智能化在绿色办公空间改造中的应用简析——以卡特彼勒（吴江）工厂改造为例

■ 徐潇潇 XU Xiaoxiao

随着中国经济快速发展和互联网技术的广泛应用，人们的生活和工作状态发生了巨大变化，对生活品质的要求也逐渐提高，环境污染问题越来越引起人们的重视。李克强总理在《2019年国务院政府工作报告》中指出，要“壮大绿色环保产业……促进资源节约集约和循环利用，推广绿色建筑，促进智能化、绿色化、服务化转型，加快壮大智能制造产业。积极引进机器人、智能传感、智能控制、系统集成等一批重点项目。”因此，“智能化”“生态和绿色设计理念”等要求正越来越受到设计师的重视，具有广阔的运用前景。

建筑设计是多领域分工协作、共同完成的工作。从建筑材料的生产、运输到现场施工，再到建筑空间的内部装饰、日常使用和后期维护，每个过程都会产生污染。建筑室内外环境的改造都与生态和绿色息息相关。

智能化设计是信息技术发展的产物，基本原理是将室内空间中的各独立模块，运用互联网技术，实现家电、设备、网络通信等全信息连接控制，并提供全方位的信息交互，使人享受更加环保健康、节时便利、科技化的智能生活。随着信息化技术与室内设计的深度融合，智能化设计在实现绿色生态空间设计中的作用越来越重要。

1 办公空间设计中的智能化设计原则

随着社会的进步和科技的发展，人们对办公空间节能与智能化结合程度的需要越来越高。为人们提供一个安全节能、舒适健康的办公环境，是办公空间智能化设计的主要目的。办公空间的智能化设计原则主要可以从两个层面来思考，即：关注资源节约、创造舒适环境。

1.1 关注资源节约

欧美国家是传统的工业发达国家，也最先受到环境污染问题的困扰。在20世纪中后期就开始致力于建筑节能减排领域的研究，并建造了伦敦行政大楼（London Executive Building）、德国奔驰公司总部大楼（German Mercedes-Benz Headquarters Buildin）和 英国BRE环境楼（BRE Environment Building）等一系列生态办公楼。这些建筑依靠体型设计、被动式设计和各种高技术设备，来充分利用自然条件，减少建筑能源消耗，实现建筑的生态环保[1]。21世纪后绿色建筑技术更为成熟，在建筑上的运用也更加普遍，如：2006年竣工的加拿大蒙特利尔大楼（Normand Maurice Building）使用了固定斜向百叶遮阳、日光井自然采光、自然通风设计、屋顶绿化、太阳能光热系统、中水雨水收集处理等众多手法降低建筑能耗与污染物排放[2]。

中国的情况也基本类似，日益突出的能源消耗和环境污染问题让人们重新认识到建筑节能的重要性，开始通过政策导向实施建筑节能。《“十三五”控制温室气体排放工作方案 》是发改委新发布的一项重要文件，在其中规定了未来几年节能的重点领域，建筑业被视为与工业、民用及商用并列的重要领域。文件中对新建建筑有严格的节能规定，推进既有建筑节能改造，强化新建建筑节能，推广绿色建筑，到2020年城镇绿色建筑占新建建筑比重达到50%。节约资源已经是一切建筑，包括智能建筑的必要条件。具体来说：需要在建筑的规划设计到建设完成的整个过程中，处理好建筑单体与环境的关系，降低运行成本，力求节约能源，减少污染，最大限度地利用自然资源与周围的环境（如气候，交通等）；在结构设计中，尽量采用最经济、最方便的结构体系，减少资源和材料消耗。

在办公空间改造中，首先从空间使用功能出发，进行合理的空间规划设计，提升空间利用率；通过采用智能化设备等举措，降低办公空间的能耗，从而创造舒适健康的办公环境；其次，要考虑结构和材料的问题，这也是绿色设计的重要内容；同时，智能控制与管理也是一个重要方面，有助于推动绿色设计。

在办公空间室内设计中，首先可以通过改善建筑外墙的隔热材料，减少能耗；其次，可以增加建筑外部遮阳装置，如智能化遮阳系统，在便捷化的同时降低阳光直射，减少空调能耗；同时，通过采用智能天窗，改善室内光环境和通风，降低对人工照明的依赖，从而实现节能环保的目的；此外，通过合理化的室内空间设计，采用节能高效的空调及新风系统和智能化的照明系统等措施，都有助于达到节能的效果。

1.2 创造舒适的办公环境

创造舒适健康的办公环境是办公空间室内设计的目标，从人性化角度出发，通过合理的办公空间室内设计，包括规划空间的功能分区和办公人员流线，有效提升空间利用率，是进行智能化设计的基础。

在此基础上，可以进一步通过智能化设计，使办公空间的环境物理条件达到人体适宜的标准（表1～2）。

首先，可以通过采用智能化天窗和遮阳系统，引入自然采光和通风，减少对空调和对人工照明的依赖，改善室内采光和空气环境，从而达到降低能耗、生态节能的效果。

其次，通过整体智能化照明，改善室内的光环境，减少人工照明的用电量，以达到节能环保的效果。

此外，通过采用智能化温湿系统，联动智能设备，如新风系统改善室内的温度和湿度；采用智能会议系统，对包括灯具、电脑、投影仪、打印机等用电设备进行模块化集中管理。以此创造稳定、高效、节能、环保的办公体验。

表1 室内温湿度

表2 温热感觉与健康状态关系

2 办公空间室内改造案例

工厂位于苏州市吴江经济开发区，该项目面积1 180m2；卡特彼勒公司希望在原有工厂建筑的基础上进行扩建，新建包括厂房、车间及办公区域，改善原建筑室内空间功能，并结合智能化设计措施改善包括厂房内部的采光、通风、温湿等环境缺陷，创造一个节能绿色、舒适健康的办公环境（图1、2）。

针对原建筑厂房部分空间进深较大，且室内吊顶较低，导致内部空间采光通风条件较差等问题，设计人员根据现场勘测及智能化空间数据模拟，提出该项目的智能化绿色设计策略。

2.1 引入自然通风。

经智能化技术人员对新建及办公使用空间进行数据采集，建立三维空间数据模型，使用Energy and indoor Climater软件模拟室内通风环境的数值，采用24h取样，测算出适宜的通风口位置及数量，结合室内设计方案，选择在建筑主入口处增设中庭，在办公区顶部增设天窗的设计策略（图3、4）。

图1 会议室效果图

图2 接待大厅效果图

同时，采用威卢克斯VMS智能化模块系统天窗，controlpad触摸式智能控制终端，实现操作可视化。智能程序化控制，可实现定时开关通风。高频无线电控制，远达30～300m控制区域（图5）。天窗所有的关键组件均在受控的环境中制造、测试和集成，并预先装配，突破常规繁杂的安装程序，节能省时。

项目建成后办公空间的空气质量指标达到国家标准《室内空气质量标准》（GB/T18883—2002）的2倍，即60m2/（人·h）。

2.2 引入天然采光。

在对新建空间进行三维数据建模的基础上，采用Daylight Visualizer软件对空间采光效果进行模拟，设置天窗和立窗模块，提供不同的窗体布置、玻璃性能、室内墙面、天空光量、地理位置、建筑方位等不同条件下的分析比较，找到理想的采光方案（图6）。

图3 通风三维数据模型

图4 热能三维数据模型

设计后的采光区结合威卢克斯智能控制遮阳窗帘，通过智能系统控制，由感应器自动调节遮挡状态，从而实现有效控制室内通光量。经测，在全遮光状态下，可以有效阻止65%的热量进入室内。

2.3 引入智能化温湿控制系统

图5 办公空间中威卢克斯天窗效果图

图6 室内光照数据模型

办公及车间的室内设计，根据生产设备、人员动线、作息时间等因素，安装空气质量探测器，检测空气质量（CO2、温湿度、voc、PM2.5等），联动新风设备，有选择性地抽取新风，保证室内空气质量；通过室外温湿度传感器，进行自动季节性的供暖及制冷，联动智能遮阳装置，从而有效阻热，降低能耗，节省能源，以保证办公环境的健康和舒适（图7）。

2.4 引入智能照明系统。

室内的整体照明采用时间控制，结合光感探测器，检测日照强度，充分利用自然光照，符合人体生物钟昼夜节律特征，控制照明灯具亮度。以此有效降低能耗，节约能源。

办公及会议区设置照明联动智能窗帘及会议投影，窗帘自动升降，调节百叶角度，控制进光量，有效降低对人工照明的依赖，降低能耗。以智能会议室系统为例，利用墙面场景触控面板，可一键控制会议室空调、灯光等各种设施的运行状态：准备会议模式会打开空调，使会议室内提前打到预设温度，并自动打开投影仪；会议模式会打开部分柔和灯光，控制空调恒温并闭合窗帘，开启投影仪工作模式；中途休息模式会根据预设拉开窗帘，降低会议室内灯光亮度，暂时休眠投影仪；散会模式会打开窗帘，关闭空调、投影以及所有灯光（图8）。

公共区及走廊的照明，采用人体感应，有人时开灯，无人时延时关灯。实现人来灯亮，人走灯灭的节能效果。

图7 智能办公应用

图8 智能办公系统

总体上说，项目新建及改造部分的室内设施，通过智能控制技术、ZIGBEE无线传输技术、绿色节能技术、安全防范技术和健康管理技术，对工厂及办公相关设施进行管控，高效管理日常事务和办公设备，以提升办公的安全性、舒适性、健康性，实现了高效稳定、节能环保的多媒体交互式办公体验。

从传统智能化时期，在建筑内部增设集成管理系统及弱电系统，到定制智能化系统时期，根据建筑类型增加和丰富智能化设备的种类，再到智能化发展与可持续结合时期，将智能技术与绿色设计相结合，技术的发展使智能化设备与建筑的关系更加紧密。智能化技术在建筑前期、施工阶段与后期维护阶段均起到监控和调控作用，随着智能化技术的快速发展，已成为绿色办公空间设计的重要举措。

3 结语

健康节能的工作环境会对使用者产生积极的影响，在保护环境的同时能为使用者提供绿色健康的工作环境。信息技术的不断进步，使智能化设计在创造绿色生态空间中的作用越来越大。本文从室内设计的角度出发，以办公建筑的内部环境为对象，对智能化技术在绿色办公室内设计中的运用做了简要分析，并通过一个案例进行了实践探索，希望能为智能化绿色设计提供参考。