随着智慧城市概念的提出,建筑行业的发展迎来了转型升级的时刻,为了提高人们的居住体验和满足智慧城市建设需要,传统的建筑将被智能建筑替代,传统的社区转变为智能的社区。实现智能建筑和智能社区的关键是信息化技术和监控技术的融合和集成,这与工业4.0的发展策略不谋而合,因此我们可以借鉴工业4.0的理论、方法和技术完善智能建筑系统的集成。
1工业4.0概述1.1工业4.0迎来了新的工业革命
工业4.0的概念首先由德国提出,其宗旨是支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新,大力推动物联网和服务互联网技术在制造业领域的应用,从而应对新一轮科技革命带来的挑战,以此抢占信息技术与工业融合发展中技术的制高点。
推出工业4.0不仅能巩固德国的竞争地位,而且也可推动解决全球性挑战。工业4.0在德国的应用和推广意味新的智能设备、新的技术手段、新的管理方式、新的流程和新的模型,这必将推动机器人技术、IT技术、控制技术、信息技术等核心产业的变革,这种变革会冲击世界原有生产体系,带来全新的工业革命。与此同时其他发达国家也不断推进“新工业战略”,比如美国的“工业互联网”和信息物理系统(CPS)以及日本在尖端技术上的投入。世界先进国家掀起的新一轮的工业革命是对中国工业制造业的挑战,是中国这个制造业大国无法回避的问题。
1.2工业4.0对智能建筑系统集成的影响
智能建筑的系统集成是实现智慧城市的基本要素,其集成的目标和方法与“工业4.0”的目标和方法具有很高的契合度。工业4.0总的来说是通过互联集成并利用各种信息,改变产品、改变生活。智能建筑是将建筑内部的各智能化系统通过网络进行高度集成,以提供安全、舒适、便利的环境。建筑业与制造业相比,同样处于科技水平高度发达的时代,目前我国的建筑能耗很大,智能化水平低。降能耗、增智慧需要通过智能建筑系统集成来解决。
实现智能建筑中各系统的互联、互通、互操作以及系统集成必须基于一系列的标准,目前我国的智能建筑各系统相对独立,技术标准不统一。因此制定统一的标准和发展策略是智能建筑系统集成急需解决的问题。工业4.0中将标准化作为实施计划的首要任务,其标准化战略源于已有的成果和经验,并在此基础上确定了新兴工业标准化的模式,深入研究其模式和方法对智能建筑标准的制定具有非常重要的参考价值。标准的形成对建筑行业的发展也是至关重要的,建筑行业是我国发展最迅速的行业之一,建筑技术已经跻身世界先进行列,完善标准体系可进一步引领我国智能建筑占领行业制高点,促进行业的健康、高速发展。
2借鉴工业4.0促进智能建筑系统集成建设应用工业4.0的成果可快速建立一套标准的系统集成体系,为此通过对工业4.0的深入解读,重点讨论在其背景下有关互连、数据、集成、创新等内容,借鉴其标准路线引领智能建筑系统集成技术的发展。
2.1互联
工业4.0的核心是连接,要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连接在一起。智能建筑系统集成的核心也是连接。把智能建筑中无处不在的传感器、智能控制设备、通信设备、智能终端设备、应用软件通过信息物理系统连接为一个智能网络。使得设备和设备,人和设备,数字世界和物理世界之间能够互联。
2.1.1设备之间的互联
智能建筑集成系统的底层是智能设备的互联,建筑中智能传感器以及不同类型和功能的智能设备互联组成智能建筑,不同的智能建筑互联组成智能小区,智能小区的互联组成智慧城市,这些智能设备是构建智能建筑、智能小区和智慧城市的基础。
2.1.2设备和业主的互连
智能建筑系统集成意味着通过管理软件和智能终端,设备与业主可以进行交流,其中的资源、信息和数据经过处理和分析,使得系统能够理解业主并调度各类设备协同工作满足不断变化的业主需求,实现设备智能和业主的合作。这种协同模式同工业4.0的目标是一致的,通过业主和智能设备的反馈循环机制、深度融合以及实时交换来增加或扩展集成系统新的功能。
2.1.3万物互联
智能建筑系统集成的终极目标是实现智能建筑内外无所不在的连接,智能建筑中的所有的“物”都将成为网络终端。系统将智能建筑中的“人”、“物”、“信息”在网络的环境下集成到一起,提供相关的服务,将建筑转化为一个智能环境并改变我们对外部世界的响应模式。
2.2集成
集成是工业4.0的关键词,也是实现建筑智能化的关键词,智能建筑中智能化系统的智商如何与系统集成度存在着密切的相关性。智能建筑系统集成中主要包括纵向、横向和端对端3个层次的集成。
2.2.1纵向集成
智能建筑中纵向集成是将子系统中各类设备通过互连集成到单一的操作平台上,实现统一的监控、管理以及信息共享,集成的目的是让系统的操作更为简单,更有效率,这是传统的智能建筑集成模式。
2.2.2横向集成
横向集成是对各子系统进行功能集成,实现信息、资源、任务共享,完成集中与分布相结合的监视、控制和综合管理功能。集成的目的是提高整体智能化程度、增强综合管理能力、优化节能管理,提供增值业务和实现跨子系统的联动。随着新技术的发展集成还包括与智能建筑外系统的集成,从智能建筑内部协调到智能建筑和公共服务资源的整合,实现有关智能建筑的所有信息、服务的无缝连接和综合集成。
2.2.3端对端的集成
在工业4.0中端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成,是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合,最大限度地实现个性化定制。智能建筑中端对端的集成是针对网络中两设备间的互操作关系而言的。这类端对端的集成在已有的智能建筑的集成系统中是普遍存在的,集成在底层完成,通过设备与设备的互连来完成设备之间的互操作,智能设备之间可以直接传达命令达到互相控制,整个系统具有自治和自适应的能力。
2.3数据
工业4.0的核心就是数据,智能建筑系统集成所需的大量数据也是实现建筑智能化和智能决策的核心依据。
2.3.1智能建筑监控数据
智能建筑中所有的传感器、智能设备、智能终端都在不断地产生数据,来自于智能建筑的监控数据是智能建筑系统集成的基石。
2.3.2智能建筑管理数据
业主信息、停车信息、缴费信息、物业信息、公共服务等信息来自于各类管理系统,这些数据的集成是优化管理、数据分析、提供决策的基础。
2.3.3外部数据
城市的交通信息、市政信息、天气信息及其他一些公共服务信息和数据来自于智能建筑的外部,它们是智能建筑与智慧城市连接的纽带。
上述的数据是智能建筑系统集成的重要组成部分,充分利用这些数据可以为我们提供更人性、更高效,更安全,更舒适的人居环境。
2.4创新
“工业4.0”的实施过程实则创新发展的过程,智能建筑系统集成也势必带来建筑行业的创新发展。
2.4.1技术创新
人工智能、新型传感器、移动互联、大数据分析、数据的综合集成,虚拟社区、BIM等新技术在智能建筑的应用中不断融合渗透,促使智能建筑的创新体系不断前进。
2.4.2产品创新
新的智能家居产品,智能可穿戴设备将会逐渐应用到智能建筑系统中,集成到智能建筑系统中来。
2.4.3模式创新
首先是社区的管理模式层面的创新,从过去的“人管”方式转变为“人管+机管”,人工智能和大数据分析使得管理系统具备智能,可以分析预测未来出现的状况,及时实施有效的管理。其次是在虚拟社区模式层面创新,网上的虚拟社区,将改变人们的社交活动方式。未来的创新模式可能是我们目前无法想象的。
2.5标准体系
实现工业4.0的目标,就要建立一个统一的系统框架,在框架内各种终端设备和应用之间的数据交换必须基于一套标准化的体系。通过对标准体系的推广和应用,才能取得发展,赢得竞争,标准的制定至关重要。为此,年4月德国电气电子和信息技术协会率先发布了“工业4.0”战略的标准化路线图。
近几年我国的智能建筑控制产品的国产化进程不断推进,但目前我国智能建筑系统的集成仍旧没有统一的技术标准,甚至部分产品直接沿用国外的标准,使得不同厂商的设备之间不能实现互联、互操作,因而无法完成系统集成。
随着城市建设的推进,我国的建筑体量和规模不断赶超发达国家,因此我们必须制定自己的标准体系。否则我们就只能被动地接受国外的新标准、新设备,这将会阻碍中国自己智能建筑产品的发展。若我们自己有了统一的标准,那么不仅能方便地实现互联,高效地实现互操作,轻松地实现智能建筑系统的集成,而且还能占领智能建筑领域的制高点,提升整个行业的竞争优势。
3结语与工业4.0类似,建筑的可持续发展就是在它的全生命周期内实现与建筑自身、建筑使用者、周围的环境三者的和谐共存,而智能建筑系统的集成是实现和谐共存的至关重要的手段,工业4.0的成果和经验,将为建筑智能化系统集成的发展提供更好的机遇。本文以工业4.0为契机,对其进行深入解读,从互连、集成、数据、标准、创新等几个方面探讨如何通过智能建筑的系统集成提高建筑的智能化程度,并强调借鉴工业4.0的标准体系构建智能建筑行业的规范和标准,占领智能建筑领域的制高点。
作者信息:
王丽,沈阳建筑大学,讲师。
吕军,中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司,高级工程师。
刘剑,沈阳建筑大学,教授。
全文请参见《建筑电气》年第5期《工业4.0背景下的智能建筑系统集成》。本文版权归《建筑电气》所有,转载请获得授权。
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