分析绿色建筑设计中智能化技术的创新应用

1 智能化建造技术的必要性

随着建筑规模持续扩大，传统管理手段已难以应对复杂性及许多人类安全考虑因素，而智能化系统凭集中式监控功能显著提升建筑监管效能与管理水平，利用先进网络技术，不仅可于紧急情形迅速响应，还能经资源配置优化大幅降低能耗与运营成本，且为居民、工作人员营造舒适和谐的生活、工作环境，提高整体工作效率，使建筑智能化成为现代城市规划的核心议题。而在设计和建造阶段，随着国家对节能做出越来越严格的要求，并同时出台制定了一系列相关强制性规定，在建筑规划、设计、建造中需运用相关应用进行参数化设计和精细管理建设过程。要达到这一系列要求，须通过智能化技术在各项目环节中建立联系，把已有的独立资源进行整合达到绿色节能，高效运行的标准，而传统设计方式已无法满足日益增加的绿色建筑需求。

2 智能化技术在绿色建筑设计中的应用优势

2.1 提高能源利用效率

智能控制系统能让建筑对能源使用状况进行实时监测与调节，达成精准操控和优化，如智能照明系统依室内外光线强度及人员活动实况自动调节亮度，能减照明能耗超 30% ，智能空调系统按室内外温湿度及人员活动状况自动调温与风速，相较传统系统可节能 20% 至 30% 。智能控制系统可对建筑设备实施能源管控，经智能调控与调度实现电力浪费及能源损耗最小化，好比智能水管理系统能对建筑内外水资源使用实时监测及管控，优化供水路径和流量分配达节约水资源目的。智能遮阳系统据太阳光照强度角度自动调遮阳板角度，夏天挡阳光直射降空调制冷负荷，冬天引阳光入室增室温、降采暖能耗，这些智能化技术综合应用令绿色建筑全生命周期内能源利用效率大幅提升，达成能源可持续利用。

2.2 提升室内环境品质

智能化技术涵盖智能监测和控制系统，能让建筑实时监测并调节包含空气质量、温湿度、噪声等在内的室内环境指标，以此营造舒适健康的室内环境。例如智能通风系统可依据室内外空气质量以及人员活动状况自动调节新风量与通风频率，使室内空气持续清新。智能窗帘和自动遮阳系统据光照强度调节阳光进入量，夏季能防室内过热，冬季可避室内过冷，而凭借智能声学材料和噪声控制系统，建筑智能化技术还能降低室内噪声为人们打造安静的工作和居住环境。目前国内很多智能化办公大楼凭智能控制系统成功实现室内环境精细化管理，室内舒适度大幅上升，员工满意度显著提高。可见智能化技术运用既提高了室内环境舒适度又为人们健康和工作效率提供有力保障。

2.3 增强建筑运营管理能力

建筑管理者借助智能控制系统可实时监测建筑内部供电、电梯、排水、照明、通风等各子系统运行状态，便于及时发现并解决潜在问题以保障正常运行，借助这些系统能对设备远程监控管理，既提高运行效率又降低能源管理人力成本。在能源管理方面，智能化系统能实时监测能源使用并生成精准数据，经数据分析后可揭示消耗模式，建筑管理者依据数据可制定精准策略、识别主要消耗源并针对性改进，减少浪费并提高利用效率。智能控制系统会依不同时间段和使用场景灵活调整设备运行模式实现智能调度分配，如工作日和非工作日就采用不同能源模式适应人流差异，这种精细化运营管理提高运行效率还降低成本并提升市场竞争力。

3 智能化技术在绿色建筑设计中的创新应用

1.基于BIM 的绿色建筑设计优化

BIM 技术在绿色建筑设计中的应用贯穿全流程，设计前期，设计师会运用BIM 软件搭建包含建筑梁、柱、板等结构构件以及风管、水管、桥架等各专业设备的三维建筑模型，各专业团队可在同一BIM 平台协同作业，如给排水专业在模型中布置管线，可即时察觉与暖通风管的空间冲突并以调整走向或优化标高方式解决，该协同设计模式能让设计变更指令减少约60% 。对采光模拟，以地处南北纬 30 度附近城市为例，设定太阳高度角夏季平均 75 度、冬季平均35 度参数并结合周边建筑遮挡情况后，BIM 软件可模拟室内不同区域各时段光照时长与强度，设计师依此确定采光井宽度、窗户面积及朝向，使自然采光利用率提高 30% 。而通风模拟时，输入当地常年主导风向频率并按建筑布局划分精度达 0.5m×0.5m 的风场计算网格，经模拟分析后调整建筑进深、窗户开启方式，自然通风换气次数可满足每小时1 次以上要求，通风效率较传统设计提升 40% 。另外，能耗模拟会综合考虑建筑体形系数、围护结构热工性能等参数，对空调、照明等各系统能耗进行全年 8760 小时精细化模拟并给出精准能耗评估报告，设计师需借此采取针对性节能举措，使建筑能耗降低。

2.智能传感与监测技术的多维度应用

结构健康监测方面，在建筑关键部位安应变片等多种传感器，实时采取结构在不同工况下各类数据（如受力、变形等），再用无线传输技术将数据传至监测中心，经专业数据分析软件加以处理分析，建立结构健康评估模型，对比实时数据与设计参数及正常阈值，以此判断结构有无安全隐患。能源消耗及环境参数监测则是在建筑内装电表等能源计量传感器和温湿度等环境传感器，二者实时采集并传输数据给相关系统，系统依预设策略自动调节设备运行状态。例如，室内光照强度太高，自动调窗帘开度或照明亮度；温度不在舒适范围，自动调空调系统，借此维持舒适环境还能降低能耗。

3.物联网与智能建筑设备的融合

物联网技术助力绿色建筑设备智能化联动，如智能空调系统中，每台空调都装温度、湿度传感器和通信模块，系统据季节设定舒适温区：夏季室内舒适温区为 24-26^∘C 、冬季室内舒适温区为 20–22^∘C ，湿度维持在 40%～60% ，当传感器监测到温湿度超出阈值时，便经物联网平台向空调控制器发出信号，控制器会在 5 秒内响应并调整压缩机频率和风阀开度，确保温湿度快速稳定。智能照明系统连光照传感器与人体红外感应器，前者设自然光照补充阈值500lux 且后者感应距离 10m 、角度 120 度，自然光足又无人活动时照明灯具自动关闭，而人员进入或光照不足时灯具会渐亮到预设亮度，并指引维修人员依系统定位快速找到故障设备处，提高维修效率。

4.智能光热平衡遮阳

调节室内环境会不可避免的耗费能源，调节目的旨在改善环境舒适度。在设计绿色建筑时，设计人员更倾向于增加自然采光，这种方式能大幅度减少用于照明的用电量，但随之增加的是温度调节能耗及太阳热辐射。因此，为避免能耗过大，可构建遮阳系统，该系统能避免光环境和热环境对建筑产生不利影响。但该方案过于常规化，无法及时对环境变化做出响应，局部调整能力也差，所以应用价值并不高。但交互式表皮设计策略的使用可将环境条件对建筑负面影响降到最小，可采取光热平衡遮阳技术，该技术能结合建筑物对光热环境的实际需求对能耗目标作出调整，并通过增设围护结构遮阳系统的方式达精准调节光热环境的目的，使建筑物室内环境更佳。应用光热平衡遮阳技术的关键是要让建筑表皮完成能量交换，为实现这一目的，可基于可变单元构建智能控制系统，该系统可操控可变单元变更单元物理、化学等属性，响应外部环境变化水平显著提升。为切实改善可变单元的标准化和模式化水平，应大力提高可变建筑表皮适应性和协调性，并做好成本控制工作。

当前应用最广泛的智能化光热平衡遮阳系统是利用 LONWORKS 控制网络技术构建而成的，人工智能算法的应用能高效完成计算分析等工作。在传感器助力下，相关人员能获得实时太阳方位角和高度角等数据，掌握这些数据方便了解四季变化，并基于这些数据做出决策调整。依托大数据技术制成的光热平衡遮阳系统的智能算法正在逐步完善，调控精度将持续提高。奥地利 Kiefer TechnicShowroom 办公大楼应用光热平衡遮阳技术建造而成，设计者将100 多块大型电动多孔铝遮光板安装在立面上，遮光板能灵活完成合拢、展开等动作，并结合光照、温度等因素选择开启或关闭。该设计能做到光照平衡，有效节省能源消耗量，并增加建筑物艺术美感，使建筑物更具智能性和艺术之美。

5.暖通节能设计

供暖通风与空气调节系统主要用于调节控制温度、湿度等参数，但该环节在整个建筑运营阶段消耗能源最多。暖通空调系统设计涉及冷热源的获取、输配系统等环节，为起到绿色节能效果，冷热源获取通常应用可再生清洁能源，如太阳能、地热能等。另外，采取热质动态调蓄设计策略能充分把建筑围护结构吸收的热量或冷量加以存储，并选择在合适时段释放，这种做法能有效平衡室温。

应用智能建造技术可显著提高建筑物智能化水平，智能化技术使用更能使太阳能电池集成立面并构建良好的光伏建筑一体化系统，使建筑实现暖通系统能源。在整合薄膜光伏模块和应用传感器技术基础上，可了解太阳运动轨迹，同时结合自身需求及外部环境变化情况对建筑物性能做出调整，使建筑物兼具遮阳、产能功能。同时，通过应用智能学习算法，可对新生成的数据和历史数据进行分析，为后续调控遮阳和改善产能提供参考。

6.给排水节能设计

智能化监控系统在建筑给排水应用中同样重要，水资源作为重要资源，其合理使用与排放在建筑物绿色设计中占据很大比重。应用智能化系统对给水及排水系统进行实时监测，不但提高节能效率，满足可持续发展要求，还提升了使用者舒适度。给排水系统智能化应用主要体现在智能化设计、实时监控与维护、智能调整与能效优化等方面。在智能化设计方面，设计过程智能化应用不但可通过运行模拟提供多种布局选择，同时可尽可能优化管道设置路径，以使整套给排水系统达绿色节能设计，从根源上达环保和节能。而在使用中通过传感器24 小时持续不断的监测管网动态，传感器与智能化系统建立联动，可实现水压水质流量的实时预警。同时智能控制系统可据各个时段不同用水需求的计算动态调节水泵转速、阀门开度等运行参数，使供水设备始终保持在最优运行状态，以达最佳节能效果。

结语

科技快速演进、社会可持续发展需求加深，智能化技术与绿色建筑设计交融愈发紧密，创新潜力显著。当前，将智能化技术用于绿色建筑中，既能提高能源使用效率、优化室内环境品质，又能提高建筑运营管理能力，还可为适应公众情感和舆论动态变化提供灵活性。未来要突破技术瓶颈，让智能化与生态效益更高级别结合，使建筑行业朝更环保高效方向发展。这些创新不仅体现在设计优化，还从节能环保、人文舒适方面深化，给创建可持续人居环境指出可行方向。

参考文献：

[1]李思友,华珊珊.智能化技术在高层建筑绿色建筑设计中的创新应用分析[J].佛山陶瓷,2024,34(1)：81-83.

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