智能化技术是支撑绿色建筑的重要基础

文｜上海宝信软件股份有限公司 顾永兴

绿色建筑的建设目标需要通过运营管理来体现的，绿色建筑的运营管理则是坚持“以人为本”和可持续发展的理念，在传统物业服务的基础上进行提升，从建筑全寿命周期出发，通过应用适用技术、信息化与智能化技术，实现节地、节能、节水、节材与保护环境的目标。

1 绿色建筑的运行管理

绿色建筑的运营管理落实在物业管理的日常工作中。一般建筑往往在工程竣工后，才开始考虑运营管理，而绿色建筑的运营管理策略与目标需要在规划设计阶段就应确定，在运营过程中不断改进。

我国政府颂布的《物业管理条例》、《国务院关于修改〈物业管理条例〉的决定》、《物业管理师制度暂行规定》、《物业服务收费管理办法》、《物业管理企业资质管理办法》、《物业管理师资格认定考试办法》等法规，正在逐步规范物业管理行业。物业管理经营人受物业所有人的委托，按照国家法律和管理标准及委托合同行使管理权，运用现代科学和先进的维修养护技术，以经济手段管理物业，从事对物业及其周围环境的养护、修缮、经营，并为使用人提供多方面的服务，使物业发挥最大的使用价值和经济效益。

建筑的运营管理是指建筑物使用期的物业管理服务。物业服务的常规内容有给排水、燃气、电力、通信、保安、绿化、保洁、停车、消防、电梯以及其他共用设施设备的日常维护等。

绿色建筑的运营管理与传统物业管理相比有以下特点：

（1）应用建筑物全寿命周期成本分析方法，制定绿色建筑运营管理策略与目标，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材），保护环境和减少污染。

（2）坚持“以人为本”，为建筑物的使用者提供健康、适宜和高效的生活与工作环境。

（3）采用适用技术、信息化与智能化技术，实施高效运营管理。

建筑物的运营管理通过物业管理公司来实施，需处理好使用者、建筑和自然三者之间的关系，既要为使用者创造一个安全、舒适的空间环境，同时又要保护周围的自然环境，做好节能、节水、节材与绿化等工作，实现绿色建筑的建设目标，体现管理规范、服务优质高效。

目前绿色建筑的运营管理工作已引起人们的重视，正在克服绿色建筑的建设方、设计方、施工方和物业服务方在工作上存在着脱节的现象。建设方在建设阶段应较多地考虑今后运营管理的总体要求与实施细节；物业服务企业应在工程前期介入，以保证工程竣工资料完整。目前部分物业绿色运营的服务观念尚未建立，不少物业从业人员没有受过专业培训，对掌握绿色建筑的运营管理，特别是智能技术有困难。因此，在绿色建筑的运营管理领域还有大量的工作需要推进。

2 绿色建筑中的智能化系统

近年来，绿色建筑因符合中国政府可持续发展的国策与世界节能环保主流，得到了快速发展，无论是工程界还是房地产业都已经把绿色建筑的建设作为主要的工作内容。但是作为高新技术集成的产物，绿色建筑在中国处于初级阶段，就如20年前的智能建筑，人们在以高涨的热情、前卫的理念去构造心中的理想物时，往往缺失了科学严谨。

2.1 绿色建筑工程实践中的问题

在工程实践中，由于各种功利的影响，我们的行为往往在有意无意中出现了以下问题。

（1）重形式与理念，轻实效与长效

有不少绿色建筑实质上是实验性项目，建设时虽然强化了绿色理念，把各种绿色建材、绿色建筑设计方法、节能技术、节能设备等全部堆积组合在一栋孤立的建筑物中，并且以此获取各类绿色建筑示范工程的称号，但是却没有完整的测试数据与运行数据，不能提供建设与运行的成本资料。不少绿色建筑工程，有的为示范工程，有的谓之零能耗建筑，都只是在设计的理想值上作介绍。而太阳能光伏发电系统提供的能量、太阳能制冷系统的处理、地源热泵的供能热量、建筑物内的舒适度等，或为数据不全，或是羞于启齿。

（2）缺乏生命周期成本的分析

现代社会中任何人工设施都必须进行生命周期的成本分析，根据其建设的投资与其生命期内维持功能的费用得到生命周期的成本，然后由该设施的收益进行投入产生的效果分析。

绿色建筑中使用节能环保设备及可再生能源设施的建设成本是巨大的，有些设备的寿命远低于建筑物的寿命，而且运行维护的费用不菲。然而这些投入之后，是否获得了预期的收益？有许多说不清楚的问题，如：

◆ 设施投运后究竟节能多少？

◆ 设施节能/产能的成本究竟是多少？

◆ 设施运行的环境代价是什么？

如果光伏发电系统按一些专家所说的在其生命周期内所生产的电能小于其制造的能耗，那么在电网发达区域大规模地建设光伏电站的必要性就值得重新审视。

2.2 绿色建筑运营管理的监测

绿色建筑运营管理的监测是为了保障其建设目标在运行中的实现，通过实时运行的数据分析建筑物的节能与环境保护的效能及缺陷。需要指出这一监测并非是对绿色建材与节能设施的性能测试，而是从工程整体验证绿色建筑的实际效益。

（1）监测内容

绿色建筑运行数据的监测大致分为3类：

①环境监测：室内外的温度、湿度、CO2、照度，户外风速与室内自然通风的空气流速、排放水的水质参数等。

②能源监测：建筑物的能源参数如电压、电流、电度（分项计量值）及其累计量、燃汽耗量及其累计量、燃油耗量及其累计量、供水量及其累计量、区域提供的冷/热量及其累计量、可再生能源提供的电量及其累计量或冷/热量及其累计量等。

③设施监测：墙体内外侧的温度，太阳能光伏发电系统的蓄电池电压与逆变器状态参数，地/水源热泵机组的工作井与检测井的水温、水位及水质，地源热泵机组土壤热交换器的压力损失，地/水源热泵机组的进水温度与流量，循环水的得热量与释热量等。

（2）监测技术

①监测参数，从绿色建筑的监测内容来看，监测参数并不复杂，主要是温度、湿度、照度、压力、流量、流速、电压、电流、电度、CO2、水质等。其中的冷量、热量则通常由温度、流量通过计算间接测量而得。虽然这些参数并不复杂，而且测量的范围远比工业、航空、航天要小得多，精度要求也不是很高，但是由于检测场所的多样性，对检测器的要求则有很大的差异。以温度检测器为例，有室内温度、送风温度、室外温度、冷冻水温度、墙体温度、水井温度、锅炉燃气温度等测试，就需要选择不同类型、不同防护形式、不同传感器的温度检测器，甚至不同的测量原理。

②监测系统：绿色建筑的监测内容可属不同的专业测试系统，不仅要稳定可靠，准确地获取建筑内外的环境与设施运行数据，而且需要进行监测数据的初步处理。如建筑热耗测定中常用的热流计，用来测量建筑物围护结构或各种保温材料的传热量及物理性能参数；现场传热系数检测仪可不受季节限制，实现现场围护结构传热系数检测。又如红外热像仪将红外辐射能转换成电信号，经放大处理，转换成视频信号通过监测器显示红外热像图，这种非接触式的测量不会破坏被测温度场，除具有红外测温仪的优点（如非接触、快速、能对运动目标和微小目标测温等）外，还能直观地显示物体表面的温度，输出的视频信号可采用多种方式显示、存储和处理。红外热像仪可远距离测定建筑物围护结构的热工缺陷（如：空洞、热桥、受潮、剥落等），通过测得的各种热像图可表征各种建筑构造的热工缺陷的位置和大小。部分监测数据则来源于设施的监控系统，需要通过通信接口向绿色建筑的监测平台传输。地源热泵、水源热泵、太阳能光伏发电设备等自身带有专业的监控系统，为保障设备的正常运行而不断地采集相关数据，这些设备往往分布在建筑物内外，将这些数据汇集在一起并不容易，其中最大的困难是它们的监控系统通常是封闭的，不能外传数据，有时虽留有通信接口，其协议又不愿公开，需要很大的投入才能破解这类信息孤岛，否则就要重复设置大量的探测器件。为能降低绿色建筑建设与运行成本，建议各类用于绿色建筑的设施制造商充分考虑设备监控系统与外界信息交互的设计。

2.3 绿色建筑运行数据的分析

绿色建筑在传统建筑的基础上设置了生态设施与节能设施，改换了建材与建筑部品，这无疑增加了建设成本。这类的投入增加可以获得生态环保效益，可以降低运行成本，也是人们所期望的，但是对此的分析不应停留在设计目标与理论期望的阶段，应从绿色建筑的全生命周期来分析并通过实际运行数据给出结论。

目前对于绿色建筑已有众多的评估指标体系。如英国建筑研究所（BRE）的“建筑环境评价方法”（BREEAM）、美国绿色建筑委员主要用于评价商业（办公）建筑整体在全生命周期中的绿色生态表现的“LEED绿色建筑等级体系”、加拿大发起的“绿色建筑挑战”（GBC），通过“绿色建筑评价工具”（GBTool）发展统一的性能参数指标。能否建立全球化的绿色建筑性能评价标准和认证系统，使不同地区和国家之间的绿色建筑实例具有可比性，为各国、各地区绿色生态建筑的评价提供一个较为统一的国际化平台，在目前可能还是个良好的愿望，由于技术与商业的出发点不同和评估方法的差异，主流还是定性分类评价。

3 智能化技术在绿色建筑中的应用

3.1 绿色建筑智能化系统的内容

（1）信息

信息是绿色建筑智能系统的基础，在绿色建筑工程中，需要广泛采集环境（大气、水体、气象等）、生态（植物、动物等）、建筑物（结构、地基、建材等）、设备（能源、空调、水处理、供电、固体废弃物处理等）、社会（安全、资讯、服务、管理、行政等）等领域的信息，为人类社会活动与生活提供准确可靠的信息，为绿色建筑的控制、管理与决策创造良好的环境。

（2）控制

绿色建筑的控制包罗万象，有绿色能源——从太阳能、风能、地热应用到区域热电冷三联供系统等的控制；有利用峰谷电价差的冰蓄冷系统的控制；有采用最优控制技术充分利用自然能量来采光、通风，进行照明控制与室内通风空调控制，实现低能耗建筑，若辅以可再生能源则成为零能耗建筑；有可以随环境温度、湿度、照度而自动调节的智能呼吸墙；有应用变频调速装置对所有泵类设备的最佳能量控制；有自动收集雨水、处理污废水，提供循环使用的水处理设备控制系统。

（3）管理

绿色建筑的管理涉及环境、生态、能源、资源、建筑物、设备、社会、安全、通信网络等。由于各子项之间的相互关联，有些子项之间的目标甚至相互矛盾，因此管理不能仅着眼于单一子项，而要信息共享充分协调相互关系，于是绿色建筑的集成信息管理系统应运而生，在一个统一的平台上，实现绿色目标的综合管理。

（4）决策

绿色建筑的生命周期中，他的建设、运行管理与更新改造有大量的事物需要决策，并付诸执行。

4 绿色建筑智能化系统工程的特点

（1）大系统，多目标共存

为实现绿色建筑的建设目标，设置了环境、能源、资源、生态、安全、信息等监控管理系统，虽然众多的子系统构成一个有机整体，但是各子系统的目标是不相同的，通常需采用多目标模糊优化控制，以获得整体的最佳状态。

（2）多学科交叉，多技术结合

绿色建筑中智能系统的监控管理对象分属土木工程、环境工程、生态工程、能源工程、信息工程、化学工程、设备工程，在一个子系统中，往往需要采用多种技术手段来实现目标。如模仿“人体表皮组织——呼吸系统——神经系统”应激性能的气候调节设备（呼吸墙），就要综合运用新型墙体材料、过滤器、气候调节设备、室内外空气参数检测设备、智能控制装置，以室内外空气品质、建筑能耗及居住人的舒适度为综合目标进行自动调节。

5 绿色建筑向智能系统工程提出的挑战

由于智能系统与绿色建筑共生同存，智能系统的功能、性能及运行成本是绿色建筑不可分割的一部分，绿色建筑要实现的大部分目标及实施方案都离不开智能系统，但是建设领域中的智能系统与传统工业系统的工作环境和要求有很大差别，因而面临着许多新的课题。

（1）绿色建筑的智能系统其结构为多子系统组合的复杂大系统，工程造价不菲，但建设领域对于监控管理系统的要求则是低成本，高可靠性。

（2）绿色建筑的智能系统大多是由没有专业技能的人群来直接操控的，因此，系统的人机界面不仅需要个性化、可视化，更要人性化、简易化，才能得到有效使用。

（3）绿色建筑中大量使用的检测器件，涉及到各类物理量、化学量、生物量，这些器件不仅要求长期（几年，十几年）准确可靠工作，而且成本要低。如冷热源能耗自动计量等至今尚无理想技术方案。

（4）为能增强安全系统功能，生物特征信息处理与数字图像分析应用需要有进一步的实破。

（5）为实现低能耗与零能耗建筑，在能源与资源管理上、区域能源供应方面，结合设备系统功能实行预报控制与优化控制尚需积累实践经验。

（6）对绿色建筑众多设备系统进行在线故障诊断，实行容错控制，以保证居住使用者的便利，这需要进行实践与探索。

绿色建筑不同于传统建筑，其建设理念跨越了建筑物本体而追求人类生存目标的优化，是一个大系统多目标优化的典型案例。同时，绿色建筑必须采用大量的智能系统来保证建设目标的实现，这一过程需要信息、控制、管理与决策，智能化、信息化是不可缺少的技术手段。由于绿色建筑在我国刚刚起步，其中大量的课题有待人们去探索与解决。