工業(yè)4.0時(shí)代 智慧建筑將如何發(fā)展

  18世紀(jì)中葉以來(lái)，人類(lèi)歷史上先后發(fā)生了三次工業(yè)革命，發(fā)源于西方國(guó)家及衍生國(guó)家。加上今天的第四次工業(yè)革命，迄今為止，人類(lèi)歷史上總共經(jīng)歷了四次工業(yè)革命：蒸汽技術(shù)革命(第一次工業(yè)革命)，電力技術(shù)革命(第二次工業(yè)革命)，計(jì)算機(jī)技術(shù)革命(第三次工業(yè)革命)，綠色智能工業(yè)革命(第四次工業(yè)革命)。當(dāng)前階段的第四次工業(yè)革命的實(shí)質(zhì)和特征是：大幅度提高資源生產(chǎn)率，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與不可再生資源要素全面脫鉤、與二氧化碳等溫室氣體排放脫鉤。

  工業(yè)4.0是由德國(guó)政府《德國(guó)2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的十大未來(lái)項(xiàng)目之一。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及基因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶(hù)及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。德國(guó)工業(yè)4.0是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber—Physical System簡(jiǎn)稱(chēng)CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷(xiāo)售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速、有效、個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。工業(yè)4.0的目標(biāo)：建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。

  歷史上來(lái)自不同方面的對(duì)智能建筑的定義如下：

  國(guó)際定義：通過(guò)將建筑物的結(jié)構(gòu),系統(tǒng),服務(wù)和管理四項(xiàng)基本要求以及他們的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化,來(lái)提供一種投資合理,具有高效,舒適和便利環(huán)境的建筑物。

  國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義：《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50314-2006)對(duì)智能建筑定義：“以建筑物為平臺(tái)，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境”。

  Memoori定義：強(qiáng)調(diào)全新建筑物聯(lián)網(wǎng)(BIoT)的出現(xiàn)，將其定義為IP網(wǎng)絡(luò)的疊加、連接整個(gè)建筑的服務(wù)，無(wú)需人為干預(yù)監(jiān)控、分析并且控制[建筑]。

  歐洲定義：智能建筑“創(chuàng)建了一個(gè)環(huán)境，可以最大限度地提高建筑居住者的使用效率，同時(shí)通過(guò)最低的硬件和設(shè)施壽命周期成本實(shí)現(xiàn)高效地資源管理”，將焦點(diǎn)放在通過(guò)技術(shù)滿(mǎn)足居住者的需求上，同時(shí)通過(guò)最低的硬件和設(shè)施壽命周期成本實(shí)現(xiàn)高效的資源管理。

  BREEAM守則(1990) 和LEED計(jì)劃(2000)中智能建筑側(cè)重能源效率和可持續(xù)性。智能和綠色為核心特征。

  工業(yè)4.0、智慧城市賦予智能建筑新的內(nèi)涵，使之向智慧建筑演進(jìn)。智慧建筑是在智能建筑基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展。

  從時(shí)間維度拓展的角度來(lái)理解，智慧建筑應(yīng)該是覆蓋和貫穿BIM軟件各階段(規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)、分析、出圖、預(yù)制、4D/5D施工、監(jiān)理、驗(yàn)收、翻新)的智能化建筑。

  傳統(tǒng)智能建筑是基于“信息-建筑”二元空間的系統(tǒng)，智慧建筑是基于“人-信息-建筑”三元空間的系統(tǒng)。如圖3所示。在“信息(Cyber)”這一維度上，智慧建筑1.0即第一代智慧建筑更多的依賴(lài)于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，智慧建筑2.0即第二代智慧建筑更多的依賴(lài)于人工智能技術(shù)。這也正是區(qū)分智慧建筑1.0和智慧建筑2.0的本質(zhì)所在。在智慧建筑2.0的三元空間系統(tǒng)圖中，“人(Human)”與“信息(Cyber)”之間由于引入了AI，會(huì)更多的體現(xiàn)出“人-機(jī)”共融特征。

  工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet)是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果。它通過(guò)智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經(jīng)濟(jì)(GE公司)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將機(jī)器、人連接在一起的互聯(lián)網(wǎng)。其本質(zhì)是要有數(shù)據(jù)的流動(dòng)和分析。

  “互聯(lián)”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本功能，在此基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)流動(dòng)和分析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸。最終實(shí)現(xiàn)新模式，催生新業(yè)態(tài)。

  智能建筑系統(tǒng)集成(Intelligent Building System Integration)指以搭建建筑主體內(nèi)的建筑智能化管理系統(tǒng)為目的，利用綜合布線(xiàn)技術(shù)、樓宇自控技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、多媒體應(yīng)用技術(shù)、安全防范技術(shù)等將相關(guān)設(shè)備、軟件進(jìn)行集成設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、界面定制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用支持。智能建筑系統(tǒng)集成實(shí)施的子系統(tǒng)的包括綜合布線(xiàn)、樓宇自控、電話(huà)交換機(jī)、機(jī)房工程、監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報(bào)警、公共廣播、有線(xiàn)電視、門(mén)禁系統(tǒng)、樓宇對(duì)講、一卡通、停車(chē)管理、消防系統(tǒng)、多媒體顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)。海信網(wǎng)絡(luò)科技公司在智能建筑領(lǐng)域有10余年的工程經(jīng)驗(yàn)，業(yè)務(wù)涉及商場(chǎng)、酒店、寫(xiě)字樓、住宅小區(qū)、學(xué)校、體育場(chǎng)館、醫(yī)院等多個(gè)領(lǐng)域。

  傳統(tǒng)智能建筑系統(tǒng)集成采用的是集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)(Distributed control systems，DCS)，

  智慧建筑系統(tǒng)集成架構(gòu)基于建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Building Industrial Internet)。

  描述建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有兩個(gè)方法。方法一：基于物理層級(jí)的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；方法二：基于建筑云腦的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

  建筑云腦層的“人工智能平臺(tái)”模塊適宜采用類(lèi)腦計(jì)算模型相關(guān)理論和技術(shù)，是一個(gè)開(kāi)放的生態(tài)平臺(tái)。人工智能平臺(tái)目前落地較好的核心機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。核心AI功能包括：語(yǔ)音、視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、文本智能。供應(yīng)鏈層由于AI的使用，大大簡(jiǎn)化了供應(yīng)流程、減少了匹配環(huán)節(jié)、縮短了供應(yīng)周期，最終促使生產(chǎn)和工作效率得到大幅提升，故可認(rèn)為是“大數(shù)據(jù)+AI”驅(qū)動(dòng)的敏捷供應(yīng)鏈。其中，產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)侵腔劢ㄖ?yīng)鏈的核心，建造供應(yīng)鏈?zhǔn)侵骶€(xiàn)，服務(wù)供應(yīng)鏈?zhǔn)钱a(chǎn)業(yè)模式變革的引擎。

  由預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑，稱(chēng)為裝配式建筑。裝配式建筑，是建筑工業(yè)化的一種類(lèi)型，也是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。裝配式建筑符合綠色建筑的要求，節(jié)能環(huán)保，是當(dāng)前打造森林城市的核心元素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相比傳統(tǒng)建造方式，裝配式建筑可以節(jié)水90%，降低70%的廢物、廢渣以及大氣污染。

  2016年9月14日召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，決定大力發(fā)展裝配式建筑，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)[3]。2016年9月27日國(guó)務(wù)院出臺(tái)《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)大力發(fā)展裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)重點(diǎn)區(qū)域、未來(lái)裝配式建筑占比新建筑目標(biāo)、重點(diǎn)發(fā)展城市進(jìn)行了明確。按照推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的要求，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、混凝土等裝配式建筑，具有發(fā)展節(jié)能環(huán)保新產(chǎn)業(yè)、提高建筑安全水平、推動(dòng)化解過(guò)剩產(chǎn)能等一舉多得之效。目前，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角城市群和常住人口超過(guò)300萬(wàn)的城市都已將裝配式建筑作為發(fā)展重點(diǎn)，裝配式建筑占新建建筑面積的比例正在快速提高。目前全國(guó)已有30 多個(gè)省市出臺(tái)了裝配式建筑專(zhuān)門(mén)的指導(dǎo)意見(jiàn)和相關(guān)配套措施。很多智慧城市項(xiàng)目也已紛紛引入了裝配式建筑。按照目前的規(guī)劃，未來(lái)雄安新區(qū)百分之八九十都將采用裝配式建筑。

  裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、管理可以采用建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的通用思維進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)與協(xié)同，關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括：集成化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修。可將智慧城市中的裝配式建筑基地設(shè)計(jì)成為一個(gè)集精益化設(shè)計(jì)、智能化工廠、數(shù)字化物流、信息化現(xiàn)場(chǎng)全產(chǎn)業(yè)鏈于一體的建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。在工廠車(chē)間中預(yù)制生產(chǎn)裝配式建筑構(gòu)件(構(gòu)件種類(lèi)主要有：外墻板，內(nèi)墻板，疊合板，陽(yáng)臺(tái)，空調(diào)板，樓梯，預(yù)制梁，預(yù)制柱等)，集中運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)組裝；建筑、裝修一體化設(shè)計(jì)、施工，理想狀態(tài)是通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云腦的統(tǒng)一調(diào)配，實(shí)現(xiàn)裝修與主體施工同步進(jìn)行，提高效率；健全與裝配式建筑相適應(yīng)的發(fā)包承包、施工許可、工程造價(jià)、竣工驗(yàn)收等制度，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、部品部件生產(chǎn)、施工及采購(gòu)統(tǒng)一管理和深度融合。強(qiáng)化全過(guò)程監(jiān)管，確保工程質(zhì)量安全。最終實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化與信息化的兩化深度融合。

  十三五規(guī)劃指出我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的“五大任務(wù)”為：去產(chǎn)能、去庫(kù)存、去杠桿、降成本、補(bǔ)短板。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有望成為去產(chǎn)能、去庫(kù)存、去杠桿、降成本的有力工具。

  當(dāng)前，智能制造和智慧城市都已上升為核心國(guó)家戰(zhàn)略。國(guó)家多部委聯(lián)合發(fā)布《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020)》《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出到2020年建成一批特色鮮明的智慧城市。2014年中國(guó)智慧城市的市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到800多億元。2016年住建部十三五規(guī)劃中對(duì)智慧城市的投資總規(guī)模逾5000億元，這對(duì)中國(guó)相關(guān)行業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)將帶來(lái)數(shù)萬(wàn)億元的市場(chǎng)大蛋糕。根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，建筑業(yè)市場(chǎng)將在2020年增長(zhǎng)超過(guò)10萬(wàn)億美元。可以預(yù)見(jiàn)，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為下一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和建筑業(yè)智慧化轉(zhuǎn)型的爆發(fā)點(diǎn)。以此推算，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)至少在數(shù)千億元。而且，隨著工業(yè)4.0時(shí)代的開(kāi)啟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與建筑傳統(tǒng)行業(yè)的融合發(fā)展將逐步走向深入，建筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為新的藍(lán)海。

  互聯(lián)網(wǎng)與建筑行業(yè)的融合發(fā)展具有廣闊前景和無(wú)限潛力，已成為不可阻擋的時(shí)代潮流。2017年9月工信部發(fā)布了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書(shū)》，11月國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng) 先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》。從這些政策的出臺(tái)可以看到“智能時(shí)代的到來(lái)”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將成為時(shí)代的潮流，建筑業(yè)已經(jīng)到了一個(gè)要銳意蛻變的年代。