工业4.0时代 智慧建筑将如何发展

  18世纪中叶以来，人类历史上先后发生了三次工业革命，发源于西方国家及衍生国家。加上今天的第四次工业革命，迄今为止，人类历史上总共经历了四次工业革命：蒸汽技术革命(第一次工业革命)，电力技术革命(第二次工业革命)，计算机技术革命(第三次工业革命)，绿色智能工业革命(第四次工业革命)。当前阶段的第四次工业革命的实质和特征是：大幅度提高资源生产率，经济增长与不可再生资源要素全面脱钩、与二氧化碳等温室气体排放脱钩。

  工业4.0是由德国政府《德国2020高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。德国工业4.0是指利用物联信息系统(Cyber—Physical System简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应。工业4.0的目标：建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。

  历史上来自不同方面的对智能建筑的定义如下：

  国际定义：通过将建筑物的结构,系统,服务和管理四项基本要求以及他们的内在关系进行优化,来提供一种投资合理,具有高效,舒适和便利环境的建筑物。

  国家标准定义：《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006)对智能建筑定义：“以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”。

  Memoori定义：强调全新建筑物联网(BIoT)的出现，将其定义为IP网络的叠加、连接整个建筑的服务，无需人为干预监控、分析并且控制[建筑]。

  欧洲定义：智能建筑“创建了一个环境，可以最大限度地提高建筑居住者的使用效率，同时通过最低的硬件和设施寿命周期成本实现高效地资源管理”，将焦点放在通过技术满足居住者的需求上，同时通过最低的硬件和设施寿命周期成本实现高效的资源管理。

  BREEAM守则(1990) 和LEED计划(2000)中智能建筑侧重能源效率和可持续性。智能和绿色为核心特征。

  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。

  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。

  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3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、大数据技术，智慧建筑2.0即第二代智慧建筑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。

  工业互联网(Industrial Internet)是指全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。它通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，让世界更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济(GE公司)。简单的说就是将机器、人连接在一起的互联网。其本质是要有数据的流动和分析。

  “互联”是工业互联网的基本功能，在此基础上通过数据流动和分析，进一步实现：智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸。最终实现新模式，催生新业态。

  智能建筑系统集成(Intelligent Building System Integration)指以搭建建筑主体内的建筑智能化管理系统为目的，利用综合布线技术、楼宇自控技术、通信技术、网络互联技术、多媒体应用技术、安全防范技术等将相关设备、软件进行集成设计、安装调试、界面定制开发和应用支持。智能建筑系统集成实施的子系统的包括综合布线、楼宇自控、电话交换机、机房工程、监控系统、防盗报警、公共广播、有线电视、门禁系统、楼宇对讲、一卡通、停车管理、消防系统、多媒体显示系统、远程会议系统。海信网络科技公司在智能建筑领域有10余年的工程经验，业务涉及商场、酒店、写字楼、住宅小区、学校、体育场馆、医院等多个领域。

  传统智能建筑系统集成采用的是集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统(Distributed control systems，DCS)，

  智慧建筑系统集成架构基于建筑工业互联网(Building Industrial Internet)。

  描述建筑工业互联网有两个方法。方法一：基于物理层级的建筑工业互联网；方法二：基于建筑云脑的建筑工业互联网。

  建筑云脑层的“人工智能平台”模块适宜采用类脑计算模型相关理论和技术，是一个开放的生态平台。人工智能平台目前落地较好的核心机器学习算法包括深度学习、神经网络、强化学习等。核心AI功能包括：语音、视频、增强现实、机器视觉、机器学习、文本智能。供应链层由于AI的使用，大大简化了供应流程、减少了匹配环节、缩短了供应周期，最终促使生产和工作效率得到大幅提升，故可认为是“大数据+AI”驱动的敏捷供应链。其中，产品供应链是智慧建筑供应链的核心，建造供应链是主线，服务供应链是产业模式变革的引擎。

  由预制部品部件在工地装配而成的建筑，称为装配式建筑。装配式建筑，是建筑工业化的一种类型，也是建筑业转型升级的必由之路。装配式建筑符合绿色建筑的要求，节能环保，是当前打造森林城市的核心元素。据统计，相比传统建造方式，装配式建筑可以节水90%，降低70%的废物、废渣以及大气污染。

  2016年9月14日召开的国务院常务会议，决定大力发展装配式建筑，推动产业结构调整升级[3]。2016年9月27日国务院出台《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，对大力发展装配式建筑和钢结构重点区域、未来装配式建筑占比新建筑目标、重点发展城市进行了明确。按照推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的要求，大力发展钢结构、混凝土等装配式建筑，具有发展节能环保新产业、提高建筑安全水平、推动化解过剩产能等一举多得之效。目前，京津冀、长三角、珠三角城市群和常住人口超过300万的城市都已将装配式建筑作为发展重点，装配式建筑占新建建筑面积的比例正在快速提高。目前全国已有30 多个省市出台了装配式建筑专门的指导意见和相关配套措施。很多智慧城市项目也已纷纷引入了装配式建筑。按照目前的规划，未来雄安新区百分之八九十都将采用装配式建筑。

  装配式建筑的设计、生产、现场作业、管理可以采用建筑工业互联网的通用思维进行一体化设计与协同，关键环节包括：集成化设计、工业化生产、装配化施工、一体化装修。可将智慧城市中的装配式建筑基地设计成为一个集精益化设计、智能化工厂、数字化物流、信息化现场全产业链于一体的建筑工业互联网产业创新中心。在工厂车间中预制生产装配式建筑构件(构件种类主要有：外墙板，内墙板，叠合板，阳台，空调板，楼梯，预制梁，预制柱等)，集中运送到施工现场组装；建筑、装修一体化设计、施工，理想状态是通过工业互联网云脑的统一调配，实现装修与主体施工同步进行，提高效率；健全与装配式建筑相适应的发包承包、施工许可、工程造价、竣工验收等制度，实现工程设计、部品部件生产、施工及采购统一管理和深度融合。强化全过程监管，确保工程质量安全。最终实现建筑工业化与信息化的两化深度融合。

  十三五规划指出我国经济社会发展的“五大任务”为：去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板。工业互联网有望成为去产能、去库存、去杠杆、降成本的有力工具。

  当前，智能制造和智慧城市都已上升为核心国家战略。国家多部委联合发布《国家新型城镇化规划(2014—2020)》《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》，提出到2020年建成一批特色鲜明的智慧城市。2014年中国智慧城市的市场规模已达到800多亿元。2016年住建部十三五规划中对智慧城市的投资总规模逾5000亿元，这对中国相关行业企业来说将带来数万亿元的市场大蛋糕。根据相关预测数据，建筑业市场将在2020年增长超过10万亿美元。可以预见，建筑工业互联网将成为下一个工业互联网应用和建筑业智慧化转型的爆发点。以此推算，建筑工业互联网的市场至少在数千亿元。而且，随着工业4.0时代的开启，工业互联网与建筑传统行业的融合发展将逐步走向深入，建筑工业互联网将成为新的蓝海。

  互联网与建筑行业的融合发展具有广阔前景和无限潜力，已成为不可阻挡的时代潮流。2017年9月工信部发布了《工业互联网平台白皮书》，11月国务院发布《关于深化“互联网 先进制造业”发展工业互联网的指导意见》。从这些政策的出台可以看到“智能时代的到来”工业互联网将成为时代的潮流，建筑业已经到了一个要锐意蜕变的年代。