33、智能建筑与城市发展：现状与未来趋势

智能建筑与城市发展：现状与未来趋势

1. 智能建筑相关发展

• 霍尼韦尔的坚持 ：霍尼韦尔在2014年表明会坚持智能建筑的研究、开发与创新。不过，能让建筑管理者轻松调整系统运行的建筑自动化模块，尚未成为建筑自动化安装的标准，这可能部分是由于该单元的定价和运营成本较高。
• 用户研究与变化 ：上世纪90年代末的一项用户研究显示，坐在办公楼里且能亲自沟通的建筑管理者，是传达室内空气质量需求的最受欢迎形式。但如今，随着社交媒体的广泛使用，情况可能有所不同。而且，在相关研究开展的智能建筑中，公司在短短约2年后就放弃聘请建筑管理者。

2. 智能住房

• 发展历程与示范项目
  • 智能住房技术集成采用的是技术推动而非用户需求驱动的方式，这与智慧城市的发展方式一致。早在1984年，日本东京大学的Ken Sakamura教授启动的TRON项目，就将智能建筑的集成技术概念扩展到城市范畴。
  • TRON房屋引入了厨房电器的先进技术，并将其融入室内建筑和结构设计，还涉及存储和活动家具等方面。此后，多个示范项目得以开展，建成了众多展示房屋，如1998年英国的INTEGER HOUSE、1991年芬兰智能住房展区的ARKKIMEDES HOUSE、2005年新加坡国立大学校园的A*STAR house等。
• 市场应用与特点
  • 住房市场有众多代表自动化的商业应用，可视为集成智能家居理念的一部分，包括节能集成建筑服务、家庭自动化、远程智能计量、安全与报警系统、照明控制、家用设备通用遥控器、家庭影院、智能厨房电器等。现代家庭集成商借助移动应用或互联网运行，正取代旧的总线和系统依赖的控制单元。
  • 然而，住房中可能缺少一些相对简单的自动化功能，例如家庭供暖和制冷控制不一定包含室外温度传感器的控制，更不用说其他室外空气质量相关控制了。尽管上世纪80年代智能房屋的愿景就包括保护居民免受邻近制造过程故障导致的危险释放、室外空气污染或花粉水平升高等危害（如自动关闭窗户），但目前只有豪华住宅能更充分地利用智能家居潜力，且解决方案通常是为居民量身定制的。
• 市场规模与前景
  • 新的市场研究报告显示，2015 - 2020年智能家居市场预计以17%的复合年增长率增长，到2020年将达到586.8亿美元。
  • 全球智能家居市场产品组合丰富，按产品可分为能源管理系统、HVAC控制、娱乐控制、安全与访问控制等。能源管理系统又可细分为智能设备和照明控制解决方案；安全与访问控制产品解决方案包括入侵检测系统、视频监控、运动传感器、触摸屏和键盘等。
  • 市场分为四个区域：北美、欧洲、亚太和其他地区。北美包括美国、加拿大和墨西哥；欧洲包括德国、法国、英国等；亚太智能家居市场包括中国、日本、印度等；其他地区包括拉丁美洲、中东和非洲。
  • 市场报告中涉及的主要竞争企业有西门子、施耐德电气、ABB、英格索兰、艾默生电气、罗格朗、快思聪电子、路创电子、Control4等。
  • 市场研究认为智能家居市场前景乐观，传统家庭自动化设备连接范围有限，而如今电器和设备在不同领域的连接性不断发展，包括移动连接功能成为设备制造商提供的智能家居的重要组成部分，互联网服务提供商也提供兼容的通信协议和技术产品。智能家居市场高度分散，但有望整合，服务提供商开始在市场中崭露头角，在整合之前可能会有更多参与者进入市场。这对擅长云技术的初创企业来说是个机会，它们有望推动包括智能家居在内的电子服务行业的数字化进程。
• 老年住房与政策支持
  • 在许多国家，第三部门致力于开发和实施独立生活技术。自上世纪90年代以来，荷兰的老年组织和智能房屋协会就鼓励在老年住房中使用智能房屋技术。但仍存在疑问，即我们虽知道如何建造智能房屋并了解环境辅助生活（AAL）技术，但不清楚老年人为何不一定购买。
  • 老年人口的增加推动了智能住房的发展。欧盟委员会通过多种政策倡议，如EIP - AHA（欧洲积极健康老龄化创新伙伴关系）倡议、2013年数字议程行动计划，以及资助工具如欧盟Horizon 2020健康、人口变化与福祉计划、AAL联合计划等，大力鼓励使用技术实现独立生活。此外，Eureka Eurostars计划为中小企业提供资金，不限制主题，涵盖智能住房和老年技术等项目；欧盟Horizon 2020中的MSC计划也不限制研究主题，近期较多关注智能住房，智能住房也是能源效率和智慧城市相关呼吁的一部分。

3. 能源高效建筑

• 设计趋势与支持因素
  • 福斯特建筑事务所等领先的工程和建筑事务所，正朝着能源效率或可持续性方向发展其设计，尤其依赖建筑自动化中的先进集成技术。这一趋势得到了商业能源标签（如BREEM、LEEDS、绿色办公室、世界自然基金会的黄金能源等）的能源认证发展支持，同时也有政府倡议、全球机构（如联合国工业发展组织）以及欧盟研究与创新框架计划、美国国家科学基金会等资助计划的推动。
• 项目开展与重点
  • 自1998年欧盟第七框架计划（EU FP7）以来，在能源、交通和信息通信技术（ICT）领域开展了旨在实现集成商业规模解决方案且具有高市场潜力的项目。这些项目聚焦大型实验项目，采用先进计量和实验安装，关注技术在真实建筑环境运行时的用户体验，或在智慧城市灯塔项目的背景下进行研究。
  • EIT ICT Labs推动智能能源效率，特别是智能能源系统（SES）行动线。例如，其最新的EIT Digital项目呼吁之一是“智能集成关键基础设施，打造更智能的未来城市”（I3C）。
  • 能源效率一直是欧盟框架计划的重点，从1984年开始就备受关注，尤其在智能建筑和城市方面，如自上世纪90年代至今的能源高效建筑（EeB）计划，在当前的欧盟Horizon 2020计划中，自2014年起由中小企业执行机构（EASME）实施；2003 - 2007年的早期智能能源 - 欧洲（IEE）计划。

4. 建筑整体性能

• 概念与研究中心
  • 建筑整体性能是一种集成建筑服务系统的方法，将智能系统作为推动者，与最初的智能建筑概念相符。数字经济强调了建筑整体性能概念的重要性，要求在运营单元的传统界限之外进行数据流和运营链的系统设计。
  • 新加坡国立大学建筑与建设管理局（BCA）和新加坡国立大学（NUS）联合成立的建筑整体性能中心（CTBP），由建筑系、设计与环境学院主办。该中心的愿景是推动建筑整体性能的研发，支持建设一个注重质量和生产力的建筑行业。其研究路线图包括绿色与能源高效建筑、室内环境质量、建筑性能集成与创新、建筑可维护性、IT设计决策支持系统等研究项目。
• 研究发现与启示
  • 对智能办公楼和其他高品质建筑的比较显示，用户在评估建筑性能时，智能办公楼具有明显优势，尽管两者在实施ICT或建筑自动化方面的差异并不十分明显。有观点认为，智能办公楼设计中整体方法的重要性是导致这一结果的原因，但还需要进一步研究来证实这一假设。
  • 研究还表明，单一智能特征不能使建筑变得智能，任何优质特征也不能替代或缓解建筑安装和性能的不良质量；要获得满意的结果，需要关注所有特征的质量；多学科和跨部门（或跨学科）创新包括“硬”技术学科和基于“软”科学的设计标准。
• 高层建筑与相关元素
  • 高层建筑对各种解决方案（如结构、电梯等）有最新要求，其建设过程在设计的各个阶段以及整个建筑生命周期的物业管理组织方面都需要特别关注，可视为智能建筑。相关信息可从世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）的全球高层建筑数据库Skyscraper Center以及维基百科上的世界最高建筑和结构列表中获取。
  • 调试和生命周期采购等新元素涵盖了整个建筑过程。如果调试是从客户角度进行的质量控制，那么建筑整体性能概念可理解为与制造业自上世纪60年代以来实行的内部质量控制类似，建筑行业的运营商自身可借此提高性能。集成设施管理将建筑自动化与设施管理相结合，生命周期采购过程涵盖从可行性研究到设施管理服务提供的全过程，旨在获得反馈以改进行业性能，更好地服务建筑环境的使用者。

以下是智能家居市场的区域划分表格：
|区域|包含国家或地区|
| ---- | ---- |
|北美|美国、加拿大、墨西哥|
|欧洲|德国、法国、英国等|
|亚太|中国、日本、印度等|
|其他地区|拉丁美洲、中东、非洲|

下面是智能住房发展的mermaid流程图：

graph LR
    A[TRON项目启动] --> B[多个示范项目开展]
    B --> C[住房市场出现众多商业应用]
    C --> D[市场规模增长与前景展望]
    D --> E[老年住房与政策支持]

智能建筑与城市发展：现状与未来趋势

5. 智能集成城市发展

5.1 智慧城市

• 城市的重要性与发展关联 ：城市是经济发展、知识和创意生产、创新以及整体宜居性变化的主要驱动力。欧洲环境署的研究表明，城市财富与大量创意专业人士的存在、多模式可达性指标的高分、城市交通网络的质量、信息通信技术（ICT）的普及以及人力资本的质量呈正相关。城市既面临社会、经济和环境方面的可持续发展挑战，又为解决这些问题提供了理想环境。数字议程提议更好地利用ICT的潜力，以促进创新、经济增长和进步。
• 智慧城市的定义与特征
  • 智慧城市预计将成为一个庞大的市场，房地产专家预测，未来智慧城市将吸引高学历、高收入的知识型劳动力，从而成为房地产投资者的盈利之地。智慧城市的概念核心是建筑环境，但范围更广。根据智慧城市委员会的定义，它包括智能人群（利用技术改善公民生活）、公共空间（如供公众使用的开放空间）、建筑环境、能源、电信、交通、水和废水、废物管理、健康和人类服务、公共安全、智能支付和金融等主题。
  • 《欧盟智慧城市映射研究》将智慧城市定义为至少有一项举措涉及以下六个特征之一的城市：智能治理、智能人群、智能生活、智能移动、智能经济和智能环境。欧洲可持续城市未来研究网络（ENSUF）以及欧洲智慧城市和社区创新伙伴关系（EIP）认为，智慧城市是指ICT日益普及和无处不在的城市，其知识经济和治理逐渐由创新、创造力和创业精神驱动，数字技术可用于高效提供公共服务。城市挑战与区域和地方环境在实际空间和制度（包括流程、实践以及正式和非正式规则）方面不可分割，ICT和数据有助于“智能”组织人们日常生活中的信息流动，如能源、水、材料、食物、商品、思想以及政治方面的信息。在建筑领域，使用智能能源高效应用有望减少高能耗和导致空气质量恶化的温室气体排放，智能交通缓解拥堵也有类似效果。
• 社会与开放创新及政策议程 ：社会和开放创新侧重于跨学科的智慧城市发展共创，涉及各种系统、部门、服务、基础设施和公共机构的连接、可达性和集成。通过结合学术、实践和本地知识，可以提高城市的宜居性。这些积极的关联明确了智慧城市的政策议程，但实施起来并不容易。已经出现了智能或更智能城市的列表，智慧城市发展迅速，遍布各地。
• 城市分布与案例分析
  • 《欧盟智慧城市映射研究》指出，欧盟28个国家都有智慧城市，但分布不均。英国、西班牙和意大利的智慧城市数量最多，而意大利、奥地利、丹麦、挪威、瑞典、爱沙尼亚和斯洛文尼亚的智慧城市占比最高。智慧城市倡议涵盖多个特征，最常关注的是智能环境和智能移动。在地理上分布较为均匀，但智能治理项目主要出现在法国、西班牙、德国、英国、意大利和瑞典等老成员国。值得注意的是，一些特征通常会组合出现，如智能人群和智能生活。
  • 基于城市在国家优先事项、政治和社会经济环境中的表现，选择了阿姆斯特丹（荷兰）、巴塞罗那（西班牙）、哥本哈根（丹麦）、赫尔辛基（芬兰）、曼彻斯特（英国）和维也纳（奥地利）这六个最成功的城市进行深入分析。这些城市的多项举措显示，它们主要关注交通、移动和智能治理，包括建筑技术。
• 全球智慧城市评估 ：Cohen创建了智慧城市轮盘，与全球咨询委员会合作，评估世界上最智能的城市，列出了多达400个潜在指标，最终选择了62个进行评估。2014年，他列出了欧洲最智能和创新的城市，包括哥本哈根、阿姆斯特丹、维也纳、巴塞罗那、巴黎、斯德哥尔摩、伦敦、汉堡、柏林、赫尔辛基；以及全球最智能的城市，包括维也纳、多伦多、巴黎、纽约、伦敦、东京、柏林、哥本哈根、香港、巴塞罗那，还有阿姆斯特丹、墨尔本、西雅图、圣保罗、斯德哥尔摩和温哥华等强劲候选城市。

以下是智慧城市的特征表格：
|特征|描述|
| ---- | ---- |
|智能治理|利用数字技术高效提供公共服务，驱动城市治理|
|智能人群|利用技术改善公民生活|
|智能生活|提升城市居民的生活质量和便利性|
|智能移动|优化城市交通网络，提高交通效率|
|智能经济|促进创新、创业和经济增长|
|智能环境|减少能耗和温室气体排放，改善环境质量|

下面是智慧城市发展的mermaid流程图：

graph LR
    A[城市发展需求] --> B[智慧城市概念提出]
    B --> C[政策支持与推动]
    C --> D[各项举措实施]
    D --> E[不同特征发展]
    E --> F[城市评估与排名]

6. 总结

智能建筑与城市发展涵盖了智能住房、能源高效建筑、建筑整体性能以及智能集成城市发展等多个方面。智能家居市场前景广阔，但目前仍存在应用不均衡等问题，老年住房领域的智能技术推广也有待加强。能源高效建筑的发展得到了多方面的支持，相关项目不断推进。建筑整体性能概念强调了集成和多学科创新的重要性。智慧城市作为城市发展的新方向，具有明确的特征和政策议程，不同城市在发展过程中各有侧重，未来有望吸引更多投资和人才，实现可持续发展。随着技术的不断进步和社会需求的变化，智能建筑与城市发展将迎来更多的机遇和挑战。