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关键词:翻译;建筑电气与智能化;专业名称
作者简介:刘建峰(1978-),男,江苏江阴人,南京工业大学自动化与电气工程学院,讲师,国家注册电气工程师;周玉庭(1972-),女,四川高县人,南京工业大学自动化与电气工程学院,讲师。(江苏 南京 211816)
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)08-0064-02
一、建筑电气与智能化专业的内涵
1.建筑电气与智能化专业的定义[1]
建筑电气与智能化专业是一个在土木工程学科背景下,研究以建筑物为载体时对电能的产生、传输、转换、控制、利用和对信息的获取、传输、处理和利用的专业。随着现代建筑技术的发展,土木工程学科的发展不断吸收了基础科学、材料科学、管理科学和电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术等学科的最新研究成果与技术发展成就。作为土木类新增专业,建筑电气与智能化专业填补了土木类专业中缺少“电”(或“电气”)的空缺,与计算机技术、信息技术、物联网技术、节能技术等新兴技术融合,是典型的多学科的交叉和融汇。
建筑电气与智能化的内涵随着时代前进而不断地发展变化。现阶段,“智能建筑”的出现使其内涵延伸到“电气+信息”;另外,随着节能、环保相关技术的发展及应用以及绿色建筑概念的提出与发展,建筑电气与智能化专业逐步形成了“建筑+电气+信息+节能”的内涵,与传统的建筑电气专业有着本质的不同。
2.建筑电气与智能化专业的培养目标
建筑电气与智能化专业的培养目标是培养适应社会主义现代化建设需要,掌握电工、电子、控制、信息、建筑学等较宽领域的基础理论,掌握对建筑相关设备进行供电、控制、保护、监视等所需的专业知识和技术,综合素质高、实践能力强、具备执业注册工程师基础知识和基本能力的建筑电气与智能化专业高级工程技术人才。
建筑电气与智能化专业毕业生能够从事工业与民用建筑电气及智能化技术相关的工程设计、工程建设与管理、系统集成、信息处理等工作,并具有建筑电气与智能化技术应用研究和开发的初步能力。
从以上内容可以看出,建筑电气与智能化主要面向建筑物内部的各种设备,包括对各种设备进行供电、控制、保护、监视的设施与系统。
二、建筑电气与智能化相近专业的英文名称
建筑电气与智能化专业是教育部新近批准的专业,目前没有一个公认的英文名称,各高校根据自己的理解,有多种不同的翻译方法。相对而言,国内外土木建筑类有一些专业建立时间较长,其专业名称一般有固定的英文名称。
1.建筑学:Architecture
建筑学,从广义上来说,是研究建筑及其环境的学科,通常是指与建筑设计和建造相关的艺术和技术的综合。[2]建筑学专业的培养目标是培养具备建筑设计、城市设计、室内设计等方面的知识,能在设计部门从事设计工作,并具有多种职业适应能力的通用型、复合型高级工程技术人才。
2.土木工程:Civil Engineering
土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工维修等技术活动;也指工程建设的对象。[3]该专业的培养目标是培养掌握工程力学、流体力学、岩土力学和市政工程学科的基本理论与基本知识,具备从事土木工程的项目规划、设计、研究开发、施工及管理的能力,能在房屋建筑、地下建筑、隧道、道路、桥梁、矿井等的设计、研究、施工、教育、管理、投资、开发部门从事技术或管理工作的高级工程技术人才。
3.给排水科学与工程:Drainage Science and Engineering(原建筑给排水:Building Water Supply and Drainage)
给排水科学与工程是一门应用很广泛的学科,它是以城市水的输送、净化及水资源保护与利用有关的理论与技术为主要研究内容。[4]该专业的培养目标是培养具备城市给水工程、排水工程、取水工程、防洪工程、建筑给水排水工程、工业给水排水工程、水污染控制规划和水资源保护等方面的知识,能在规划部门、环保部门、设计单位等从事规划、设计、施工、教育和研究开发方面工作的给水排水工程学科的高级工程技术人才。
4.建筑环境与能源应用工程:Building Environment and Energy Applications Engineering
建筑环境与能源应用工程专业由原建筑节能技术与工程、建筑设施智能技术(部分)与建筑环境与设备工程专业合并而成。[5,6]该专业主要培养能够从事以下三个方面工作的专业技术人才:一是能从事建筑物采暖、空调、通风除尘、空气净化和燃气应用等系统与设备以及相关的城市供热、供燃气系统与设备的设计、安装调试与运行工作;二是对建筑中环境系统和供能设施的设计、安装、估价、调试、运行、维护,技术经济分析和管理;三是能适应低碳经济建设与社会可持续发展的需要,具备建筑节能设计、建造、运行管理的基本理论与专业技能,知识面宽,具有向土建类相关领域拓展渗透的能力、适应能力和实际工作能力。
5.建筑设备工程技术:Construction Equipment Engineering
建筑设备技术是普通高职高专土建大类专业目录下设的一门专业,属于建筑设备类专业。该专业为普通高等学校专科层次。建筑设备技术专业主要培养掌握建筑设备工程的基本知识和技术,具备建筑水、电、通风与空调、楼宇智能化等设备工程的设计、预决算、安装施工、运行与维护、质量检验及工程管理等能力的高素质技能型人才。
6.智能建筑技术与管理:Intelligent Building Technology and Management
香港科技大学开设的智能建筑技术与管理专业,是为建筑物装备行业专业技术人员开设的研究生课程。学生通过学习掌握智能建筑相关技术和管理的基本概念与原理,学习内容涵盖安全与健康、风险管理、能量消耗监控、室内空气质量、设施管理等内容,属于典型的最新尖端技术与管理策略的交叉融合专业。
7.建筑装备工程:Building Services Engineering
香港大学开设了“建筑装备工程”(Building Services Engineering,简称BSE)专业。该专业主要学习各种工程装备设施与建筑环境的相关规范、设计、安装与管理。
8.其他相关院校的专业
国内外其他相关院校类似专业还有:美国宾州州立大学大学园开设的建筑技术专业(Building Technology);英国南安普顿大学开设的能源、环境与建筑物专业(Energy,Environment and Buildings);马来西亚淡马锡理工学院开设的智能建筑技术专业(Intelligent Building Technology);香港理工大学开设的建筑电气设备与系统专业(Electrical Installations and Systems in Buildings)。
三、对相关英文翻译的分析
建筑电气与智能化的主题词为“建筑”、“电气”与“智能化”三个,下文分别予以讨论。
1.对“建筑”的翻译[7,8]
从上述相关专业名称可知,当研究建筑设计本身时,一般用Architecture居多;当研究建筑内部设施时,一般用Building居多。在与相关专业的留学生讨论时,留学生也指出:在国外提到建筑内部的设施时,建筑一词一般用Building,而不用Architecture。Construction一词多指建筑物本身或建造、施工的过程与技术,也可以表示建筑物内部的设施与设备的设计、建造过程,其涵盖范围比Building更广。但在习惯上,提到建筑内部的设施,一般用Building的居多。因此,建筑电气与智能化中的“建筑”一词,用Building较为合适。
2.对“电气”与“智能化”的翻译[7,8]
对“电气”与“智能化”的翻译,相对容易确定。“电气”一词在专业名称或相关规范中,一般用Electrical或Electricity;“智能化”一般采用Intelligent、Intelligentization或Intelligence。根据建筑电气与智能化的内涵,此处的“电气”与“智能化”,应指对建筑物内部的各种设备进行供电、控制、保护、监视的设施与系统,即此处的“电气”与“智能化”应是名词,而非形容词,故用Electricity与Intelligence为好,而不用Electrical与Intelligent。
3.Intelligence与Intelligentization的区别
根据英文翻译,Intelligence与Intelligentization都有智能化的含义。在具体应用上,“Intelligence”偏向于智能、智慧之意;当用在建筑物时,可以引申为建筑物经各种设备支持,具有“人工智能”或“能进行高度智能的自我管理”之意,成为具有一定“智慧”的建筑物。“Intelligentization”用作建筑物时,偏向于建筑物经过各种设备的支持,具有了“可控制、可遥控”的功能。相比较而言,面对未来的智能建筑发展,Intelligence比Intelligentization更能体现智能建筑的本质。
四、南京工业大学建筑电气与智能化专业的名称
根据建筑电气的定义、培养目标、相关专业的英文名称以及传统习惯等,认为“建筑电气与智能化”的英文名称,用“Building Electricity and Intelligence”为好。在南京工业大学最新的专业与课程英文名称汇总中,即采用Building Electricity and Intelligence的名称。当然,由于各高校对建筑电气与智能化专业理解的侧重点不同以及对专业内涵理解的不断深入、专业本身与科学技术的发展,其英文名称可能有所不同。希望通过讨论,能尽早确定一种比较权威的统一名称,以利于进一步扩大国际交流。
参考文献:
[1]教育部建筑电气与智能化专业指导委员会.建筑电气与智能化专业规范[Z].2010.
[2]本书编委会.建筑大辞典[M].北京:地震出版社,1992.
[3]中国土木建筑百科辞典(建筑)[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[4]本书编委.中国土木建筑百科辞典(建筑设备工程)[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[5]教育部.普通高等学校本科专业目录(2012年)[Z].2012.
[6]教育部.普通高等学校本科专业设置管理规定[Z].2012.
【关键词】建筑智能化;综合服务环境;趋势;主流
1 引言
建筑智能化是一个发展中的概念,它随着科学技术的进步和人们对其功能要求的变化而不断更新、补充内容。建筑智能化系统,利用现代通信技术、信息技术、计算机网络技术、监控技术等,通过对建筑和建筑设备的自动检测与优化控制、信息资源的优化管理,实现对建筑物的智能控制与管理,以满足用户对建筑物的监控、管理和信息共享的需求,从而使智能建筑具有安全、舒适、高效和环保的特点,达到投资合理、适应信息社会需要的目标。建筑智能化涉及广泛,涵盖电气、安装、装修、弱电、计算机、软件等诸多学科,又属于建筑行业的一个边缘分支,在很多时候不受各大设计院青睐,多数设计院都把建筑智能化划在了电气专业,而一级建造师又把建筑智能化划在了机电工程专业,而有些业主更是把建筑智能化划在了IT或信息化专业,对建筑智能化的定义可谓是五花八门。我国建筑业普遍认同的定义为:智能建筑以建筑为平台,兼备通信、办公设备自动化,集系统、结构、服务、管理及它们之间的最优化组合,提供一个高效、舒适、安全、便利的建筑环境。
2 世界各国对建筑智能化内涵的定义
美国智能化建筑研究所通过对建筑的四个基本要素,即结构,系统,服务,管理以及她们之间内在的关联的最优化考虑,来提供一个投资合理的但又拥有高效率的舒适、温馨、便利的环境,并帮助建筑物业主、物业管理人员和租用人实现在费用、舒适、便利和安全等方面的目标,当然还要考虑长远的系统灵活性及市场能力。欧洲智能化建筑集团:使其用户发挥最高效率,同时又以低廉的保养,最有效的管理本身资源的建筑。能为建筑提供反映快,效率高和有力支持的环境,使用户达到其业务目标。
在日本智能化建筑就是高功能大厦,其功能是:1、方便有效的利用信息和通讯设备:2、采用楼宇自动控制技术,使其具有高度的综合管理能力。新加坡:智能化建筑必须具备三个条件,1:安全、舒适的环境,即具有消防功能,温度和湿度控制功能以及灯光及其它楼宇设备的控制功能,2、良好的通讯网络设施,使数据信息能够在大厦内传输。3、足够的对外通信设施与通信能力。
我国建筑业普遍认同的定义:智能建筑以建筑为平台,兼备通信、办公设备自动化,集系统、结构、服务、管理及它们之间的最优化组合,提供一个高效、舒适、安全、便利的建筑环境。智能建筑是一个发展中的概念,它随着科学技术的进步和人们对其功能要求的变化而不断更新、补充内容。我国智能建筑专家、清华大学张瑞武教授在1997年6月厦门市建委主办的“首届智能建筑研讨会”上,提出了以下比较完整的定义:智能建筑是指利用系统集成方法,将智能型计算机技术、通信技术、控制技术、多媒体技术和现代建筑艺术有机结合,通过对设备的自动监控,对信息资源的管理,对使用者的信息服务及其建筑环境的优化组合,所获得的投资合理,适合信息技术需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的现代化建筑物。这是目前我国智能化研究的理论界所公认的最权威的定义。
3 建筑智能化发展历程
1、智能建筑起源于20世纪80年代初期的美国,智能建筑是建筑史上一个重要的里程碑。1984年1月美国康涅狄格州的哈特福特市(Hartford)建立世界第一幢智能大厦之后,大厦配有语言通信、文字处理、电子邮件、市场行情信息、科学计算和情报资料检索等服务,实现自动化综合管理,大楼内的空调、电梯、供水、防盗、防火及供配电系统等都通过计算机系统进行有效的控制。
2、美国诞生智能建筑之后,日本派出专家到美国详尽考察,并且制定了智能设备、智能家庭到智能建筑、智能城市的发展计划,成立了“建设省国家智能建筑专家委员会”和“日本智能建筑研究会”。1985年8月在东京青山建成了日本第一座智能大厦“本田青山大厦”。
3、西欧发展智能建筑基本与日本同步。1986~1989年间,伦敦的中心商务区进行了二战之后最大规模的改造。英国是大西洋两岸的交汇点,因此大批金融企业特别是保险业纷纷在伦敦设立机构,带动了智能化办公楼的需求。
4、法、德等国相继在20世纪80年代末和20世纪90年代初建成各有特色的智能建筑。
5、智能化办公楼工作效率的提高,使当时处于经济衰退中的西欧的失业状况更加严重,进而导致对智能楼宇需求的下降。到1992年,伦敦就有110万平方米的办公楼空置。
6、20世纪80年代到20世纪90年代,亚太地区经济的活跃,使新加坡、中国台北、中国香港、汉城、雅加达、吉隆坡和曼谷等大城市里,陆续建起一批高标准的智能化大楼。
7、泰国的智能化大楼普及率领先世界,20世纪80年代泰国新建的大楼60%为智能化大楼。
4 建筑智能化系统分类
在通常的设计当中,建筑智能化分为三个大系统:安全防范系统、通信及控制系统、多媒体系统,每个大系统内又包含了诸多的子系统。实现建筑智能化的目的:是为用户创造一个安全、便捷、舒适、高效、合理的投资和低能耗的生活或工作环境,在建筑物内设置的任何设施与系统都要服从于这个目标,否则建筑智能化就失去意义了。
常见系统
(1)消防报警系统、计算机网络、宽带接入及增值服务
(2)闭路监控系统,无线转发系统及无线对讲系统
(3)停车场管理系统,音视频系统
(4)楼宇自控系统,水电气三表抄送系统
(5)背景音乐及紧急广播系统,物业管理系统
(6)综合布线系统,大屏幕显示系统
(7)有线电视及卫星接收系统,机房装修工程
5 建筑智能化的设计规范
设计规范在设计中起到法律的作用,国家制定的设计规范实际上就是建设单位与设计单位必须遵守的法规。安全性在智能化建筑中的位置是非常重要的,没有安全性,舒适性和使用性都无法保证。安全性包括人身安全与设备安全。智能化建筑人员集中,设备昂贵,安全性就尤为重要,所以智能化建筑必须严格遵守设计规范。
6 结束语
智能建筑的发展正向着高效节能、生态环保、健康、资源可持续利用的方向发展,越来越好的为人们提供更加便利、舒适的工作和生活环境。紧紧围绕“绿色、人文、科技”的主旋律,秉承“低碳、节能、环保”的理念。
参考文献:
②这一大胆设想,使一种新型材料——智能材料诞生了。到了20世纪90年代,科学家研制出一些智能材料,这些材料已经具备“发现故障”和“自我修复”的功能了。
③科学家称智能材料为机敏材料。它把高科技的侍感器或敏感元件等与传统的材料结合在一起,使无生命的材料具有了“感觉”和“修复”能力。例如,人们将导电性能较好的碳素纤维与玻璃纤维等集束在一起,制得的智能材料,在较强外力作用下扭曲时,其中的碳素纤维因较脆而首先被部分或全部折断,从而使材料的电阻发生相应的变化,据此可预测出该材料的受损程度。再如在混凝土材料中,预先埋入大量装有裂纹修补剂的空心纤维,当混凝土受压开裂时,这些空心纤维也会裂开一个口子,从而释放出修补剂,把裂纹重新粘接起来。
④当前,科学家已经能将体积极小的信号传感器和微电子计算器埋入材料中,这种智能材料在局部出现问题时,计算器收到信号后即会发出指令,使一些形状记忆合金和胶粘剂之类的特质发生变化,起到自动加固的作用。
⑤智能材料尽管仅仅是起步,但它代表着未来材料发展的智能化趋势。目前,科学家们正在不断地研究,希望能从生命现象中进一步得到启发,以便找出更好的研究智能材料的数据和线索。
阅读题:
1、第③段运用了___说明方法,说明智能材料具有___的作用。(3分)
2、第④段加点的“自动”如何理解,结合文章加以说明。(2分)
3、细读课文,给“智能材料”下定义。(2分)
智能材料_____。
发挥你的丰富想象,结合全文,在第⑤段后补写科学家未来利用智能材料改善生活的情景。(4分)
参考答案:
1、举例子;感觉、修复;
2、指智能材料在局部出现问题时,能及时自主地对材料进行修复、加固。
【关键词】:低碳 节能 建筑
1绿色建筑与低碳建筑概念与特征
建筑是人类生活,工作 ,娱乐的主要场所 ,但是建筑在从规划设计开始 ,到施工 ,运行,后期的装修入户,及至最终拆迁的生命周期内,出规划设计外,其他阶段都伴随着资源利用,能源输入,以及废水,废气,废物的排放。随着城市化进程的加快,城市建筑越来越多,建筑生命周期的循环使人们意识到建筑本身就是能量堆砌的结果。正如《绿色建筑评价标准》中对绿色建筑的定义:“在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源,保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑”。 低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内,减少化石能源的使用,提高能效,降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。一个经常被忽略的事实是 :建筑在二氧化碳排放总量中,几乎占到了50%,这一比例远远高于运输和工业领域。在发展低碳经济的道路上,建筑的“节能”和“低碳”注定成为绕不开的话题。
2绿色低碳建筑的意义
建筑本身就是能源消耗大户,同时对环境也有重大影响。据统计,全球有50%的能源用于建筑,同时人类从自然界所获得的50%以上的物质原料也是用来建造各类建筑及其附属设施。尽管诸如道路,桥梁,隧道等不能以绿色建筑去衡量,但是居住区,办公大厦公寓等对资源的利用时周而复始的。另外,建筑引起的空气污染,光污染,电磁污染占据了环境总污染的三分之一还多,人类活动产生的垃圾,其中40%为建筑垃圾。对于发展中国家而言,由于大量人口涌人城市,对住宅,道路,地下工程,公共设施的需求越来越高,所耗费的能源也越来越多,这与日益匮乏的石油资源煤资源产生了不可调和的矛盾。 另外,在建筑过程中使用的能量,如电能,汽油,柴油等都附属有CO2的产生,如电能来自煤的燃烧,建筑物材料的运输来自于电能或者汽油,柴油的燃烧等,而且这些耗能是巨大的。我国处在经济快速发展时期,人们对高水平的生活的追求越来越强烈,这种消费升级使得人们对建筑的要求越来越高,人均耗能也越来越高,产生的CO2废弃物越来越多,这与全球倡导的保护环境理念相违背以火电为例,全世界火力发一度电能排放约0.5kg的 CO2。我国的火力发电技术不高,初步估算一度电约排放0.7kg的CO2,而我国火力发电量占发电总量的75%左右。建筑过程中还有一些能量是以间接电能的形式出现的据估算至2020年我国建筑能耗将达到 10.89亿吨标准煤,也意味着产生20亿吨CO2。但是如果推进建筑节能,以现在的速度和技术看,届时将减少1.4的标准煤然后,这将大大缓解地球温室效应产生的压力,也极大的保护了其他资源。
3以“低碳”应对全球气候挑战
低碳设计是指采用低碳技术和零碳技术乃至负碳技术策略,实现低碳、零污染、高效率可持续发展目标的设计方法。全球气候变化的形势大家都很关注,对我们建筑领域来讲 ,我们节能减排的任务意义很重大,也很艰巨,建设生态低碳城市、低碳生态社区、低碳绿色建筑 ,已经成为全球应对挑战领域的主要策略。低碳建筑和绿色建筑相比,在内涵和目标上是基本一致的,但是侧重点不同。绿色低碳建筑更强调减少污染排放;低碳排放是减少碳排放,它更切合节能减排应对全球气候变化的主题。
4绿色低碳建筑的发展现状
绿色低碳建筑体现了“科学发展观”,“以人为本”,“和谐社会”等多重理念,符合人类社会发展要求,顺应了时代潮流。我国绿色低碳建筑的发展现状可表述为,前途光明,但路途坎坷。目前,绿色建筑、低碳建筑在中国的推广还是刚刚起步,好多问题亟待我们去解 决,去探讨,需要设定对应的部门,才能保证政策的落实。我认为低碳的概念其实和节约型社会的概念是连在一起的,这也正符合我国可持续性发展的需求。它本身不仅仅是指建筑节能 ,而是将能源的消耗 、环境等各个因素整合起来的一个概念。低碳主要是指减少整个社会的能源消耗 ,因此低碳是大环境下的低碳 ,只有在整个大环境下实现低碳,才可能真正做到可持续性发展。还急需加大低碳减排的宣传力度,使得社会各界都来积极关 注绿色建筑和低碳生活,使绿色成为每一个普通居民生活方式的重要内容,才能从根本上推动我国绿色人居的进程。 发展低碳生活、建造低碳建筑不仅是政府、专家的事,积极树立低碳生活理念也是每一个公民的责任。低碳生活,是一种自然而然去节约身边各种资源的习惯。我们应该积极提倡并去实践,注意节电、节油、节气、垃圾回收以及绿色出行,从点滴做起,从身边的每个节能细节做起。很多低碳生活方式,大家都是可以做到的,即使是再小的一份力量,都是对发展低碳经济、构建低碳社会的一种支持。
5低碳建筑中的施工技术
低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内,减少化石能源的使用,提高能效,降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。“低碳建筑”低碳建筑采用结构体系、地能热泵系统、智能布线配电系统、太阳能综合利用、节能门窗、雨水收集中水利用及其他低碳使用技术。低碳建筑技术不仅可以大幅度降低能耗,同时可使建筑碳排放水平降低50%左右。低碳建筑主要有以下几种技术形式,外墙节能技术:墙体的复合技术有内附保温层、外附保温层和夹心保温层三种。我国采用夹心保温作法的较多;在欧洲各国,大多采用外附发泡聚苯板的作法,在德国,外保温建筑占建筑总量的80%,而其中70%均采用泡沫聚苯板;门窗节能技术:中空玻璃,镀膜玻璃(包括反射玻璃、吸热玻璃)高强度LOW2E防火玻璃、采用磁控真空溅射方法镀制含金属银层的玻璃以及最特别的智能玻璃;屋顶节能技术:利用智能技术、生态技术来实现建筑节能的愿望,如太阳能集热屋顶和可控制的通风屋顶等。制冷和照明是建筑能耗的主要部分,如使用地(水)源热泵系统、置换式新风系统、地面辐射采暖;新能源的开发利用:太阳能热水器、光电屋面板、光电外墙板、光电遮阳板、光电窗间墙、光电天窗以及光电玻璃幕墙等。
7结语
总之,随着科学技术的迅猛发展,将会有更多优良的建筑材料和先进的建筑技术被运用到现代建筑施工工程当中。在新形势下,我们要坚持科技创新,实现更好的建筑技术开发,为我国的建筑事业做出应有的贡献,此外还有更加注重研究开发和推广应用低碳建筑。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.GB/T 50378—2006绿色建筑评价标准[s1.北京:中国建筑工业出版社2oo6.
[2]李湘洲.才东明.21世纪建筑【M】.北京:建材 工业出版社.2002
[3]夏云.生态与可持续发展建筑【M】.北京:中国 建筑工业出版社。2001.
关键词:智能楼宇;网络工程;仿真实训
智能大厦是智能楼宇的另一种称呼,它是将多种技术融合为一体的一种智能系统。主要包括建筑技术、计算机技术和通信技术等。它的出现能使工程投资更加合理、设备和信息更加灵活和科学化,提高工作效率,是能够适应现代信息技术快速发展的一种新型建筑。智能楼宇的核心是5A技术,它将这五个系统有机灵活地综合调控和管理,实现在智能建筑中最优的组合,使大部分的智能建筑拥有安全、便利、高效和节能的特点。智能楼宇也是一个交叉性的学科,其不仅涉及计算机技术和通讯技术,还涉及建筑技术、自动控制技术等。总而言之,越来越多的新技术被运用到智能楼宇当中。
1智能楼宇的含义和功能介绍
(1)智能楼宇最先起源于20世纪90年代,第一个智能楼宇出现在1984年的美国,人们将一所旧的金融大厦改装成为了一个集通信、配电、供水于一身的智能大厦。(2)智能楼宇的概念还未得到完全的统一,但是都有一个共性,那就是智能楼宇一定是一个集多种系统于一身的系统化工程,可以提供安全舒适便利的环境,体现出智能和人性化的特点。(3)智能楼宇的主要功能如下。①信息处理功能。大部分的智能楼宇中都配备自动信息控制系统,这种系统不单单局限在该建筑之中,而是对整个地区或者社会的信息的一种监控。②自动化功能。智能楼宇当中的排水、照明、供电、空调等各种系统都是自动化控制,可以实现各个设备间的管理自动化,形成一个健全的自动化防火防灾的控制系统。③智能楼宇在管理方面的主要功能。智能楼宇是各种系统的总和,其中最重要的就是广播以及照明系统,除此之外,智能楼宇还具有其他专用智能化系统,将这些系统集合为一个系统集。
2智能楼宇的主要组成和结构
智能楼宇作为一个为社会以及人民生活提供便利的智能系统,要达到比较高的要求,根据美国智能建筑协会制定的法则,可以将智能楼宇的建成要求分为以下几个:办公设备自动化、通信系统高效化、管理系统自动化等。并且智能楼宇的建造以及设计者必须围绕高效性、舒适性、安全性的特点来完成一个智能楼宇的设计和建造。智能楼宇通常由三大要素组成,即楼宇自动化、通信自动化、办公自动化三大系统,这三大系统通常被简称为BAS、CAS、OAS。智能楼宇的建造必须是这三者的有机结合。具体如表1所示。表1仅仅是粗略地对智能楼宇系统进行分类,接下来详细介绍。(1)智能楼宇集成中心(SIC)。这是智能大厦中最核心的部位,它是各个部位以及系统的信息汇集中心,主要实现汇集整个智能建筑中的各种信息,然后将这些信息加以处理,实现各个子系统之间的信息交换和信息监督的功能。(2)智能楼宇设备自动控制系统。这个系统被简称为BA系统,它主要对建筑中的设备的运行状况以及温度湿度进行监督和自动调控。(3)消防报警系统。这个系统被简称为FA系统,通过在整个建筑内安装烟火测控系统来实时监控大厦内每个位置的防火情况,更重要的是,如果在大厦内真的发生火灾,该系统可以第一时间发出警报,并且关闭所有电梯以及空调,然后开启自动淋水系统或者气体消防手段,为整个建筑中的人提供安全可靠的逃生方式。(4)安全防范系统。该系统被简称为SA系统,这个系统和消防报警系统有所不同,其主要是保护这个建筑中的人不受外界的干扰,保护每个人的人身以及财产安全,防止恐怖组织或者其他非法分子进入该建筑。该系统的子系统包括对讲系统、门禁系统等。(5)计算机网络系统。该系统是整个建筑中比较重要而且核心的一个系统,它主要是利用通信设备将多个计算机连接起来,实现整个大厦中的资源共享和信息传递。(6)视频会议系统。这个系统是一个远程控制系统,它将不同地区的人通过网络手段汇集在一个会议室里,方便了该大厦中人们之间的沟通。(7)卫星接收系统。该系统利用卫星来转发电视的信号,改善了高层建筑之间由于反射产生的信号屏蔽状况,人们可以更好地观看电视节目以及娱乐。(8)电话通信系统。该系统被简称为TCS,主要包括程控交换机,不仅实现内部人之间的电话通信,还能实现内外部相互通信的功能,主要的功能有数据通信和语音通信。(9)广播系统。该系统主要分为三类,一是公共广播,一般在大型商场都会有音乐背景或者紧急情况下播报语音的一种系统;二是厅堂扩声系统,该系统专门用于专业的音响扩声;三是会议系统,这种系统的要求比较高,不仅仅是单纯的扩音,有时可能还需要同声传译。(10)办公自动化系统。该系统被简称为OA,主要采用了传真机、打印机将所有的办公信息进行全面的加工整理,提高办公室的工作效率。(11)物业管理。这个系统主要是为物业管理部门提供高效的、便捷的管理流程,主要连接了车库管理、抄表管理等电子系统。(12)综合布线系统。该系统是智能楼宇中比较核心的一个系统,主要采用高质量的线缆在建筑内形成一个信息传输通道,采用模块化的设计,实现建筑大数据的传输和计算。
3我国智能楼宇的应用现状以及网络仿真实训方案
据不完全统计,亚太地区的能源消耗已达到了全球的30%,由此可以看出,亚太地区的能源需求巨大。亚太地区之所以能源消耗不断加大最主要的原因是亚太地区的经济市场不断崛起。2016年3月15号在北京举行的为期三天的中国国际智能建筑展览会,其中大华股份受邀携智能停车场、智慧景区等行业解决方案及行业新品亮相,在展会现场引起重大关注,并带着在智能、环保、开放小区等方面的深刻思考与行业专家展开热烈研讨。在展会现场,智能小区和智能停车场解决方案尤其受到业内专家和专业观众的青睐。大华智能小区解决方案,通过智能楼宇综合平台,为小区智能化建设提供一体化融合服务,解决了之前各子系统应用管理分散和通用平台脱离业务的问题,在设计源头就兼顾了业主、物业和开发商三者需求,目前,大华股份已服务于绝大部分百强地产企业;大华智能停车场解决方案,主要基于大华全球领先的视频车牌识别技术和人性化的智能交互系统,完全消除车主进出场不畅、找车位难、找车难、缴费慢的烦恼,提高顾客对停车场的满意度,也可以加快整个停车场的车辆周转,提高整个公司企业的经济效益,降低管理人员成本,提升停车场管理水平。以下是实现智能楼宇的网络仿真实训的几个方案。网络仿真实训其实是一种简便的教学手段,可以根据设计的方案建立相对应的网络模型,将智能楼宇的设计方案通过网络实训平台的方式呈现出来,是一种简便而且高效的手段。
1、演示阶段
首先要在学生面前讲解与演示智能楼宇的工作原理及其结构,让每个人都能够了解智能楼宇。这需要分为几个步骤。①软件安装以及部署。先安装好Window2003和数据库Server2008,然后安装好服务器。第二步就是安装.Net框架,最后就是配置运行环境、创建网站。②然后将所有的关于智能楼宇的知识添加到网络的演示模式当中。整个企业可以配置路由器设置、连接设备、配置AP。将这些基本工作做好后就可以进入演示模式。
2、实训阶段
实训阶段就相当于传统教育模式当中的教学阶段,这一阶段必须要求严格。要确保每一个人都能准确掌握智能楼宇的概念以及所有系统的结构和功能,例如熟悉消防报警系统中的具体机构以及它在智能楼宇当中发挥的主要功能;物业管理系统主要负责的区域和它主要包括哪些子系统等。所以实训阶段是智能楼宇在网络仿真实训中最重要的一个阶段,每个开发该项目的企业都应予以高度的重视。
3、考试阶段
经过一系列的学习和实训,考试就是验证每个人学习成果的衡量标准,当然这一阶段也是在网络上完成的,每个人都应掌握在实训平台上的考试操作方式,认真总结和学习。
【关键词】BIM;4D模型;工程项目
1 从BIM到4D模型
为了改变CAD只是通过点、线等几何图形机械地绘图,以及绘制的各个建筑构件之间没有相互联系的设计方式,人们创造与发展了一种更加智能的设计工具,这就是BIM。目前,国际上不同组织和科研机构对于BIM还没有统一的定义或解释。这里引用美国国家BIM标准对BIM的定义是:BIM是一个设施(建设项目)物理和功能特性的数字表达;BIM是一个共享的知识资源,是一个分享有关这个设施的信息,为该设施从概念到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程;在项目不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,以支持和反映其各自职责的协同作业。
应用BIM技术依靠的是BIM软件,而BIM软件基本上可以分为两大类,即创建BIM模型的软件与利用BIM模型的软件[1]。一般认为,创建BIM模型的软件实现了建筑在空间上信息集成的过程。而在利用BIM模型的软件中,诸如Navisworks、Innovaya、Ecotech等,它们将BIM模型与计划信息、成本信息、环境信息链接起来,形成了3D+计划、3D+成本、3D+环境分析等形式的4D模型。3D+“X”形式的模型,就是我们通常所说的4D模型,而在《BIM Handbook》一书中,仅建造阶段“X”通常指的就是计划进度,4D建模的主要过程即BIM模型与计划信息链接的过程[2]。
其实,4D模型作为一个术语早已广泛存在于建筑业的领域之中,4D理论亦由来已久,如早期的4D CAD技术。在1998年美国斯坦福大学的CIFE(Center for Intergrated Facility Engineering)就提出过将图形与计划信息联系起来的4D建模的过程[3]。但是实践证明基于二维CAD平台建造的4D模型不仅3D功能差,而且建模过程费时费力,不是真正意义上的3D。而基于三维BIM平台建造的4D模型,三维建模技术相对先进,能够节省一定的人力、物力,从而提高劳动效率,同时实现了图形的可视化和动态模拟,提供了具体准确的工程信息,不仅为项目决策者们提供支持,优化工程项目决策方案,并且能够对建筑实现全生命周期的管理。
承上所述,在BIM的应用中,基本信息是3D几何信息,即BIM模型,除此之外还有4D信息与结构信息。4D信息包括了诸如资源、现场布置、建造活动、计划进度等信息,而结构信息则包括了结构单元类型、外形(包含面积、质心、惯性矩等)、局部坐标、材料、加载条件等信息。这三种信息在BIM中有着不同的功用,如3D几何信息能够给人创建一个3D模型并以一个3D的视角观察,而4D信息能够用来支持4D模拟和工程管理,最后结构信息则能用于生成结构模型、边界条件以及加载条件,根据任何时间点下的建造活动进行力学计算。所以在一个4D系统中,至少包含了结构安全冲突、计划冲突、资源与成本冲突、场地冲突四个分析与管理模块[4][5]。
研究表明,4D模型能够用来是解决建筑业设计与施工分离的问题,从而提高工程建设效率。其通过整合3D模型和计划信息,将设计与施工信息进行了有效的集成,因此改进了建设过程中的沟通与协作。
目前在项目的建造阶段,4D模型应用最广的就是用来生成4D动画。因此,4D模拟很容易被人等同于4D计划。实际上,4D计划并不等于4D动画。4D动画表述的是被赋予了合理的建造序列的模型元件组建的过程,而计划信息不仅包含了工序与时间的安排,还包含了资源、成本等方面的信息。VICO就认为,4D计划至少整合了工程量的提取、基于位置的工程量、资源、生产效率以及劳动力成本于BIM之中。除此之外,施工阶段还可以通过4D模型生成EVA曲线(Earned Value Graph)来对项目的进度与成本进行综合监控。
2 4D BIM模型的功能
常用的4D BIM模型功能如下表1所示。
表 1 常用4D BIM模型的功能
功能名称 应用过程 应用结果 优点
可视化 3D漫游、查错 直观感受设计方案的成果、模型错误检查等 易于沟通、协调
4D进度模拟 链接进度计划 对比实际与计划之间的进度差异、对比不同施工方案的建造过程、对比进度计划变更前后的差异 表达形象、易于理解
性能分析 日照、风环境分析等 使方案满足绿色建筑的要求 科学分析
碰撞检查 模型碰撞冲突检查 对各专业图纸设计的内容进行碰撞冲突检查,并生成报告 效率与准确性高
工程量统计 自动计算工程量 根据3D模型自动生成相应的工程量 效率高
成本资源统计 链接成本、资源 根据每项任务的成本与资源消耗量,自动生成相应的项目成本与资源消耗的图表 效率与准确性高
由上表可以看出,在4D BIM模型的诸多功能当中,4D进度模拟与成本资源统计对进度管控产生的直接帮助最为明显,其产生的数据能够直接被分析利用,利用这两点我们能够对进度进行优化与控制。
3 4D BIM模型的实现
承上所述,4D BIM模型的诸多功能,主要依靠软件来实现。但目前想完全应用4D BIM模型的功能来支持项目的建设,绝非一款软件能办到的。如针对项目的建模,方案阶段可用SketchUp、Rhinoceros等,设计与施工阶段可用Revit、PKPM等;而对4D进度模拟的实现有NavisWorks、Synchro等,对进度、成本与资源信息综合管理的有Vico、Primavera P6等,对工程量的统计有鲁班、斯维尔等,以及对建筑性能的分析有Ecotect等,不一而足。而在实际工程项目中,通常要综合使用上述软件,才能收到良好的效果。对于常用的4D BIM软件,表2做了一个简单的介绍。
表 2 常用的4D BIM软件
软件名称 厂商 模型接口 进度计划接口 IFC接口
NavisWorks Simulate Autodesk SketchUp
Catia
MicroStation
Revit Microsoft Project
Primavera P6 有
Synchro Professional Synchro Revit SketchUp
Catia
MicroStation Microsoft Project
PMA NetPoint
Primavera P6 有
Vico Office Vico Software Revit
Catia
SketchUp Microsoft Project
Primavera P6 有
ProjectWise Bentley Revit
Catia
SketchUp Microsoft Project
Primavera P6 有
4 结论
本章通过对从BIM到4D模型的建立过程与方法的阐述,我们能够对BIM与4D技术形成一个良好的整体认识。我们能够看到BIM模型能够集成项目全生命周期的信息,以及可以通过多种途径来进一步利用BIM模型。如将BIM模型附加时间维度,则能够形成对施工计划进行4D模拟的4D模型。在4D模型的诸多功能中,有两个功能在进度管理方面具有很大的应用价值,分别是4D进度模拟与成本与资源信息的统计。我们能够利用这两点对目前的进度管理方法进行改善。
【参考文献】
[1] 何关培.BIM和BIM相关软件[J].土木建筑工程信息技术,2010(2):110-117.
[关键词]中药制药工程;中药工业4.0;数字制药;智慧制药;先进制药技术
中国制造2025战略规划以来,中药制造业对采用先进制药技术有了强烈愿望,中药工程科技创新驱动力正在形成。为实现“制药强国”建设目标,我们应该以更高的站位和更宽的视野谋划中药制药工程科技创新发展战略,牵引中药产业技术创新升级,建立全面提高国家药品标准的支撑技术体系,占据国际天然药物制造业的科技制高点,进而使我国倡导并制定的中药工业技术标准成为全球规则。
具有现代工业形态的我国第一代中药制药技术创始于
20世纪70年代,以水煮醇沉等工艺的“机械化和半机械化”为技术特征,可称为“中药工业1.0”,20世纪90年代出现了第二代中药制药技术,以中药制药设备的“管道化自动化和半自动化”为技术特征,可谓“中药工业2.0”;21世纪初笔者率先提议运用高新技术改造中药传统制造方式,重视发展中药制药工程技术,应尽快实现中药工业数字化网络化自动化及智能化等技术突破,提高产品质量及资源利用度并降低物耗(即提质增效),引导中药制造业步上先进产业台阶这可视作提出“中药工业3.0”构想:面对“云计算”和大数据时代的到来,笔者提出创新发展以制药工艺“精密化、数字化及智能化”为主要技术特征的第三代中药制药技术,实现中药制药技术的升级换代,迎接第三次工业革命。2013年7月在天津举办的国家人社部高级研修项目“现代中药制药质量控制技术高级研修班”上,笔者分别介绍了新一代中药制药技术及中药数字制药;同年8月在中国工程院主办的第165场中国工程科技论坛上,笔者在专题报告“从数字制药到智慧制药;大数据时代的制药工程科技”中提议:大力发展数字制药技术,打造数字化中药先进制造平台,并推动中药工业从数字制药迈向智慧制药时代;在2015年4月召开的第201场中国工程科技论坛上,笔者阐述了“对制药工程科技创新与中国医药工业4.0的思考”。本文根据国际先进制药技术最新进展,对笔者以往论述进行整理和归纳,结合我国制药强国建设中现实情况,进一步思考中药制药技术创新升级策略,提出发展“中药工业4.0”的战略性构想和技术路线图。
1中药制药工程科技前瞻分析
中医药是实现“健康中国梦”的重要支撑力量,中成药是中华民族贡献给人类的拥有特定临床优势的药品,中药工业是在我国生物医药领域中具有重要战略地位的核心产业,确保中药产品安全、有效和质量可控是医药工业界肩负的重大使命。为切实提高中药产品质量,必须将制药工艺与制药工程技术创新研究延展前移到中药新药研发阶段;而对于已上市中成药品种,应当实施制药技术升级改造,这也是制定中药配方颗粒制备工艺标准及生产技术规程中必须重视的问题。如何使用化学组成差异度较大的药材原料制造质量一致性较好的中药产品是世界性难题,唯有通过中药制药工程科技创新才有可能破解。
1.1中药工业的历史遗题 受制于药品原研时代在医药知识、工艺技术、制药设备以及药品监管政策等诸多方面的历史局限,大部分中成药品种的制药技术较落后,存在粗放、缺控、零乱、低效、高耗等问题,导致相关药品标准难以提升,这是做大做强中药产品必须直面的关键性挑战。
1.2中药工业的新动能 数字化是当今世界的技术潮流,前所未有的巨量数据喷涌给人们带来大数据时代的空前机会。笔者认为,应尽快推动大数据技术在制药业的应用,当前须对药品生产全过程注入“数字技术NDA”,即实施制药车间数字化改造,收集、管理、分析及利用制药过程数据;倘若大量使用工业传感器和智能检测仪表甚至分析仪器等过程检测设备,将使制药过程数据呈指数级增长,积累形成制药工业大数据,这是极为重要的信息资产,具有不可估量的知识资源价值,从而引发颠覆性的制药技术理念和模式创新;应采用数字技术将制药工艺系统与生产管理系统相融合,由此提升制药过程管控技术水平,依据真实数据而不是经验及直觉做出控制和管理决策,这将为制药过程质量控制、制药工艺品质优化、降低生产成本及节能减排、药品质量风险管控、生产车间管理及企业经营决策等提供强有力的技术支撑,为中药工业跨越发展提供新动能。
1.3中药工业的重大挑战 中药制药车间的现实技术表现远达不到人们理想的要求,更不是理论上完善的技术设计,设计和建造优质中药产品生产线已成为中药制药工程界的紧要任务。中药制药过程的分段式工艺布局形成了“各自为政”的割裂式控制现状,积累的大量数据分散在各自的“信息孤岛”,无法有效用于制药过程控制与管理决策,导致实现中药生产全程质量控制目标的技术难度极大;另一方面,药品要求的均质性与药材以及制药工艺过程的异质性形成了中药制造的复杂性,如果不对制药过程进行全面而深刻的持续性跟踪考察与系统研究,就难以透彻地认知控制药品质量的各项要素;再者,不同种类的中药工业数据都是以彼此独立的方式收集,对众多来源的庞大数据集群进行整合及自动化分析存在难以想象的困难,考验着业界的智慧和能力,上述这些都是设计和建造数字化制药工厂所面对的艰巨挑战。
目前,中药制药工程界技术概念陈旧落后,没有围绕制药过程质量控制这一提高药品质量的关键核心技术开展系统深入的研究。在中药生产车间技术改造中,有人将制药工艺设备自动化说成是数字制药,甚至出现将近红外光谱检测等同于在线质量检测并等同于过程质量控制的怪象,严重误导中药企业,造成花大钱没有解决质量控制实际问题的不良后果。因此,如何引领我国中药工业迈向数字制药时代面临极严峻的技术挑战
1.4中药制药工程科技战略思考 面对新一轮工业革命的机遇与挑战,应当认清中药产业乃至全球医药产业大格局,着眼于未来国际制药业竞争,思考中药工业战略性定位,注重中药制药技术的后发优势,进行前瞻性技术布局,制定中药制药工程科技创新的大战略(grand strategy),即开展中药工业大设计(grand design)。布局未来需要我们显示战略勇气和智慧,也需具备全球眼光及产业战略思维。通过启动中药制药工程科技创新的引擎就能激发中药产业发展的新活力,建立撬动显著提升中药产品质量和生产效能的“新支点”。
当制药工业跨入大数据世界,依赖经验对制药过程进行操控和管理的传统方式将沦为落伍。谁拥有药物“智”造的核心技术,便拥有了改变医药产业格局的话语权,仍采用陈旧制药技术的企业将可能淘汰出局
时不待我,中药制造业应集结千帆竞发的聚合之势,加快推进中药工业数字化和信息化,谋势而动,顺势而为,乘势而上,借梯登高,迎接和把握国际制造业科技变革大趋势,借助数字化网络化智能化制药技术提高药品标准,实施中药工业技术标准国际化战略,造就一批中药企业成为附加值更高的价值链环节
中药制造业应当采用制药工业物联网及医药大数据等领先一步的前沿技术,建设智能制药的“未来工厂”,将中药产业从粗放型向智慧性升级
1.5中药制造业的“未来工厂”德国工业4.0所引发的工业革命悄然而至,其技术特征是将信息物理融合系统(GPS)广泛应用于制造业,构建智能工厂并实现智能制造,这标志着世界即将进入以智能制造为核心的智能经济时代制造中药的“未来工厂”应瞄准国际前沿技术水平,以制药工业物联网为核心,将所有结构性与非结构性数据整合进“大数据仓库,”构建功能强大的中药工业信息智能管理系统通过大数据分析从巨量数据中提炼出有价值信息,同时通过可视化技术将数据转变成明晰易懂的制药过程信息,并进一步转化为知识,应用于改善过程管控模式、提高药品质量、避免生产事故、减少质量风险、降低能耗和物耗、预测制药过程结果、增加生产效力等。
中药制造由多个单元工艺组合而成,导致其制药过程数据集合以分段式的复杂多维空间为基本特征。因此“未来工厂”应在信息技术的主导下多段融合,建立多维多段一体的全过程管控模式,重构制药过程控制与管理体系。运用数据挖掘工具发现制药过程动态规律、各类关联和最佳控制模式,构建预测模型以优化控制和管理决策,弥补操作和管理经验的不足,提高生产精益化程度,进而持续提升中药产品质量和生产效能,实现智能制药和绿色制造目标。
2中药制药工程领域若干概念、术语及定义
中药制药界许多概念、术语或技术名词在中药制药工程理论上尚无明确的定义,某些术语含义不确切,在有歧义时仍含混使用,导致不同的人使用同一个名词时,其词意差别很大,易引发技术困惑或误导,甚至影响某些先进技术方法的声誉,阻碍了先进制药技术在中药产业的应用与发展。因此,极有必要厘清这些概念、术语或技术名词的真实含义,对其涵义作准确的定义。
2.1中药制药过程管控 通常简称过程管控,包括过程控制与过程管理两大方面,制药过程控制主要包括:①提取浓缩、干燥、纯化、制剂等工艺的制药设备控制,②制药工艺品质控制,③制药过程质量控制,④中药产品质量检验,⑤质量风险控制。制药过程管理主要包括:①GMP管理,②以设备为中心的全员生产管理,③IS010012测量管理,④AQ/T9006企业安全生产管理,⑤IS014000环境保护管理等。
2.2在线检测 这是一个常被混淆的技术名词。在线检测系指在生产线上检测制药过程参数,而过程参数通常包括工艺参数、状态参数、质控参数、物料属性参数及环境参数等不同类别参数(如密度,pH,水温,乙醇浓度,蒸气压力,气温,流量等)。显然,在线检测不等同于在线检测药品质量或检测药用物料质量,更不意味着在线质量控制。
2.3质量在线检测 通常是指在生产线上检测药用物料质量。在不至于混淆的情况下,有时也将检测与药品质量相关的过程参数称之为质量在线检测。有必要指出,物料质量属性并不等同于质控参数,质控参数不一定是药用物料成分当检测的物料属性参数与药品质量无关时,则无法表征药用物料质量;即检测物料属性参数并不一定能检测出药用物料质量。因此,在使用近红外光谱等过程分析仪器检测药材或某工艺环节的药用物料质量前,必须全面深入研究哪些成分与药品质量相关,以及这些成分含量的范围。
2.4过程质量监测 一般是指不仅检测药用物料质量参数,而且在给定的范围内进行观察和判断质量状况,通常设置越限报警功能。因此,检测与监测的工业意义不同,监测质量比检测质量更为重要,难度也更大。
2.5过程质量监控 一般是指不仅检测药用物料质量参数,而且将这些质量参数调控在给定的范围内。显然,近红外光谱在线检测并不一定能在制药过程中准确检测出药用物质,也难以应用于监测过程质量;过程质量监控需要多种技术方法的融合才能实现,仅靠单一的近红外光谱检测技术无法控制中药产品质量,不少企业盲目投资建设近红外在线检测系统失败的主因就在于此。
2.6过程质量控制 一般是指在中药生产全程中通过调节各种关键的过程参数来控制药品质量,使制药工艺流程制造出来的中药产品符合特定的质量要求。
由上述定义可知,在线检测方法包括工业传感器、过程检测仪表及过程分析仪器等;不能将在线检测视作为在线质量检测,也不能将在线质量检测等同于过程质量监测,更不能视作为过程质量控制;过程质量监测不等同于过程质量监控,也不能视作为过程质量控制。
3中药数字制药技术概述
中药数字制药是采用统一的数字化技术,不仅对制药工艺参数、质控参数、状态参数、物料属性参数、环境参数等过程参数进行数字化检测、控制及储存,而且对药材原料及制药过程中药用物料进行数字化检测,监测各类过程参数与药用物质在制药过程中的变化轨迹,综合判断过程状态并控制工艺进程,从而控制中药产品质量;同时,对CMP,计量器材,安全生产,生产车间,环保,仓储及物流等实施数字化管理按照制造业国际上目前通行的观点,可称之为“中药工业3.0”。
中药数字制药的主要技术特征是:原料药材数字化、药用物质数字化、制药过程各类参数的数字化(包括工艺参数、状态参数及质控参数等)、单元工艺模型化及定量化、生产车间各类管理体系数字化、全过程测管控信息一体化、各类信息集成管理和综合应用。
中药数字制药技术包括:①提取、浓缩、干燥、纯化、制剂等工艺的制药设备自动控制技术;②制药工艺模型化及定量化/制药工艺品质优化技术;③复制药过程各类参数在线检测技术;④制药过程质量数字化控制技术;⑤制药过程分析建模/PAT技术;⑥制药过程测管控信息一体化技术;⑦质量风险数字化管理及控制技术;⑧药效物质数字化辨析技术;⑨数字GMP系统;⑩精益生产MIS系统;⑾药品质量检验LTMS系统;⑿数字化仓储系统等。经过十余年的努力,本团队已建立中成药二次开发核心技术体系(包括中药数字制药技术),促进了中药产业的数据制药时代到来。
笔者认为:在中药数字制药技术体系建设中,单元工艺建模是前提,数字化设备是基础,全过程测管控信息融合是关键,管控质量风险是底线,药用物质全程监测是核心,数据集成管理及应用是根本,数字CMP管理是保障。中药制药工程界应当在中药制药工艺模型化和定量化方面聚焦发力,根据单元工艺流程将制药过程质量控制序贯化、精准化和规范化并具备预测性,将精益生产理念渗透到中药制造过程的每一个工艺环节,打造“数字化透明”的中药制造平台,实现制药过程数字追溯,为持续性提升中药产品质量奠定技术基础。
4中药智能制造技术概述
21世纪的工业信息科学将像20世纪的硅信息科学一样具有变革性意义,将产生全新的产业技术并使药物制造方式发生根本性改变伴随着数字制药技术广泛应用而产生的以各种形式存储的海量数据可创造丰硕的知识财富和经济价值,这就需要制药工业的大数据分析师“点石成金”。超大规模的信息交互与多维融合必将引发制药过程控制模式和生产管理方式的深刻变革,在制药过程高度信息化前提下实现知识发现管理和应用,牵引“数字化透明”中药制造平台向智能化发展,从而升华形成中药智能制造技术,即中药工业4.0。
中药智慧制药的主要技术特征是,使用大量的工业传感器过程检测仪表以及过程分析仪器等组成一张庞大而灵敏的可反映制药过程全貌的感知网,并将信息技术与制药技术深度融合,进而实现人与人、人与机器机器与机器生产管理与过程控制等之间互通互联,通过制药设备、生产管理、质量检测等与过程控制系统网络化联接,形成集聚了原料/制药生产/药品流通/临床使用等中药产品全生命周期信息的智能网络,使制药过程的每一个工艺细节均被注入“智慧基因”通过赋予中药制造平台学习和思考能力,用充满智慧的数据整合、分析与挖掘,从多种来源的中药工业数据中寻找关联,发现制药过程规律,洞察引起药品质量波动的因素,不仅实现制药工艺精湛控制,而且达到管理精益化要求,实现优质保量低耗绿色高效能制药。
中药智能制造技术主要包括:①制药信息处理、信息解释、信息利用、知识发现与管理等关键技术;②测管控信息融合智能管理技术;③中药产品质量智能预测技术;④质量风险智能预警及预控技术;⑤制药过程智能预测控制技术;⑥制药过程轨迹智能追踪分析技术;⑦水、汽、电系统智能优化管理技术;⑧精益生产智能管理技术等。
5中药工业4.0技术路径
制药工业数据储备、数据分析、数据建模、数据挖掘及可视化能力将成为医药产业未来最重要的核心竞争力。工业信息感知技术的发展,使获取制药过程全貌的数据描述成为可能,通过分析各类数据集群间关联关系,不仅能认知制药工艺各环节输入/输出的药用物料变化规律,而且可以揭示在生产全过程中物质、能量、信息等变换规律,发掘出中药工业数据的内在价值,创新定义数据制药技术,开辟获取中药工艺知识的新路径,重新建构中药工业技术格局,这是建设中药工业4.0的战略价值所在。
目前,我国有些地方已出现智能制造园区及智能工厂建设热潮,许多地方政府在规划未来5年建设上千个智能工厂或车间,但至今未见制药企业参与,以工业互联网为代表的信息技术如何进入制药工业领域仍面临巨大困难。一方面工业互联网和大数据在制药业并无技术应用基础,缺乏制药信息工程技术人才,容易出现只做“表面文章”而没有促进企业提质增效现象;另一方面,很多制药企业生存艰难,无暇顾及新概念技术,缺乏应用新技术的积极性或足够资金。我国中药制造业仍处于工业2.0进程中,传统制药工艺与现代制药技术共生,落后与先进并存。
根据中药工业的上述现实情况,笔者认为在实现中药工业4.0战略目标的征程中应实行分步走策略,倡议在现阶段首先大力推进中药数字制药技术的广泛应用,促进中药工业化与信息化融合,以应用目标牵引,构建“信息主导、系统集成”的中药数字制造技术平台,为实施中药工业4.0技术升级工程建设夯实数字化基础,创造必要的技术条件。人才是第一资源,组建科技创新团队是我国中药工业跨越发展的关键,应当构建成长性环境以及多样性、包容性学术生态,使中药制药工程科技创新力量成为中药产业可持续发展的发动机和推动力。
在新兴信息技术进入中药工业领域时,工业互联网只是一种技术工具,主导我国中药产业创新升级的应是精湛的制药工艺和过程质量控制技术。唯有通过制药相关技术的融合创新,提升中药产业的整体质量及效益,以工业物联网为核心的智慧制药技术才能在中药工业“落地”。因此,在中药制造向中药智造转向发展中,不仅需要基于物联网思维的现代工业精神,而且需要追求精益生产目标的“工匠精神”,更需要注重工业转化,防止出现一哄而上、不重视实效的局面。
在通向终极计算机智能的漫长炼狱中,将逐渐分化出两种路径。一种是从高深的理论研究出发,在各领域取得成熟的成果后,再通过技术加以实现,从而开发出一种模拟人类,甚至超越人类的智能工具。另一种是从基础技术、具体应用和实际功能出发,再借助群体协作,使机器真正“觉醒”,成为超越人类的智能实体。
天真阶段已过,集群智慧闪烁
在研究过程中,我们习惯把人工智能当成满足自己某种需求的智力工具,而不会去考虑它是否拥有一个高级的控制中心,只要求通过一些相对简洁、基础的技术来满足我们的某些需求,扩展自身智力在某个方向的极限。比如地图和钟表的发明,使我们对外部时空有了直观的感觉;计算机和互联网的出现,为我们提供了远超出自身极限的计算能力和信息传递效率。
起初,这些初级人工智能不过是完成了形象投射中一个天真的阶段――一种持续且可见的功能性投射。随着这些基本功能的不断积累和深化,人工智能终将实现从简单到高级、从功能实现到智力诞生的目标。当这一目标达成时,可能会出现通过共同协作和配合,去完成所有人脑功能的机器人群落。这里的核心就是,在一种分布式、去中心化的进化过程诞生出集群智慧。
RoboEarth机器人平台
不久前,荷兰埃因霍恩大学了RoboEarth项目。四个机器人在模拟医院的环境中相互协作,以此来照顾病人。它们通过与云端服务器的交互,进行信息共享和互相学习。例如,一个机器人可以对医院房间进行扫描,并将完成的地图上传至RoboEarth;而另外一个对房间完全不了解的机器人,就可以通过访问云端的这张地图找到房间中的一杯水。按照相同的原理,其他机器人不需要重新编程就能打开特定的盒子,即使这些机器人基于不同的模型。
RoboEarth的云端架构为机器人提供了一个向云端传输信息,并获得反馈的闭环。它的联网数据库可以接收机器人采集的信息,并通过机器可读的格式进行存储。存储在RoboEarth底层的信息包括软件组件、导航地图、任务知识等。RoboEarth云端引擎还能提供强大的计算能力,并且具备海量带宽,能使机器人非常迅速地从RoboEarth上分享和获取信息。
RoboEarth的为机器人在认知形成、行为操作等方面的发展打下了基础,接下来势必将促使机器人之间进行更加深层次的信息共享,以及更复杂行为的学习。
MIT的多智能体系统
MIT是基于多智能体进行研发的系统,将接入网络的不同功能的机器人或者设备限制在自身的层级内。这样一来,它们可以从各自封闭的环境中接收到相对稳定的信息,并处理一些事先安排好的、相对简单的任务。系统事先对一些不确定因素进行了定义和预防,如机器人掉线、算法出错导致机器人崩溃等。因此,系统内的机器人队伍就凭借这种复杂的合作机制,应对不确定的外部环境,并高效地完成任务。
对于一些小的协作类项目,系统可以确保这些程序联合体实现最优选择,在把环境的不确定性和程序的自身局限性考虑在内的前提下,系统将挑选出最有可能的结论。
MIT的新系统需要三个输入量。首先是一套相对简单的控制算法,它们对智能体的行为进行共同控制或单一控制。然后是一套统计方法,对各程序在特定环境中的执行情况进行统计分析。最后需要一套针对不同结论的评估机制:完成一项任务会增加正向评估,而消耗能量则会增加负面评估。系统在完成这三个步骤后,可以实现系统价值功能的最大化。
哈佛大学的“白蚁机器人”
无独有偶,哈佛大学在近期基于同样的思路研发了“白蚁机器人”,它们能像白蚁筑巢那样,在没有总体设计和统一管理的情况下,自行垒起多层“砖块”。这种机器人如中型遥控玩具车一般大小,也有四个轮子,装有若干探测器和举起建筑构件的装置。它能前后左右移动,到指定位置拿取积木一样的“砖块”,然后根据探测到的环境和预设的逻辑规则,再把“砖块”放到某个位置。在已放有“砖块”的地方,机器人能爬上一层“砖块”,再进行垒放,如此层层叠加。
之所以将这种机器人以“白蚁”冠名,是因为自然界中的白蚁在筑巢时,不像人盖房子那样有一个“总设计师”,而是每只白蚁根据周围环境自行决定如何行动。这种看似缺乏统管的集体行动,最终往往能筑成高达两三米的巨大巢穴。显然,这种建造模式的好处是无论缺少谁都不太紧要,建筑规模也容易扩展。不论是只有5个“白蚁机器人”,还是有500个“白蚁机器人”,都能以这种方式工作。
互联网让机器人成长
从本质来讲,不管哪一种平台,都是为机器人提供一个巨大的网络和数据库来帮助其共享信息,并互相学习各自的行为、技能和环境,以达到一种经验共享的理想状态。这个信息平台之于机器人,就像互联网之于我们。互联网为我们提供了一个高效率的信息传递和交互工具,我们每个人都可以将自己的认知盈余,通过互联网与其他人共享。同时,我们也在学习别人分享到互联网的各种技能、经验和知识。说到底,这些都是信息的共享和交换。
虽然互联网带来了高效的信息共享方式,但也仅仅是被我们使用的一种工具。我们从中达到的效果和效率是因人而异的。一些人眼中有价值的信号,可能成为另一部分人眼中干扰的噪音。对于人类来说,互联网的信息传播依然是一种受摩擦力限制的非理想状态。
然而,在机器人群体中就完全不存在这个问题,因为它们拥有共同的灵魂――代码。当云端的RoboEarth设定统一的信息格式之后,所有信息对于接入的机器人来说,是完全没有差异的。一个机器人将所获得的技能上传到云端,其他机器人可以通过下载完全掌握该项技能,而且熟练程度与最初的贡献者丝毫不差。并且,所有的信息、知识和技能在传递过程中,绝不会出现干扰和衰变。所以,机器人可以在一种理想状态下,进行信息共享、加工和获取。
2006年,一位科技记者创造了“众包”概念――互联网将类似于维基百科式的大规模、开放性的项目分配给用户,用户贡献自己的专长、时间去完成并更新该项目。但个体本身的局限性与个体之间的差异性,造成了在任务执行中势必会出现学习和沟通成本,无法达到完美的协作模式。然而,在RoboEarth下的机器人却可以凭借它们共同的本质,将众包和认知盈余诠释到极致。打个比方,互联网带给我们的信息传输方式就像马斯克的超级高铁,虽然速度远超我们的想象力,但依然存在限制和能量损耗;而机器人的互联网RoboEarth,就像是打通地球内部的重力火车,可以借助自然界最简单、最原始的能量达到理想状态。
人类将自身与机器划清界限的最重要标准,就是我们具有独立的意识和情感,但也恰恰是因为每个人在这些方面的差异,我们在信息共享和传递上才会出现误差。反而是被我们认为低级的、同质化的、功能化的机器人在这方面有着天然优势。单从效率和结果来讲,它们在这方面远超过人类,因为它们的互联网才是完全透明。
像人类一样颠覆世界
其实,RoboEarth、多智能体和白蚁机器人都是一个机器人群组,虽然从单个上来说较为低级,但个体之间却能建立起高效、准确的协助机制,可以凭借群体智慧来完成较复杂的难题。
人类具有从生物学中提出自然的逻辑,并用以制造出一些有用的东西。尽管过去有很多哲学家都觉得,人类能够抽取生命的法则,并将其应用到其他的领域。但直到最近,当计算机以及人造系统的复杂性能够与生命体想媲美时,这种设想才有可能得到验证。
究其本质,这种法则可以被定义成单个个体的适应性,或者一种在群体中诞生,并不断增长的学习能力。就像一只看不见的手,一只存在于大量低级成员中却控制并引导着整体的手,直到量变引起质变。在经典的达尔文进化中,个体的学习并不重要。而拉马克进化则允许个体所获得的信息,可以与进行这个长期的、愚钝的学习结合在一起。并且,这种学习能力是有加速度的。随着时间的推移,进化能力本身的多样性、复杂性和进化力也随之增长。也就是说,机器设计是智能机器的能力之一,超级智能机器可以建造比它自己更强大的机器。
目前,接入RoboEarth进行测试的机器人还是基于相似的技术,拥有的技能和可以完成的任务相对比较低级。至少我们现在还不用担心,因为功能性机器人即使再高级,也只能充当完成我们指派某项工作的工具。就像一群接入家庭局域网的清洁机器人,不管它们可以多么出色的完成任务,我们也不会担心它们自发联合起来对抗主人。
但RoboEarth具有不可想象的潜力。一方面,机器人可能会表现出来差异性。未来接入RoboEarth的每个机器人,都将拥有不同的程序,它们会基于各自程序去判断云端哪些任务最适合自己,甚至还会将云端的技能和任务进行分解,找到自己最擅长的部分。
到那时,机器人就可以在完全没有人类帮助的情况下,进行“众包”和认知共享,真正实现资源最佳配置。另一方面表现为随着机器人数量的增加,群体思维和群体协作所产生的效果将越发显著。对于像多智能体、白蚁机器人这类智能群体来说,它们的相互协作是一种技术与技术的融合。这样的融合,将赋予它们生命形式。
当复杂度达到某一程度时,具备强大功能的集群就会从虫子中涌现出来。我们也可以大胆预测,当那堆智能体复杂到一定程度,并且协同和配合越发高级时,智力和灵魂也将从中诞生。
这些由我们制造出来的东西,将会具备学习、适应、自我治愈,甚至是进化的能力,又或者是一种由无数默默无闻的“零件”,通过永不停歇的工作形成缓慢且宽广的创造力,这种创造力比起人类神奇华丽的创造力,可能显得较为笨重,但在实现效率方面却足以与之匹敌。到那时,机器人群体中会出现“思想者”、“先知”、“革命者”等,它们会拥有自己的文艺复兴和工业革命,也会思考它们从哪里来,往何处去。当然,它们可能还会高傲地把自己作为高级物种,去颠覆世界。
关键词:低碳;建筑;设计技术
1低碳建筑的重要意义
低碳建筑的概念目前也没有很明确的定义。尽可能少的温室气体排放可以被认为是低碳建筑,定义低碳建筑可以参考低碳经济等相关概念,我们可以将低碳建筑定义为在建筑材料与设备施工建造和建筑物使用的生命周期内,减少能源使用,提高能效,降低二氧化碳的排放量,为人们提供合理舒适的建筑环境。建筑师对建筑、市镇以及它们在空间上的分布所做的决策对能否实现“可持续发展”而言至关重要,能源、原材料的消耗、碳排放水平等都将取决城市的发展模型。
2低碳节能建筑设计的原则
2.1引入“低碳节能”观念,掌握节能技术,树立节能意识。
积极利用低能耗资源和自然资源,是搞好低碳节能建筑设计的关键。低碳节能的建筑设计应以“低碳、节能、技术”为发展模式,在整个设计过程中,关注建筑节能、环境特征的表现和技术的运用,使之融入建筑设计中,产生建筑形象。因此,设计在尊重自然环境、减少能源消耗的同时还要从环境保护、资源节约的角度考虑建筑功能与生态环境稳定性和持久性。
2.2低碳节能建筑设计的特点应符合整体设计与多元共融
结合当地文化内涵,发掘不同建筑类型的特点,开发适合本地生态环境的新型能源和技术,整合并完善建筑功能,以满足使用者对适宜的、高舒适居住环境的追求,提升整个设计的环境质量和文化品质力求科学化、逻辑化、智能化、系统化的设计,使整体功能适应各种功能性质的使用要求。“建筑当随时代”,倡导低碳节能建筑设计,是我们在建筑创作中应该明确的主导思想。
3应用当代科学方法与技术手段的低碳建筑设计
3.1基于数字化技术的低碳建筑设计技术
总的来说,数字化技术主张采用国际先进的数字化技术对建筑整体或重点部分进行科学的分析、预测、监控、反馈、控制,从而减少建筑物碳排放量的释放,达到低碳建筑的基本要求。技术措施一:低碳建筑设计借助数字化技术的相关软件,可以进行建筑碳排放量的模拟与测算,在几分钟内便可计算出建筑的碳排放,同时,利用数字化技术也使建筑低碳化设计中的物理环境条件的参数化设计和数字化精确调控成为现实,另外,数字技术结合环境科学可以对建筑将来的碳排放指标、低碳效应进行准确的计算。技术措施二:低碳建筑设计可以借助数字控制技术,借鉴和使用当前前沿的生物技术、防污染技术、再循环和资源替代技术、生态式的能量供应技术以及环境保护技术,建立以建筑与自然环境共生、减少碳排放量的建筑节能技术体系。技术措施三:低碳建筑设计可以借助数字技术在使用和管理上的优势,串联起数字管理系统、给排水系统、供配电系统、照明系统等子系统,形成以中央计算机系统为主的综合系统,实现对建筑中所有的机电设备和能源自动控制、电讯网络自动控制,确保建筑物有关设备的合理高效运行。在这里,数字化技术控制下的主系统类似一个中央处理单元,决定驱动部分做何种控制方式反映,以期达到控制建筑碳排放量的目的。
3.2基于物联网的低碳建筑设计技术与方法
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”。顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。因此,物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。通过物联网技术,可以对建筑物进行前端数据采集和监控管理,依托智能建筑信息集成系统为平台,结合集成分项能耗计量系统,运用适合于各个类型建筑的节能管理系统,并通过对建筑准确的分项能耗计量、公示、建筑环境监测、建筑设备运行监控,实现用能监督管理;通过科学的能耗数据诊断、分析,找出不合理的用能症结,以改进管理的形式实现针对暖通空调、照明等关键耗能系统的改造实施,降低建筑物能耗的使用,实现降低碳排放量的目标。
3.3基于仿生学的低碳建筑设计技术与方法
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学,主要研究生物体的结构、功能和工作原理,并将这些原理移植于工程技术之中,发明性能优越的仪器、装置和机器,创造新技术。仿生学对低碳建筑的影响就是将仿生学的成果和思想方法引入到低碳建筑设计领域。
3.4建筑腔体概念的设计模式与方法结合
建筑生态的技术特性,相关学者借鉴仿生学的学科方法,针对低碳建筑策略,提出了“建筑腔体”的概念。所谓建筑腔体,即建筑采取适宜的空间体形、运用相应的技术措施,能够利用或辅助利用可再生能源,在运作机制上与生物腔体相似,高效地好地营造出低碳排放高舒适度的建筑,其基本设计模式及策略如下:在设计的初始阶段,就注重场地的微气候因素;其次,分析场地环境在物理意义上的形态所造成的微气候,增强对基地的具体能量流特征的认识;接下来的设计整合过程中,考虑技术要素的建筑化处理,转换腔体类型发挥其生态作用,也就是说,反映在低碳处理上,腔体的构件注定会成为减少碳排放的一个重要因素;最后还需要进行技术性的评价,以作为反馈和修正的依据。因此,建筑腔体的设计过程,就是在既定环境和资源条件下,一种通过合理设计和技术选择,在各种“条件”与“需求”之间达到平衡的过程。运用这种建筑腔体的概念进行低碳建筑设计,可以获得比采用常规做法少的碳排放量而达到同样的室内舒适性。
3.5遗传算法在低碳建筑设计中的应用
生物的进化是一个奇妙的优化过程,它通过选择淘汰、突然变异、基因遗传等规律产生适应环境变化的优良物种,这显示出了其对自然环境的优异自适应能力。受其启发,人们致力于对生物各种生存特性的机理研究和行为模拟。遗传算法,就是这种生物行为的计算机模拟中令人瞩目的重要成果。建筑物的低碳消耗既与建筑本身的特点有关,也与室内外的环境因素有关,要想减少碳排放量就要对这些因素进行综合优化,这是一个很复杂的问题。遗传算法很适合于各种优化问题,例如建筑热能的优化设计与控制、建筑热舒适度的优化设计等。而且,遗传算法非常适合于事先没有非常明确设计观念以及同时可能有很多种设计方案的情况,在这种情况下,不可能一个一个对个体进行测试。遗传算法不对每个具体的解决方案进行测试,它依赖于优化基因解决方案性能的能力,因此,遗传算法假定与强壮优化个体具有类似基因或从其演化而来的个体都具有很好的性能。遗传算法不仅仅针对于可能解决空间中临近方案群的性能,它持续关注整个解决空间所有可能的方案。
4结语
随着建筑行业在社会能耗和碳排放量方面所占比重很大,人们更加清楚地认识到的排放对全球气候带来的巨大影响。“低碳”理念受到越来越多的重视并已渗透到社会生活的方方面面。减少建筑碳排放、建造“低碳建筑设计”的呼声越来越高。而“低碳建筑”不仅是当前绿色建筑发展的未来,更是建设“低碳城市”,发展“低碳经济”的重点。
参考文献: