智能建筑

定义

智能建筑是以建筑物为平台，对各类智能化信息加以综合利用，并把建筑架构、系统、应用、管理和优化组合融为一体，从而具备感知、传输、记忆、推理、判断与决策等综合智慧能力，形成人、建筑、环境相互协调的整合体^[1]。按这一定义，它要提供的功能环境应具备安全、高效、便利和可持续发展的特征^[2]。

在国内工程实践中，智能建筑与建筑智能化系统工程基本对应，通常由通信网络系统、信息网络系统、建筑设备监控系统、火灾报警及消防联动系统、安全防范系统、综合布线系统、智能化集成系统、电源与接地、环境以及住宅（小区）智能化等子分部构成^[3]。其中智能化集成系统被视作智能建筑的重要标志，它把多种技术与学科汇集起来，重点解决各系统之间的互连和互操作问题^[3]。

原理

智能建筑的运行建立在分层架构上。最底层是现场层，传感器采集温度、湿度、空气质量、照度、人员占用等参数，执行器承担开关、调节风阀、控制百叶等动作，二者通过 KNX、BACnet、Modbus 等现场总线与直接数字控制器相连^[5][6]。中间是自动化层，控制器与输入输出模块处理数据并执行暖通空调、照明等系统的控制逻辑；最上层是管理层，以网页或图形界面向运行人员呈现状态并接收指令^[5]。

各子系统之所以能协同，靠的是统一的信息平台与协议转换。工程中常以中间件或协议网关把不同厂商设备的原始数据映射为统一格式，再交付给规则引擎、告警模块和数据分析工具使用^[7]。控制环节大量采用比例—积分—微分（PID）调节，其中比例与积分两项的组合在楼宇自控中使用最为普遍^[8]。近年物联网与云计算接入后，建筑可依据历史能耗与实时占用情况调整运行策略，形成感知、传输、计算、决策、执行的闭环^[9]。

从一个联动场景可以看出其工作方式：会议室二氧化碳浓度升高后，环境传感器经 BACnet/IP 把超标信号送至集成控制层，系统判定空间处于高负荷状态，随即联动变风量末端加大新风量^[10]。在系统未打通的情况下，同样的数据只会停留在仪表盘上，空调仍按原设定运行^[10]。

发展历程

普遍认为，1984 年美国联合技术公司下属的联合技术建筑系统公司在康涅狄格州哈特福德市改造了一座金融大厦，取名 City Place，为楼内增设计算机设备、数据通信线路与程控交换机，并对空调、给排水、供配电、防火、保安等设备实施计算机控制，这被视为世界上第一座智能化楼宇^[4][11]。当时的媒体报道也把这类以计算机系统统管供暖、通风、照明、运输、安防、消防并接入光纤网络的大楼称作“世界首座智能建筑”。

中国早期的智能建筑标准以建筑自动化、办公自动化和通信网络三者为基本要素，此后修订的标准则把信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统并列，并将优化组合的范围扩展到结构、系统、服务、管理^[12]。2015 年发布的《智能建筑设计标准》GB 50314—2015 于同年 11 月 1 日实施，同时废止了 2006 年版标准，新定义突出对智能化信息的综合应用与综合智慧能力^[2]。

2019 年 12 月 23 日发布、2020 年 2 月 1 日实施的团体标准《智能建筑工程设计通则》T/CECA 20003—2019，把智能化集成、信息设施、信息化应用、建筑设备管理、公共安全、机房工程、综合管线、供电与防雷接地以及工程实施和运维管理分章规定，反映出设计对象已从单栋楼宇扩展到全生命周期的工程管理^[13]。近年行业讨论更多使用“数智建筑”的说法，强调由设备互联转向数据智能^[9]。

应用

建筑设备管理是应用最集中的领域。空调与通风、变配电、照明、给排水、热源与热交换、冷冻冷却水以及电梯和自动扶梯等，都可由建筑设备自动化系统集中监视、控制和管理^[3]。智能照明监控、建筑能效监管、电梯运行监控等在团体标准中被列为独立的设计内容^[13]。

公共安全方面，安全防范系统综合运用电子信息技术、计算机网络技术与视频安防监控技术，具备报警、视频监控、出入口控制、安全检查和停车库管理等功能，火灾报警系统则承担火灾探测、自动报警与消防联动^[3]。信息设施一侧，通信网络系统为楼内语音、数据、图像传输提供通道，并可接入公用电话网、互联网等外部网络^[3]。

住宅与小区是另一类应用对象。住宅（小区）智能化把安全防范、火灾自动报警及消防联动、信息网络和物业管理系统集合起来，向住户提供节能、便利、安全的居住环境，家庭控制器则负责户内数据采集、家电监控与信息服务^[3]。系统集成层面，各子分部可先集成为建筑物管理系统，再与信息网络、通信网络集成为智能建筑管理集成系统，以同时满足监控、管理与信息共享的需要^[3]。

局限

系统碎片化是智能建筑落地中最突出的障碍。暖通空调、照明、安防、能耗监测等子系统常来自不同厂商，分别采用 BACnet、KNX 或专有协议，跨系统的数据共享与功能协同因此受阻，形成信息孤岛^[7]。多套平台并存的局面还增加了运行人员的学习成本和误操作风险^[7]。

集成工作本身的技术难度与成本常被低估。即便设计文件写明开放接口，真正实现通信仍需在两端的厂商工具中逐项匹配寄存器、功能与数据类型，不同设备组合数量近乎无限，经验难以在项目之间复用^[14]。老旧设备往往只能采集状态而无法远程控制，协议转换网关、时间同步、权限与安全边界都需另行处理^[15]。

数据覆盖不完整会限制分析能力。若计量只接到总表而未延伸至楼层分表，或租户区域用能数据缺失，平台虽能显示总能耗，却难以定位浪费发生在哪个区域或系统^[16]。感知设备本身也有边界：被动红外传感器在人员静止时难以判断空间是否有人，摄像头方案则涉及隐私与数据使用规则的约束^[8]。此外，智能化系统依赖电子设备与软件，故障与维护对专业技术人员要求较高^[17]。

参见

• 楼宇自控系统 —— 智能建筑中对空调、照明、给排水等建筑设备实施监控的核心子系统。

• 物联网 —— 为智能建筑提供全面感知与设备互联能力的技术基础。

• 建筑信息模型 —— 与智能建筑系统在设计、施工与运维阶段衔接的建筑数字化模型。

• 综合布线系统 —— 承载楼内语音、数据与图像传输的传输介质基础。

• 智能家居 —— 面向住宅户内的智能化系统，与住宅（小区）智能化部分相通。

• 智慧城市 —— 智能建筑作为其组成单元，在城市尺度上延伸的智能化形态。