智能建筑可为建设更环保的未来提供实践依据

用于展示“未来建筑”的世界博览会曾经是全世界一年一度的盛事。世界各地的人们聚集在未来派风格的各国场馆中，惊叹之余还思考一个问题：未来的建筑究竟会给人们带来什么。

今天，人们对环境的关注已经不亚于对建筑进步的渴望。在过去，建筑行业的领导者的目标是太空针塔（Space Needles）和形状像飞碟的观望塔。但现在为了有一个更好的宏观愿景，他们现在把事情想得更为细致，并把目光转到了创新方面：如何让建筑物更加环保，如何让建筑物更能满足住户的需求。

全球领先的高性能绝缘和建筑围护材料公司Kingspan进行的行业研究证实了这种思维变革的必要性。该研究表明，建筑物的建造和运营占全球能源消耗的36％。该研究还表明，施工建设行业的二氧化碳排放量占与能源相关的全球排放量（包括上游发电）的39％，废料产生量约占全球填埋垃圾的30％。

关注环境

这项研究为Kingspan的全球创新中心IKON的设计和施工建设提供了宝贵的信息。IKON建成于2019年，坐落于都柏林北边卡文郡美丽的湖泊与河流之间。Kingspan对该中心的投资达到1千万欧元（约合人民币8千万元），体现了该集团对绿色未来的承诺。该中心就像一项“生活实验”，为工程师提供了一个完美的真实环境，可用来测量新材料的节能性能。

“IKON的最初想法是将先进材料的研究与数字技术结合在一起，” Kingspan的创新主管Mike Stenson说。“不过在操作的过程中，我们意识到我们从一开始就可以建造一栋既是数字化同时又具可持续性的建筑。”

他接着说道：“我们在整个IKON中心安装了很多传感器，这样我们就能够对中心的能耗进行测量。我们还利用自然采光、雨水、太阳能电池板和其他元素来创建一个基于可持续实践的工作空间。”

从长计议可持续发展的前景

Kingspan的10年使命是将可持续发展作为重点，将可再生能源的直接利用率提高到60％。实际上，该公司的宏伟目标是到2030年的时候实现净零碳生产。

“建筑业是一个碳密集型产业，” Kingspan的全球可持续发展负责人Bianca Wong补充说。“作为一名制造商，我们都有责任解决这个问题。IKON的经验将帮助我们持守并实现我们对净零碳的承诺。最终，这些经验将支持我们的客户在其建筑物中兑现净零碳的承诺。”

IKON本身就是使用回收（和可回收）材料建造的。在设计阶段，还在建筑物的能源建模上做了大量工作。“例如，屋顶上的太阳能电池板产生的电力足以满足建筑物35％的能源需求，”Stenson说。“停车场为电动汽车设有充电站。我们甚至还建立了雨水回收系统，用于厕所和卫生设施。”

沿用这个思路，该建筑物的隔热材料就是用可回收的塑料瓶制成的。该公司现在计划每年回收3至4亿个塑料瓶。

数字化带来的启发

该中心同时也是Kingspan数字团队的所在地。该团队负责研究公司如何使产品更加智能化，为工业4.0做准备，并在建造新的建筑方面坚持“模型优先”。

对于团队而言，IKON提供了一个完美的环境，可以询问一些建筑方面的重大问题：增强现实、虚拟现实和物联网（IoT）将在建筑管理中发挥什么作用？人工智能和大数据又将如何改变建筑设计？

Kingspan通过与技术伙伴合作及自身的研究，努力让IKON成为世界上第一个5级成熟度的数字孪生建筑。借助像欧特克的Forge这样的技术，Kingspan使用物联网设备和摄像机在IKON丰富的三维 BIM（建筑信息模型）数据的背景下对建筑性能进行可视化，从而创建一种具有“占用意识”的建筑。

以数据为驱动的施工建设

Kingspan的BIM战略负责人Brian Glancy说：“比如，我们可以匿名收集与人员、行为模式和一天中的时间紧密相关的数据。通过这种方式，我们便能够更好地实现针对性能环境的性能产品的想法。通过让建筑物满足居住者的行为，我们已经取得了良好的收效，比如，隔热性能的改善使我们获取了更多的空间。”

Glancy表示，更好地掌握建筑数据还意味着暖通空调和卫生设施等系统可以更加人性化，更能满足住户活动的需要。为此，IKON采用了欧特克的计算机视觉系统。该系统从设计的一开始就考虑到了匿名的问题，直接解决了在类似解决方案中人们所担心的对数据使用的问题。该系统仍在研发过程中，但Kingspan的团队已使用它来准确检测匿名住户的运动方式（表现为骨架可视化）以用于行为分析。

通过将人类活动转化为数据，并根据诸如房间或地板的能源消耗或人们在社交中如何占据空间等指标进行分析，Kingspan希望能够帮助建筑业创建更好的居住者模拟模型。这些做法可以为创建更为节能的建筑提供有用信息，让舒适、健康和效能的程度达到最佳。

会学习的建筑物

Kingspan的Stenson认为，IKON对数据的创造性使用、对绿色材料的选择以及生活实验室的结构将在未来几年继续推动公司和行业的创新。

该小组的研究表明，总有一天，建筑物能利用机器学习的算法对居住者行为和环境数据做出主动的回应。现代且互联的建筑物子系统既能为居住者保持良好的舒适感和效能，同时又能最大程度地减少能源的消耗。

Kingspan通过与技术伙伴合作及自身的研究，努力让IKON成为世界上第一个5级成熟度的数字孪生建筑。Kingspan供图。

IKON的内部图。Kingspan团队希望，将来通过匿名方式对居住者的移动进行探测将能够为创建更智能、更节能的建筑提供信息。Kingspan供图。

IKON对数据的使用也可以促进建筑业对循环经济的贡献。通过获取超详细的建筑数据，公司在拆除或翻新房屋时将确切知道已使用了哪些材料和组件以及它们的具体安装位置。这些信息可将拆迁工地变成资源而不是废物源，从而使物料的回收更加容易。

“IKON允许我们在实际环境中试用建造和设计软件，探索像太阳能领域的新方向，并改善访问控制机制，而所有这些工作都可通过数据完成，”Stenson说。“不过，我觉得我们的工作才刚刚开始，接下来还有很长的路要摸索。”