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随着经济全球化的进一步发展和地球生态环境的日益恶化,探寻新的城市建设模式、产业经营模式和企业生产模式成为摆在世界各国领导者们面前的重要任务,只有推行更加绿色、环保的经济发展方式和生产生活方式,才能避免生态环境遭受更大的破坏,维护市场经济的可持续发展。本文旨在针对低碳城市发展趋势中的智能建筑电气技术的应用及推广问题,探讨如何更加有效地开展城市低碳化工作。
关键词:
低碳城市;智能建筑电气技术;探索和研究
以低耗能、低污染为基础的低碳经济是当前全球经济发展的总体趋势,而创建低能源消耗和低二氧化碳排放量的低碳城市已成为世界各国的共同追求。作为低碳城市的重要组成部分,绿色建筑的概念逐渐被城市建造者和管理者所广泛接受,大量使用对环境友好的可再生资源、减少建造过程对生态环境的破坏、将环保与建造相结合等先进理念对生态环境保护工作产生了十分积极的影响。绿色建筑概念中电气技术的智能化正逐步走上快速发展的轨道,智能建筑电气技术具有的节能环保、高质高效的特点使其越来越被建筑行业人员所广泛采用。
一、低碳城市
低碳城市是指以低碳经济为核心、提倡市民低碳生活方式、市政管理以建设低碳社会为目标的城市。低碳城市建设必须在保持经济发展速度的前提下,尽可能地降低能源消耗及二氧化碳排放量。低碳城市的概念强调的是经济发展代价最小化和人与自然的和谐共处、相互包容,强调坚持科学发展观、创建和谐社会。建设低碳城市包含了新能源的开发和利用、生产技术的清洁化、消费模式的绿色化以及绿色建筑的建立。2010年7月,国家发改委了《关于开展低碳省区和低碳城市试点工作的通知》,公布了第一批国家低碳试点地区名单。2012年12月,发改委确定了第二批国家低碳试点省区和城市。至此,我国已确立了6个低碳试点省区和36个低碳试点城市,低碳试点工作已在全国范围内广泛开展。
二、绿色建筑
绿色建筑泛指一切能最大限度地保护环境、减少污染、节约能源,为使用者和周边人群提供健康、舒适的居住环境的建筑。绿色建筑的所谓绿色,并不是指狭义上的绿化概念,而是象征着在不破坏生态平衡的基础上对周围自然资源的充分利用,代表着对大自然的最终回归,因此又被称为生态建筑、可持续发展建筑、节能环保建筑等。绿色建筑的具体含义可参考我国颁布的《绿色建筑评价标准》和《关于加强绿色建筑评价标识管理和备案工作的通知》。绿色建筑的设计理念强调的是对能源和资源的合理应用:充分利用太阳能、风能、水能等清洁能源,减少空调、采暖等容易造成污染的电气设备的使用,选择具有环保特点的可再生建筑材料,节约用水、用电。同时,绿色建筑概念提倡建筑与自然环境的相互融合、和谐互补,要求深入了解周边环境的条件和特点,就地取材,选取天然建筑材料,创造舒适、健康的居住环境。
三、建筑电气技术的智能化
在新型城市发展理念中,对建设低碳城市和建造绿色建筑的提倡向建筑电气技术的智能化提出了更高的要求。在未来很长一段时间内,建筑电气技术的智能化将成为相关行业和社会各界关注的重点。建筑电气技术是指以建筑为平台,利用当代先进的电力技术、计算机信息技术等满足居住者的各种生活需求,保障建筑居住和使用的安全性、有效性。智能化的现代建筑电气系统配备了安全、稳定、高效的电力工作系统,该系统由提供、传输电能的各条线路组成,又被称为供电系统。为了方便建筑使用人群使用电能,电力工作系统中的变电所和输配电线路充当连接用户和发电厂的纽带。10kV以下的配电线路和变配电所构成配电网,并将由配电线路直接提供的电能分至各个用户。
绿色建筑的供配电系统担负着向所有用户提供电力的工作,因此必须具备安全稳定的电路和电压、大容量的电流。同时,为了保护由有线电视线路、卫星电视线路、计算机网络、自动报警装置、安全闭路电视等构成的弱电系统,避免其遭受电网瞬变、高次谐波、雷电天气等各种电磁脉冲及自然现象的干扰和影响,当代智能化建筑电力系统配备了漏电保护器、剩余电流监视系统、SPD保护器等设备和装置,加大了对用电设备和住户人员的保护力度,保证了建筑的安全、有效使用。智能化的现代建筑电气技术还具有高度的灵活性,日益提高的人民生活水平对建筑电气系统操作的人性化提出了更高的要求。因此,现代化的建筑电气系统必须具备先进的电气设备,对电气系统的设计必须符合用户和整个建筑所有设施的需求:为了保证电力设备的高效、持续运作,智能建筑电气技术采用各种先进手段提供持续电能;电力系统的设计简单、易操作,功能性电气设备和仪器数量合理、运行高效。
在反恐行动全球化的趋势下,对用户的安全保障是智能化建筑电力技术必须具备的功能,各类建筑物都须采取与建筑规模相匹配的安防手段和措施,以应对可能出现的事件和挑战。当前先进的智能建筑安防系统中通常采用的是智能传感技术,改变传统探测器的工作原理和工作方式,增加智能识别功能,对各种不同清晰程度的图像进行探测、识别、处理,通过对移动人体、街区实景、车辆牌照的分析,预防和阻止各种突发性安全事故的发生,提高居住环境安全等级。智能化的建筑电气系统注重电气技术的可持续发展,时刻更新智能化技术手段在建筑电气领域的更新。而各种公用、家用电器日新月异的发展及各种计算机网络设备和功能的不断演变,要求建筑电气技术必须时刻跟紧时展步伐,避免出现建筑电气系统管理落后于用电设备水平的现象。
四、结语
低碳城市建设是我国现代化绿色城市建设工作和经济可持续发展工作的核心内容,也是进一步推行生态环境保护理念的关键。在低碳城市建设进程中,越来越多的国家和地区逐步普及对智能化建筑电气技术的使用,继续研究和发展新型智能化建筑电气技术手段,是提高低碳城市建设水平和绿色建筑使用效益的重要途径。
参考文献
[1]杨西.低碳城市与智能建筑电气[J].科技创新导报,2015(08):107-108.
[2]肖峻.智能化建筑电气节能优化设计[J].科技与企业,2015(11):107.
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.
绿色城GW8nggyo
绿色城Gwanggyo是韩国首尔计划建造的一座绿色新城,建设方案由荷兰著名的MVRDV建筑事务所负责设计。据建筑设计师介绍,Gwanggyo可以纳707万名居民,具有过滤空气和降低能耗的功能,是一个可实现自给自足的绿色社区。Gwanggyo由一个个层叠的、但稍有偏移的环形结构组成。这些环形结构既可用作阳台,亦可作为室内公共会议或聚会场所,既有办公室,也有住宅和购物中心,其他城市生活所必需的设施也应有尽有。
海上漂浮生态城市Lilypad
为应对因气候变化等原因造成的生态灾难,法国文森特-卡勒伯特建筑事务所设计了一座漂浮生态城市,名为Lilypad,概念是为2100年生态难民所建的新家园。据生态设计师文森特-卡勒伯特介绍,“Lilypad”漂浮生态城市是一座两栖的、可自给自足的城市,足够容纳5万人,还包括人类生活所必需的各种植物和动物,城市底部有一个沉没于水中的礁湖,可净化雨水供居民饮用。
首尔2026公社
“首尔2026公社”由韩国首尔Mass Studies建筑事务所设计,体现可持续和高效率的特点。在“首尔2026公社”中,有许多外观特别的绿色圆塔,仿佛来自苏斯博士的经典童话。这些建筑模拟植物外观,塔的外部同时种大量蔓生植物。在绿色圆塔上,有许多六边形窗口,安装不同类型的玻璃,其中光电玻璃可为居民提供清洁能源。公社设有公共区和私密区,私密区包括一些小型的私人房间,被称为“蜂房”。
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: