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智慧建筑白皮书智慧建筑白皮书中国勘察设计协会工程智能设计分会 ICA 联盟 2018 年 12 月智慧建筑白皮书目录序 . i 前言 . ii 版权声明 . iii 第 1 章智慧建筑概述 . 1 1.1 智慧建筑的复杂系统论 . 1 1.2 面向未来的建筑特点 . 3 1.3 以人为本的智慧建筑 . 4 1.4 架构与构成要素 . 7 1.5 发展历程 . 9 1.6 智慧建筑的发展趋势 . 13 1.7 智慧建筑与智慧城市 . 15 1.8 面向智慧社会的智慧建筑 . 16 第 2 章智慧建筑的规划 . 19 2.1 总体规划 . 19 2.2 基础规划 . 19 2.3 感知层规划 . 20 2.4 平台层规划 . 24 2.5 应用层规划 . 29 第 3 章智慧建筑的新技术 . 34 3.1 传感技术 . 34 3.2 物联网技术 . 34 3.3 多媒体融合技术 . 35 3.4 定位与导航技术 . 36 3.6 虚拟现实技术 . 38 3.7 数据分析技术 . 39 3.8 人工智能（ AI） . 40 智慧建筑白皮书第 4 章智慧建筑的应用与实践 . 42 4.1 基于 BIM 的建筑设施管理 . 42 4.2 智慧消防管理 . 49 4.3 多媒体融合技术 . 52 4.4 定位与导航 . 55 4.5 人工智能应用 . 60 4.6 能源大数据分析 . 67 4.7 智慧供配电系统 . 70 4.8 智能办公 . 73 4.9 综合案例 . 74 第 5 章未来的智慧建筑 . 79 缩略语 . 84 参考文献 . 85 编制组 . 86 智慧建筑白皮书 i 序我郑重地向大家推荐由中国勘察设计协会工程智能设计分会与 ICA 联盟编写的智慧建筑白皮书，因为这不仅是迄今为止谈论智慧建筑最靠谱的专著，更是汇聚了智能建筑工程界专家经验和研究的成果，能够指导今后一段时期的行业发展。我们都知道“智慧”是无法准确定义，如果从生物学、心理学、社会学以及哲学等角度去观察“智慧”的话，可以获得不同的解释。因此人们对于“智慧 X”的所有阐述都是狭义的，自定义的。并且狭义的“智慧 X”往往都有缺失缺“人”、缺规则、缺伦理、缺时效。现代社会行事需要三个维度工程学、社会学和经济学的考量，三思而后行。我们用工程学考察智慧建筑是针对目前应用自然科学原理设计的进程成果，是否存在缺陷与改良的可能；用社会学考察智慧建筑对于社会结构、社会活动、人际互动及社会法律等，是否可能持续改善人文环境；用经济学考察智慧建筑价值的创造、转化、实现，是否能形成资源的优化配置与优化再生。近三十年的工程实践证实，在智慧建筑的生态中技术并不是最重要的，如果没有经济的合理性，没有科学、有效的运营机制，项目的成功实现是困难的。因此必须做好各相关方（投资者、建造者、使用者、运营者、平台运营者、服务资源提供者）的利益平衡，通过长期的运营使建筑物获得绿色、健康和智慧的效益。感谢为智慧建筑白皮书编写付出心血的全体专家。程大章 2018 年 12 月 16 日智慧建筑白皮书 ii 前言建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律、人文理念和美学法则创造的满足生产、生活的人工环境。建筑是科学技术、人文艺术、社会经济理念等学科的综合载体。近 40 年来，随着信息通信、计算机、自动控制等科学技术的迅速发展，这些技术越来越深入地应用于建筑行业，形成了智慧建筑的理念。随着人们日益增长的物质和精神需求，要求建筑更具有人性化，和智慧化。智慧建筑采用了物联网、传感技术、多媒体融合、定位与导航、建筑信息模型、大数据分析、人工智能等新兴前沿技术。从技术发展趋势而言，构筑基于人工智能的云平台，对多源异构数据进行融合，使该平台具有持续学习和不断优化的能力。智慧建筑涉及到建筑、信息通信、互联网等相关行业，其中建筑设计院、互联网和 IT 企业、相关运营商、服务商正积极参与到智慧建筑的研发、建设、运维、经营等全生命周期的各个环节，不断提升行业的智慧化水平。本书提出的框架结构、技术方向等，对于标准制定、产业规划、科技研究的协同发展，以及行业协会、产业联盟的合作共赢具有一定促进效果。目前，本书提到的一些技术如：建筑设施管理、智慧消防管理、多媒体融合管控、定位与导航、基于人工智能的建筑节能降耗、能源大数据分析、智能办公等技术已有成功应用案例。这些成果加以推广应用，将促进智慧城市、智慧社区的建设。例如，雄安新区市民服务中心等项目，就是对上述技术和新型商业模式的综合应用。未来推动智慧建筑的规模化实施需要在标准化、产业联盟、场景驱动、产业链协同、安全管理等方面做好工作。白皮书由中国勘察设计协会工程智能设计分会和 ICA 联盟发起并组织编写。旨在通过对智慧建筑及新兴技术的诠释，对行业的发展起到推动作用。智慧建筑白皮书 iii 版权声明本白皮书著作权归属中国勘察设计协会工程智能设计分会和杭州云谷物联网标准发展中心（简称 ICA）共同所有。未经中国勘察设计协会工程智能设计分会和 ICA 事先书面许可，任何人不得修改、复制、转载、摘编或以其他任何方式非法使用本白皮书的全部或部分内容，违者必究。智慧建筑白皮书 1 第 1章智慧建筑概述 1.1 智慧建筑的复杂系统论 1.1.1 智慧建筑复杂大系统分析传统的智能建筑的核心是 5A 系统，智慧建筑在时空、边界、技术上对智能建筑系统进行扩展，并有生命体相似的复杂、自组织和整体性等特征。而建筑的组织和演化也具有相似的特征，通过不断与外界进行物质、能量的交换，最终实现各类主体在智慧建筑中的进化。智慧建筑还有着更多与生命体特征相似的特征：第一，智慧建筑与外界的物联互通有着生命体新陈代谢的特征。智慧建筑作为开放系统，需要通过与外界不断进行能量交换来维持自身的运转；第二，智慧建筑的成长也具有和生命体一样的成长特征。在智慧建筑的成长过程中，通过对技术和模式选择和取舍来完善自己，最终呈现非线性、自组织和螺旋形的发展特征；第三，智慧建筑对环境的变化具有应激能力。这种应激性让智慧建筑能够对各种外界的刺激和因素进行选择，排除干扰因素，实现优势资源整合促进自身发展。第四，智慧建筑在发展过程中具有遗传现象。智慧建筑镌刻着原有的区域文化基因，是地域经济、社会氛围的延续，在继承和关联之中又保持着特定的弹性。复杂系统论（ CAS）中所谓局部和整体、元素和系统、个体和群体，实际上是上下两个层次之间的关系。 CAS 理论强调的是“非中心化思维”和个体的主动性等观点，认为无须借助中央的控制器，系统具有开放性，封闭性会导致系统的失效和死亡。智慧建筑不仅仅是一座孤立的建筑，而且是更大系统智慧城市的组成部分；可持续建筑不仅仅是一个绿色或智能建筑，而是一个与周围互联互通的复杂自适应系统。遵循美国科学家约翰霍兰德对复杂适应系统的理论框架，采用复杂系统论中的八大核心概念来解析智慧建筑作为一个复杂系统的特性和机制。 1. 主体。智慧建筑系统中的基本单元称为“主体”。主体的存在环境是其他主体提供的。智慧建筑中每一个不可被拆分的要素都可以被看作是主体。主体之间以及主体与周围环境之间的互动是智慧建筑作为复杂系统演变和进化的主要动力。智慧建筑白皮书 2 2. 智慧主体聚集。主体具有聚集的特征，聚集之后所形成的相互作用会形成更大规模的复杂系统。就智慧建筑而言，可以被看作是人、企业、机构、智慧设施、服务和管理等主体在空间上的聚集。这种空间聚集能够降低能源成本，进一步促进智慧建筑的持续运营。 3. 非线性发展。与线性函数所展示出的发展规律不同，作为复杂系统的智慧建筑，其各类主体之间的相互作用大多是非线性的。影响智慧建筑发展的因素交互联动，很难只用几个变量来演绎，而是随着时空转换呈现“波浪式”的非线性发展进程。 4. 要素流。要素流是关于智慧建筑系统中各种各样具体的“流”的抽象概念。其在主体间的传递渠道和传递速度直接影响了智慧建筑作为复杂生命体的进化。当智慧建筑出现问题的时候，可以先考察是不是信息、技术、能源等要素流不够畅通与循环，导致了智慧建筑各个器官（子系统）的阻滞。 5. 目标多样性。智慧建筑主体之间的差别会发展与扩大，导致主体向不同的方向发展变化，最终形成分化，产生智慧建筑系统的多样性，而智慧建筑的活力也恰恰在于多样性，即错综复杂但相互支持的功能模块。 6. 特点标识。特点标识是智慧建筑主体特异性的体现，不同的子系统如何实现自身的优势，彰显自身的比较优势和特色是智慧建筑在发展中需要注意的问题。 7. 系统积木块。系统积木块与主体的作用是相同的，但主体是不可拆分的基本元素，而系统积木块是可拆分的子系统。 8. 内部模型。内部模型就是主体或系统积木块之间具有的互动规则。通过内部模型，主体可以基于一定的经验预指导智慧建筑的发展动态，并做出前瞻性的判断。 1.1.2 自组织理论对智慧建筑模式的研究采用自组织理论对智慧建筑其保障机制 /商业模式的研究进行研究是近年来的热点。复杂系统的自组织演化理论是一套完善的理论体系，通过对自组织理论中的耗散结构理论、协同理论与突变论的研究，为智慧建筑保障机制 /商业模式的框架研究提供了理论依据。生态系统自组织演化的条件、竞争与协同的演化动力机制及其渐变与突变的基本途径，为智慧建筑建筑工业化生态系统演化机理分析奠定了理论基础。基于智能体的建模与自组织理论的思想是高度吻合的，都关注宏观现象从微观行为中的涌现，可以说对于智慧建筑生态系统及其保障机制 /商业模式演化这样一个社会领域的智慧建筑白皮书 3 研究，自组织理论提供了重要的理论支撑，但其相应的方法论却难以适用，而计算机科学的发展和基于智能体的建模则为之提供了非常好的解决方案。因此可以基于智能体的建模作为方法论基础，应用于智慧建筑保障机制 /商业模式的模拟仿真分析中。组织生态学与生态系统相关理论则明确了生态系统的构成层次，为智慧建筑保障机制/商业模式生态系统演化机制的分析提供了从组织个体到组织种群再到组织群落分层研究的思路，并为智慧建筑生态系统的模拟仿真提供了定量分析的基础。因此，将智慧建筑作为一个自组织的耗散系统，展开对其保障机制 /商业模式的研究。通过该项研究，从更宏观的生态系统角度来看待智慧建筑。从而掌握智慧建筑在与政策机制、商业模式之间交互过程进化发展的全生命周期过程，为扶持智慧建筑的宏观经济政策的制定提供理论依据。 1.2 面向未来的建筑特点未来建筑具有三个特点：绿色、健康、智慧。它呈现出集美观、舒适、实用、环保而又个性化的高科技现代化景象。智慧是未来建筑的主要特征，它融合发展了智能建筑的概念和技术，并且强调以人为本、科技无处不在的理念。因此建筑的环境交互、人文感受、科技应用，三者相辅相成，构成了智慧建筑的三角生态体系。环境特性体现了建筑物环保的绿色要求；人文特性体现了以人为本的健康生活理念；科技特性则体现了智慧化实现的方式和途径。人文技术环境智慧建筑生态体系计算机及信息技术物联网及通信技术人工智能技术新材料、新能源技术数据处理技术建筑与自然环境协调舒适、美观的建筑景观空间和场地资源优化可再生能源的利用绿色环保材料的使用居住舒适度、满意度生活的便捷性建筑资产管理建筑设备、设施管理人文艺术氛围绿色健康智慧