建築的生命與智能
1.1從智能產品說起
隨著現代科技的進步及互聯網絡的普及，智能化產品已開始進入社會和家庭。目前，世界上一些大公司正競相開發功能各異的智能化產品。因此，智能化產品在21世紀將成為現代社會和家庭的新寵及追求。
美國摩托羅拉公司計劃研製一係列智能化產品：其中帶有電子標簽的衣服可“告訴”智能洗衣機如何洗滌；智能冰箱能夠“解讀”食品上的標簽，提醒主人及時添置食品；智能洗碗機則可與其他智能家電相互“協商”並“和睦相處”，以決定噪音大小或使用多少能源。該公司預計上述產品將在21世紀初問世。
日本鬆下電器公司研製的一種電子熱水瓶已在50戶家庭中進行試驗。這種熱水瓶附有液晶顯示屏，類似“高齡者居家安全確認係統”的終端機，人們可通過電話每天兩次檢查老人是否使用熱水瓶的情況，還可通過語音查詢了解其他資訊情況。此外，鬆下公司還將研製具有家庭伺服器功能的智能冰箱，這種冰箱可集中管理電視、音響、熱水器、空調等家用電器。針對獨居老人寂寞的生活，鬆下公司將推出可與老人簡單對話的智能玩具——寵物貓。這種”貓”除可為老人解除孤獨、寂寞，還可與互聯網連接，記錄老人與“貓”對話的次數，起到監護老人安全的目的。
英國IcL電腦公司和伊萊克斯公司不久前研製出智能冰箱。這種冰箱不僅可提醒主人存儲的食品是否快吃完，而且還能上網發送電子郵件。美國魯特格爾斯大學研製的智能微波爐也已進入實用測試階段。這種微波爐能夠根據食品上的條形碼標簽信息烹好食品，不僅操作簡便，而且可根據條形碼信息“決定”加熱食品時間及烹飪的溫度。
除智能家電外，智能材料的研製步伐也在加快。英國雷丁大學已研製成智能型溫室覆蓋材料，這種材料可通過控製溫室光照起到殺滅細菌、減少病蟲害、提高作物生長質量的作用。德國研製的智能纖維增強材料，重量輕、強度高，可根據外界環境變化控製材料改變形狀。該材料應用廣泛，可用於航空、建築等領域。
智能汽車的研製幾年前便已起步並取得了可喜的成果。最近，美國和日本的科研人員正共同研製一種智能汽車。該車依據車上的電腦及裝於方向盤、油門、製動器上的探測器，能夠預測司機做出諸如轉彎、加速、超車的意圖、動作，自動啟動車內警報或製動係統，提醒甚至製止司機的危險動作。在模擬測試中，該車可在司機做出危險動作前12秒，預測到司機的危險動作，其預測的準確率據稱高達95％。
智能化住宅的研製也取得長足的發展。美國國際商用機器公司和貝爾大西洋電話公司與建築商合作，為人們提供集“電腦、通信、建築”三合一的智能化住宅。這種住宅牆壁內裝“家庭管理係統”網絡設備，住戶可通過預設的指令，遙控家中的任何電器。目前，能夠辨認出主人並自動開啟的自動門、自動啟動一些家用電器的視聽設備等已進入家庭。
隨著現代科技的進步，智能產品將越來越麵對公眾生活，具有智能型的建築將應運而生，如用計算機管理建築已成為時尚且效果尤佳。如美國得克薩斯州開發的500棟新型建築物能夠自己控製能源的消耗，與普通建築物相比，可以節約能源20％左右。它們利用微型計算機管理包括照明、加熱、取暖、製冷和空調設備等在內的全部耗能係統，節能效果十分顯著，而且可以減少管理人員。美國能源管理部門十分看好這項新技術，計劃在全國推廣。
西班牙隆卡建築事務所最近推出一種旋轉式公寓住宅，很引人注目。這幢住宅約24小時旋轉1周，或者按季節調整其旋轉方位和周期，以保證每個房間都可以得到充足的陽光和流通的空氣。它的旋轉機構設計獨特，全部由計算機操縱和控製。
美國建築專家巧妙構思，研製出一種由計算機控製的旋轉房屋。它裏麵安裝了一種如同雷達的紅外線跟蹤器，屋內的馬達天一亮就會啟動；接著整座房子便像向日葵似地迎著太陽緩緩轉動，一直與太陽保持著最佳的角度，從而確保屋內能夠射人最多的陽光；在太陽下山後，房屋又慢慢地回複到原位。這種新式房屋一方麵充分利用太陽能驅動房屋運動，確保了室內的日常供熱和用電；另一方麵能夠儲存寶貴的光能，以便陰雨天和晚間使用。
日本科技人員在東京的麻布地區修建了一座現代化的房屋，以解決大自然如何協調的問題。它設計新穎，有一個半露天式庭院，在室內的感應裝置能夠隨時測量出天氣的溫度、濕度和風力等，然後將各種數據及時輸送給地下的計算機係統。後者以此為根據，控製著門窗的開閉和空調器的開關，使房間保持住戶感到最舒適的狀態。最有趣的是，在計算機的指揮下，房屋內的各種儀器配合默契、工作協調。例如，遇上刮風下雨的壞天氣，門窗會立即自動關閉起來，而調整室內溫度的空調器隨之開始運轉。倘若住戶正在看電視，這時電話鈴響了，電子控製係統便馬上自動地把電視音量縮小。
三澤房產公司是日本的大建築公司之一，它的研究人員開發的新式住宅係統可以節能1／4，被廣泛應用。這種節能住宅由於選用的是隔熱窗框和熱反射玻璃，因此隔熱能力和密封性分別提高了7倍和50倍。新住宅每套麵積130平方米，造價為200萬日元左右。因為使用了計算機控製的節能係統，所以大大地減少了使用冷暖設備的費用，每年可省下能源費用25萬日元。日本竹中建築公司在東京市中心建了一棟6層大樓，它在強烈的模擬地震試驗中安然無恙。這棟新建築物之所以能抗震，一方麵在於有一個液壓支架係統，能減弱和抑製40％的震動；另一方麵是樓的頂層安裝了一個大滑塊，在大樓受到颶風或地震的影響將傾斜時，這塊9噸重的滑塊會根據計算機的指令朝相反的方向移動。
“建築是凝固的音樂”，但使建築具有生命已不再是人類的夢想。什麼是生命建築？它是有生命的，以生物的方式感知建築內部的狀態和外部環境，並及時做出判斷和反應，一旦災害發生，它能進行自我保護。生命建築概念是1994年底來自15個國家的科學家在美國討論時提出的。而在此之前，已有科學家在研究試驗，結果是令人振奮的。如美國的彼得·弗爾教授把光纖直接埋在建築材料中作為建築物的“神經”。光纖是光纖傳感器的一部分，通過感知光信號的相對變化特征，從而反映出建築物變形和振動的情況。美國南加州大學的羅傑斯研究小組，則在建築物的合成梁中埋植記憶合金（SMA）纖維，由電熱控製的SMA纖維能像人們的肌肉纖維一樣產生形狀和張力變化，從而根據建築物受到的振動改變梁的剛性和自動振動頻率，減少振幅，使框架結構的壽命大大延長。此外，生命建築還應具有‘大腦”，能自動調節和控製建築物內的無數光纖維傳感器，驅動執行器有條不紊地工作而不致於亂成一團。於是，科學家們為它們設置了一種計算程序，這個程序模仿一個真實的神經細胞，稱為人工神經細胞，它能在突發的建築事故中，具有判斷能力，或是由神經網絡處理，或是送往遠端的中央處理器處理。同時，生命建築還設置了自動適應係統，以便在必要時自動接換各自的傳感器等。同樣，由於地震和風暴會造成建築物大幅度振動，從而使其崩塌而被摧毀，因此生命建築應在災害發生時能自我保護。於是，日本發展了智能化的主動質量阻尼技術，當地震發生時，生命建築中的驅動器和控製係統會迅速改變建築內的阻尼物（如流體箱）的質量，從而改變阻尼物的振動頻率，以此來抵消建築物的振動。美國則研究地震發生時如何讓生命建築之間能自動伸出自己的驅動阻尼器，並連在一起，就像人在搖晃的船甲板上手拉手一樣不易跌倒。至於生命建築的自我康複，美國科學家已找到了好辦法，它的執行元件是充有異丁烯酸中酯黏結劑和硝酸鈣抗蝕劑的水管。當生命建築有裂縫時水管斷裂，管內物質流出，形成自愈的混凝土結構。
1.2智能建築的產生及演變
智能建築是發展知識經濟的需要。
回顧曆史，不難看出：曆史車輪在永不間歇地向前發展，順潮流者昌，逆潮流者亡。200年前，中國作為超級大國在經濟與文化發展水平上是歐美無法比擬的。但是，中國的封建統治者沒有認識到曆史發展規律必然要從農業社會發展到工業社會，仍堅持小生產體製，最後被淪為半殖民地，經濟地位十分低下。改革開放後的中國發生了巨大變化，取得了很大進步，目前又處在一個由工業大生產向知識經濟轉變的重要曆史變革時期，這就是知識經濟的到來。改革開放後的中國深刻認識到這一點，並緊緊抓住這個曆史發展的難得機遇，正在大踏步追趕發達國家。每個時期的建築都與其所處時代的經濟發展水平相適應。在奴隸社會，生產力低下，建築僅是一個擋風避雨的窩；封建社會以農業經濟為基礎，中國秦磚漢瓦式建築在當時是一種典型；當今社會以大生產為基礎，混凝土、鋼結構的高大廠房與公共建築拔地而起。隨著人類文明、技術與經濟的進一步發展，知識經濟時代隨之到來，與之相適應的建築物也必須跟上時代發展的步伐，智能建築是曆史的必然。
早在20世紀80年代中期，美國企業界已有人認識到知識的價值和知識資本的意義，因此十分重視軟科學的研究與軟件產品的生產。正是信息與高新技術的應用才會使企業迅速從小到大，已創造出像美國微軟公司那樣迅猛發展及其總裁比爾·蓋茨成為全球首富的奇跡。與此同時，也記錄了美國電子管大王因忽視半導體的重要作用而徹底破產的慘痛教訓。任何時代的建築都與其所處的經濟發展水平和曆史環境相適應。伴隨著知識經濟的到來，傳統的建築已不能滿足前所未有的知識信息社會發展的需要。例如，北京飯店貴賓樓等建築在建築藝術與建築史上的名聲是大的，但因受過去曆史的局限，使其信息環境落後於當前信息時代的需要，也無法滿足發展知識經濟的需求，故接待富有的旅遊者是可以的，但無法滿足政府元首或跨國大企業首腦對建築環境的全麵需求。據悉，北京飯店已製定了改造計劃。相比之下，新建的大型公共建築均係跨世紀工程，一般屬智能建築範疇，都具有不同程度的智能功能。例如，北京各大銀行的辦公樓、各省市的信息樞紐中心、上海的證券大廈等建築，均采用大跨度框架結構，建築平麵劃分靈活；綜合布線提供了高速、靈活的信息傳輸通道；樓宇自動化係統創造了安全、舒適、溫馨和有助於提高人們創造力的環境；通信與辦公自動化係統能使人們能迅速獲取、加工與輸出各種信息。總之，改革開放促使中國的經濟突飛猛進，中國現代化的大型公共建築以堪稱世界之冠的規模和令世人矚目的速度發展，其主流是智能建築。新建的智能型建築與已有的傳統建築相比，更能適應發展知識經濟的需要，雖然距盡善盡美還存在不小的距離，但大方向正確，代表了建築業發展的潮流。
智能建築的概念，在本世紀末誕生於美國。80年代中期，智能建築在美、日、歐及世界各地蓬勃發展，我國的智能建築雖然晚至90年代初才起步，但迅猛發展勢頭空前，令世人矚目。近年來，“智能建築”一詞雖不陌生，但無論在國際上或在國內，至今尚無統一定義。其重要原因之一是智能建築是信息時代的產物，當今科學技術正處於高速發展階段，人類知識約5年就翻新20％以上，其中相當多的成果將應用於智能建築，使其具體內容與形式相應提高並不斷發展。時至今日，國外新建的大型建築多數已屬該範疇，智能住宅也已開始實施。作為近年世界大型建築主要興建區的中國，為了跟上信息時代發展的潮流，需要全麵理解智能建築的深刻內涵，有必要先統一對“智能建築”的定義。
美國智能建築協會（AIBI）定義智能建築是：將結構、係統、服務、運營及其相互聯係全麵優化綜合，所獲得的高效率、高功能與高舒適性的大樓。該定義的特點是較概括與抽象，也較全麵。歐洲智能建築集團（EIBG）把智能化大樓定義為：“使其用戶發揮最高效率，同時又以最低的保養成本最有效地管理本身資源的建築”。與普通辦公樓相比，智能大樓在建築和室內環境方麵有其獨到的特點；智能大樓要求根據“以人為本、主隨客便、眾口能調”的設計原則，創造方便、舒適、健康的工作環境。智能大樓與信息技術的發展是息息相關、相輔相成的。一方麵智能大樓是信息技術的集中應用和體現；另一方麵智能大樓又是全球信息高速公路網的重要節點。我國智能大樓的建設還處於初級階段，無論在設計、施工、係統集成、係統調試和物業管理等方麵都存在不少問題，但是，智能大樓無疑是我國建築業的一個重要的增長點，智能大樓既是對建築業的挑戰，更是建築業的一個發展機遇。應強調智能大廈具有多學科、多技術係統綜合集成的特點，故推薦如下定義：“智能建築係指利用集成方法，將智能型計算機技術、通信技術、信息技術與建築藝術有機結合，通過對設備的自動監控、對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建築的優化組合，所獲得的投資合理，適應信息社會與知識經濟發展需要並且具有安全、高效、舒適、便利、經濟和靈活特點的建築物。”從該定義可看出，智能建築具有如下特點：①具有完善的數據、語言、圖像及多媒體通信設施與快捷的信息綜合服務；②具備安全、舒適、溫馨並能提高人們工作效率和激發人們創造力的高品質環境；③使用靈活、便於發展、運行經濟、投資合理，無論對使用者或投資者均有利可圖；④為達到上述要求，必須重視采用高新技術，並通過集成方法，充分發揮多學科技術、各種設備與係統的潛力，實現信息與資源的共享。
總而言之，智能建築既是一個概念，又是一類實際存在的建築物。隻有以發展的眼光，動態地而不是靜止不變地分析和認識它，才能正確指導我們的工作。當前，有多種傾向需引起重視：
（1）認為智能是建築的高度自動化，故把智能建築看成是弱電工程師的事。實際上，建築結構是主體，沒有大跨度結構、開放的建築設計與節能的空調係統，弱電係統將難有用武之地。開放辦公、流動辦公概念的應用是提高其經濟技術指標的關鍵，沒有智能建築環境就沒有智能建築，也不可能有優良的弱電係統。我們強調智能建築環境的重要性與跨行業的特點，也是為突出其多學科性的特點。
（2）係統集成首先體現在設計、施工、運行、維護、管理、經營與服務的全麵綜合。對於任何建築而言，優秀的設計是前提，但隻有優秀的規劃設計不一定能成為智能建築的楷模，尤其要重視運營與服務。投資者與使用者是上帝，隻有使“上帝”滿意並獲利，真正產生經濟效益與社會效益才是我們最終追求的智能建築。
（3）弱電係統的集成是重要的，是未來發展的方向，但近期受我國經濟條件與知識經濟發展水平的限製，不宜要求過高。據調查，如今上海高層建築的智能化係統也開始出現“空置”症狀一一投資上百萬元布置了大樓智能係統，卻由於種種原因，“智能大樓”依然沒有智能。據不完全統計，上海有近800幢高層建築使用了計算機網絡係統，有上百幢大廈自稱是“智能大樓”，但是據專家分析，實際有80%以上的所謂“智能大樓”的智能係統已出現問題，處於“空置”癱瘓狀態。上海市一幢大廈使用智能設備不久，因一個小配件損壞向國外供應商購買，花去幾千美元，由於大樓使用的是國外公司壟斷經營的產品，小修小補動輒就是上千美元，最後業主吃不消，索性就放棄了全部的智能係統。在有些業主看來，沒有智能係統，大樓依然可以運轉，隻是使用不便、效率降低的小毛病。對智能係統的外行管理以及係統本身的不成熟，使得越來越多的大樓將智能設備束之高閣。孰知這無形中造成的浪費將是巨大的，按智能化的弱電係統投資占大樓總投資10％左右計算，一幢上千萬元投資的大樓，就要白白流失上百萬元的智能投資費用。一些大樓在設計時，不根據實際需求選擇智能係統，麵麵俱到地接納各類智能產品，不采取國外智能大樓那樣有所側重的投資策略，也造成了部分“智能”的“空置”和浪費。
如果說，智能建築作為一個新的經濟增長點吸引著眾多廠商、係統集成商的介入，是一件值得慶幸的事。那麼，魚龍混雜、良莠不齊的設計、工程和售後服務，十分令人堪憂。與一般不同的是，建築產品不可逆特性十分明顯，即建築安裝完成後，很難通過“修改”的方式彌補缺陷，完善其功能，建設智能建築尤其如此。智能建築行業標準、規範的推出，是建設部加強管理、規範行為、保障質量的重要舉措。在這些標準中，突出了一個“大廠商準人”的原則，即隻有具備一定資格、一定資質、一定資金的大型設計、工程單位，才能承接智能建築的設計和工程。這一思路，與建築行業資質管理的總思路是一致的。有了大廠商準人原則，井不代表所有大型設計、施工單位都有能力承接智能建築工程。對相關專業的理解，技術人才的貯備，設計工程經驗的積累，製約著對新行業的開拓。多元化經營是一個熱門話題，是利？是弊？業界莫衷一是，麵對智能建築的誘惑，是固守陣地，還是大力擴張？介入一個新行業，不但要有勇氣，更要靠實力。
為了支持“大廠商準人”，同時又協助大家減少投入新行業的風險，國家提出了一個“智能建築設計工程聯合體”的構想：由建設部。信息產業部等機關的權威谘詢機構出麵，聯絡具有規定資質的大型設計單位、大廠商、大係統集成商及大工程商，綜合成聯合體，實行“信息交換，優勢組合、聯合作戰”的方式介入智能建築的設計和工程。對於“信息交換”，在現實的條件下，由於利益驅動的影響，還無法實行所有企業設計工程的信息共享，但是，通過信息交換的方式，可使不同專業的單位突出專長，並以共同體的方式出現。實現“優勢組合”，在這裏，權威谘詢機構的協調工作將是十分重要的，由於這一機構的協調，眾多項目能夠在主要環節上得到最優的服務，而參與其中的設計、工程單位在不作更多投入的情況下聯合作戰擴大了市場。在過去的眾多項目中，也有聯合作戰的例子，但存在利益杠杆的平衡問題，故大兵團作戰的現象十分罕見。我們應該從阿波羅登月項目的實施得到一些啟示：應該權威的協調機構指揮著數以萬計的科研機構、製造廠商及集成商，在係統工程思維方式的指導下，完成了這一創舉。智能建築或許不如登月計劃那麼龐大，但它也是一種係統工程，如果我們能夠借助登月計劃實施的精要，我們的工作或許會做得更好。可以假設一個項目的實施來說明這一過程：某天，一個大型工程項目的發展商或業主找到建設部、信息產業部的這一權威谘詢機構，要求對其項目進行谘詢。谘詢機構向發展商展示了工程谘詢、設計、施工、供貨、運行維護的全套程序。發展商或業主根據需求，選定了需要的服務項目，谘詢機構從設計、工程聯合體中選擇了最優組合，並提出了備用組合，得到發展商和業主認可後，一個針對該項目的、由國內大設計機構、廠商、係統集成商、工程商的組合開始運作，並根據業務階段或業主反饋的意見由權威谘詢機構進行整體協調。這是一個係統工程的綜合資源的集成。在工程過程中，各單位按規定完成自己的特定任務，而不必搭草台班子，進軍自己陌生的領域。以下再歸納智能大廈運行不正常的原因：
（1）概念原因：由於人們對智能建築的定義認識不正確，把不應該是，實際上也不是智能建築的建築也稱為智能建築去進行宣傳，現場參觀以後，當然就會對智能建築產生誤解。這不僅有損於對智能建築概念的理解，當然對智能建築實際運行情況及其發揮經濟效益與社會效益的調查也形成誤導。
（2）設計圖不完善原因：電氣施工圖設計不完善也是智能建築不能正常投入運行的一個重要原因。智能建築中所涉及到的辦公自動化係統（OAS）、通信自動化係統（CAS）與樓宇自動化係統（BAS）都是當前世界上的先進技術，設計單位很難一下掌握，熟悉起來要有一個過程。設計單位對選用的係統不熟悉，施工圖設計就相當困難，對每個係統應包括哪些內容，大家都有分歧，因此3A之後，又出現了SA，把本來已經包括在樓宇自動化係統（BAS）中的消防自動化係統（FAS）與保安自動化係統（SAS）單獨分出來。在國外樓宇自動化係統（BAS），當然應包括消防自動化係統（FAS）與保安自動化係統（SAS）。國內由於消防部門的要求，消防自動化係統（FAS）要單獨設計，否則有關部門無法審批通過。辦公自動化係統（OAS）與通信自動化係統（CAS）也要求由設計單位來完成設計。這兩個係統施工圖設計與產品的關係比較密切，各個廠家的產品在網絡結構、產品功能及價格上差別也比較大，施工圖設計如果選定了某一廠家產品，隨著建設周期的拖延，資金的變化等原因，很難按設計圖紙進行訂貨，訂貨一旦有變化，設計就要變化，所以辦公自動化係統（OAS）與通信自動化係統（CAS）施工圖設計隻能作到綜合布線，並提出一個概算。由於設計上認識的不統一，加上一個工程設備訂貨往往變化多次，這也是造成智能建築不能正常運行，影響其經濟效益與社會效益正常發揮的一個重要原因。
（3）供貨商的原因：供貨商及其產品質量也是影響智能建築運行的一個重要因素。智能建築運行不正常，不能發揮其經濟效益，造成投資浪費，大都是指樓宇自動化係統（BAS），因為樓宇自動化係統（BAS）運行不正常往往是無法保證自動控製正常投入運行，或者無法實現工況自動轉換，以有效利用室外新風來節約能源，顯示部分一般都能保證正常運行。由於不直接影響到工作，就引不起業主的高度重視。國內智能建築中所選用的樓宇自動化係統（BAS）基本都是國外產品，而且以蘭吉爾、濟森與霍尼韋爾三大公司的產品為主，執行機構、閥門、變送器、現場控製站（子站）、網絡服務器及所有軟件成套供貨，其產品質量是完全可以保證的，但國外供貨商在現場調試。人員培訓、後期服務等方麵不能保證，特別在與甲方及施工單位配合上更難做好。設備到貨或有些安裝調試結束後，再進行聯係就相當困難，而後期服務費用甲方難以承受，這樣就嚴重影響了樓宇自動化係統（BAS）的大運行。現場調試及後期服務問題最近幾年也5！起了國外公司的重視，他們有的在國內尋找代理商或合作夥伴，有的辦事處也開始配備這方麵的人員，開始承接工程並負責調試與後期服務。所以最近幾年智能建築的樓宇自動化係統（BAS）正常投運率提高了很多。