不久前，國(guó)內(nèi)首座模塊化零能耗建筑在上海建成啟用,。光伏幕墻和光伏屋頂?shù)木C合運(yùn)用,，使這棟建筑可以實(shí)現(xiàn)全年零能耗,，預(yù)計(jì)每年可比同類建筑節(jié)省電費(fèi)24.8萬(wàn)元。與傳統(tǒng)建造方式不同,，該建筑采用集成模塊建造技術(shù),，施工方先將模塊化建筑在工廠生產(chǎn)，再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)整體拼裝,，可節(jié)省50%以上工期,，減少80%的垃圾排放，施工過(guò)程基本沒(méi)有作業(yè)粉塵和噪聲污染,。這座綠色建筑的建成啟用,，成為我國(guó)建筑行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的生動(dòng)注腳。
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展,，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)逐漸提高,，對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn),。所以在現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提下，要抓住新能源利用的先機(jī),，充分利用新能源,，在保障和提高建筑物質(zhì)量和使用性能的同時(shí)，不斷以環(huán)保理念加大對(duì)新能源科學(xué)使用的力度,。以建筑節(jié)能和建筑設(shè)計(jì)中的新能源利用,，來(lái)促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展,，從根源上保障我國(guó)稀有資源,，實(shí)現(xiàn)全民節(jié)能減排的奮斗目標(biāo)。
1,、減少能源消耗,，提高能源利用率
相較于傳統(tǒng)的建筑工藝，我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)高效的節(jié)能目標(biāo),，首先要提高冷熱系統(tǒng)的使用率,，也就是設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中其自身和傳輸過(guò)程中的效率。在建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí),，這些都要加入必要的考慮因素中,。故在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要及時(shí)更新管理方式,，與時(shí)俱進(jìn),，積極引入先進(jìn)且優(yōu)良的管理方式。再運(yùn)用優(yōu)秀的管理理念對(duì)建筑施工管理參與者和設(shè)計(jì)者進(jìn)行培訓(xùn),，從他們開(kāi)始養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣和意識(shí),，進(jìn)一步優(yōu)化和改造建筑系統(tǒng)。現(xiàn)今在制冷系統(tǒng)節(jié)能上,，主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)儀器調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)流量,，或者將溫控閥安裝在制冷器上，以這樣的智能溫度控制來(lái)節(jié)約能源,，減少非必需要而產(chǎn)生的浪費(fèi),。
2、降低建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能源損耗
建筑圍護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)乎著整體建筑的質(zhì)量,，而節(jié)能技術(shù)在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用直接反映了其能源控制效率,。在建筑實(shí)體墻的設(shè)計(jì)上，普遍采用石灰漿和砌體的結(jié)合技術(shù),，使之達(dá)到保溫隔熱的效果,。在此期間，有效控制能源損耗，提高了節(jié)能技術(shù),。故在設(shè)計(jì)過(guò)程中,，要充分考慮到冬天的保暖設(shè)施和夏季的散熱設(shè)施。而在自然采光和通風(fēng)上可以利用太陽(yáng)能,，以最小的能源損耗達(dá)到最佳的環(huán)境調(diào)節(jié)效果。還有在窗子的設(shè)計(jì)上,，要優(yōu)先考慮透明裝置,，增添建筑的透氣性能，減低能源傳輸過(guò)程中的交換損耗,。
3,、降低建筑設(shè)施運(yùn)行的能耗
建筑設(shè)施在生產(chǎn)運(yùn)行中會(huì)消耗大量能量，使得在建筑運(yùn)行中降低能耗成了一個(gè)較大的挑戰(zhàn)和壓力,。不過(guò)通過(guò)研究與實(shí)踐,，可以采用三種方法來(lái)降低運(yùn)行中的能耗：一是及時(shí)更新低耗能設(shè)備，淘汰耗能高的建筑設(shè)備,；二是關(guān)閉沒(méi)有實(shí)際作用的儀器,；三是激勵(lì)人們樹(shù)立節(jié)能減排管理，從身邊小事做起,，建立節(jié)能減排的上升目標(biāo),。
數(shù)字孿生為建筑節(jié)能減耗植入智慧動(dòng)力
“關(guān)于氣候變化，你需要知道兩個(gè)數(shù)字：第一個(gè)是510億,，第二個(gè)是0,。”
這是比爾·蓋茨在他的新著作《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來(lái)》這本書(shū)中的第一句話,。510億是全球每年向大氣中排放的溫室氣體的大致噸數(shù),，且總體呈上升趨勢(shì)，這就是我們今天的境況,。 “0”是我們需要達(dá)成的目標(biāo),。要想阻止全球變暖，我們?nèi)祟愋枰Ｖ瓜虼髿庵信欧艤厥覛怏w,。
全球變暖被視為氣候變化的最壞影響——這些影響是非常糟糕的,。有多糟糕？2022年的夏季,，極端氣候在全球范圍內(nèi)肆虐,，歐洲溫度達(dá)到48.8攝氏度；西班牙因超高溫而死亡的人數(shù)是2021年的4倍,；北極以4倍于世界平均水平的速度在變暖,。中國(guó)的供電大省四川也因?yàn)榻衲晗奶斓某掷m(xù)高溫干旱，缺少降雨，河流干涸,，用電負(fù)荷持續(xù)超載等因素,，導(dǎo)致水力發(fā)電能力斷崖式下降。7月份以來(lái),，四川水發(fā)電量由同期約9.0億千瓦時(shí)/天,，下降至約4.5億千瓦時(shí)/天，省內(nèi)包括成都在內(nèi)的多個(gè)城市實(shí)行限電,，工廠被迫停工,，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
2016年簽署的《巴黎協(xié)定》將全球變暖限制在1.5℃以內(nèi)定為目標(biāo),，為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),，全球溫室氣體排放量須在2030年之前減少43%。在我國(guó),，根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)2021年底發(fā)布的《中國(guó)建筑能耗與碳排放研究報(bào)告（2021）》顯示,，2019年全國(guó)建筑全過(guò)程碳排放總量為49.97億噸二氧化碳，占全國(guó)碳排放比重50.6%,，其中80%的碳排放產(chǎn)生在建筑使用階段,。為了完成8年之后“碳達(dá)峰”的國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)，數(shù)字技術(shù)正開(kāi)始成為用來(lái)衡量和監(jiān)控建筑行業(yè)碳減排成效的重要手段,，比如通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化資源的使用,，降低建筑運(yùn)維碳排放，以及使循環(huán)經(jīng)濟(jì)成為可能,。人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等也將是構(gòu)建下一代智慧建筑解決方案最有力的工具之一,。
建筑低碳運(yùn)維解決方案不能依靠縫縫補(bǔ)補(bǔ)
多年來(lái),，建筑能耗管理之所以困難重重，除了建筑壽命周期長(zhǎng),，節(jié)能改造難度大等老問(wèn)題以外,，還有行業(yè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)尚處初級(jí)階段，技術(shù)實(shí)施及節(jié)能指標(biāo)不統(tǒng)一等新問(wèn)題,。商業(yè)建筑因需要支持辦公,、商業(yè)、娛樂(lè)等場(chǎng)景,，其建筑結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,，用電量大，其電力消耗總量占全國(guó)總消耗的10%,，是主要的電力能源消耗端,，其中空調(diào),、照明、電梯,、現(xiàn)代化辦公和信息機(jī)房等領(lǐng)域的電力消耗為關(guān)鍵排放源,。
在過(guò)去十年，經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)建筑運(yùn)維的基建改造,，大部分商業(yè)建筑已實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化,、安保自動(dòng)化、防火自動(dòng)化管理,。但因?yàn)樵缙谙嚓P(guān)技術(shù)的局限性,，功能集成度低，各個(gè)子系統(tǒng)相互獨(dú)立運(yùn)行,，后臺(tái)管理系統(tǒng)互不兼容，缺乏物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)理念,，維護(hù)管理成本高,，推行起來(lái)阻力較大。
另外,，因不具備智能化基礎(chǔ)架構(gòu),，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率低，故障率和能耗高,，且缺乏對(duì)水,、電、暖等有效的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)手段,，無(wú)法制定節(jié)能減排策略,，造成無(wú)效能源損耗。同時(shí),，各系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面不夠全面,、清晰，更無(wú)法呈現(xiàn)綜合協(xié)同管理狀態(tài),，經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)遺漏等情況,，無(wú)法達(dá)到對(duì)建筑能耗進(jìn)行有效管理的目的。
更重要的是,，建筑節(jié)能降耗是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)管理,，需要在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，逐步計(jì)算出合理的水,、電,、暖基礎(chǔ)負(fù)荷閾值，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)荷,，預(yù)測(cè)不同場(chǎng)景的峰值負(fù)荷并采取控制措施,。運(yùn)用單一的自動(dòng)化,、信息化技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)以上目的。
數(shù)字孿生建筑運(yùn)維管理體系將全面到來(lái)
建筑運(yùn)維管理體系在歷經(jīng)樓宇自動(dòng)化1.0,，辦公自動(dòng)化2.0,，5G安防節(jié)能3.0之后，將迎來(lái)以人工智能+物聯(lián)網(wǎng)為核心的建筑智慧運(yùn)維4.0時(shí)代,。
人工智能,、物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)的應(yīng)用，為智能商業(yè)建筑的節(jié)能運(yùn)行和“碳中和”提供了一種新的技術(shù)路徑,。建筑運(yùn)維管理智能化不只是要使建筑運(yùn)行更加節(jié)約電力,、熱力等能源。通過(guò)應(yīng)用云計(jì)算,、人工智能監(jiān)測(cè)運(yùn)維過(guò)程,，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)的電力、空調(diào),、照明,、電梯、防火和防盜等設(shè)備協(xié)同合作,，提高建筑運(yùn)維單位能效,。人工智能、云計(jì)算等新技術(shù)可以使建筑具備自我分析,、感知預(yù)警,、智慧決策的能力，大幅降低了建筑節(jié)能的診斷門(mén)檻,，即使普通工作人員也可以將其運(yùn)用在診斷建筑的能耗分析,，確實(shí)將節(jié)能減碳的行動(dòng)落實(shí)。
以成都大運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館鳳凰山體育館為例,，這是由成都古河云科技負(fù)責(zé)實(shí)施,，通過(guò)數(shù)字孿生三維可視化管理平臺(tái)達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)最優(yōu)化、設(shè)備運(yùn)行最優(yōu)化,、運(yùn)營(yíng)降耗最優(yōu)化的場(chǎng)館智慧運(yùn)維樣板案例,。
作為2023年第31屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)動(dòng)會(huì)核心場(chǎng)館，鳳凰山體育館既要滿足國(guó)際頂級(jí)籃球賽事標(biāo)準(zhǔn)及FIFA標(biāo)準(zhǔn),，又要具有綠色建筑的未來(lái)性,。在場(chǎng)館建設(shè)時(shí)，技術(shù)方受到極高數(shù)字化專業(yè)能力和對(duì)建筑應(yīng)用場(chǎng)景理解的雙重考驗(yàn),。具有近十年建筑數(shù)字新基建經(jīng)驗(yàn)的古河云科技在經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研并和場(chǎng)館方經(jīng)過(guò)多次溝通后,，梳理出七大痛點(diǎn)：體育館面積大；建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高,；場(chǎng)館能源消耗需求大,；綠色節(jié)能落實(shí)難,；場(chǎng)館各子系統(tǒng)無(wú)法協(xié)同運(yùn)維，運(yùn)維效率低成本高,；應(yīng)急處置設(shè)備分散,，無(wú)法快速聯(lián)動(dòng)；各類設(shè)備眾多,，難以統(tǒng)一管理等方面,。
圍繞這些痛點(diǎn)，古河云科技為鳳凰山體育館定制了一套集合“端+云+大數(shù)據(jù)”的三維可視化管理平臺(tái),，將場(chǎng)館建筑結(jié)構(gòu),、各設(shè)施、設(shè)備位置布局等精準(zhǔn)地還原在體育館虛擬仿真空間模型上,。仿真模型以古河云科技 “開(kāi)河”智慧云架構(gòu)支撐平臺(tái)為底層,，為場(chǎng)館構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的智慧“大腦”，可做到實(shí)時(shí),、動(dòng)態(tài),、可視的對(duì)鳳凰山體育館內(nèi)的建筑設(shè)備集中運(yùn)維管理，形成宏觀把控,、微觀可視，全方位覆蓋的運(yùn)維管理模式,。同時(shí)基于強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái),，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備報(bào)警及聯(lián)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)場(chǎng)館的數(shù)字化智能管理,。該平臺(tái)還可以集成現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng),，以人工智能方式透過(guò)模擬分析與能源管理系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)交互比對(duì)，進(jìn)行設(shè)備異常診斷及能耗管理等加值應(yīng)用,。
經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬優(yōu)化,，場(chǎng)館的建筑運(yùn)維解決方案整體大幅降低了運(yùn)維人工成本和建筑能耗成本。
物聯(lián)網(wǎng)能力決定數(shù)字孿生建筑智慧運(yùn)維的深化能力
建筑運(yùn)行中的數(shù)據(jù)全部來(lái)源于部署在建筑內(nèi)的電子傳感器,、控制器等硬件,，在建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)的過(guò)程中具有舉足輕重的地位，其設(shè)計(jì)及應(yīng)用方式?jīng)Q定了智能化的高度,。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感器和終端設(shè)備可以對(duì)建筑物內(nèi)的溫濕度,，人員分布，熱源分布和能耗分布實(shí)施感知,、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè),，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確地分析建筑空間內(nèi)的負(fù)荷需求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)維管理的弱項(xiàng)和盲區(qū),，利用數(shù)字孿生的可視化數(shù)據(jù)分析,，實(shí)現(xiàn)能耗的精細(xì)化管理,。
目前為止，借助建筑數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)建筑智能化運(yùn)維項(xiàng)目中,，更多是在軟件應(yīng)用方面進(jìn)行投入,，鮮有在硬件方面的突破。鑒于我國(guó)在硬件方面的發(fā)展一直受到美國(guó)的制約,，為了擺脫這種軟件強(qiáng)硬件弱的“瘸腿”現(xiàn)象,，國(guó)內(nèi)一些尖端軟件科技公司也在不斷地創(chuàng)新自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)硬件產(chǎn)品。
依然以成都鳳凰山體育館為例,，其數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)應(yīng)用了古河云科技自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān),、物聯(lián)網(wǎng)智能終端、IO數(shù)據(jù)采集服務(wù)器等硬件,，可以對(duì)場(chǎng)館各類型設(shè)備即插即用,，無(wú)需專用軟件對(duì)控制器進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了適用于建筑多場(chǎng)景的靈活接入,、快速定制,、高效部署、自助分析,、便捷組態(tài),。
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