎng)絡環(huán)境,相同的軟件界面進行集中監(jiān)視。
實現(xiàn)跨子系統(tǒng)的聯(lián)動,提高大廈的控制流程自動化——弱電系統(tǒng)實現(xiàn)集成以后,原本各自獨立的子系統(tǒng)在集成平臺的角度來看,就如同一個系統(tǒng)一樣,無論信息點和受控點是否在一個子系統(tǒng)內都可以建立聯(lián)動關系。
提供開放的數(shù)據(jù)結構,共享信息資源——隨著計算機和網(wǎng)絡技術的高度發(fā)展,信息環(huán)境的建立及形成已不是一件困難的事。
提高工作效率,降低運行成本 ——集成系統(tǒng)的建立充分發(fā)揮了各弱電子系統(tǒng)的功能。
設計目的及思路
設計樓宇自動化系統(tǒng)的主要目的在于將建筑內各種機電設備的信息進行分析、歸類、處理、判斷,采用最優(yōu)化的控制手段,對各系統(tǒng)設備進行集中監(jiān)控和管理,使各子系統(tǒng)設備始終處于有條不紊、協(xié)同一致和高效、有序的狀態(tài)下運行,在創(chuàng)造出一個高效、舒適、安全的工作環(huán)境中,降低各系統(tǒng)造價,盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項費用,保證系統(tǒng)充分運行,從而提高了智能建筑的高水平的現(xiàn)代化管理和服務,使投資能得到一個良好的回報。樓宇機電設備監(jiān)控系統(tǒng),作為智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)非常重要的一部分,擔負著對整座大廈內機電設備的集中檢測和控制,保證所有設備的正常運行,并達到最佳狀態(tài)。
優(yōu)勢
智能控制與傳統(tǒng)的或常規(guī)的控制有密切的關系,不是相互排斥的. 常規(guī)控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常規(guī)控制的方法來解決“低級”的控制問題,力圖擴充常規(guī)控制方法并建立一系列新的理論與方法來解決更具有挑戰(zhàn)性的復雜控制問題。
1. 傳統(tǒng)的自動控制是建立在確定的模型基礎上的,而智能控制的研究對象則存在模型嚴重的不確定性,即模型未知或知之甚少者模型的結構和參數(shù)在很大的范圍內變動,比如工業(yè)過程的病態(tài)結構問題、某些干擾的無法預測,致使無法建立其模型,這些問題對基于模型的傳統(tǒng)自動控制來說很難解決.
2. 傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)的輸入或輸出設備與人及外界環(huán)境的信息交換很不方便,希望制造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置,能夠更加深入而靈活地和系統(tǒng)進行信息交流,同時還要擴大輸出裝置的能力,能夠用文字、圖紙、立體形象、語言等形式輸出信息. 另外,通常的自動裝置不能接受、分析和感知各種看得見、聽得著的形象、聲音的組合以及外界其它的情況. 為擴大信息通道,就必須給自動裝置安上能夠以機械方式模擬各種感覺的精確的送音器,即文字、聲音、物體識別裝置. 可喜的是,近幾年計算機及多媒體技術的迅速發(fā)展,為智能控制在這一方面的發(fā)展提供了物質上的準備,使智能控制變成了多方位“立體”的控制系統(tǒng).
3. 傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)對控制任務的要求要么使輸出量為定值(調節(jié)系統(tǒng)) ,要么使輸出量跟隨期望的運動軌跡(跟隨系統(tǒng)) ,因此具有控制任務單一性的特點,而智能控制系統(tǒng)的控制任務可比較復雜,例如在智能機器人系統(tǒng)中,它要求系統(tǒng)對一個復雜的任務具有自動規(guī)劃和決策的能力,有自動躲避障礙物運動到某一預期目標位置的能力等. 對于這些具有復雜的任務要求的系統(tǒng),采用智能控制的方式便可以滿足.
4. 傳統(tǒng)的控制理論對線性問題有較成熟的理論,而對高度非線性的控制對象雖然有一些非線性方法可以利用,但不盡人意. 而智能控制為解決這類復雜的非線性問題找到了一個出路,成為解決這類問題行之有效的途徑. 工業(yè)過程智能控制系統(tǒng)除具有上述幾個特點外,又有另外一些特點,如被控對象往往是動態(tài)的,而且控制系統(tǒng)在線運動,一般要求有較高的實時響應速度等,恰恰是這些特點又決定了它與其它智能控制系統(tǒng)如智能機器人系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)、交通運輸控制系統(tǒng)等的區(qū)別,決定了它的控制方法以及形式的獨特之處.
5. 與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)具有足夠的關于人的控制策略、被控對象及環(huán)境的有關知識以及運用這些知識的能力。
6. 與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)能以知識表示的非數(shù)學廣義模型和以數(shù)學表示的混合控制過程,采用開閉環(huán)控制和定性及定量控制結合的多模態(tài)控制方式.
7. 與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)具有變結構特點,能總體自尋優(yōu),具有自適應、自組織、自學習和自協(xié)調能力.
8. 與傳統(tǒng)自動控制系統(tǒng)相比,智能控制系統(tǒng)有補償及自修復能力和判斷決策能力.
總之,智能控制系統(tǒng)通過智能機自動地完成其目標的控制過程,其智能機可以在熟悉或不熟悉的環(huán)境中自動地或人─機交互地完成擬人任務.
主要技術方法
智能控制是以控制理論、計算機科學、人工智能、運籌學等學科為基礎,擴展了相關的理論和技術,其中應用較多的有模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、遺傳算法等理論和自適應控制、自組織控制、自學習控制等技術。
專家系統(tǒng)
專家系統(tǒng)是利用專家知識對專門的或困難的問題進行描述. 用專家系統(tǒng)所構成的專家控制,無論是專家控制系統(tǒng)還是專家控制器,其相對工程費用較高,而且還涉及自動地獲取知識困難、無自學能力、知識面太窄等問題. 盡管專家系統(tǒng)在解決復雜的高級推理中獲得較為成功的應用,但是專家控制的實際應用相對還是比較少。
模糊邏輯
模糊邏輯用模糊語言描述系統(tǒng),既可以描述應用系統(tǒng)的定量模型也可以描述其定性模型. 模糊邏輯可適用于任意復雜的對象控制. 但在實際應用中模糊邏輯實現(xiàn)簡單的應用控制比較容易. 簡單控制是指單輸入單輸出系統(tǒng)(SISO) 或多輸入單輸出系統(tǒng)(MISO) 的控制. 因為隨著輸入輸出變量的增加,模糊邏輯的推理將變得非常復雜。
遺傳算法
遺傳算法作為一種非確定的擬自然隨機優(yōu)化工具,具有并行計算、快速尋找全局最優(yōu)解等特點,它可以和其他技術混合使用,用于智能控制的參數(shù)、結構或環(huán)境的最優(yōu)控制。
神經(jīng)網(wǎng)絡
神經(jīng)網(wǎng)絡是利用大量的神經(jīng)元按一定的拓撲結構和學習調整方法. 它能表示出豐富的特性:并行計算、分布存儲、可變結構、高度容錯、非線性運算、自我組織、學習或自學習等. 這些特性是人們長期追求和期望的系統(tǒng)特性. 它在智能控制的參數(shù)、結構或環(huán)境的自適應、自組織、自學習等控制方面具有獨特的能力.
神經(jīng)網(wǎng)絡可以和模糊邏輯一樣適用于任意復雜對象的控制,但它與模糊邏輯不同的是擅長單輸入多輸出系統(tǒng)和多輸入多輸出系統(tǒng)的多變量控制. 在模糊邏輯表示的SIMO 系統(tǒng)和MIMO 系統(tǒng)中,其模糊推理、解模糊過程以及學習控制等功能常用神經(jīng)網(wǎng)絡來實現(xiàn).模糊神經(jīng)網(wǎng)絡技術和神經(jīng)模糊邏輯技術:模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡作為智能控制的主要技術已被廣泛應用. 兩者既有相同性又有不同性. 其相同性為:兩者都可作為萬能逼近器解決非線性問題,并且兩者都可以應用到控制器設計中. 不同的是:模糊邏輯可以利用語言信息描述系統(tǒng),而神經(jīng)網(wǎng)絡則不行;模糊邏輯應用到控制器設計中,其參數(shù)定義有明確的物理意義,因而可提出有效的初始參數(shù)選擇方法;神經(jīng)網(wǎng)絡的初始參數(shù)(如權值等) 只能隨機選擇. 但在學習方式下,神經(jīng)網(wǎng)絡經(jīng)過各種訓練,其參數(shù)設置可以達到滿足控制所需的行為. 模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡都是模仿人類大腦的運行機制,可以認為神經(jīng)網(wǎng)絡技術模仿人類大腦的硬件,模糊邏輯技術模仿人類大腦的軟件. 根據(jù)模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡的各自特點,所結合的技術即為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡技術和神經(jīng)模糊邏輯技術. 模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡和它們混合技術適用于各種學習方式 智能控制的相關技術與控制方式結合或綜合交叉結合,構成風格和功能各異的智能控制系統(tǒng)和智能控制器是智能控制技術方法的一個主要特點。