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关键词: 应用型本科机械专业 工程软件 数字化制造工程能力培养 教学方法改革
一、引言
以信息技术为主导的现代科技的迅速发展推动了制造业和数字化产品开发技术的快速发展,现代制造业则借助数字化产品开发技术实现了从设计、制造全过程的并行模式,采用数字化三维数据模型取代原来的物理原型,从而缩短了新产品开发周期。现代制造业正逐步普及以三维CAD/CAM技术为核心的产品数字化制造,企业的数字化制造水平可以说在一定程度上反映了企业的核心竞争力。
目前许多高校传统机械工程学科的教学模式是以常规机械设计制造流程为主线的,课程体系的设置重理论轻实践,各单元技术间存在很大的脱节与重复现象,没有形成完整的体系,与企业的工程实践结合不紧密,没有体现行业的发展技术现状。
我院是新建本科院校,提出“工程教育,职业取向”的人才培养模式,将原有课程体系调整为:“以综合素质培养为核心、创新教育为主线、以数字化产品开发技术为手段、拓宽基础、加强工程实践能力培养”。
企业在制造活动中广泛使用工程软件,工程软件的应用能力和水平直接反映了企业的先进制造水平。为面向企业就业客户群,培养适销对路的应用型机械专业人才,必须紧跟企业的生产技术,以典型企业的工程应用软件为教学工具,规划教学内容,探索行之有效的工程软件教学方法,通过工程软件实现产品的数字化的制造流程,将理论知识应用于软件的使用中去指导应用,通过软件使用促进学生理解和掌握理论知识,培养学生的数字化制造综合工程应用能力。
二、教学规划
依据典型企业调研结果确定机械专业培养方案和课程大纲标准,形成数字化制造课程群。数字化制造课程群分理论课程、实践课程、课外培养三大体系。以企业使用的主流典型工程软件为应用工具培养工程能力,在教学过程中应用的工程软件如表1所示。
课程采用基于企业情境的项目教学法、理实一体化教学法等多种形式,以企业典型零件加工为项目内容,每个项目包含若干子项目。项目分为基础项目、提高项目和拓展项目三大类,项目设计遵循由浅入深、循序递进的原则。
理论环节与实践环节密切结合,多媒体教室、CAD/CAM机房和数控实训室交替上课。讲授软件时,讲述基本的原理,学生课上和课后做练习,习题取自实际工程实例。
注重学生自学和课外培养相结合,机房根据学生申请开放管理,教师现场答疑,培养学生的工程软件使用能力。
课程考核有多种形式,理论课程考核有平时考核和期末考核,平时考核包括课程表现、课后作业质量、阶段大作业质量、实验完成质量;期末考核包括试卷成绩、现场考核等几部分。课程表现主要考核学生对教师课程参与的能力,占总成绩分数的15%,具体包括出勤情况、课上听课和上机的态度、课上回答问题的情况、完成软件练习的情况;课后作业的完成质量,完成与课上内容相关的软件使用解决具体问题。
对于纯工程软件应用类课程的考试,比如现代CAD/CAM应用,试卷采用理论和实际相结合考试形式,统一于一张试卷内,在CAD/CAM机房考试,理论笔试和上机考试相结合进行,理论考试考查对工程软件基本知识和基本技能的理解,占总成绩分数的25%;上机考查利用工程软件解决零件的数控程序编制问题的能力。
对于基于项目的实践课程的考核,教师汇总学生的所有考核分数评定成绩,成绩由四部分组成,包括出勤率分数、教师过程考核分数、项目分数、设计资料质量分数,总成绩按百分制给出。其中出勤率占10%,教师过程考核占10%,项目分数占70%,设计资料质量占10%。项目分数由个人自评分数、组内互评分数、组长评分分数、组间互评分数加权综合而成。
三、结语
我们在应用型本科机械专业的人才培养中利用工程软件培养学生的数字化制造工程能力,改革教学方法,学生乐于将知识应用于实践,使理论有用武之地,激发出浓厚的学习兴趣,培养了动手能力,加强了团队的合作精神。对就业企业单位和就业学生的跟踪调查,表明学生从学校向企业的职场转换的时间明显缩短,工作后对岗位的适应能力明显增强,企业反映效果较好。
参考文献:
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【关键词】铁路隧道;协同管理;智能化设备
1BIM模型设计
1.1建立隧道模型
在传统的二维图纸设计中,发现有不合理不协调的状况很难进行修改,对工程整体施工进度产生影响。随着BIM技术的普及,在隧道工程设计中实现了设计的可视化,在对隧道工程进行整体施工建造前,建造一个模型,直观展示工程中的过轨管分布、接触网槽道预埋、钢筋安装等施工工作。采用CSD软件分段建立隧道BIM设计模型,再按施工要求对设计模型自动切分、自动生成和绑定编码,最终形成隧道施工BIM模型(见图1)。
1.2BIM可视化管理
三维模型精细呈现设计细节。通过三维建模首先使技术人员在建模过程中更加深刻理解工程内容,通过三维模型进行技术交流和探讨。基于BIM模型的成果和设计数据,通过基于GIS的管理平台,全面整合各项数据,如里程桩号、地形地貌、环水保线、穿既有线等各种场景的信息,以更加清晰逼真的形式体现工程实景。同时,通过三维展示方式可以任意角度查看,在主体模型与既有地形模型相结合后,方便施工方案的制定和审核[1]。
2协同管理
BIM管理体系以BIM模型为管理载体,将BIM技术与信息化管理紧密结合起来,通过对工程项目三维可视化、信息化、精细化的综合管理,打通各个业务、各个参与单位之间的数据联系,搭建“数字工地”。全员参与,建立起项目的高效协同。以BIM技术搭建的三维模型为基础,以协同管理为手段,在施工过程的管理中建立全员参与的协同管理体系,实现各项信息共享,按照不同的权限、角色建立起职责履行清单。以工序为纽带加强现场把控,实现建造过程痕迹保留,建立以工序过程为核心的过程控制体系。工序作为施工过程的重要环节,实现了基于工序的自动关联进度。工序开始,反映到模型上:显示结构物正在施工,进行到关键工序时自动关联检、验、批,必须验收合格以后才允许进入下道工序。同时,基于工序建造过程的时间节点、责任人、现场影像资料同步自动生成,形成了完整的建造过程的痕迹保留。基于BIM技术,推动标准化、规范化、精细化的管理体系。BIM技术的本质是以信息化为驱动。在建设BIM体系的过程中要求管理体系标准化,同时结合规范化的措施和精细化的管理要求,确保所有信息有序流动,最终关联到模型。在检、验、批现场填报,现场确认时,结合手机端GPS定位,实时现场确认,落实规范标准的管理体系。
3隧道智能化施工设备
3.1ZYS113全智能三臂凿岩台车
3.1.1超前地质预报的应用采用ZYS113全智能三臂凿岩台车进行超前地质预报,结合超前钻孔及加深炮孔法等方法,实现快速预报。钻孔时,钻孔深度30m~50m,实时监测推进速度、冲击压力、推进压力、回转压力、水压力和水流量等参数,并通过MWD软件分析复原地质情况,形成地质报告。对掌子面前方情况进行综合分析,科学判定前方地质情况;对掌子面稳定性做出分类,为现场施工提供准确的依据,并基于此在BIM模型上建立隧道大数据地质库,指导现场施工。
3.1.2钻爆开挖及初期支护智能化建造的应用导入作业面爆破设计图,与隧道坐标结合,在凿岩台车电脑上生成开挖循环的隧道轮廓与爆破图,不需要测量人员标注隧道轮廓和钻孔孔位,将断面图及炮孔图显示在凿岩台车电脑上,操作人员完全按照电脑显示,控制炮孔的角度和深度,根据电脑指示摆臂架的角度。系统锚杆施工前,台车预先输入锚杆设计参数以及断面数据,进而确定锚杆位置信息,台车依据系统预设实现自动移臂对孔定位、自动钻孔。
3.2SCDZ133智能型多功能作业台车
SCDZ133智能型多功能作业台车配套设施有底盘行走系统、发动机系统、臂架系统、定位系统、扫描系统、智能控制系统、电气控制系统等。①智能型多功能作业台车装有定位系统,通过系统换算将大地2000坐标系转换为系统内部可识别坐标,实现台车在隧道坐标系下的精准定位。②台车车前装有扫描系统,对断面进行扫描,同时采集数据,车内设有设备对采集数据进行处理,形成三维隧道断面点云模型,通过与BIM模型相连,在模型上与设计断面对比分析出隧道超欠挖情况。③改变传统拱架安装方式,在台车上安装有智能控制系统,在地面链接中间3节拱架,举升至拱顶,再抓取左右两侧拱架,举升至安装位置,安装连接螺栓,调整拱架姿态,焊接网片与连接筋,扫描拱架安装位置尺寸,并实时采集数据上传至BIM模型,将其与设计位置进行对比,实现按照设计数据进行拱架自动安装作业。
3.3HPSZ3016S湿喷台车
HPSZ3016S湿喷台车是在HPS3016S的基础上进行智能化升级改造的产品,其配套设施有底盘行走系统、发动机系统、臂架系统、泵送系统、定位系统、扫描系统、智能控制系统、电气控制系统等。①湿喷台车车前安装扫描系统,对断面进行扫描采集数据,车内设有设备对数据进行处理,形成三维隧道断面点云模型,自动精确计算各处超欠挖值。通过对隧道轮廓的三维建模与计算,施工中指导喷射方式并评估喷射质量。电脑图像实时指示各区域喷射厚度,对喷射厚度进行精准量化控制。通过三维扫描提前预估喷射方量,喷射完成后计算实喷方量、回弹率,评估喷射质量。②湿喷台车安装有智能控制系统,通过对隧道轮廓的三维建模与计算,进行设计喷射数据处理,控制臂架系统、泵送系统、扫描系统进行自动喷射。
3.4数字化衬砌台车
数字化衬砌台车配套装置有滑移轨道系统、发动机系统、双灌注系统、电气控制系统、高频气动振动系统、软搭接系统、定位系统、压力传感系统、参数观测系统、实时监控系统、全自动打磨涂脱模剂系统、信息化系统等。①衬砌台车装有定位系统,通过前端架设扫描仪,后端架设全站仪,分别对隧道内的三个激光靶标进行半自动和自动照准;获取的台车中轴定位坐标,可通过台车控制系统与油缸自动调节至与隧道中轴线重合,实现台车自动定位功能。②衬砌台车具备参数观测系统,可进行混凝土灌注方量测量、灌注压力监测、拱顶饱满度测量、入模温度记录等功能。对实时灌注流量及总量,通过混凝土流量计进行测量统计,混凝土的预浇筑方量可通过车载式3D自动扫描仪或激光断面仪测量。③改变传统振捣方式,在台车模板上加装高频气动振动系统引进欧洲台车的主流振动技术,减少拱顶局部堵塞,解决混凝土密实问题。④采用双灌注系统,下灌注系统采用机械手分窗分层自然流下浇筑,上灌注系统采用“拱顶部水平压入浇筑工法”实现带压浇筑。提高了混凝土质量,减少气泡产生。⑤混凝土浇筑过程中,通过实时采集数据,关联至BIM模型,展示出混凝土的状态,可及时检查衬砌混凝土是否饱满、混凝土入模温度能否达到要求、振捣是否到位等问题。
[关键词]建筑智能化;发展;组成系统;应用
一、建筑智能化的定义
建筑智能化是通过系统集成方法,将计算机网络技术、信息技术、通信技术、建筑技术以及监控技术结合起来,通过对建筑及其相关设备的检测、监控,对信息的优化管理,从而达到对建筑的管理与智能控制,以达到用户对建筑的管理、监控和信息资源共享的要求。在达到适应信息化社会需求的基础上,符合环保和投资合理相结合的要求。智能化建筑主要包括以下一种或几种系统:安全防范系统、火灾自动报警及消防联动系统、建筑设备自动监控系统、广播系统、有线电视系统、数字会议及视频会议系统、综合布线系统、停车场管理系统、通信与计算机网络系统等。
二、我国建筑智能化的发展
1984年,位于美国康涅狱格州哈特福德市的“都市大厦” 建成,标志着世界上第一幢智能建筑的诞生。我国紧跟世界发展潮流,较早涉足智能建筑领域,并且取得了较快较好的发展。1986年,“智能化办公大楼可行性研究”正式立项.由此拉开了我国智能化建筑研究的序幕。此项研究是国家“七・五”重点科技攻关项目之一。我国智能化建筑的早期代表作是1989年建造的北京发展大厦,这幢大厦已经有了明确的智能化指标要求。到目前为止,我国已有或在建的各类智能化建筑至少几千座。
三、建筑智能化应注意的问题
虽然我国的智能化建筑紧跟世界发展水平,取得了不错的成绩,但是出于资金、技术等方面的原因,跟世界先进水平还是有一定差距的。在缩短差距的过程中,切忌盲目跟风,盲目攀比。应从我国实际国情出发,提出符合我国处于社会主义初级阶段这一基本国情,具有可靠的经济回报率的建筑方案。在设计建筑方案时,注意与环境、资源的统一,协调发展。每一个方案的提出必需确保有较长时间的前期调查、准备工作,并经过投资者和环境、资源、建筑、经济等方面专家反复磋商,论证、修改。最后提出的方案要是切实可行的,可操作性强的设计方案。在设计建筑方案或进行建筑施工时,要敢于使用新型、先进的建筑形式、设备、材料,尤其提倡大量使用符合节能环保原则的新型材料。要兼顾经济性和先进性,在做到节能环保的同时,尽量减少投资,以期达到最高的性能价格比。值得一提的是,在选择新材料或建筑形式时,不能一味追求“新”,而是要选择至少有大量理论论证,或者已有国外大型工程使用经验的产品,以保证工程顺利进行,在节能环保的同时,带来可观的经济效益。
四、建筑智能化系统的组成
我们国家在2000年7月颁布的GB/T 50314―2000《智能建筑设计标准》中对明确规定,智能化建筑以建筑为平台,包括通信网络系统、建筑设备及办公自动化,即通信自动化系统(CAS)、建筑自动化系统(BAS)与办公自动化系统(OAS)。以达到人们对居住和工作环境具备安全、便捷、舒适的要求。通信自动化系统(Communication Automation System,CA):即利用公共通信网和建筑物内部GCS接口进行多媒体通信,同时利用数字程控交换机PABX转接语音、图象和数据的系统。目前,在我国,公共通信网主要包括数据通信网CHINAPAC和CHINADDN、城市电话网以及长途电话网。建筑自动化系统(Building Automation System,BA):即首先利用中央计算机网络将各监控现场的区域智能分站连接起来,再通过分层分布式控制完成集中管理和分散控制的系统。一般情况下,属于建筑自动化系统的包括空调、冷热源、照明、供配电、给排水和停车库等。该系统的目的是对所有建筑设备进行系统全面地监控和管理,以便确保建筑物内所有建筑设备处于高效、节能和最佳运行状态。办公自动化系统(Office Automation System,OA):即通过计算机多媒体技术提供文字、语音、图象的图文办公手段。准确来说,是一个计算机网络与数据库技术相结合的系统。在智能化建筑中办公自动化系统通常由以下两部分组成:物业公司为住户提供信息服务以及物业公司管理内部事物的办公自动化系统,机构与租用单位的业务专用办公自动化系统。
五、建筑智能化的应用
1.建筑智能化在绿色建筑中的应用。绿色建筑是指能够为住户提供安全、健康、舒适的居住、工作空间,并且能够在建筑全生命周期中实现资源的高效利用,同时最小程度地影响周边环境的建筑物。智能照明系统是在建筑物内外安装高效节能灯具,利用传感器技术或照明接触器,根据实际的照明需要做出判断,而后选取高、中、低档照明水平。采用智能照明系统,可以调节自然光,加强自然光对建筑光环境的有利作用,以节约电能。火灾自动报警系统是利用烟感和温感探测器,通过DDC对各消防设备进行实时监控,保证在火灾预警阶段能够做出智能判断,从而有效防止错误动作。在火灾发生时,非消防设备有序撤出,消防设备有序投入,保证人员安全。安全防范系统是利用闭路电视监测系统、录像系统对建筑物进行监控,包括门禁管理、围栏监测、人员识别、车辆识别、电子巡更、可视对讲、紧急呼叫、煤气泄露报警、玻璃破碎报警等功能,保证建筑物及建筑物周边环境安全。绿色建筑的核心是减少建筑耗能。建筑能耗囊括了建造能耗和使用能耗,包括了建筑工业和建筑使用的方方面面,范围甚广。在我国,建筑耗电十分突出,主要有以下三个方面原因:一是房屋建筑面积不断增加,从而导致建筑耗能增加;二是已建的房屋建筑,由于强调降低一次性建筑投入,建筑物保温性能和门窗气密性均较差,三是由于近年来空调使用量不断加大,房屋空调设备用电量迅速增长。针对上述情况,建筑房屋的节能手段大致分为两种;一是采用新技术、新产品在低投入的情况下保证建筑物保温性和门窗气密性,减少室外温度对室内温度的辐射;二是采用新设备,保证建筑物内部恒温恒湿,以满足人们对在室内生活的舒适要求。随着空调技术的不断发展,中央空调采用变频控制是不可改变的趋势。中央空调DDC自控就是一种有节能效果的智能化系统。
2.建筑智能化在老年公寓中的应用。人口老龄化已经是一个不可否认的问题。目前,与世界其它发达国家相比,我国已有老年公寓不仅数量有限,设备也比较落后,远远达不到老年人的日常生活需要。随着社会进步以及对老年人生活环境的关注日益增加,我国势必建造一批根据老年人需要设计、应用新技术、新产品,智能化的新型老年公寓。为了能够满足老年人特殊的生理和心理需求,可以在老年公寓的设计中引入一些特殊的智能技术。宠物机器人是一种适合老年公寓的智能技术。宠物机器人会说话、会唱歌,能与老年人进行简单的对话,在对话过程中,宠物机器人可以把老人的问题记录下来再反馈给服务中心。服务中心的工作人员可以通过对记录的分析比较,及时掌握老人的身体状况与变化,并视具体情况判断需不需要派专人前往老人住处进行必要的护理。紧急呼救系统是有一个针对老年人开发的智能保健系统。该系统由在住宅中安装的紧急呼叫器、安全报警器以及医疗救助体系和家政服务体系共同构成。紧急情况时,只需按下随身携带的无线紧急求助器的按钮,即可通过电话网络将求救信号发送至家人的或医疗部门,从而使老人获得紧急救助。
经济增长、科技进步、社会发展,这些都给智能化建筑提供了良好的生存发展空间。建筑智能化是今后建筑行业发展的必然趋势,它在改善人们的生活和工作环境,使其更舒适、安全、便捷的同时,也将使得建筑物更加绿色环保,更加符合可持续发展的原则,带来更高的经济和社会效益。
参考文献
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给地球留下痕迹最多的是建筑,“秦砖汉瓦”的历史就是一部中华民族的建筑史。敢为天下先的山东华元建设集团,以科技增效益,向旧建筑传统发起了挑战。
华元建设集团以墙材革新、建筑节能、可再生能源利用等为创新点,以建筑工业化和住宅产业化为方向,先后投入科技创新资金3000余万元,逐步建立起较为完善的企业科技创新体系。已自主研发国家级科技项目4项,省部级科技成果和项目10项,国家专利25项(其中发明专利5项),省科技进步奖5项,新型墙体材料、建筑节能、太阳能综合利用的研究开发和推广应用工作走在全国前列。实现太阳能与节能建筑有机结合、利用可再生能源智能化采暖供热的太阳能智能化采暖与节能建筑一体化技术,被列入国家科技攻关计划。实现建筑构件工厂化生产、现场装配、节能省地的工厂化施工节能建筑新技术,被列入国家级星火计划项目。实现墙材革新与建筑节能、替代实心粘土砖的水泥轻质保温防水墙板,被列入国家火炬计划重点项目、科技成果重点推广计划项目。实现工业废渣回收利用、质轻壁薄、调节空气湿度的粉煤灰高强石膏内墙板,被列入山东省火炬计划项目。实现全板式组合建造低层节能住宅、适用于新农村建设的节能住宅预制墙板结构体系,被授予山东省建筑技术创新奖。实现太阳能智能化采暖与水源热泵空调热水系统的建筑节能一体化技术,已通过省建设厅建筑节能65%的示范工程验收和科技成果鉴定。集团独立编制的《混凝土复合保温外墙板构造详图》已被确定为山东省建筑标准设计通用图集。
山东华元建设集团在进行新技术、新产品研究开发的同时,也加快了推广转化步伐。集团自主研发的科技成果已推广转化为现实生产力,现已建成国家级节能示范工程2个,省级墙改与节能示范工程5个,省级建筑节能65%示范工程1个,利用自主研发的科技成果和专利技术、产品,建造节能建筑62余万平方米。集团还以技术参股、专利实施许可、招商引资等方式,面向全国进行推广建筑节能新技术。并在以及山东省的诸城、潍坊、东营等地设立了新型节能建材项目进行成果转化和推广应用,均取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。
在众多的科研成果中,最让华元人备感自豪的,是被誉为建筑业革命的太阳能智能化采暖与节能建筑一体化系统。它是将太阳能空调技术、新型墙体材料、建筑节能、楼宇智能化紧密结合,借鉴国内外先进经验,经过多年潜心研究、探索并加以实践、完善,成功开发出的一整套全新的建筑技术体系。它有别于一般建筑的被动节能,而是将建筑物内所有构成部分集成一个整体系统,通过多种优化控制达到节能目的,从而实现主动节能,完全能够达到建筑节能65%的要求。
关键字:智能建筑
大势所趋,就是指20世纪中叶以来,科学技术飞速发展,特别是电子技术,尤其是在微电子技术基础上发展起来的计算机技术、通信技术和控制技术的迅猛发展,已经对有数千年历史的建筑行业形成重大的改革性影响。它使建筑不仅是一个遮风挡雨,保暖防寒的庇护所,进而使建筑物成为一个有感觉、能反应、能传递信息、能判断决策,特别是能适应各种变化条件的一个安全,高效,舒适的生活、工作环境。先进的科学技术能够保证这些设备系统的运行安全可靠。而且,由于科技的不断发展,智能建筑的内涵在不断地发展,赋与建筑的新功能也在不断丰富完善的过程之中。所以,我们说:智能建筑的发展是大势所趋。
人心所向,也是由于科学技术的发展,业已影响到人们生活的方方面面,逐渐这些科技为建筑提供的新功能,融合到人们的生活方式之中,许多设施和系统已经成为人们生活模式中不可或缺的内容。这些技术改变着人们的生活,人们的需求又进一步促进了科学技术的发展,人们生活中的科技含量在增加,对科技的要求愈来愈高,愈来愈迫切。而智能建筑正是满足了信息时代人们对建筑的要求,所以说:智能建筑的发展是人心所向。
现在公认世界上第一幢智能大楼是1984年出现在美国康州首府哈特福德市的城市广场,这是一栋38层的办公建筑,原来就有比较好的建筑设备系统,例如,较早地应用了数字程控交换机;办公自动化机器的集中使用;设置计算中心;消防、安保的自动监控等。
这些设备系统应当说都不是什么特别新的东西。但是,就当时来说,将通信系统集成后引进来。承担工程总体设计和安装的UTBS公司,不仅承担了工程项目,而且在项目完成之后成为这些系统的二包,即从业主手中将系统总体包下来,再转租给最终的使用者。在租出的过程中UTBS向最终用户提供了一些增值服务。例如它在提供通讯服务中提供股票信息服务等。这样,最终的使用者不必自己去投资建设自己的通讯系统,只要向UTBS租用所需的设备和服务就行了。这样一来,形成了一种对设备系统使用的所谓“承租人分摊制度(STS)"。这种制度促进了智能大厦的建设和发展,而智能建筑(IntelligentBuilding)这个名词,也就突破了传统建筑的遮风挡l:14、保温防寒功能,增加了传递和处理信息的智慧功能。这样的一条发展道路,大体上也就规范了欧洲智能建筑后来发展的道路。
在美国以后,日本很快跟上来,但走的是另外一条路。日本在1986年建造的东京本田青山大厦和NTT品川大厦等大体上都是大公司建造的自用办公大楼。因此,对其设备自动化,通讯网络的建设等就更有针对性。由于目的明确,所以在大楼建设中同时将其内部的办公网络(0A)系统以及相应的应用系统一起建设起来。在这个基础上形成了我们后来所说的智能建筑的“3A"体系,所谓“BA,0A,CA”就是这么来的。日本最早的一批智能大楼也就是这么起来的。多数是一些大公司,特别是大型电子公司,如NEC、N17、松下、三井、东芝等办公大楼,它们具有很完善的设备系统,设备与建筑设计配合融洽。这些大公司建设这些系统主要是为了自己使用,提高工作效率,同时也是为了改善企业形象。
80年代后期,智能建筑风靡全球,这主要是由于电子技术,特别是微电子技术在计算机、通讯、控制三,项技术在楼宇自动化,通讯网络以及它们的系统集成方面有了飞跃的发展。无论从硬件、软件到集成技术都有显著的进步。加以90年代初期,国际互联网(因特网)在全世界迅速普及和应用,人们对建筑功能的要求愈来愈高,同时高新科技能为人们提供一个更安全,更高效,更舒适,更便捷方便的环境。随着家用电器的普及,电脑的进入家庭以及互联网的联系千家万户。随之,智能化的住宅和网络化的小区也提到日程上来。一个蓬蓬勃勃地建筑智能化的普及业已在全球形成。
智能建筑这个概念进入中国的技术领域并不晚,大体上在80年代中以后,中国科学院计算技术研究所就曾进行了“智能化办公大楼可行性研究”,对智能办公楼的发展进行了探讨。在此期间,一些报刊上亦曾出现了一些介绍智能建筑的论文。80年代后儿年出现了较早的一批智能设施和系统较为完备的建筑物。尽管那时在一些建筑中已有了一些功能先进的系统,但由于当时“智能建筑”这个名词还未风行。很少有人叫它们为“智能建筑”。中国大陆上“智能建筑,,的真正的普及和推广是在1992年改革开放大潮中。当时,风起云涌的形势发展,以及,由此兴起的房地产热潮。随着一大批高标准办公楼项H的提出,伴随着的是一系列先进的设施和系统以及它们的开发技术。首先打出“智能建筑,,旗号的是房地产开发商,他们并不真懂得智能建筑,而更多地看到的是在这个标签下可以为他的房地产商品大大增值;另一个最早进入这个市场的是系统集成商,他们多半原来是搞通信或是承担网络工程的,从做网络转向专门做综合布线,本是顺理成章的事,无需赘言。但是,他们进入建筑市场,却对建筑行业缺乏了解。
但是,在“智能建筑”突然起飞的时候,建筑事业的主力军,即建筑工程的设计和施工安装两支队伍却显得技术准备不足。尽管其中某些设备系统原本就是他们的专长,如空调,照明等,但在新的要求下也不免措手不及。此时,行业中的一些先知先觉者为了规范市场,统一认识,便在上海首先提出了制订“智能建筑设计标准”的问题,此标准在1996年作为上海市的地方标准出台。它根据各类工程的作用和功能、管理要求以及工程建筑的投资标准,对智能建筑划为三级,各级智能建筑均制定了功能要求和不同的设施标准。这一标准尽管其本身尚有不尽完备之处,但它对全国智能建筑的推进起到了十分重要的作用。一方面,它对不同需求的智能型建筑按不同要求分成不同的档次,以便于业主及设计人员针对不同需求采取不同的设备标准,由此,规范了智能建筑的技术市场;另一方面,这一标准的颁布,大体上指明了智能建筑应当具备的内涵和适当的深度,这样,使得业界人士,特别是对于技术人员来说提供了一个急起直追的目标。
在这短短几年中,国内建造了大量高标准的高楼大厦,仅以上海浦东新区为例,自1990年至1996年就建造了20层以上高楼89幢。上海全市自1990年至1996年间建造了20层以上的高楼有497座,总计约1062万m2。自上海一地可以看到全国,尤其是智能建筑兴起于沿海特区和北京。但迅速向内地推广,不仅在武汉、西安等大城市出现了智能建筑,即在乌鲁木齐这样远离沿海的西才七边险也建造了智能大厦。如此巨大的建造工程量,形成了一个广大和具有无穷潜力的市场,同时,在实践中培养和锻炼出一支宏大的中国技术群体。这支技术队伍不仅存在于设计院和安装公司以及系统集成企业之中,同时,也存在于纷纷进入市场的国外企业中的中国技术人员之中。这是一支训练有素和技术素质很高的力量,足以胜任相当先进和复杂的智能建筑技术要求。
智能建筑在短短的几年里突然起飞造成了无限商机。正象一切新生事物进入市场所出现的必然的现象一样,技术准备不足、市场暂时混乱、其中尤以管理上的滞后更为突出。由政府出面辖顿市场、规范业界行为已成为当务之急。因为,尽管在这种新兴市场上,某些早期的混乱带有一定的必然性。但是,如果不加治理放任自流的话,它就将影响到这项新技术本身的健康发展。罄理的日的就是使无序的市场变成有序。
为此,建设部在1997年10月了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》。在这一规定中:界定了有关建筑智能化工程的主管部门是国家建设部,具体的工程项目的设计部门应是本工程的设计总体负责机构,设计负责人应对工程总体(包括智能化系统工程)负全面责任。规定了任何智能建筑工程应在力:项时就应将智能化系统的设计要求提出,经批准立项之后,即作为设计要求下达到设计单位进行设计。承包分项的系统集成商应在工程总体设计的指导下进行本系统的细化设计。系统集成商除系统的细化设计之外还要承担设备安装、调试、用户培训!|以及交工后的维护服务等一系列工作。规定还指出智能建筑在竣工和正常运转一段时间后要进行评估。评估为优秀者要进行奖励。这个管理规定应当说是政府关于智能建筑管理的第一个总令。对于罄顿市场和规范业界行为起了很好的作用。此后。在1998年10月又颁布了《建筑智能化系统工程设计和系统集成专项资质管理暂行办法》以及与之相应的《执业资质标准》两个法令。这两个法令规定了承担智能建筑设计和系统集成的资格,实际上是个市场准入的标准,它将排斥一切不符标准、不具实力、没有业绩的不合格企业进入市场。确保市场的秩序和产品的质量。目前,资质的申报工作,业已开始运作。
这只是由政府颂布的两个全行业的管理规定,这不过只是开始,目前已着手编制全国性的智能建筑设计标准,其他相关的标准和规范也将陆续订入计划,陆续进行编制。使得这一行业逐渐走向健康有序。1998年6月在建设部勘察设计司领导下成为了建筑智能化系统工程设计专家委员会,协助政府进行一些行业管理和推进智能建筑事业的工作。
智能建筑的另一特点是横跨多个行业,例如涉及邮电、消防、安保、广播电视、计算机、自动控制、公共卫生等部门,进行行业管理就必须与这些相关部门进行协调,除了必须遵守有关的专业规定外,还必须在若干跨行业的管理问题上加强联络和协商,制定跨部门的管理规定,共同探讨发展的课题,促进行业的进步。
面对信息时代,智能建筑的发展必然性己广泛地被业界人仕所瞩目,对此方面知识和技术的渴望和追求已成为业界人士的共识,目前国内由各种机构举办的智能建筑培训班为数甚多,少者数十人,多者上百人,涉及到各种行业和各种层次的技术人员、业主、管理人员等等,足见大家对此方面要求之迫切。由于对办班条件并无严格规定,因此,在众多的培训班中难免良莽莠不齐,如何提高办班质量是一重要课题。
智能建筑物的类型,早期以办公楼(包括自用的办公楼及出租的办公楼)和旅馆酒店为主,后来建造了一批综合办公楼(即指在一幢大楼兼有办公及酒店两种功能,有时底层还开辟为商场的多功能大楼)。在此期间,亦建造了一些设施完备,系统齐全的智能型医院、机场航站楼、大型火车站、博物馆、展览馆、体育馆、以及专业性很强的如邮电枢纽,电力调度中心,天然气调配中心,银行等等在功能上有特殊要求的建筑物。其别令人注意的是近儿年智能住宅及智能小区的发展。
智能住宅及智能小区问题的提出还是近两三年的事,其背景除了当前家庭中家用电器数量和品种的日益增多以外,最主要的原因是电视、电话的普及,计算机的进入家庭以及网络的开通。另外,智能家庭及网络社区的若干产品进入市场也促进了这一发展。但相对智能办公楼而言,智能住宅和小区究属开始起步阶段,目前,从报导上看,号称“智能小区,''''的建设项H不下30个,未见报导的试点可能还有。随着近儿年和今后一个时期,住宅建设将是国家投资和建设的黄点这一前提下,智能住宅与小区的建设将会有一个长足的发展,这一趋势业已形成。但住宅建设与办公楼建设最大的区别在于,智能办公楼一般是业主一次投资,只要财力殷实,尽可选择最先进的产品、最高级的设备。但住宅和小区建设就不能这样,它量大面广,直接面向普通百姓,故此必须考虑到若通住户的经济承受能力。所以,在此方面设备的国产化问题就更为突出。而且,在网络联通之后,住户更多着眼在网络所提供的实用功能。也就是说智能住宅和小区的建设绝不仅是其硬件的设置,如社区布线、接入网、节点建设等等。还要注意到网络接通后的信息源建设和提供的服务功能建设(网上购物、网上医疗与保健咨询、网上教育、生活顾问等)。实际上,从发展远景上看网络建设的前途无限光明。它为不久的将来可能实现的家庭办公打下基础,那将是改变人们生活模式的章大举措。如果,把信息高速公路网作为一项全民的工程来看,那么,我们的智能办公楼和智能住宅都只是这个信息高速公路上的站点建设,这个意义是非常大的。当前,中国的智能住宅建设方兴未艾,充满着无限生机。
智能建筑的大规模建造和科学技术的迅速发展,促进了此方面的研究和开发工作。这方面的工作在研究机构、高等院校以及企业的研发机构中默默地进行着,企业与院校,企业与研究机构的联合开发以及高等院校和研究机构自办企业,这两种方式都加速了将研发成果尽快地变成产品,这种工作包括了软件和硬件的开发研制,若干成果业己应用于工程之中。例如,近两年,在控制技术上,先进的L0NW0RK开放系统的开发得到了多方面的重视,它已试图应用于多个应用领域,如空调、消防、防盗、门禁、电梯等方面。一些产品已进入市场。但是,就L0NW0RK系统来说,目前尚属小规模的应用,开发者也多属中小企业,大规模、大范围的实践尚有待时机。其他方面的技术研究和开发工作也在进行,不仅成果甚多而且研发范围也在扩大。某些外国企业也在寻求和正在与中国的科技力量合作,利用中国的力量推动他们产品的发展和改进,由此,也进一步促进了中国研发力量的提高与成长。
由于中国智能建筑的市场发展的规模和速度均为世界之最。所以世界上此方面的著名品牌产品儿乎已全部进入中国市场之中,无论楼宇自动控制系统,综合布线系统,消防系统,安保系统,通信系统,广播系统,闭路电视系统,车管系统等,均已成为外国名牌产品角逐的天下,国产的设备和系统力量十分微弱。因此,如何培植国产品牌与国际名牌产品一争高下,也是当前一个突出的问题。一方面要提高自己的实力,同时也要有一定政策的支持,形成自己的精品市场。总而言之,在这么大的智能建筑市场面前,国产品牌不能没有一席之地。
但在系统集成市场上则是另一番景象。除少数国际上著名大企业从事系统集成工程的业务以外,绝大多数的是中国的企业。通过儿年的锻炼,有一些中方企业已形成了具有相当规模,拥有雄厚的技术力量(人才与装备),资金殷实,信誉良好,业绩突出的中型和中型以上的企业。他们是今后国产化设备与系统集成的希望所在。
关键词:现代土木结构;智能控制;技术分析
一、现代土木结构的概念
现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代,信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中,同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制,使结构不仅有承受建筑荷载的能力,还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来,结构将能进行参数(如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应)的检测及检测数据的传输,具有一定的数据实时计算处理能力,包括人工智能诊断推理,以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力,简言之,即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。
二、现代土木结构技术分析
1、结构智能化
传统的土木结构是一种被动结构,一经设计、制造完成后,其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性,这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题,发展出了在线监测结构,它赋予传统土木结构以在线监测机制,从而为探知结构内部性能打开了窗口,使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况,这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上,进一步增加了监测数据的智能处理机制,使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力,从而使结构实现了第二层次的智能化。
2、现代土木结构分类
现代土木结构按其材料可分为两种类型,分述如下:a.嵌入式现代土木结构。在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器,并集成进现代计算机硬件软件技术,由传感元件采集和检测结构内部信息,由计算机对这些信息进行加工处理,并将处理结果通知控制处理器,由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可,无须额外研究结构的传统力学性能,易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡,故而成为研究的焦点。b.基体、智能材料耦合结构某些结构材料本身就具有智能功能,它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能,只要探测到这一改变,便可以间接获得结构的内部力学信息。按照结构智能化目的的不同,又可将其分为如下几类:①.具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构;②.具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构;③.具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构;④.具有疲劳寿命预报能力的现代土木结构;⑤.具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的现代土木结构;
3、现代土木结构的研究内容
3.1、智能化设计。现代土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同,以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素,合理地确定智能化目标,在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的现代土木结构。
3.2、由传感元件实现智能控制。另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是现代土木结构的基础,它利用在传统建筑材料中埋入传感元件(或利用传感、结构耦合材料)来采集各种信息,经过处理分析,才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此,应对传感元件提出一些特殊要求如下:a.尺寸细微,不影响结构外形;b.与基体结构耦合良好,对原结构材料强度影响很小;c.性能稳定可靠,耐久性好,与基体结构有着相同的使用寿命;d.传感的覆盖面要宽;e.信号频率响应范围要宽;f.能与结构上其它电气设备兼容;g.抗外界干扰能力强;h. 能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
3.3、作动材料分析。现代土木结构的最终目标是实现结构的智能控制,而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料,尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料,作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性(形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等)的改变,从而达到作动目的。
3.4、智能结构信息处理。现代土木结构要成为有机的整体,还须借助于信息的流动控制及加工处理。只有使信息在环境、结构、传感器、信息处理中枢及作动系统之间有序地流动,并同时进行加工处理,方可使结构具有智能功能。其信息流动可如下图所示:由此可见,应首先对数据采集予以研究。这包括各种传感器信号的 A/D 转换以及数据处理通讯接口软硬件的研制。作为一种尝试,利用传统结构实验装置,实现了单片机应变仪与微机在线通讯的硬件组建及计算机数据接受软件的开发,初步的结果表明,建立土木结构在线监测是完全可以做得到的。其次,应着重研究输入到计算机中的数据的智能化处理算法,以及相应软件的开发。算法的核心目标应为对结构内部力学、物理场的全面计算。在此,应注意算法的快速性,避免因算法过于复杂而失去了智能结构的机敏、实时特性。接着,应对结构的健康诊断及安全评定方法予以研究。包括结构的数学建模,参数空间的模式识别,损伤评定,体系可靠性分析,以及人工智能的应用。最后需要研究的是结构控制机理、结构局部损伤修复方法、结构振动控制机理等问题。
现代土木结构是材料科学、计算机科学、自动控制技术发展到一定程度的产物。它涉及到结构和建造的重大变革,涉及到当今土木工程、材料科学、自动控制、计算机软硬件技术、信息通讯、人工智能等众多领域内的前沿技术。正如建筑业是国民经济各部门原动力一样,现代土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大。
参考文献:
关键词:生态建筑 智能建筑 设计 可持续 集成
一、课题研究的背景
1.1背景
人类对自然世界的认识是经历了从屈服自然到征服自然直至当今社会强调与自然和谐发展的过程前,农业和农业时代由于人们所从事的生产生活方式无论是农业林业畜牧业都是人们和原生的自然环境直接对话,这种关系是直接而单纯的在这种状况下自然的力量直接作用在人们的生产和生活环境中,人类运用当地的材料依据适应当地气候资源环境变化规律的方式组织建筑。在人类对自然界取得巨大成果的同时人类对自然生态系统的破坏也达到了空前的程度危及到了子孙后代的生存和人类的进一步发展人类面临着资源短缺和环境恶化两大现实问题。
1.2以可持续发展为目标的生态建筑
建筑及其建成环境在人类对自然环境的影响方面扮演着非常重要的角色,因此,符合可持续发展原理的设计需要对资源和能源的使用效率、对健康的影响、对材料的选择等方面进行综合思考,从而使其满足可持续发展原则的要求。
生态建筑是综合运用现代建筑科技、生态科学,以及其他各类现代科学技术的有效成果,把建筑建造成一个小的生态系统,为人们提供方便、舒适、高效、节能、无污、无废、自然气息浓厚、协调共生、健康安全、生机盎然的居住环境,既满足当代人的需求,又不能危机后代人的发展,实现可持续发展的战略思想,体现人文、环保、经济适用等建筑原则。“生态”是生命、自然和活力的象征,是贯彻科学发展观、实现可持续发展的具体体现,是对环境无害的一种标志,是指这种建筑能够在不损害生态环境的前提下,提高人们的生活质量和环境质量。
1.3建筑智能化与可持续发展
随着科技的发展,在信息化与自动化的浪潮推动下,建筑智能化技术得到了飞速的发展,在现代建筑中发挥着越来越显著的作用。智能化技术是现代科技发展的结晶,它是把信息技术、自动化技术、微电子技术、计算机技术相结合并有效地应用于建筑,在建筑系统中建立一个以信息技术为基础的平台,把系统需求、应用、目标、功能,同系统相关的各个要素紧密地融合在一起,达到信息共享、实时监控、综合管理等智能化的总目标。
进入21世纪,人们通过反思自觉认识到人与自然和谐的重要。设计理念及文化观、价值观随之重新调整。对智能建筑而言,智能不是目的,而应是通过智能使建筑更加符合利于人居、利于生态环境保护的要求;对建筑的要求也不仅仅是智能,而是功能、环保、节能、艺术和智能各个方面的统一。这种新的思维方式,对建筑提出新的要求,智能概念扩展为生态智能建筑。智能和生态是今日社会对建筑材料的两大需求,在实际中必须配合互补,不能顾此失彼,智能建筑设计与同时具有智能、生态功能的建材的使用,会出现一种全新的生态智能建筑。这应该是智能建筑发展史上的一个新的阶段,也是21世纪世界建筑与建材的发展趋势。中国现有建筑总面积400多亿m2,预计到2020年还将新增建筑面积约300亿m2。建筑需用大量土地,在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30%,使用的建材的生产能耗占16.7%,用水占城市用水的47%,使用钢材占全国用钢量的30%,水泥占25%。在建筑的建造和使用过程中,切实做到节约使用土地、能源、水和材料,做好生态智能建筑的设计,意义和影响十分重大。
二、生态住宅智能化的必要性
2.1生态住宅建筑需要集成设计需要智能化辅助
“生态建筑”是一个宽泛的概念。狭义来说,它专指符合生态学原理、与环境友好的建筑,广义来说,它不仅是生态学思想与建筑学相结合的产物,还应具有可持续发展的视野。其主要内涵应包括三方面:第一,减少对自然资源(包括能源)的消耗,减低对自然环境的负面影响;第二,构造适合人类健康、舒适生活的生存环境;第三,与周围自然环境和谐统一。其目标是运用生态学原理和方法,有节制地利用和改造自然,寻求人、建筑、自然和社会协调发展。不同的生态技术往往来源于各个不同专业,有着不同的适用条件和技术性能,它们之间的简单“叠加”可能并不会成功,而需要“集成”。集成设计可以整合各单项生态技术,使之成为~个有机系统,发挥各子系统的长处。在一定阶段,当各单项技术的提升已经很困难时,通过系统设计集成还可以提升整体指标。在实践方面,集成设计的理念也得到了很快的应用。比如英国建筑科研究院的生态环(Environmental Building)和Integer生态住宅样板房等为代表的示范建筑。这些示范建筑通过总体设计,将自然通风、自然采光、太阳能利用、地热利用、中水利用、生态建材和智能控制等高新技术进行有机结合。展示了生态建筑的魅力和广阔的发展前景。一个木桶能装多少水,取决于最短而非最长的那片木头,这个比喻很形象地表达出了集成设计体系和生态建筑之间地关系。多项生态技术的叠加,成本可能会翻倍,但效果却可能非常细微。引入了系统集成的概念,生态建筑设计将不再注重于设备和投入的攀比,而专注于有限资源和技术手段的整合、集成。
2.2智能化生态住宅建筑的集成设计原则
1、集成设计需要系统思维,技术的叠加。在生态建筑的设计过程中,采用系统整合的方案要优于采用简单技术叠加的方案,即当各单项生态技术提升已很困难的时候,依靠设计集成可以提升建筑的整体表现。依靠系统思维,建筑师解决问题的视野会开阔许多。在集成设计中,为了达到相同的目的,我们可以从许多不同的方面去考虑可用的技术,因为在生态建筑集成设计体系中,各个系统之间是相互渗透、互为联系的。
2、集成设计体系,集成设计体系是一个开放的集成平台生态建筑的集成设计模式对于建筑师的工程学知识是一个严峻的考验,因为,集成设计体系也是一个开放的平台,它的各系统、子系统需要随时容纳各项新技术、新产品,并对它们进行梳理整合。系统内各子系统或技术体系的更新、优化为将为系统扩展和改进提供可能性,并随时保证了集成设计体系的“版本”更新升级。可以说,建筑师并不需要去创造各项新的生态技术,但是需要吸收各项新技术,并将它们放到集成体系中去,以供不同项目去选用。生态建筑集成设计体系框架的建构生态建筑集成设计的基本出发点是对建筑全寿命周期的关注。“建筑全寿命周期”是指建筑从产生至消亡的过程所经历的时间,它包括了从材料与构件生产(含原材料的开采)、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理(废弃、再循环和再利用等)的全循环过程。从生态建筑设计的“可持续性”目标出发,为了便于建筑师设计生态建筑,我们用系统整合的方法综合分析建筑全生命周期的各个环节,结合环境效益、社会效益、经济效益的综合评价,初步提出了生态建筑集成设计体系的六大系统:建筑设计优化、能源设计优化、材料节约及废弃物处理系统、环境优化设计、智能控制系统以及经济平衡系统,其中每个系统中又包含不同的子系统、技术体系和具体技术手段。
三、小结
依托集成设计的模式,建筑师可以有更全面的视野,能更合理地运用各项生态技术、生态材料和设备,使生态建筑能在全寿命周期成为一个环境友好型的建筑。集成设计将使生态建筑变得不再神秘,不再奢侈,也将使建筑师能更主动、有效地进入生态设计。由上海市科委立项的崇明生态示范住宅的设计是我们应用生态建筑集成设计体系的一个实例,它高度集成了生态住宅优化设计、建筑围护结构节能技术、清洁能源与系统节能技术、建筑节水与污水处理技术、3R建材与固废处理技术、周边绿化及景观应用、住宅室内环境优化及模拟技术、E―home应用技术、建筑全生命周期分析等多项技术,目前该项目正处于具体实施阶段。
参考文献
李明海 鲁娟. 《建筑智能化――系统工程设计》. 中国建材工业出版社. 2006
罗国杰 原著 孟宪海. 《智能建筑系统工程》. 机械工业出版社. 2000
冉茂宇 《生态建筑》华中科技大学出版社 2008.11
然而,这个命题远非是单解的。信息时代以全新的面貌呈现,颠覆了以往人们对往常事物的理解。因此,建筑可以颠覆对界限、速度、重力的理解;城市可以颠覆人们对高度、大小、密度的理解;家居可以颠覆对空间、移动性乃至生活废品的理解。
惊艳的建筑奇迹,不再只是想象中的情节;创新思维的推进,俨然让传统的标准式建筑成为过去式。线条流动、造型梦幻的建筑,代表着信息时代全新的审美观念。而面对资源和环境问题,先锋居住的要义更在于,如何以有限的资源创造最大的价值,让居住与自然更和谐地统一。当然,构筑先锋生活的,还有对未知的探索。开发新的感官体验,营建增进感官的空间,是迈向未知的第一步。
先锋的居住要求突破自我的界限,挑战自我的想象。所以,先锋的定义永远是复杂的。它是多意、立体、乃至无穷解的,因此,我们对先锋居住的解读,要经过N次方程才能回答完成。
先锋N=前卫×数字×未来×节能×移动×环保×互动×智能×……
先锋1次方 前卫建筑
前卫已经结束?
在世界上鳞次栉比的高楼大厦中,在隐匿山间湖畔的乡居别墅中,总有那么一些建筑在挑战我们的常识和认知。对于这些建筑,我们很难一言以概之。新概念新名词层出不穷:解构派、高技派、立体派、生态派、有机派……一部分人还在研究派别,另一部分人则开始探讨建筑表皮、热敏技术、交互式墙体 ・科研在向前走,试验建筑在诞生,概念规划走得更远,究竟如何定义“前卫”?
有著名建筑设计师雷蒙德・亚伯拉罕甚至表示,所谓的前卫在现在看来已经结束。的确,正如其所说,“前卫就是突破自我,不断的突破自我的界限,挑战自我想象的一种极限。”因此,诞生就意味着结束。再看看75岁的建筑大师矶崎对前卫建筑给出的更详细定义:“当时所有的存在对于现在都是一个目标点,并且都在朝这个目标前进,站在目标的最前端。站在这一点上的东西被称为‘前卫’。”也许,“前卫”就是一种姿态,衡量它的不在于时间的先后或者某个特定的标准。西班牙建筑大师安东尼・高迪建成于19世纪初的作品,依然让人感觉魔幻而前卫:弗兰克・盖里的最新作品JAC总部大楼虽然已收敛起疯狂的线条和解构的体态,依然不妨碍它成为2007年的全球十大建筑。
在这个科技为先的时代,前卫更应该代表一种新的精神,一种对未来的预示,暗含着未来有成为主流的可能。举目望去,现在活跃在世界建筑舞台上的建筑师也多是前卫派的先锋人物:扎拉・哈迪德、雷姆・库哈斯、斯蒂文・霍尔、伯纳德・屈米……无论是哈迪德的流动线条,库哈斯的疯狂拼贴、屈米的趣味狂笑,他们都勇于作为全新的现代主义者,尝试捕捉不断变化的能量,为现代性提出新的视点。超越形体框架的限制,从不可能之处创造新颖,跳脱制式专一的模式,这就是前卫的进步意义。
然而,每一种进步都会带来牺牲。当北京这座充满历史色彩的城市,在大胆引入各种前卫的建筑和建筑思潮时,很多人提出了这样的质疑。的确,过分追求一种外在的变化,起不到对建筑、对文化的一种更大的推荐作用。内涵应当成为前卫的基础,人本则是前卫的内容。清华大学建筑学院副院长朱文一教授曾经这样说过,“中国的前卫建筑应该是从本土文化里面生长出来的。”植根于本土文化的前卫建筑才是真正的先锋建筑,才能营造出先锋的居住方式。
先锋2次方 数字技术
数字建筑离我们多远?
任何建筑和任何居住方式都有前提,这个前提是我们的时代背景,文化溯源,今天,这个前提中最不可忽略的一点是一“数字”。以二进制为基础的数字技术,在向我们生活的方方面面席卷而来的同时,开始影响到我们的建筑和居住方式。数码建筑打破了传统三维模式,在欧美已由实验性阶段转入实用层面。它极大地解放了人活动的空间,对传统建筑美学形成革命性冲击与颠覆,同时现在的技术手段也已达到了实践层面。
看看数字可以为我们带来什么?基于一种精确的数理逻辑理论,数字建筑师可以把建筑的动态美学的特质演绎至极。数字化的工具与媒介也进一步改变了设计的行径,使得建筑师可以运用繁复的曲线与形式来模塑近似生物的建筑物。各种复杂的表皮形式被赋予建筑体,可变动调节的薄膜埋藏着数位与机械化的网络。甚至几层薄的材质面经过折叠、弯曲、或者注入空气之后,成为可承载重量的结构。在未来人类社会发展和城市建造中,数字还可以在资源的有效控制和有限分配中显现出无穷的潜力。
“互动”在数字建筑中随时发生。这是一个难以想象的“永远变化中”的房屋。KOIJIVlACI作室“升起的摩天大楼”(RESI-RISE)借助计算机数字技术设计出不规则的楼房骨架,使其看起来像一个用复合材料建成的金属梁架。其上许多移动的住房单元,则像一个永恒的生物躯体。骨架随居住者的流动而被充满或者清空,新个体的进驻或是离开,内体都会随之改变。
再来看看数字建筑离我们有多远?在最近的200B Expo Zaragoza展览中,麻省理工学院的建筑师和工程师就设计出了一座“数字水墙亭台”。该建筑是用水建造的,液体幕墙不但能够展示图像或信息,还能感知到靠近的物体,自动分开让其穿过。亭台所有的墙体都用数字水墙构成,屋顶用很薄的水层覆盖,如果风太大的话,屋顶可以降低。安装了传感器的水墙能够感知到人们的靠近,设计者Mitchell说:“就像摩西走出红海一样,水会分开一条道路,让人们进入,这与固定地点的门是完全不同的。”水墙是首次梦想成真的项目,由于管道和电子设备并不贵,回收的水也是源源不断的,因此水墙的规模可以做得很大。
数字技术的发展已经改变我们的思维和我们对世界的认识,而如今的数字技术也绝非仅停留在对建筑设计的修饰和渲染中,它在设计过程中体现出来的多元层面和及其技术之外的文化复杂性,已远远不是技术本身所能掌控。它在建筑的功能性、文化性和建造可能性上的探索,以其设计过程的灵活性和可选择性,超越了传统建筑学而扩展到了一个更为广阔的领域中。它与社会、经济、政治、心理和伦理等多元文脉的有效融合,注定了这将是一场颠覆传统建筑方式和居住方式的革命。
先锋3次方 未来之城
谁在竞争未来之城?
新千年伊始,一个个宏伟的造城计划就在各国开始酝酿。当环境问题、资源问题、发展问题摆上日程,各国的新造城计划中就增加了很多想象力的色彩,由此让这些在一两年或十几年以后即可实现的城市居住梦想,变得大胆而富有梦幻色彩。迪拜――每一个建筑都吸引眼球
阿拉伯联合酋长国商业城市迪拜以极高频率推出的城市和建筑计划一个比一个大胆。迪拜之所以不惜重金建造前卫建筑,目的是要在全世界范围内打造独一无二的、“世界级”的迪拜品牌。有众多堪称奇迹的建筑构筑起来的迪拜城。是一座名副其实的“未来之城”。即将
完工的世界第一高楼的迪拜塔,为了防止被对手超越,至今仍对其高度保密。这座高度成迷的迪拜塔耗资约10亿美元。与此同时,迪拜还有以人工填海方式建造的3座棕榈岛、由300座小岛以世界地图形状组成的世界岛等,其想象之大胆、设计之有气魄,为世界瞩目。
即将动工的“旋转公寓”则可称作奇迹中的奇迹。这座摩天大楼最神奇的地方是它能做360度旋转,是世界首座以太阳能为动力的整体旋转大厦。因此,这是一座公平的大厦,任何人在任何时间段内的视野范围都一样,没有哪个房间视野最好。
坐落在阿联酋阿布扎比的“”大厦,则是对传统高层建筑施工和结构局限的挑战。这座大厦由五星级饭店、酒店公寓、住宅楼和办公室组成。它的外形酷似两条性感漂亮的“腿”,弯曲交错在一起。一条“腿”高330米,饭店位于其顶部。两条“腿”的中部用一座天桥连接,将上层的大厅也连接起来,形成结构上的辅助支撑。看上去这两条“腿”伸向了天空,好象摆脱了重力的束缚。
莫斯科――世界最大的建筑
新经济城市愿意从形象上寻求突破。莫斯科已经规划立项的一个建筑――水晶岛,将成为“全球最大建筑”。这座外形宛如圣诞树的玻璃材质建筑将凭借约250万平方米的总建筑面积跻身吉尼斯世界纪录。设计师诺曼・福斯特认为,“水晶岛”无疑将成为俄罗斯重新复兴为世界大国的象征。
造价40亿美元的“水晶岛”不是世界上最高建筑,但建筑面积却总计有250万平方米,相当于美国华盛顿五角大楼面积的4倍。这是一个名副其实的“楼中之城”,将有900个公寓和3000个酒店房间,可供3万人同时居住。 “水晶岛”里还将建造一所国际学校,多个电影院、博物馆、剧院、医院、体育馆。如果一切顺利,水晶岛将在6年内顺利完工。
韩国――蜂巢一样聚集
韩国的宏图状志是未来在首尔市建造一座史无前例的“摩天蜂巢城”,由此创造一个更适于未来人类居住的环境。首尔市南部是地球上人口密度最大的地区,命名为“首尔公社2026工程”的蜂巢城计划正是为解决日益严重的人口和环保问题提出,有望在2026年建成。
蜂巢城占地40万平方米,由15幢16到53层,被称为“绿塔”的塔楼组成,这些塔楼个个都酷似硕大无朋的巨型蜂巢,而且全都被绿色植物覆盖。每幢“绿塔”直径达75米,每隔数层塔楼就会向外部隆起,形成一个巨大的“圆球”。“圆球”将按照功能不同,被划分为公共区、私人区和商业区。
“摩天蜂巢城”将严格按照环保节能的要求而设计。每座“绿塔”表面全都是巨大的六角形窗口,这些窗口将使用光电玻璃、墙体玻璃面板等高科技材质的玻璃打造,从而可以充分利用阳光和能源。在“绿塔”表面玻璃之间的骨架上,将种植各种各样的攀缘植物和花草,不仅使塔楼内部保持清凉,而且令居住环境更加健康,让塔楼本身就成为一个垂直方向的“公园”。
先锋4次方 节能房屋
适应气候变化的房子?
住宅本是一种遮蔽物,但1902年开利博士发明空调技术之后,建筑的表皮却开始异化为“时装”。当人们抱怨我国城市的无特色时,本应回归建筑的本源去寻求答案。通风,遮阳,保温――这些建筑原本最重要的功能,无疑是这个绿色环保占主流的年代,建筑最需要解决的问题。
先锋的居住,更要求利用一切可利用的资源,节约一切可节约的能量。积极适应气候变化的建筑立面,将是最有市场,也最非空谈的一种节能方式。让建筑的表皮呼吸,这是双层皮幕墙的构思思路。在这种思路下,建筑不应是一个简单的热水瓶,在冬天,除了保温,它还应该充分吸收阳光以实现被动式采暖,而在夏季,它又必须有效地防止热量进入。双层皮玻璃幕墙可以动态地调整建筑对冬、夏季节相互矛盾的要求。在冬季,阳光照耀下的双层皮玻璃幕墙可以形成一个温度缓冲层,有效地减少建筑室内外温差,从而降低热损失,而大玻璃立面为建筑充分利用太阳能提供了最大的可能。在夏季,可调节遮阳百叶因其置于双层玻璃之间,从而得到了保护。流动的空气足以带走金属百叶吸收的热量,减少热量进入室内的概率。
由仿生学获得启示的外墙材料在建筑立面上的应用,也将极大改善节能效果。普通外保温墙体的设计目标很单一,即防止热量外逸,而新型节能墙体的设计目标则是双重的,在保温的同时还可以高效地吸收太阳能,也就是只允许能量从外到内的单向流动。德国建筑师赫尔佐格教授设计的windburg青年旅馆和慕尼黑普拉赫住宅在南向局部使用了THI作外墙,可以让室内外温度温差相差十几度以上。
先锋5次方 移动生活
采购单里还有一所房子?
曾经,预制房的概念曾一度和某种歪歪斜斜、脱皮破败的房子联系在一起。很多人都觉得那是令人讨厌的东西。许多社区还想从法律上禁止它们在城市中的存在,因为在人们的概念里,活动房一般都被建造得很脆弱劣质的铝片,墙壁很薄,一点灯就呲啦呲啦响。而且,老旧的活动房几乎只是“停靠”在某地,没有固定的地基和栓锁系统。
今天的预制房设计在全世界却前所未有的活跃,因为它不仅提供了一种全新的移动式的生活方式,更以产业化的方式为建筑的经济环保性作出了极大的贡献。
预制房屋一般在三维模型中制做,具有很强的设计灵活性。预制建筑系统的模件可结合起来,建造一层、两层或三层的住宅,还可用于多家庭复合住宅的建设。当模件抵达建筑现场时,可随时在地基上组装。除了一些内部装饰,包括板墙、镶边、地板和橱柜已完成外,隔热障壁、管道、配线、壁板和其他建筑细节的大部分也已完成。预制房屋的现场完工根据房屋的大小、风格和特点,由客户根据自己的需要定制。
对预制房屋在工厂统一加工,这样既可以有效控制工艺和质量,也保证了成批生产的低成本。基本构架和组件生产完毕,就可以用卡车运输到我们希望居住的地点。预制房屋往往在抵达现场当天或几天以后就可以搬进去住。由于其独特的结构设计,预制房屋可安装在表面地基如支柱上,还可以在新址重新安装。
先锋6次方 环保之家
何不废物利用?
环保是21世纪最时髦的话题,这一点,也毫不例外地体现在如今最新的家居潮流中。在2008年初举办巴黎家居展上,环保成为最大的亮点。设计师们纷纷绞尽脑汁,以各种手段,诠释着家具的环保理念。
收集家里的破布头、旧衣服、废罐头,这些原本废弃的材料,却成为设计师们手中最有价值的物品。用环保得不能再环保的废旧材料制成的家居,无疑可以称得上最环保的家具了,而这一点,丝毫不会损坏家具的美感,相反,还由此产生出另一股另类时尚风潮。
看看这些“废物利用”的宝贝吧:鸡蛋纸垫做的矮凳质地结实而不乏舒适性;完全由纸板制成的办公室家具,可谓百分百无毒无污染;旧报纸做的插花也可以很艳丽婉约;罐头瓶盖、镜框等无数种杂物组装拼贴在一起的吊灯,一样令居室富丽堂皇。
先锋7次方 互动感官
第六感空间?
先锋派的设计师,无时无刻都在通过作品表达其对未来住居
时尚的预测。每年,科隆家居展的“理想之屋”展厅,都会邀请最前沿的设计师,通过作品,从商业、文化和设计思维层面,表达其对未来的居住形式及设计整合的跨领域方面的前瞻见解。最近一届的科隆家居展,邀请来国际级首屈一指的伊拉克裔英国女建筑师札哈・哈蒂德,与纵横日本各大国际级制造品牌设计师深泽直人,分别打造一座理想之屋,截然不同的设计理念与作品呈现,让两个空间散发截然不同的创意氛围,然而,它们的共性却直至未来居住的方向――更为诗意的感官体验。
“轻飘的线条,流动的空间”成为哈蒂德设计主题,因此,在这个空间里几乎看不到任何一处垂直水平线条,有的只是充满着流畅曲线的空间韵律,不论是家具、灯具、橱柜、盥洗设施……所有的对象,全都在一个纯白的空间场景里连成一气,在里面的生活,就像置身于科幻电影中的未来空间,整个空间经验将是陌生新奇的。
“没有曲线,就没有未来”,这是哈蒂德对未来的批注,她相信未来世界里的所有接口、所有对象,包含建筑本身都应该跟人的身体直接呼应,更应该是自然有机生命的一部分,而未来的生活空间将不再会是由当下艰涩的几何线条、充满敌意的尖锐角度以及不连续的独立元素所支配而成,取而代之的将是超越物质本能及机能几何意义的形式融合所产生的连续有机体。
另一座是来自日本商业设计大师深泽直人的理想之屋。深泽直人认为,未来将是电子产品、数字家庭大行其道的世代,生活中将充斥着许多对象,而每一件对象,无论是在造形上,或使用机能上,都必须协调运作才得以获致生活的平衡,因此,在深泽直人的作品里,我们看到了比较接近现实生活的真实,一种关于形式与机能的互动平衡。
这位日本大师所打造的未来之屋全部保留建筑体最单纯的直线面貌,开放空间里随意摆放可站立的家具。他认为未来所有的家具都会随着科技的进步,以及人们追求便利的过程,从原本占有的空间位置慢慢脱离而跟着人们移动,或被安置在空间的墙壁里,就如同现今的空调、照明设备、电视等都慢慢往壁面移动,家用电话和音响也被可随身携带的无线电话、手机、椅及随身听、MP3所取代,如此来空间会有越来越多的留白。
从深泽直人的作品,我们彷佛看到了比尔・盖茨不断倡导的数字家庭原型,在极简的造型背后,其实蕴涵着复杂的机能关联,在空旷的居住空间里,其实交织着无数的无线连网,生活的简单表面背后永远是由复杂的精确设计所成就的。
哈蒂德是一位建筑师,她的作品呈现的是未来的流畅空间型态,而深泽直人是一位产品设计师,他的作品呈现的则是对象造型的整合。
先锋8次方 只能家居
做个幸福的懒人?
信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时,也对传统的住宅提出了挑战。人们对家居的要求早已不只是物理空间,更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。
几年前,比尔・盖茨花费巨资在华盛顿湖畔建造的智能化豪宅,曾一度吸引了众多目光的聚焦。如今,智能化家电、智能化照明系统、智能化保安系统,乃至智能化小区的各种提法早已见惯不怪。在静谧的晨光中,主人公正在卧室酣睡。这时,时钟指到7:00,起床的时间到了。突然,音响、电视自动启动,洗手间的灯光由弱渐强,窗帘自动拉开,咖啡壶自动开煮咖啡;在声光的提醒下,主人起床了。在盥洗、用餐之后,主人公出门,回头一按手中的遥控器,家中的安防系统自动启动,电视、音响和家中的所有电灯全部关闭……以上场景曾作为智能化家居的美好生活画面而广为传诵。
今天,伴随着智能化技术逐渐走向成熟,对智能化家居提出了更高的要求。智能化的基本目标是将家庭中各种与信息相关的通信设备,家用电器和家庭保安装置,连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理,保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。新的智能化挑战在于,如何将传统的有线传输扩展为无线传输。因为无线传输的移动性和可扩展性是有线传输方式所无法具备。而无线智能模块最大的优点是安装方便,可拆分性强,能更好地适应各种应用环境的需要。每一个智能模块都是一个无线接入点,彼此互不干扰。
事实上,与普通的家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,甚至为各种能源支出节约成本。
先锋N次方:回归传统?
关键词:建筑智能化;工程;模式;探讨
中图分类号:TU855 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2012)14-0083-02
由建设部会同有关部门共同制定的《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2006)于2010年10月1日起开始实施,其对智能建筑定义为“以建筑物为平台,兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等,集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体,向人们提供高效、安全、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。”建筑智能化涉及的面非常广泛,其涵盖了安装、电气、弱电、装修、软件、计算机等多方面的学科领域,同时它又是建筑行业分支,目前较多的院校将其划分为电气专业,而在一级建造师又将其划在机电工程专业里面,对于智能建筑的概念和分类依然没有达成统一的共识,还处于探索研究阶段。
1 国内建筑智能化工程管理现状分析
1.1 建筑智能工程化发展现状
①发展水平低。由于我国智能建筑目前仍然处于发展阶段,所以在具体实践中还存在许多不尽如人意的地方,例如建筑的智能化系统功能短缺,运转失灵,甚至个别的建筑智能化工程无法完工,进而导致了整个工程延期,造成十分严重的后果,给企业带来巨大的经济损失和投资浪费。
②社会需求高。在我国对于建筑智能化的需求量现在还比较高,在各地都掀起了一股建设节能环保型建筑绿色建筑的热潮。根据相关数据统计资料显示,智能化系统为我国环保节能事业做出了巨大贡献。通过此系统,智能建筑在设备的维护、能源节约、管理方面的投入、维修次数、设备更新换代等方面都可以为我们节省出一笔很大的费用,其大概相当于全周期成本的20%。可见,加快我国智能化建筑的发展步伐是社会可持续发展的必然要求。
③发展速度快。从1990年开始,智能化工程已经成为我国建筑工程的十分重要的一部分,对于工程的投资取向、建筑工程内容的延伸和扩展、衡量建筑工程的先进水平程度等都起着非常重要的作用。经过十多年的探索和积累,我国的智能建筑已经开始在各地普及开来,其应用水平也得到了较大的提高。在建筑工程的规划、设计、管理经验等方面不断积累的同时,工程管理的模式也经历的质的变化。从最开始的单项子系统承包逐步转变为智能化工程总承包的发展历程,取得了喜人的成绩。
1.2 建筑智能化工程存在的问题
虽然近年来我国建筑智能化取得了较大的发展,在各个方面都取得了骄人的成绩,但是由于其发展历程短等方面的原因,我国建筑智能化还存在一些问题有待我们去解决,具体而言,主要包括以下几个方面:
①缺少系统规划理念。由于建设单位对智能化系统的理解深度还不够,因此,常常提出一些不切合实际的的要求,而承包单位对以需求为主导规划理念的缺乏,最后导致仅仅简单以技术系统的数量堆砌为衡量建筑智能化的标准,进而使整个工程的有效性降低。
②设计院设计过程脱节。设计者的知识更新、知识储备、实践经验等方面与快速发展的工程建设要求不相互匹配,设计人员不熟悉当期主流产品的技术性能、技术要求,进而造成建筑工程的具体实施过程和设计院的规划出现不一致现象,最终导致工程实施结果不理想。
③缺少优化设计。智能化的主要目的是使系统可持续优化,就目前国内建筑智能化而言,系统过程优化不足和缺失的现象较为严重,因此,加大系统的过程优化是建筑智能化的必然选择。
④施工管理模式落后,现场管理混乱。由于智能化系统技术相对复杂,且技术更新也非常快,所以加大了总承包方、建设单位以及监理方的管理难度。经常是要么管理力度不够,要么仅简单当作传统的电气工程来管理。在管理过程中频频发生路由矛盾、空间矛盾、接口矛盾等等,不仅费钱、费力、费时,而且还可能造成系统缺陷严重的后果。
⑤验收规范不健全。目前我国智能化工程的验收一般是按照电气工程的标准来执行,系统的功能和性能等方面的验收还缺乏有效的依据,经常出现系统规划设计不合理等情况,建立健全我国建筑智能化验收规范是目前急需解决的问题。
⑥重建轻管现象普遍。建设单位往往只重视建设的过程,而忽视了竣工后的维护,对维修人员和使用人员的培训也过少,而且经常出现维护人员的技术水平不过关、介入晚、人员结构配备不合理等情况。
通过对以上不良现象的阐述,我们可以发现,在建筑智能化建设过程中,任何一个环节和阶段出现问题都会对其结果产生影响。因此,我们应该从每个细节做起,严把质量关。
2 国内建筑智能化工程的特点
建筑智能化系统建设是一项及其复杂的系统工程,它的成功实现,需要以施工管理技术、管理科学等学科知识作为支撑。另外,它又是一项建设工程,因而必须科学地进行投资和工期规划等方面的设计,并按照建设总体总目标进行全程的投资控制、进度控制以及质量控制。具体而言,建筑智能化系统的建设工程十分复杂,它不仅具有传统建筑电气的特点,同时还具有现代控制工程和信息化工程的相关特性,主要包括以下几个方面:
①涉及的工程内容非常多。建筑智能化系统可分为通讯网络系统、建筑设备自动化系统、综合布线系统、办公自动化系统、智能化系统集成等。如果按照专业来划分,其可以划分为二十多个子系统。
②涉及的专业技术面广。在设计和施工过程中,设计到的国家相关的标准和规范超过四十项。