本书从建筑智能性演进角度,结合工业4.0和人工智能提出对智慧建筑概念的理解。工业4.0、智慧城市赋予智能建筑新的内涵,使之向智慧建筑演进。智慧建筑是在智能建筑基础上的进一步发展,其内涵的变迁与演进情况可用图1-5-1说明。
图1-5-1 从智能建筑到智慧建筑的内涵演进
从时间维度拓展的角度来理解,智慧建筑应该是覆盖和贯穿BIM软件各阶段(规划、概念设计、细节设计、分析、出图、预制、4D/5D施工、监理、验收、翻新)的智能化建筑。BIM软件各阶段如图1-5-2所示。
图1-5-2 BIM软件各阶段
从空间维度拓展的角度来理解,智能建筑在空间维度上的拓展包括:卫星导航定位、地下建筑空间,以及与交通、城市、地理信息系统的高度融合。
相比智能建筑,智慧建筑充分考虑“以人为本”,无论是建筑管理者,还是建筑使用者,都成为智慧建筑的一部分,且扮演着越发重要的角色。建筑学家认为建筑的最高本质是人,建筑是文化的载体。建筑活动与其他艺术活动和审美活动一样,担负着抗拒人性沦落与异化、重铸人类感性世界的历史重任。当下,人文主义日益成为建筑活动的新主题和新方向。当代建筑的第一要务就是回归生活,立足现实。最能体现“以人为本”的世界10大城市建筑项目为:法国博比尼市的生态学校,美国纽约市的户外文化空间,英国布莱顿市新路街道——以人为本的街道转型,澳大利亚悉尼市“穿”上针织外套的树木和灯柱,英国伦敦市的春天花园酒店——流浪汉的温馨家园,英国卡迪夫市的动物墙壁——人与鸟和谐共处之地,从伦敦市通往巴黎市的单车道——世界最长的绿色自行车道,法国巴黎公交公司乘车中心——多彩公交中心,丹麦奥尔胡斯市火车站——具有多重身份的火车站,美国太阳能大道—— 可以发电的马路。部分典型的建筑如图1-5-3所示。
图1-5-3 世界以人为本的建筑典范
从计算方式来看,智能建筑更多的依赖于分布式智能控制理论,智慧建筑则更多的依赖于以认知计算为代表的人工智能计算理论。
智慧经济的范式是:物联+数据智能(人工智能)+自适应服务。“智慧建筑”是智慧经济中的一员,必然要符合智慧经济的范式。因此,人工智能成为不可或缺的智慧建筑范式一环。智慧建筑是在不断发展中的新事物,无论是研究还是产业化都正在探索中前进,其方法理念不断渗透到传统建设领域,成为传统建筑行业转型升级的必由之路。达沃斯世界经济论坛人工智能委员会主席 Justine Cassel认为:谈到智慧建筑有三个关键词:智慧分析、智慧定制化、智慧的行为改变。目前,关于智慧建筑的概念、架构、模型、产业化等具体问题研究的尚不算多,关于“AI+智慧建筑”的研究就更少。其难点在于,一方面该研究需要基于智能建筑多年来业已形成的研究基础进行进一步探索,不能脱离行业本质性的认知积累;另一方面需要对人工智能学科领域有深刻的了解,并掌握应用人工智能理论、技术解决实际问题的方法。从本质上讲,这是建筑科学与智能科学的交叉研究领域。本书从信息物理系统(Cyber-Physical Systems ,CPS)的视角解释智慧建筑的内涵,如图1-5-4所示。
图1-5-4 智慧建筑1.0和智慧建筑2.0
从信息物理系统CPS的视角来分析,传统智能建筑是基于“信息-建筑”二元空间的系统,智慧建筑是基于“人-信息-建筑”三元空间的系统,如图4-2-5所示。在“信息(Cyber)”这一维度上,智慧建筑1.0即第一代智慧建筑更多的依赖于物联网、云计算、大数据、智能控制技术,智慧建筑2.0即第二代智慧建筑则更多的依赖于人工智能技术。这也正是区分智慧建筑1.0和智慧建筑2.0的本质所在。在智慧建筑2.0的三元空间系统图中,“人(Human)”与“信息(Cyber)”之间由于引入了AI,会更多的体现出“人-机”共融特征。
工学博士(控制科学与工程专业),副教授(电子、通信及自动控制系列),研究生导师。清华大学信息国家研究中心骨干工程师。2018年起于清华大学担任研究员,从事智能城市、人工智能、大数据、数字经济领域研究工作。2015年于北京理工大学自动化学院复杂系统智能控制与决策国家重点实验室控制科学与工程专业博士毕业,获博士研究生学历、工学博士学位,其间访学德国。拥有控制理论与控制工程专业硕士研究生学历,工学硕士学位;工业自动化专业本科学历,工学学士学位。北京市高等教育系统中青年骨干教师。获北京市教育教学成果二等奖、校级教学成果一等奖。住建部信息技术应用标准化技术委员会专家委员,高等学校建筑电气与智能化专业课程教材与教学资源专家委员会专家委员,中国自动化学会、中国电工技术学会能源智慧化专委会专家委员,中国互联网协会数字孪生技术应用专委会专家委员,中国工程建设标准化协会建筑与城市信息模型专业委员会、建筑机器人专业委员会专家委员。以第一作者发表学术论文近100余篇,近几年独著或主编出版专著、教材6部:《数字孪生城市:新基建时代城市智慧治理研究》、《AI+新型智慧城市理论、技术及实践》、《无人驾驶汽车技术》、《智慧建筑:智能+时代建筑业转型发展之道》、《智能建筑系统集成》、《智能建筑系统集成》(第二版)。主编《中国智能家居与智能建筑标准研究报告》、《中国5G绿色智慧建筑产业互联网白皮书》、《中国人工智能城市白皮书》,深度参编《新型城市基础设施建设研究报告》等。近年来,参与雄安新区智能基础设施建设等多项智慧城市项目。参与《城市信息模型应用统一标准》、《城市信息模型基础平台技术标准》等多项行业标准、国家标准制定或评审。曾任霍尼韦尔国际(北京)研发中心自动化系统研发工程师,深度参与2008奥运场馆、重庆机场、部委政府办公楼等多项大型工程建设项目设计、研发、调试。