第11章 现代建筑技术的发展

11.1生态建筑 11.1.1生态建筑的产生 长期以来，人们一直以为地球上的天然能源是取之不尽、用之不竭的。直至上世纪70年代初，全球第一次能源危机的爆发，世人才意识到:地球上的天然能源是有限的，如果一味不计后果地过度开采与消耗，这些一次性能源迟早有枯竭的一天。据2004年最新权威数据显示:世界石油总储量为1.15万亿桶，仅供人类开采约40年；石油与天然气，在 21世纪的前半期就将日趋枯竭，高能耗的建筑终有一日会因为没有能源可用，而被社会所淘汰。科学家们预计从2050年开始，人类将不得不转向成本较高的生物能、水利地热、风力、太阳能、核能。

与此同时，世界范围内的环境生态形势日趋严重：森林减少、土地沙漠化、酸雨、水和大气污染、全球气温升高等。环境的恶化使生态系统日益脆弱，很多物种灭绝或濒临灭绝。据世界自然保护联盟统计：在有5-20%的脊椎动物和树木物种面临灭绝的威胁，而且这种物种灭绝进程正以百倍的速度增长。

我国现代化建设正处在关键时期。这一时期，是人口、资源、环境等瓶颈约束最为严重的时期，尤其是能源危机的矛盾更加突出。据全国环境总局统计：我国土地沙漠化面积达160.7万平方公里；工业和城市污水每年排放量为580亿吨，其中只有23%经过集中处理达标；63.1%的河段水质失去了饮用水功能；我国北方城市大气降尘和颗粒物浓度100%超标，南方城市50-60%超标；酸雨覆盖面积约占国土面积的30%…随之而来的物种濒危现象亦十分严重。中国经济在其高速发展的进程中造成了一系列严重的环境污染和生态破坏，使中国的生态环境处于十分脆弱的状态，至今生态环境的恶化仍在继续，对此建筑业将负有重大责任。

全球的环境问题引起了人们的普遍关注，也促使业内人士开始对地球上大型人工建筑物——对自然环境所造成的影响进行研究和评估，结果发现在引起全球气候变暖的有害物质中50%是在建筑的建造和使用过程中产生的，在建筑设计，建造和使用过程中所耗费的能源占的耗总量的1/3。至此，建筑师不得不将人类自己的活动纳入到生态系统中，重新评价人、建筑与环境之间的关系。

20世纪60年代，建筑师保罗·索勒里（Paolo Soleri）创建了城市建筑生态学理论，并在《生态建筑学：人类理想中的城市》（Arcology:the city in the image of Man, Paolo Soleri, Cambridge: MIT Press,1969）中提出了生态建筑学的理论。1969年美国著名景观建筑师麦克哈格（Iam L.McHarg）所著（结合自然的设计）（Design with Na-ture）的出版，标志着生态建筑原理和方法，以人、建筑、自然和社会协调发展为目标，有节制地利用和改造自然，寻求最适合人类生存和发展的生态建筑环境，将建筑环境作为一个有机的、具有结构和功能的整体系统来看待。生态学和建筑学经过各自的发展走向结合，给城市规划和建筑设计赋予了更为丰富的内涵，注入全新的活力。

我国20世纪80年代才关注生态和可持续发展，但现在已经扩展到政治、经济、文化、艺术等领域，目前生态热的现象随处可见，如“生态建筑”“生态设计”“生态小区”“生态景观”“生态型城市”“生态农业”“生态哲学”“生态伦理”等等，这一方面说明了人们对环境意识和生态意识越来越强；另一方面也说明了我们在某些研究方面的贫乏和国人爱感时髦的丑习。这也给了一些精明的商人或政治家们把“生态”做为标签高高挂起的一个机会，成为他们一个卖点或政治资本。

11.1.2生态建筑的概念 1．生态学知识 生态学是研究有机体及其环境之间相互关系的科学。生态学认为，自然界的任何一部分区域都是一个有机的统一体，即生态系统，生态系统是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而相互作用、相互依存所构成的生态学功能单元。生态交流具有自动调节恢复稳定状态的能力，达到能量流动和物质流动的动态平衡，即生态平衡，每一个生态交流都是一个物质循环、能量流动的交流。地球从诞生之日起就伴随着持续地进化过程，并逐渐进化产生更为复杂、高级的生命形式，随着时间的推理，世间万物发展、演变，直到我们现在能看见的一切。

2．生态建筑与生态建筑技术 1)生态建筑 所谓生态建筑，简而言之就是将生态学原理运用到建筑设计中而产生的建筑。它是21世纪最有前途、最有魅力的建筑形式之一，也是建筑技术的发展方向。生态建筑标志着世界建筑业正面临着自现代主义建筑产生以来的又一次新的革命。这一革命以有益生态、有益健康、有益能源、方便生活为宗旨，对建筑业的设计、材料、结构等方面提出了新的思路和要求。有专家认为，生态建筑即用生态学的理论来指导建筑设计，并将建筑作为一个有生命的机体，其自身要形成一个与自然生态相平衡的良好的循环体系。

建筑师将建筑视为一个生态系统，通过设计组织建筑内外空间的各种因素，使物质能源在建筑生态系统内部有序地循环使用，并获得一种高效、低耗、少废、少污染、且生态平衡的建筑环境。 2)生态建筑技术 生态建筑技术是在传统建筑技术基础上发展起来的一门交叉学科，它以生态学方法为平台，综合运用建筑物理、材料科学、建筑设计、气候学等学科知识，在吸收现代高新技术的基础上，所形成的一门建筑工程技术。它更强调高效、低耗；高技术、低污染；高附加值、低运行费：保护资源、贴近自然、友善环境、舒适健康。它为人们创造了一种协调、平衡的人工生态系统。

11.1.3生态建筑设计原则 生态建筑设计是考虑将建筑这一人工物置于自然环境中时，建筑对自然环境的适应和影响，以及建筑与自然环境之间物质能量的交换。由于生态学的多样性和不确立性，使我们很难确定一个标准或一些细则去衡量生态设计，不能认为在城市广场上种一些树、草都认为是生态的，或者简单地自然风貌、田园风光也认为是生态的。但“生态设计原则”还是可归纳为：

(1)尊重自然的原则：建立正确的人与自然的关系，尊重自然、保护自然，尽量小地对原始自然环境进行变动； (2)整体优先的原则：局部利益必须服从整体利益，一时性的利益必须服从长远的、持续性的利益； (3)经济性原则：对能源的高效利用，对资源的充分利用和循环利用，减少各种资源的消耗，提价“4R”原则，即减少使用、回收、重复使用和使用可再生资源。 (4)乡土化原则：延续地方文化和民俗，充分利用当地材料，结合地域气候、地形地貌。

(5)安全性原则：住区环境设计不仅要保证居民日常生活安全，还要考虑突发情况下的安全，如火灾、地震、洪水等，因此要有防灾设施和避难场所； (6)方便性原则：住区环境对居民提供的方便性服务主要体现在住区的内外交通、内外系统关系、公共服务设施的配套和服务方式的便利程序上； (7)舒适性原则：一般应当保证住区环境阳光充足，空气清新无污染，安静无噪音，宽阔的绿地和活动空间等。 (8)过程性原则：住区环境生态系统是不断变动的，在环境生态设计时要充分考虑这种变动性，充分考虑适应环境不断变动的环境管理问题。

总之，生态建筑追求的是一个尽可能少的破坏环境、高效地利用资源、舒适健康的室内空间和可持续发展的这样一个目标。从目前的生态建筑实践和未来的发展来看，将现代技术与生态智慧紧密结合，更能体现生态建筑的终极目标。这也是许多生态设计师正在为之而付出努力的方式，他们力图充分利用人类的智慧，将先进的技术与朴实的自然方式融合起来，实现一种新的生态发展途径，使生态建筑原始的朴野情趣和未来主义技术理想结合起来，使科技的光芒和自然的色泽互相交汇。因此，生态建筑体现了自然美学与技术美学的互融，原始智慧与科学智慧的互渗。生态建筑的产生与发展是历史发展的必然，也是人类进步的象征，21世纪必将成为生态建筑的世纪。

11.1.4可持续发展思想 “可持续发展”一词自20世纪80年代初由国际自然和自然资源保护同盟 (IUCN )提出以来，经过1987年联合国委托挪威首相布伦特主持的“世界环境与发展委员会”(WCED)所发布的著名调查报告一《我们共同的未来》的进一步研讨，对其涵义作了界定:“既满足当代人的需求又不危及后代人满足其需求的发展。”这一定义在1992年联合国环境与发展大会上取得共识与承认。

国际上一些学者认为可持续发展的提法，不但具有科学性还兼具人文性。随着全球性可持续发展战略的确立，一种新的生态价值观正在成为规范我们社会行为的一种指导原则。建筑学和材料学在多方面作了大量的实践，科学技术模式也因此发生根本性的改变，呈现出生态化发展趋势，以实现人与自然的持续发展和协同进化。 可持续发展的核心思想是使经济、社会、人口、资源、环境相互协调地、持续不断地发展，把发展的负面效应和代价减到最低程度，使地球的资源和环境不致遭到严重破坏，既达到发展经济的目的，又保护人类赖以生存的自然资源和环境。可持续发展理论目前得到世界各国广泛认同的原则主要有三个，包括公平性原则、持续性原则和共同性原则。

11.1.5生态建筑实践 1．结合气候的建筑 这类建筑集中体现气候影响建筑的建筑形态、建筑定位、空间的设计、建筑材料、建筑外表面材料肌理、材料颜色以及开敞空间的设计等。这方面的实践，最著名的建筑师有印度的C·柯里亚和马来西亚的杨经文。柯里亚提出形式追随气候的设计方法论，来适应印度各个地区的干热或湿热气候。图11-1为柯里亚上世纪60年代设计管子住宅，设计师根据印度气候炎热、空调设备少，创造的自然降温与节省能源的住宅模式。杨经文在高层建筑中结合东南亚的气候条件形成一套独特的设计理念和手法；如在高层建筑中引入绿化开敞空间，设计两层皮的外墙，形成复合空间或空气间层；屋顶设置遮阳格片的屋顶花园；利用中庭和两层皮创造自然通风等。

图11-1 管子住宅

2．生土建筑（覆土建筑） 我国生土建筑起源较早，分布广泛。主要包括窑洞、土墙体建筑和掩土建筑。生土建筑是悠久历史的顺应和保护自然生态的节能型生态建筑。在保护生态系统方面具有独特的生态优越性，如合理的利用土地，尤其是窑洞建筑融于自然、充分利用和适应自然环境，有人工融于自然之感，不仅节省耕地而且又有利于环境保护和生态平衡（图11-2、11-3）。

土墙的保温、隔热性能较好，室内冬暖夏凉，节约了能源，就地取材，减少了木材的使用量和运输过程的能源消耗，由于土墙内有一定的空隙和墙体较厚隔音效果较好，且在旧房屋拆除重建时，土墙的粘土材料可重新使用，也可以回田(年久的墙还可以做肥料)。生土建筑以这些生态特点被世界许多地区所接受，对于地下空间以及土壤特性的利用也已经得到现代建筑师们的广泛关注。

图11-2 黄土高原的窑洞

图11-3 瑞士半穴居住宅

3．生态高技术建筑 这些建筑特点是：利用计算机和信息技术等高科技技术使建筑结构成为相对于气候的可以自我调节的维护结构，从而控制建筑系统与外界生态系统之间的能源与物质交换，最终达到适应气候和节能的目的。如图11-4。

图11-4 德国一科技园建筑通风示意图 图示说明了建筑的通风策咯。拱廊作为建筑的热过渡区域，其玻璃窗可根据气候的不同情况调节至最为节能的状态 1—隔热玻璃； 2—过渡空间； 3—太阳热量可达到的空间； 4—地下供热系统； 5—太阳能装置； 6—散热器； 7—室外太阳防护装置； 8—出风口； 9—进风口 10—拱廊 11—办公室 图11-4 德国一科技园建筑通风示意图

11.2绿色建筑 11.2.1绿色建筑的概念 所谓绿色建筑，是一种象征，象征着节能的，环保的、健康的、高效的人居环境，它是现代建筑为满足人类生存与发展要求的必然产物。绿色建筑基于建筑必须考虑与外部环境的协调、共生，必须基于建筑与环境的整体系统观，充分考虑环境与建筑之间的关系，以尊重生态、尊重环境为基本出发点，结合生态设计原理创造出理想的人居环境。 绿色建筑与生态建筑之间既有区别又有联系，一般认为生态建筑的意义更加广泛，因此比较合适的隶属关系应为：绿色建筑属于生态建筑。

绿色建筑强调的节能包括提高能效和能源的综合利用两大部分；它强调的资源和材料的有效利用，包括自然能(如太阳能)的利用，日光、地热的应用以及无公害“绿色”材料的综合利用等。绿色建筑带给住户的将是舒适、良好的空气品质，高工作效率和低运转费用。 生态建筑期望运用生态学原理，通过高科技构建自然通风系统，追求贴近自然，建造出适宜人的建筑和生活环境。

11.2.2绿色建筑的特征 绿色建筑是以人、建筑和自然环境的协调发展为目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。绿色建筑有以下三大特征： 第一，尽可能节约对自然环境的占用，如对木材资源、水资源、土地资源的节约等。在世界森林资源、土地和水资源日趋减少的情况下，采用新型建材和新型墙体取代传统木材与粘土实心砖瓦，可以保护大片森林和用于制砖的土地资源；在建筑中采用节水型抽水马桶和无渗漏的水龙头可解决滴漏现象，可以节约用水、保护水资源。这些都是绿色建筑的重要内容，对于我国有着特别重要的现实意义。

第二，尽可能充分利用各种自然资源，如风能、太阳能等。采用大面积的玻璃墙体和明厅、明卧、明卫、明厨的设计以增加采光，采用节能灯具、节能电器能节省大量电能。新型保温隔热、蓄热功能墙体能够减少夏季空调及冬季取暖设备的开放时间。太阳能热水、太阳能发电、风能发电的采用，都是充分利用自然资源，减少能源消耗的好方法，也是绿色建筑的出发点和成功之处。

第三，尽可能减少对自然生态平衡的影响，坚持人、建筑与环境的共生。在建筑材料中尽可能地采用无环境污染、可再生、可循环利用的材料，在建筑工程中采用降低对环境影响的施工方法，对建筑与生活垃圾进行分类回收及无害化处理，研究对解体材料的再利用等等，这些都是最大限度地减少建筑对环境的破坏和污染，保护自然环境所必不可少的措施，也是绿色建筑的一个重要特点。

11.2.3绿色建筑的理念 绿色建筑所代表的是高效率、环境好而又可持续发展的建筑，能适应生态而不破坏生态的建筑，它所寻求的是一种可持续发展的建筑模式。其理念如下： 1．绿色建筑的能源观——节能与环保 据统计，全球能量的50％消耗于建筑物的建造和使用过程。为了减少对不可再生资源的消耗，绿色建筑主张调整或改变现行的设计观念和方式，使建筑由高能耗方式向低能耗方式转化，依靠技能技术提高能源使用效率和开发新能源，使建筑逐步摆脱对传统能源的过分依赖，实现一定程度上能源使用的自给自足。

专家指出：在自然环境总体污染中，与建筑业有关的环境污染所占比例为34％，包括空气污染、光污染和电磁污染等。而保护生态环境是绿色建筑的追求，因此，绿色建筑设计必须深人到整个建筑生命周期之中，考察、评估建筑能耗状况及其对环境的影响，建立全面的能源观。 首先必须研制新型保温材料，提高建筑热环境性能。如在建筑物的内外表面或外层结构的空气层中，采用高效热反射材料，可将大部分红外射线反射回去，从而对建筑物起保温隔热作用。目前，美国已大规模生产热反射膜，主要用于建筑节能。此外，还可运用高效节能玻璃，以提高节能效率。

其次，研制再生能源如太阳能、核能、风力和水力的利用。太阳能是一种最丰富、便捷和无污染的绿色能源。近年来天津、北京、甘肃、河北等省市兴建了一些被动式太阳能恒温式住宅，以建筑物本身作为太阳能收集器，从而达到屋内取暖、制冷的目的。 2．绿色建筑的设计观——建筑与气候 现代经济的发展和科学技术的进步，使人类可以用空调来改善生活和工作环境，但这种违背气候环境的高能耗建筑使我们付出了巨大的经济和能源代价，同时增加了生态环境的污染，也在很大程度上使居住者与自然环境人为地分离。

为了克服现行建筑模式对人的负面影响，绿色建筑注重地区气候和建筑的关系，并根据气候的特点进行设计。即根据当地特征，运用建筑物理的原理，合理选取和安排各种建筑因素，不仅有效地增强建筑白身的调节能力，而且是按人体的舒适要求和气候条件进行建筑设计的系统方法。

事实上，人类对于环境的舒适、健康需求，有时无需现行空调设备也能得到满足，如我国陕北的窑洞，在一20℃左右的气候下，其室内被大地包围着，仍保持着15℃左右的舒适室温；还有西双版纳的干阑住宅，在酷热的气候中，仍可在室内创造出荫凉的空间。因此，从绿色建筑的设计观来看，大自然是主要的供给者，而辅助设备属于其次。大部分的照明可以由太阳光提供，制冷由流动的空气产生，采暖可以从人体以及办公设备中获得，这些资源还可以通过其他自然方式补充，如太阳能加热，以风压和太阳浮力产生自然通风，以水的蒸发产生制冷。

地方气候特点的设计是一种可以在任何技术层次上使用的方法，因为在绿色建筑中，气候所包含的各种因素是当作资源来考虑的。充分利用气候资源，提高其利用率，是考虑地方气候特点的设计的本质，如果将其原理与未来智能技术、信息技术、自动控制技术以及其他节能技术结合在一起，可构成丰富多彩的未来绿色建筑。

3．绿色建筑的技术观——技术与形式 绿色建筑是能源与环境相互作用、智能的、可调节的系统。因此，它要求建筑外层的材料和结构，一方面作为能源转换的界面，需要收集、转换自然能源，并且防止能源的流失：另一方面，外层必须具备调节气候的能力，以消除、减缓甚至改变气候的波动，使室内气候趋于稳定。而达到这一目的，很大程度上必须依赖于高新技术在建筑中的广泛运用。 首先，环保节能型材料是绿色建筑所必需的。必须对现有建筑材料和技术进行环保评估、节能评估，提出技术改良、更新措施，使之符合环保、节能的要求。

随着信息技术、自动化技术、新能源技术、新材料技术日益成熟．这些高新技术在绿色建筑中将得到广泛的运用。如建筑结构有可能引入有机体的原理，在混凝土中预先埋设光导纤维，可以随时监视构件在荷载作用下的受力状况；自我修复混凝土可得到实际应用；建筑物表面材料通过多功能的组织进行呼吸，可净化建筑物内部的空气，并降低温度；形状记忆合金材料，可用于百叶窗的调整或空调系统风口的开闭，自动调节太阳光；建筑物表面的太阳能电池，可提共采暖和照明所需要的能源……无论使用何种技术，绿色建筑总是立足于对资源的节约、再利用、循环生产等几个方面。

其次，绿色建筑的形式必须利于能源的收集。建筑的外层将不再是“内部”与“外部”的分界线，而将逐步成为一种具有多种功能的界面。绿色建筑材料的形式将是多样的，尤其是外层材料将是高度综合、高效多功能的，而且，随着高新技术的发展，建筑业将最大限度地吸收各种先进技术，创造出能更适合人类生活、与大自然高度和谐的高科技(智能化)建筑环境。

11.2.4发展绿色建筑的主要措施 1．节约能源 1）提高能源效率 根据基地自然条件，充分考虑自然通风和天然采光，减少空调使用和照明； 通过建筑外围护结构设计和采用高效保温材料、复合墙体与屋面以及密封性良好的多层窗，减少建筑运行能耗； 采用高效建筑供能、用能系统及设备，限制低效供能、用能系统及设备； 实施绿色照明。

2）积极开发利用新能源和可再生能源，逐步改变我国目前以不可再生的化石燃料为基础的不合理能源结构。 2．节约土地 强调土地的集约化利用，合理规划农村住宅建设用地，积极发展小城镇； 规划设计应将节约土地与高效利用土地相结合，优化土地使用； 尽可能减少建筑物用量以减少占地；限制使用和淘汰实心粘土砖，充分利用矿渣、粉煤灰等工业废料，在建造中注意保护土壤； 合理开发利用地下空间； 发展新型墙体材料和绿色高性能砼，保护土地资源，减少环境污染。

3．节约用水 鼓励采用节水型器具、改变用水习惯和水价杠杆调节等方式，降低用水量； 强调屋顶雨水的收集和再利用，地面雨水可结合实际情况进行收集或通过采用可渗透的路面材料使雨水能渗入地层，保持水体循环； 建筑施工过程中要重视节水和对地下水的保护；居住小区和建筑排水原位处理后回用于生活杂用、景观和绿地浇灌； 城市污水处理厂出水经深度处理后用于市政杂用、景观用水和生态修复。

4．节约材料 调整和优化产业结构，淘汰落后工艺和产品，提高劳动生产效率、降低资源消耗； 发展高强、高性能材料； 发展轻集料及轻集料砼，减少自重，节约原材料； 积极发展化学建材，节能、节木、节钢； 要建筑中采用轻型钢结构体系，减少木材、水泥和粘土砖的使用，保护环境。

5．废弃物的利用 城市垃圾治理要以实现减量化、资源化和无害化为目标，强调综合治理，注重源头减量和综合利用，提倡分类收集和分类处理，鼓励废弃物回收和有机物的生物处理和资源化利用，从而有效控制污染、回收资源，实现环境资源的可持续发展。

11.3智能建筑 11.3.1智能建筑的概念 所谓“智能建筑”是指综合计算机、信息通讯等方面最先进的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通讯和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。

由于智能建筑具有高效、节能、舒适等突出优点，在欧、美、日及世界各地迅速发展，引起普遍重视。智能建筑涉及建材、钢铁、机械、电力、电子、仪表、计算机、通信与计算机软件等行业。20世纪80年代，信息处理与通讯技术的蓬勃发展，信息产业的不断壮大，计算机性能提高而价格大幅度下降，以及数字程控交换机、光纤通信、卫星通信、局域网与广域网等方面所取得的很大发展，都为智能建筑的兴起奠定了基础。可以说，智能建筑是信息时代的产物。

智能建筑的含义是随着科学技术的进步而不断完善的，它之所以至今在国内外尚无统一的定义，其重要原因之一是当今科学技术正处于高速发展阶段，其中很多高科技成果应用于智能建筑，它的内容与形式都在不断变化。 美国智能建筑学会(AIBI)定义“智能建筑”是：将结构、系统、服务和管理等四项基本要求，以及它们之间的内在关系，进行优化组合，来提供一个投资合理、高效、节能、舒适、便利的建筑物。

日本智能建筑研究会认为，“智能建筑”是指具备现代化信息与通讯设备，并采用楼宇自动化技术，具有高度综合管理功能的建筑物。 新加坡规定“智能建筑”必须具备三个条件：一是具有保安、消防与环境控制等先进的自动控制系统，自动调节大楼内温度、湿度、灯光等参数的功能；二是具有良好的通讯网络和通讯设施，使各种数据能在大楼内进行运输和交换；三是能为客户提供足够的通讯设备与良好服务。

根据我国智能建筑专业委员会的建议，智能建筑是利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通讯技术、信息技术与建筑技术有机结合，通过对设备的自动监控、信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。 智能建筑是社会信息化和经济全球化的必然产物，是多学科、高新技术的高度集成。大量高新技术密集，诸如多功能可视电话、电子邮件、卫星通讯、国际电脑通讯网络、智能保安与环境控制、信息高速公路等尖端技术竞相应用，就能有效地构成一个综合系统来满足大楼的各种要求，充分体现了智能建筑的强大生命力和广阔发展远景。

因此，智能建筑应包括下列功能和相应的系统： 1）具有高度的信息通讯处理功能，可获得由数字式电话交换机提供的先进的通讯服务； 2）信息通讯不仅在建筑物内部，而且可与外部通讯系统联网； 3）所具有的信息通讯处理功能，应适应技术进步的要求，满足社会发展的需要； 4）由局部网络支持的高水平办公自动化系统；

5）将电力、空调、防灾、防盗、运输设备等构成综合系统，同时实现集中控制，因此，一方面要实现以建筑物最佳控制为中心的过程自动化，另一方面还要通过管理系统实现没备管理自动化； 6）智能系统在建筑物中的安装与管理具有良好的适应性。 此外，即使上述功能不完全具备，也须为未来的发展留有余地和扩展空间。

11.3.2智能建筑的特征 智能建筑的特征是：具有管理自动化、办公自动化和信息通讯系统。在一般的楼宇中，是根据用户的要求单独提供上述服务的。而智能建筑的服务可以综合为几个子系统。个别服务取决于大楼工程设计和结构，并预期平衡后组成一个子系统。而且，应该综合这些子系统的共享部分，以便它们能作为整个系统的部分互补。这样，就能有效地构成一个综合系统来满足大楼的各种复杂要求。这种服务特征系统化是智能建筑的一个重要特点。 由此可见，智能建筑通过使用高科技来满足用户的各种要求，具有安全、高效和便利等特点，可归结为综合信息工程开发的一种类型。

11.3.3智能建筑的功能 关于智能建筑的功能，着眼点不同，其功能也不尽相同。一是从建筑物内部工作环境方面考虑的功能，二是从居住人员接受服务方面考虑的功能，三是从建筑物设备方面考虑的功能。现从建筑物设备方面加以讨论。为使智能建筑做到舒适、高效、方便、适应、安全和可靠，建筑物应配置必要的机械设备。这些设备的功能如下：

1．自动化功能 近年兴建的高层楼宇，都有相当程度的自动化功能，例如空调控制、电力和照明控制、防灾和防盗自动化控制等。除此之外应特别考虑下列自动化功能： 1）自动运行控制。包括空调设备、照明设备、电力设备、备用电源等最佳运行控制，还包括卫生设备在内的各系统的节省劳力、节约能源和资源、高效运行自动控制。

2）安全性。设置火灾、地震等检测和报警系统，避难疏散诱导系统，防排烟系统统、防盗系统、人住管理系统、防窃听系统等等。 3）检测与计量。包括对电力、供水、供热等设施的检测、计量和计费等。 4）运输设施的高效运行功能。 此外，根据建筑物的用途，还应具有停车场管理、客户管理和建筑群管理等方面的功能。

2．远程通讯功能 随着计算机、数字交换机等信息交换技术和光缆、微波通讯技术的发展，智能建筑应有高度的信息处理功能，还应与外部通讯系统联网，具有高度的信息通讯能力。 1）外部通讯处理。除了原有的通讯线路之外，还有通过同轴电缆、光缆等与外部相连的有线系统，以及微波通讯、卫星通讯和广播等无线系统；利用大楼内设置的数字交换机、计算机等信息处理设施进行内外信息通讯。

2）大楼内的信息通讯。通过同轴电缆、光缆等信息通讯线路，将建筑物内的终端机之间以及与数字交换机、计算机之间有机地连接起来，建立起高度的信息通讯功能。用户只要把终端机接到信息网络点上就可利用通讯功能了。 3）终端设施。包括设置电视电话、电子显示屏等信息设施和电子邮件、电视会议等公用设施所需要的终端设备。

3．办公自动化功能 在办公自动化方面，进展最为显著的是办公用计算机、个人计算机、文字处理机、传真机、复印机等。还没置主计算机和局部网络(LAN)等信息通讯网络，将各个工作站有机地连接起来，以进一步提高方便性、可靠性和工作效率。 办公自动化主要功能如下： 1）中央处理室。设置主计算机，建立起各种数据处理、语言处理、图像处理、电子档案、信息检索等功能。 2）工作站。通过数字处理机、个人计算机、文字处理机和其他办公自动化机器，实现终端工作功能。

4．支持系统 为了确保上述功能的有效，还应有以下必要的支持系统： 1）确保对办公自动化设备、通讯设备的供电，应使供电系统有足够的容量。保证电源质量、线路可靠，并设置备用电源。 2）确保机器相互之间的信息传递线路畅通无阻。信息传递线路要与信息量相符。

3）确保办公环境舒适。照明要满足办公的要求；设置空调设备；采取防止噪声和振动的措施；选用舒适的室内装修和家具，合理的平面布置；具备必要的休闲娱乐设施等。 4）确保安全。对防灾、防盗、抗震要采取必要的措施。 5）要为将来的发展留有余地。为办公、通讯、信息管理增加设备留有备用空间。

在过去的建筑中，通讯系统、办公自动化系统、建筑物综合管理系统是分别作为独立的系统进行设计的，而在智能建筑中，它们采用局部网络联合构成了综合的系统。例如，设置计算机、数字交换机；用局部网络LAN等通讯网络将各个终端器、各种设施连接起来；共享所积累的数据资源，传递和处理信息；用台式计算机、电视电话、建筑物管理控制装置、安全系统控制装置的接口实行标准化；相互进行信息交换。这样将各种功能的设备有机地结合起来的建筑，就是理想的智能建筑了。

由此，智能大厦是通过对建筑物的四个基本要素——结构、系统、服务和管理及其系统进行优化，从而提供一个投资合理、高效率的舒适、温馨、便利的工作环境。也就是说，智能大厦是运用计算机技术、通讯网络技术和自动化技术，将建筑物内的监控系统(防火、防盗、照明、空调等)、管理服务系统、通讯网络系统和办公自动化系统连接起来，由计算机主机进行统一管理和调控的建筑。它使办公大厦能够提供安全、舒适、方便的环境，高效、快速、优质的工作条件和全面自动化的综合监控管理。一座完整的智能大厦通常由BA(建筑自动化)、CA(通讯自动化)、OA(办公自动化)和SA(安全保卫自动化)组成。

BA(建筑自动化)是智能大厦的必备要素之一，如果没有BA，就不能称之为智能大厦。它主要是对现代化大厦中的所有机电和能源实现智能化管理。BA采用计算机软件对大厦的水、电、热力、空调及通气等系统进行检测、控制和管理，以达到舒适、安全、高效和节能的目的。实现BA能降低设备损耗，延长设备使用寿命，有效节约能源及减少管理人员，从而为智能大厦的主人创造直接的经济效益。

CA(通讯自动化)是指利用电信网络、电视网络、计算机网络提供大厦内外的一切语言和数据通信，并使大厦内各用户之间根据各自需要相互传递信息。 OA(办公自动化)是指利用计算机实现的办公自动化，按照业务需要加上相应软件、应用软件等，来完成文字处理、文档管理、电子票据、电子邮件、电子数据交换(EDl)等基本功能。此外，还应有电子黑板、会议电视等功能。

SA(安全保卫白动化)通常是指利用机电一体化的设备(诸如电子门锁、电视监控、门窗安全防盗系统等)，通过各种摄像头或光感探测器将所需讯号进行采集，经过图像处理器和显示系统处理后，通过中央控制系统进行识别，最后实施相应的操作(如对非法入侵采取启动录像、关闭出人口、通知保安人员等措施)。

11.3.4我国智能建筑的发展 我国从20世纪90年代起开始办公自动化和智能建筑的研究开发，一大批自动化水平较高的高层建筑相继建成。近几年来，在北京、上海、广州等大城市建成了数幢具有相当水平的智能建筑，如北京的京广中心、中国国际贸易中心、上海花园饭店、上海商城、广州的广东国际大厦等。智能建筑在我国的发展呈以下趋势： 1．我国政府高度重视，在科研、资金和政策方面积极地进行支持和引导，使智能建筑朝着工厂化和规范化方向发展。许多业主已把建筑设计中智能部分的设计列为基本要求之一。

2．采用高新技术，向系统集成化、综合化管理及智能小区方向发展。 3．据统计，智能建筑中智能系统投资的回收期为3年左右，远高于建筑的其他部分，我国有关部门正积极投入力量，开发相关的软硬件产品，使智能建筑使用便利，成本降低，其技术和产品已成为一个迅速成长的新兴产业。 4．由于用户对智能建筑功能要求有很大差异，智能建筑的设计也要分门别类，为了有针对性地设计出符合用户要求的多功能智能建筑，其功能正朝着多元化方向发展。

11.4建筑节能 11.4.1建筑节能的含义 1．建筑能耗含义 建筑所使用的建筑材料的生产制造要消耗能源，建筑的建造施工过程有消耗能源，建筑在使用过程中更要消耗能源，建筑物从建设到使用都离不开能源，能源是建筑建设和使用全过程不可缺少的、最重要的物质基础。

建筑能耗有两种定义方法:一种是广义建筑能耗，是指建筑材料生产制造，建筑物建设施工，一直到建筑物使用全过程包括报废拆除过程中所消耗的能源；一种是狭义建筑能耗或称建筑使用能耗，是指建筑物在使用过程中所消耗的能源，包括照明、采暖、空调、降温、电梯、热水供应，炊事、家用电器以及办公设备等所消耗的能源。广义建筑能耗，既包括建筑材料的生产和建筑施工的能耗，又包括建筑使用能耗，范围过宽，跨越了工业生产和民用生活等不同的领域，国际上通常所谓的建筑能耗指的是狭义建筑能耗，即建筑使用能耗，与工业农业交通运输业的能耗并列，也称为民生能耗。我国现在一般所谓的建筑能耗，已与发达国家的认识和统计口径相一致，指建筑使用能耗，即狭义建筑能耗。

2．建筑节能的含义 建筑节能的研究与开发从上世纪七十年代至今已经历了三个阶段。简言之，二十世纪七十年代提出的建筑节能，其本质内涵仅仅着重于通过能源节约以降低资金投入，是最浅层次的建筑节能概念。二十世纪八十年代中后期提出建筑节能己经将其升华至节约资源的高度，是基于资源有限论的理论框架而得来的。以资源有限论为理论依据的建筑节能己经较好地把建筑耗能同人类赖以生存的自然资源密切结合起来，是建筑节能的第二阶段。

二十世纪九十年代重提建筑节能，则把建筑耗能与自然生态和人类社会的可持续发展结合起来，是最具积极意义的节能概念。此概念的要义在于，人类社会要发展，能源则是其发展的动力之源，也就是说人类社会必须以耗能作为其发展支撑平台。这种最具科学意义的建筑节能概念并非不要消耗能源，而是需要大大提高能源的利用效率 (即为居住者所提供卫生舒适的居住条件与所消耗的能源量之比)，大幅度减少对环境的污染，减少温室气体的排放，这实际上也就是 “生态建筑”、“绿色建筑”的重要内涵。 就建筑节能的整体框架思想而言，建筑节能应是指在建筑的全寿命周期内(尤其是在其运行使用期间)，尽量减少宝贵的稀缺的常规能源的消耗量。

11.4.2我国建筑节能工作 我国的建筑节能工作始于1986年颁布的《北方地区居住建筑节能设计标 准》，节能目标是30％；1996年将这一节能目标提高到50％；2000年《建筑节能管理办法》颁布；2002年夏热冬冷地区(过渡地区)的建筑节能规划出台；2004年夏热冬暖地区(南方地区)的建筑节能标准颁布。2005年《公共建筑节能设计标准》颁布。 多年来，我国开展了相当规模的建筑节能工作，也取得了一定成绩。但是，目前我国的建筑节能工作受传统观念等诸多因素影响，实施起来还存在许多困难和问题，建筑节能发展缓慢。究其原因主要有以下几个方面：

1）建筑节能开发建设成本高； 2）开发商追求的是以最小的投资换取最大的空间利益； 3）建筑设计从围护的结构、设计的角度、施工的角度、计算达到的系数等要比一般普通建筑复杂； 4）政府考虑的是GDP在全国所占的位置， 对建筑节能工作的重要性和紧迫性认识不足； 5）建筑节能的建筑材料、工艺技术还没有形成体系； 6）国家对建筑节能的规范还没有列入强制执行的范畴；

7） 国家及地方缺乏对建筑节能的实质性经济鼓励政策，建筑节能缺乏必要的资金支持。 我国又是一个人均资源相对贫乏的国家，建筑能耗占全国总能耗的1/4以上，而且能源利用效率很低，单位建筑能耗比同等气候条件下国家高出 2-3倍。现在我国国民经济正处于一个高速发展时期，建筑规模十分巨大，能源发展和建筑节能面临的形势是相当严峻的。建筑节能直接关系到国家资源战略、可持续发展和环境保护，是建筑业一项重要、紧迫而又艰苦的任务，值得全社会重视。

11.4.3建筑节能的实施途径 1．从源头上采取措施提高能源利用效率 多年以来，我国建筑业的发展极大地改善了城乡人民的生活和工作条件，其成就是十分巨大的。但是，与发达国家相比，我们就不得不痛苦地反省，追求建房的数量和面积，不顾能源浪费，不谈对大气污染，实际上是以牺牲资源和破坏环境为代价。这就要求我们从源头上加强对建筑的审批，严格做到不该建的不建，不该批的不批。

2．加强建筑设计与构造的节能措施 1)选择建筑表面积小的住宅外形。表面积越小则建筑热损失亦越小。 2)合适的窗面积及方位。为了充分利用太阳辐射热和有利于夏季的通风，把南侧窗设计大些，北侧窗设计小些。 3)调整日照。在南面窗户上做遮阳板或种植树木挡住日照，可减缓夏季的酷热。 4)平面规划。在建筑周围植树，挡寒挡风挡尘等。 5)防止缝隙进风。防止门窗缝隙的冷风渗透，加以密封。

6)使用绝热材料。对地板、墙、顶棚以及屋顶进行绝热，以减少围护结构四周的传热系数，从而可有效地减少住宅的供暖、供冷的负荷量。 3．采用新型能源 采用地热、风能、生物能、海洋能、太阳能等可再生能源，减少资源的消耗。 4．采用节能产品 使用符合国家能效标准要求的节能产品，能有效地降低建筑物能耗。依据《民用建筑节能管理规定》第四条规定，国家鼓励发展下列建筑节能技术(产品)：

1）新型节能墙体和屋面保温、隔热技术与材料； 2）节能门窗的保温隔热和密闭技术 ； 3）集中供热和热、电、冷联产联供技术； 4）供热采暖系统温度调控和分户计量技术与装置； 5）太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备； 6）建筑照明节能与产品； 7）空调制冷节能技术与产品； 8）其他技术成熟、效果显著的节能技术和节能管理技术。

建筑节能是利国利民的大事，也是一项复杂困难的工作，我们和发达国家相比有很大的差距，在许多方面还有待于进一步研究发展。未来节能建筑需要发展的重点领域如下：研究新型低能耗的围护结构(包括墙体、门窗、屋面)体系成套节能技术及产品；新型能源的开发利能源的综合利用，包括太阳能、地下能源开发利用和能源综合利用；室内环境控制成套节能技术的研究和设计开发；利用计算机模拟仿真技术分析制冷技术，特别是围护结构和采暖空调系统改造；建筑物室内温度和湿度控制技术和冷热量计量收费技术及产品。