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群落AI+建筑——一种无中心的智能建筑解决方案

2018-01-12 11:36 专业分类:建筑设计 浏览数:26  筑龙币+50

一年一度的建筑智能化行业大型盛会——2017年第十八届中国国际建筑智能化峰会北京站,于11月23日下午在北京国宾酒店成功举办。本次活动由千家智客主办,主题为:更智慧的建筑、更智慧的生活。清华大学建筑节能研究中心副研究员姜子炎出席本次活动,并上台以《群落AI+建筑,一种无中心的智能建筑系统》为主题与现场观众进行交流,把建筑控制管理功能分成两个部分,第一个部分是实施控制,设备之间自动化管理,这样才能节能、省人力成本。另外一个部分,为人服务,根据很强的实时控制,快速响应满足里面人的变化,对比以往数据,航向相关建筑的数据给用户提供策略。他表示,人工智能与智慧建筑发展,和来自生物界的群落智慧很类似,从各自小个体,相互协作构成一个完整体系。方案.jpg清华大学建筑节能研究中心副研究员 姜子炎以下是姜子炎的现场演讲实录:  大家好!很高兴千家网给予这个机会跟大家介绍一下我们过去几年的一些研究成果、一些新的想法。人工智能发展一直以来有两种思路,一种思路就是图灵机,让机器模拟人的计算方式,通过最强大脑提供的强大计算能力处理各种问题;另一种思路是赫布理论,通过神经元接受、处理、传递信息,协同工作,靠神经网络处理各种复杂问题。  智能建筑技术演进方案1.png方案2.png  我今天的题目是群落AI+建筑,谈到智能建筑,这已经不是一个新的行业,大概从上世纪八九十年代开始有这个行业,当时互联网不是特别发达,这些年我们把互联网技术、布线融入到智能建筑领域的现场总线技术里面,包括有无线WIFI、蓝牙、LonWorks等等,在底层通信基础上把数据集中汇总起来。在软件方面,各个子系统,各自为战,但毕竟同一个建筑,我们需要有一个地方把数据收集起来,实现整个楼的协作。通过系统集成、软件技术OPC、SDN、SaaS、云计算,所有数据都上云端,这是我们整个智能建筑技术发展历程。一步一步发展到今天,这个领域涌现出大量公司和好多技术,发展得很有成就。  还有哪些问题?  1、现在各个子系统从暖通、给排水、照明到电梯、安防、消防、弱电综合布线、视频监控等等,每个子系统都有自己的供应商、自己的产品,条条分割的子系统怎么集成是实际过程中大家面临的问题;  2、数据不准确?控制子系统数据上不了,或者上来了不对;  3、绑点、组网工作量大,投入产出不成比例;  4、系统建模?对优化运行很重要。整个楼的运维,要节能、减人工、自动化,因为这些每个子系统各干各的就不行,怎么做全程优化控制,许多学术论文还有期刊都表明得有系统模型。怎么建模?建模不是每个系统的事情,设备相互之间连接本身也是模型一部分。不同的系统控制起来不一样,比如做安防,不同的空间策略不一样,得知道空间结构,每个东西不一样。  智能建筑一定需要中心?  我们想做的事情,在中央大脑上把数据放上去,把模型建出来,把所有事情干完,做集成、数据。那么智能建筑一定需要中心吗?我们把建筑控制管理功能分成两个部分,第一个部分是实时控制/全局优化:设备之间自动化管理;实时性高,快速响应;被控系统的特点是局部影响大,逐步扩散影响。第二部分是管理:为“人”服务;允许有一定的延迟;从任意点接入,了解全局信息,对指定点的操作。  群落智能  自然界的昆虫、鱼群、鸟群,在不依靠中央控制,只依靠群落智慧的情况下,可以完成筑巢、编队等各种任务。  人有两套神经系统。迷走神经系统依靠分布在全身、平等、自组织的神经元完成对心跳、血液循环、消耗系统等人体‘基础设施’的管理。  类比于人,在互联网之外,建筑和城市中的‘基础设施’,也需要一套去中心化的智能系统。  换个角度看建筑  建筑换一个角度来看,建筑是空间。建筑里面最大共性就是空间,建筑由空间构成,每个建筑之所以不一样,不是因为空间功能或者协作模式有太多变化,是因为这些空间连接关系构成不一样。比如说央视大楼和鸟巢不一样,只是说空间构成关系不一样。如果空间构成整个系统,大概很容易达成一个情况。  对于建筑来说,除了空间,还有给空间提供各种能源的东西,包括提供冷热源,新风机组,电气系统,消防系统等等,它们通过管道把这些能源输送到各个地方,这个是我们重新认识建筑是这么一个结构。既然这样一个结构,刚才讲智能群落,可以把这里面空间单元的基本单元作为智能群落的一个单元,然后思考他们之间怎么相互协作,实现整个建筑运维。方案3.png  一类是空间基本单元,包括空调、照明、电源、安防等,一类是智能设备,冷战、水系统、风系统、供电系统等。方案4.png  因为空间连接成三维立体结构,这个系统就是三维立体结构,对于每个层都是这样一个立体网络系统,由这些空间智慧单元和智慧设备共同连接成一个网状结构,构成一个东西。像这样一个系统里面没有中控,没有中央机,每个节点都是一样的,中央、中控去哪,大脑就去哪。中央大脑已经被拆分成一堆神经元,植入在建筑空间里。就像我们把中央机变成一个多核计算机,只不过把核放在整个建筑物机电设备里,设备之间连线既是通信线,更重要的是计算机内部的数据组线。另外这些连线结构其实是建筑模型的一部分,是整个建筑结构里包括空间结构、管道结构的一部分。方案5.png  这种情况下这些点是怎么协作?整个系统结构结构首先就是连接,一个系统即插即用,空间也是这样,放在这边变成一个结构。如果将来多加了一些房或空间合并了,把一个点拔掉即可,就像蜜蜂少一个也没有区别,整个系统还是一样。冷站也是一样,我们右边二次泵的系统,其结构跟空调冷站结构一致。我们把能够相互协作、相互辨识的智能节点变成一个小硬件,放在室内直接拿网线连接起来,ipv6和室内各种传感器、控制器是靠通信完成对接,在我们现在做的一些项目都是拿无线去走,包括WiFi、蓝牙等技术,也不排除可以用一些总线去完成。还有另外一种我们把智能节点嵌在冷机或者空调箱里面生成智能设备,让这些设备和管道末端点连在一起,就形成系统。  应用案例  毕竟整个建筑系统联结在一起,有一个全局优化的事情,那怎么实现全局优化控制呢?方案6.png方案7.png  第一个例子关于广州TIT创意园,微信总部办公楼,变风量系统控制。每个房间热水不一样,送风量不一样,怎么办?在每个地方加一个风阀调节风量。  末端风阀控制:不需要压力无关型变风量箱,末端风阀通过与邻居风阀的协作调节,保证稳定的末端风量  风机转速控制:根据所有末端风阀开度的最大值、最小值和方差,调节转速。(最大值、最小值和方差以群落智能计算方式得到)方案8.png  第二个例子是关于南通创源科技园,1-3#楼,室内导航和疏散。  每个房间一个智能节点;从各邻居获得到目标区域的移动时间,挑选其中最短的时间累计通过本区域的移动时间,并发布给邻居;挑选最短路径作为本区域的移动导向。方案9.png  这是一些新的技术,我们认为整个实施过程当中可能有一些变化,以前是传统建造流程以功能为导向,先设计功能,根据功能挑选产品,现在是整个建筑节能过程有些变化,面向功能的定制化过程,基于新平台的建造流程,采用通用平台+个性化应用的方式。  开发技术,让专业的人做专业的事。这个行业有这么多的好公司和行业人士,大家在节能方面,在智慧家居方面、安防方面都有很棒的想法。这里只是提供一个解决方案,和一种硬件途径,希望大家都能通过这个方式来解决大家工程实施中的一些问题。

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