随着监管机构、开发商和运营商竞相减少建筑世界对自然世界的影响，智能建筑正在兴起。这些建筑从连接、分析和优化物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习、自动化和建筑信息模型(BIM)等技术的中央“大脑”获得智能。除了互操作性之外，智能建筑的定义还在于它们能够产生可操作的见解，以帮助使用者。下一步:更智能的材料、建筑、城市和经济生态系统，使所有人的生活更安全、更健康、更轻松。
智能建筑正在兴起——不仅仅是在高度上。
去年，全球市场超过900亿美元，预计在未来十年内将达到2560亿至5680亿美元，这是由于人们越来越迫切地希望让人造世界和自然世界恢复和谐。
根据国际能源署(IEA)的数据，全球范围内，建筑消耗了大约30%的能源，排放了四分之一的温室气体。
智能建筑通过使用先进的技术来连接、分析和优化性能的关键要素，从而遏制了这些高昂的气候成本。研究表明，实施智能技术可以将办公室整体建筑的平均能耗降低18%，在某些情况下，三年内可节省高达70%的能源。
对于AECO（(建筑工程、施工和运营)）专业人士来说，这一切都意味着更低的成本;更高效和数据驱动的流程;加强与净零碳排放目标的一致性;更快乐，更健康的居住者。
什么是智能建筑?
智能建筑跨越人类聚集的许多空间和部门，从机场、军事基地、工厂和医院到购物中心、体育场馆、办公室和住宅区。根据美国智能建筑研究所的说法，无论设置如何，智能建筑都通过优化四个基本运营要素（结构、系统、服务和管理）以及它们之间的相互关系，创建一个高效、具有成本效益的环境。
为此，中央“大脑”使用物联网 (IoT)、机器学习和人工智能 (AI)、数据分析和建筑信息模型 (BIM) 等先进技术来集成和简化从 HVAC、电力、供水和电梯系统影响租户接受服务以及与周围环境互动的方式。这些系统越广泛和集成，建筑就越智能。
除了其互操作性之外，智能建筑的定义还在于其能够产生可操作的见解来帮助使用它的人。通过收集与人员、行为模式和建筑系统相关的匿名数据，它可以检测当前的占用水平和分布，跟踪公用事业消耗模式，并实时响应这些现实。
例如，如果八月炎热的下午阳光灿烂，智能系统可能会调整办公楼两侧的百叶窗和空调，以保持舒适度并最大限度地降低成本。如果一些房间挤满了人，而另一些房间却空着，系统可能会感觉到这种差异并做出适当的调整。
除了全新的基础设施之外，旧建筑也越来越多地采用智能技术进行改造，例如传感器、物联网设备和自动化系统。这是脱碳的一个关键要素，因为现代商业建筑的设计寿命是五十年或更长时间，然后才需要进行大量维护或保存。
这种适应性再利用过程包括评估建筑物的基础设施、升级网络连接性以及集成整个建筑的传感器来收集数据。实施楼宇自动化系统（BAS）来集中控制各种系统，并使用数据分析和人工智能来处理收集到的数据，以优化能源使用和主动维护。
当今的智能建筑继承了数十年的历史。这一概念可以追溯到20世纪80年代初，当时位于康涅狄格州哈特福德的Cityplace商业摩天大楼因其光纤网络集成了供暖、通风、照明、安全等功能而被开发商誉为“世界上第一座智能建筑” 、消防和电信。这些早期的努力主要集中在建筑物的技术能力上；如今，用户塑造体验的能力同样重要。
推动智能建筑的技术
自动化和控制系统：供暖、通风、空调、照明、安全和访问控制等各种系统集成到集中自动化平台中，以优化性能并减少浪费。
BIM：定义为创建和管理建筑资产信息的整体过程，BIM 允许建筑师和工程师捕获图像、创建 3D 模型以快速构建原型和测试建筑设计，并根据地理或财务限制有效利用空间。
物联网和智能建筑：通过互联网相互“对话”的传感器可以为建筑管理者和居住者提供从客流量和占用水平到室内空气质量、气候甚至病毒风险等各个方面的可操作数据。在许多情况下，可以根据条件或偏好手动或自动调整这些设置。
大数据和分析：从传感器、仪表和其他设备收集数据，然后进行分析，以深入了解建筑性能、居住者行为以及需要改进的潜在领域和更明智的决策。
人工智能和机器学习：算法将物联网传感器的实时数据转化为可操作的见解，从而优化建筑物的性能并为未来的项目提供信息。最近的进步使智能建筑能够从收集的数据中学习，对不同的占用场景进行建模，并生成响应，不断调整建筑的用户体验。
智能建筑的好处生成设计使建筑师能够根据一系列参数快速优化设计概念。智能建筑的好处是广泛的：
加强规划、设计和施工
以前智能建筑的反馈循环可帮助建筑专业人员建造更具弹性的结构，并帮助建筑运营商简化长期维护。与此同时，生成式设计使建筑师能够通过使用算法和设置参数来快速循环设计概念，从而迭代出更高效的蓝图。
能源效率、资源节约和提高可持续性
高效的 HVAC 系统、优化的照明和智能电源管理等功能可降低能耗。其他环保设计元素，例如优化资源利用和可再生能源，进一步减少建筑物的碳足迹和整体环境影响。
安全保障
生物识别访问控制、监控系统、火灾探测系统和异常检测人工智能系统等先进的安全措施可以保护建筑物和居民免受潜在威胁。
节省成本和投资回报率
能源效率和自动化流程降低了运营成本和维护费用。
加强设施管理
空间利用率数据分析有助于优化房间和设施的布局和使用。
增强用户体验
照明、温度和其他便利设施的个性化设置创造了更加舒适、高效和健康的环境。
预测性维护
实时监控设备性能可确保及早发现潜在问题，从而减少停机时间和维修成本。
AECO 在智能建筑中的作用
根据大陆自动化建筑协会 (CABA) 智能建筑委员会 2018 年行业报告，智能基础设施项目是通过采用熟悉的方法来实施的，例如招标和规范以及施工管理。
在这个熟悉的项目框架内，智能建筑技术和策略可以打开新的大门。
在智能建筑方面，传感器可以收集整个连锁酒店或一系列办公室的数据，以便更好地告知设计师新建筑的外观和功能。更明智的计划使建筑更具弹性，并且可以更轻松地维修和更换磨损零件或旧机械系统。与此同时，根据美国节能经济委员会的数据，数据驱动的决策可以减少过多的供暖和制冷需求，并实现高达30%–50% 的节能（PDF，第 vi 页）。
生成设计等技术可以消除不必要的浪费，并帮助设计人员采用仿生学等新方法，仿生学模仿自然以实现更高的能源效率和性能。
这些技术和见解还可以增强施工，降低预制和模块化施工等技术的成本和建造时间，这些技术涉及工厂制造的材料和现场组装的可重复零件。
智能建筑在现代设施管理中的作用
得益于智能建筑提供的360度运营优势，设施管理人员可以在其工作核心原则上增强主动性，例如：
能源管理：强大的分析功能可以实时洞察能源使用情况、预测未来趋势以及相应设定目标的能力。
预测性维护：传感器可以标记人流量大的建筑区域或机械和供电电缆内的潜在问题，使设施管理人员能够安排预防性维护，避免破坏性故障，并延长关键设备的使用寿命。
租户福祉：智能技术可以通过优化室内空气质量、照明和温度来促进健康和幸福，同时为租户提供个性化空间条件的方法。此外，智能建筑通常会采用自动化的办公桌和会议室预订系统，消除重复预订的可能性，并让清洁人员知道何时为下一位入住者准备空出的房间，或让餐饮团队知道何时需要补充茶点。这一切都归结为智能建筑设施经理节省了大量时间，他们不再需要充当中间人。
智能建筑项目的挑战与解决方案
尽管智能建筑项目充满希望，但也面临着相当大的挑战。
网络安全、数据隐私和技术规范
随着算法收集和处理如此多的数据，不可避免地会出现对网络安全和数据隐私的担忧。尽管智能建筑以匿名方式收集信息，但一些专家担心人工智能可能会通过发现数据集之间的意外模式并泄露个人身份来造成无意的泄露。
此外，事实证明，物联网设备等智能技术容易受到网络攻击。个人用户可能会通过访问恶意软件、使用不安全的密码或未能及时下载最新软件来加剧此类威胁。
另一个潜在的网络问题是需要可靠的宽带互联网连接来运行智能建筑系统。断网一段时间后，构建安全系统会发生什么情况？如果附近的手机信号塔在暴风雨中被摧毁怎么办？
CABA智能建筑委员会表示，在改造和翻新方面，项目合作伙伴在集成新系统和现有系统时也可能会遇到限制或不兼容问题。
为了防范网络威胁并保护个人身份信息，设施管理者应与专家合作以支撑网络并确保居住者接受个人安全最佳实践的培训。《建筑杂志》称，需要保护的最关键系统包括监控摄像头、访问控制系统、智能电表和位置跟踪工具。数据保护应以对收集、加密和存储的严格控制为中心；租户同意书；和第三方安全审核。
监管合规性
大规模实施可持续实践的压力越来越大。 《巴黎协定》的目标是到 2050 年实现净零碳排放，而美国政府刚刚宣布计划从《通货膨胀削减法案》中投资 8000 万美元，为 500 多座联邦建筑提供智能建筑技术。
尽管这些努力令人振奋，但跟上雄心勃勃、不断发展的合规环境也同样令人畏惧。事实上，根据 IEA 的数据，尽管中国、日本、欧盟和美国最近在脱碳方面取得了“显着”进展，但建筑行业在 2050 年实现净零排放的道路上还是有点滞后。智能技术也可以在这方面提供帮助，使建筑业主、运营商和开发商能够实施并实现严格的节能目标。
变革管理
CABA 智能建筑委员会表示，由于强调前期成本的预算限制，一些业主对采用新的或改造的智能建筑技术持谨慎态度。
他们补充说，考虑到智能建筑项目承诺的长期成本节约，对支出的一些犹豫可能源于对可用技术的有限了解。同样，如果居住者和项目合作伙伴遇到看起来令人生畏或难以接近的新技术，他们可能会被推迟。
教育对于确保所有合作伙伴和使用者在智能技术、战略和价值方面达成共识至关重要。 “改进的采用实践与感知收益的增加直接相关，”委员会指出（PDF，第 52 页）。
智能建筑项目及实施
智能建筑在世界各地拔地而起。其中最主要的是The Edge，它是咨询巨头德勤 (Deloitte) 阿姆斯特丹办事处和其他企业租户的所在地。
The Edge 被许多人认为是世界上最智能的建筑，拥有超过 28,000 个传感器组成的网络，控制着建筑运营的各个方面，从预订会议室到调整工作站的光线和温度偏好。它被设计为超级高效和响应迅速，根据员工的使用情况和绩效反馈不断学习、自我诊断和自我纠正。总而言之，The Edge 的耗电量比典型办公楼少 70%，并获得了 98.36% 的 BREEAM 可持续发展分数——这是有史以来获得的最高分数。
由建筑材料领导者Kingspan创建的IKON全球创新中心是智能建筑的又一灯塔。该办公室坐落在爱尔兰卡文郡的湖泊和河流之中，将当前智能建筑施工、设计和技术的最佳实践与可持续、自我管理的工作空间的未来雄心融为一体。
该建筑包含传感器，使 Kingspan 工程师能够测量能源消耗以及自然采光、雨水收集和处理、太阳能电池板和其他可持续技术的不同方法的功效。
经过广泛的能源建模后，IKON 采用回收塑料瓶制成的材料制成。屋顶安装的太阳能电池板产生的电力足以满足建筑物 35% 的能源需求。停车场设有电动汽车充电站，大楼的厕所系统使用雨水。
IKON 对数据、可持续材料和技术的使用将在未来几年继续推动创新。该公司已计划每年在其生产设施中回收 300 至 4 亿个塑料瓶。
智能建筑的未来
由于快速创新，专家预测智能建筑将在未来几年发展成为更加智能的生态系统。预期进展包括：
增强自主权
尽管许多智能建筑仍然依赖人类根据其产生的洞察力采取行动，但自主建筑可以自行完成大部分跑腿工作——从调整窗帘到发布工作指令。 “我认为，在下一个十年的前半段，我们将看到自主建筑技术的采用真正加速，”一位设施负责人表示。
新型智能材料
适应环境变化的建筑材料正在迅速普及。产品包括智能混凝土，由于休眠细菌会产生石灰石来加固裂缝，因此可以从水、风、压力和压力造成的损坏中自我修复。与此同时，智能玻璃可以让居住者的空间更加舒适，这要归功于嵌入式传感器可以检测并阻挡眩光和多余的热量，而无需使用百叶窗来减少自然光。
与智慧城市融合
Precedence Research表示，智能建筑和智能城市正在相互促进增长。这意味着社区、地区和整个城市有潜力利用工具和数据收集工作（包括其范围内的智能建筑生成的工具和数据收集工作），以随着其发展和变化而提高步行性、可持续性、弹性和资源消耗。
循环
像 IKON 这样的智能建筑也可能有助于建筑业融入循环经济。通过访问超详细的建筑数据，拆除或翻新房产的公司将准确了解使用了哪些材料和组件以及它们的安装位置。这将使材料回收变得更加容易，将拆除场地变成资源而不是垃圾场。 “IKON 使我们能够利用数据探索新的方向，”Kingspan 的创新主管 Mike Stenson 说道。 “我们只触及了表面。”
随着智能技术越来越多地融入建筑物中，它们为创造更加可持续、高效和适应性强的环境提供了前所未有的潜力。这些进步不仅降低了能源消耗和运营成本，还为实时响应居住者需求和环境要求的智能基础设施新时代奠定了基础。智能建筑的未来将与更广泛的智能城市计划无缝融合，从而促进更具弹性和循环的经济。随着这些技术的发展，它们将重新定义空间的设计、建造和居住方式，让世界更接近实现可持续发展目标。
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