不久前,，國內(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合運用,，使這棟建筑可以實現(xiàn)全年零能耗,，預(yù)計每年可比同類建筑節(jié)省電費24.8萬元。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)，再運至現(xiàn)場整體拼裝,，可節(jié)省50%以上工期,，減少80%的垃圾排放，施工過程基本沒有作業(yè)粉塵和噪聲污染,。這座綠色建筑的建成啟用,，成為我國建筑行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的生動注腳。
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展,，人們對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識逐漸提高,，對建筑行業(yè)的發(fā)展帶來了一定的挑戰(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,，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,，不斷以環(huán)保理念加大對新能源科學(xué)使用的力度,。以建筑節(jié)能和建筑設(shè)計中的新能源利用，來促進(jìn)我國建筑行業(yè)的綠色發(fā)展,、可持續(xù)發(fā)展,，從根源上保障我國稀有資源，實現(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)榱藢崿F(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)備運行過程中其自身和傳輸過程中的效率,。在建筑設(shè)計開始時,，這些都要加入必要的考慮因素中。故在建筑設(shè)計時,，我們需要及時更新管理方式,，與時俱進(jìn)，積極引入先進(jìn)且優(yōu)良的管理方式,。再運用優(yōu)秀的管理理念對建筑施工管理參與者和設(shè)計者進(jìn)行培訓(xùn),，從他們開始養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣和意識，進(jìn)一步優(yōu)化和改造建筑系統(tǒng)?，F(xiàn)今在制冷系統(tǒng)節(jié)能上,，主要是通過計算機儀器調(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節(jié)約能源,，減少非必需要而產(chǎn)生的浪費。
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。在建筑實體墻的設(shè)計上,，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)計過程中，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，減低能源傳輸過程中的交換損耗,。
3,、降低建筑設(shè)施運行的能耗
建筑設(shè)施在生產(chǎn)運行中會消耗大量能量，使得在建筑運行中降低能耗成了一個較大的挑戰(zhàn)和壓力,。不過通過研究與實踐,，可以采用三種方法來降低運行中的能耗：一是及時更新低耗能設(shè)備，淘汰耗能高的建筑設(shè)備,；二是關(guān)閉沒有實際作用的儀器,；三是激勵人們樹立節(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)能減耗植入智慧動力
“關(guān)于氣候變化，你需要知道兩個數(shù)字：第一個是510億,，第二個是0,。”
這是比爾·蓋茨在他的新著作《氣候經(jīng)濟(jì)與人類未來》這本書中的第一句話,。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，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,。中國的供電大省四川也因為今年夏天的持續(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,，四川水發(fā)電量由同期約9.0億千瓦時/天,，下降至約4.5億千瓦時/天，省內(nèi)包括成都在內(nèi)的多個城市實行限電,，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,，根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會2021年底發(fā)布的《中國建筑能耗與碳排放研究報告（2021）》顯示，2019年全國建筑全過程碳排放總量為49.97億噸二氧化碳,，占全國碳排放比重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”的國家戰(zhàn)略任務(wù),，數(shù)字技術(shù)正開始成為用來衡量和監(jiān)控建筑行業(yè)碳減排成效的重要手段,，比如通過數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化資源的使用，降低建筑運維碳排放,，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,。
建筑低碳運維解決方案不能依靠縫縫補補
多年來，建筑能耗管理之所以困難重重,，除了建筑壽命周期長,，節(jié)能改造難度大等老問題以外，還有行業(yè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)尚處初級階段,，技術(shù)實施及節(jié)能指標(biāo)不統(tǒng)一等新問題,。商業(yè)建筑因需要支持辦公、商業(yè),、娛樂等場景,，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)代化辦公和信息機房等領(lǐng)域的電力消耗為關(guān)鍵排放源。
在過去十年,，經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)對建筑運維的基建改造,，大部分商業(yè)建筑已實現(xiàn)辦公自動化、安保自動化,、防火自動化管理,。但因為早期相關(guān)技術(shù)的局限性，功能集成度低,，各個子系統(tǒng)相互獨立運行,，后臺管理系統(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,，推行起來阻力較大。
另外,，因不具備智能化基礎(chǔ)架構(gòu),，系統(tǒng)運營效率低，故障率和能耗高,，且缺乏對水,、電、暖等有效的數(shù)據(jù)監(jiān)測手段,，無法制定節(jié)能減排策略,，造成無效能源損耗。同時,，各系統(tǒng)設(shè)計界面不夠全面,、清晰，更無法呈現(xiàn)綜合協(xié)同管理狀態(tài),，經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測遺漏等情況,，無法達(dá)到對建筑能耗進(jìn)行有效管理的目的。
更重要的是,，建筑節(jié)能降耗是一項動態(tài)管理,，需要在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，逐步計算出合理的水,、電,、暖基礎(chǔ)負(fù)荷閾值，進(jìn)行實時監(jiān)測負(fù)荷,，預(yù)測不同場景的峰值負(fù)荷并采取控制措施,。運用單一的自動化、信息化技術(shù)無法實現(xiàn)以上目的。
數(shù)字孿生建筑運維管理體系將全面到來
建筑運維管理體系在歷經(jīng)樓宇自動化1.0,，辦公自動化2.0,，5G安防節(jié)能3.0之后，將迎來以人工智能+物聯(lián)網(wǎng)為核心的建筑智慧運維4.0時代,。
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)能運行和“碳中和”提供了一種新的技術(shù)路徑,。建筑運維管理智能化不只是要使建筑運行更加節(jié)約電力,、熱力等能源。通過應(yīng)用云計算,、人工智能監(jiān)測運維過程,，實現(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,，提高建筑運維單位能效。人工智能,、云計算等新技術(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)能的診斷門檻,，即使普通工作人員也可以將其運用在診斷建筑的能耗分析，確實將節(jié)能減碳的行動落實,。
以成都大運會主場館鳳凰山體育館為例,，這是由成都古河云科技負(fù)責(zé)實施，通過數(shù)字孿生三維可視化管理平臺達(dá)到節(jié)能設(shè)計最優(yōu)化,、設(shè)備運行最優(yōu)化,、運營降耗最優(yōu)化的場館智慧運維樣板案例。
作為2023年第31屆世界大學(xué)生夏季運動會核心場館,，鳳凰山體育館既要滿足國際頂級籃球賽事標(biāo)準(zhǔn)及FIFA標(biāo)準(zhǔn),，又要具有綠色建筑的未來性。在場館建設(shè)時,，技術(shù)方受到極高數(shù)字化專業(yè)能力和對建筑應(yīng)用場景理解的雙重考驗,。具有近十年建筑數(shù)字新基建經(jīng)驗的古河云科技在經(jīng)過實地調(diào)研并和場館方經(jīng)過多次溝通后，梳理出七大痛點：體育館面積大,；建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度高,；場館能源消耗需求大；綠色節(jié)能落實難；場館各子系統(tǒng)無法協(xié)同運維,，運維效率低成本高,；應(yīng)急處置設(shè)備分散，無法快速聯(lián)動,；各類設(shè)備眾多,，難以統(tǒng)一管理等方面。
圍繞這些痛點,，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,，將場館建筑結(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 “開河”智慧云架構(gòu)支撐平臺為底層，為場館構(gòu)建了一個強大的智慧“大腦”,，可做到實時,、動態(tài)、可視的對鳳凰山體育館內(nèi)的建筑設(shè)備集中運維管理,，形成宏觀把控,、微觀可視，全方位覆蓋的運維管理模式,。同時基于強大的物聯(lián)網(wǎng)支撐平臺,，實現(xiàn)多設(shè)備報警及聯(lián)動，最終實現(xiàn)整個場館的數(shù)字化智能管理,。該平臺還可以集成現(xiàn)有的能源管理系統(tǒng),，以人工智能方式透過模擬分析與能源管理系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)交互比對，進(jìn)行設(shè)備異常診斷及能耗管理等加值應(yīng)用,。
經(jīng)過反復(fù)模擬優(yōu)化,，場館的建筑運維解決方案整體大幅降低了運維人工成本和建筑能耗成本。
物聯(lián)網(wǎng)能力決定數(shù)字孿生建筑智慧運維的深化能力
建筑運行中的數(shù)據(jù)全部來源于部署在建筑內(nèi)的電子傳感器,、控制器等硬件,，在建筑運維管理系統(tǒng)的過程中具有舉足輕重的地位，其設(shè)計及應(yīng)用方式?jīng)Q定了智能化的高度,。通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器和終端設(shè)備可以對建筑物內(nèi)的溫濕度,，人員分布，熱源分布和能耗分布實施感知,、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測,，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確地分析建筑空間內(nèi)的負(fù)荷需求，及時發(fā)現(xiàn)運維管理的弱項和盲區(qū),，利用數(shù)字孿生的可視化數(shù)據(jù)分析,，實現(xiàn)能耗的精細(xì)化管理,。
目前為止，借助建筑數(shù)字化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)建筑智能化運維項目中,，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。鑒于我國在硬件方面的發(fā)展一直受到美國的制約,，為了擺脫這種軟件強硬件弱的“瘸腿”現(xiàn)象,，國內(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)字化運維管理平臺應(yīng)用了古河云科技自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(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,，可以對場館各類型設(shè)備即插即用,，無需專用軟件對控制器進(jìn)行編程，實現(xiàn)了適用于建筑多場景的靈活接入,、快速定制,、高效部署、自助分析,、便捷組態(tài),。
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