建筑智能环境 建筑智能环境学

建筑智能环境学是建筑电气与智能化专业的核心课程，它系统研究如何通过现代技术手段创造舒适、健康、节能的建筑环境。这门学科融合了建筑学、环境科学、信息技术和自动化控制等多个领域的知识，代表了建筑行业未来的发展方向。

建筑智能环境学概述

建筑智能环境学是一门跨学科的综合性学科，主要研究如何通过智能化手段优化建筑内外环境。它建立在传统建筑环境学基础上，引入了物联网、大数据、人工智能等现代技术，使建筑环境能够"感知-分析-响应"使用者的需求变化。

这门学科的核心任务是使学生建立建筑智能环境的概念，掌握创建建筑智能环境的原理和方法，以及应用系统理论和系统工程方法分析、设计和评价建筑智能环境系统。课程通常包括建筑智能环境的概念、要素、理论基础，以及应用控制理论、信息理论和系统理论创建、分析和评价建筑智能环境的原理与方法。

建筑智能环境学特别强调人与建筑环境的相互关系，研究建筑环境对人的生理、心理和行为的影响，理解人对建筑环境在各个方面的要求，并掌握各种影响因素在创造舒适、健康、环保、节能的室内环境时所起的作用及其综合效应。通过这门学科的学习，学生能够掌握必备的建筑环境控制与设计技术的理论与知识，为今后从事相关科研工作打好理论基础。

关键技术组成

建筑智能环境系统依赖于多项前沿技术的协同工作，这些技术共同构成了智能建筑的核心支撑体系。

物联网(IoT)技术是建筑智能环境的基础，通过在建筑物中部署大量的温度、湿度、光照、空气质量等传感器，实现对环境参数的实时监测和数据采集。这些数据被传输到中央控制系统，为智能化决策提供依据。现代智能建筑中的物联网设备已经能够实现从简单的数据采集到复杂的交互功能，例如新加坡首都大厦就采用了运动探测器控制电梯、大堂及厕所的能源使用，显著提高了能效。

建筑自动化系统(BAS)包括对暖通空调、照明、电梯、给排水等设备的自动化控制。这些系统根据预设的规则和算法，实现设备的优化运行，提高能源效率和设备可靠性。澳大利亚新市民中心办公室就利用地下热室和地板下的通风系统，从外部吸收新鲜空气，通过地球自然冷却或加热后重新分配回建筑物，大大降低了能源消耗。

智能照明系统能够根据环境光线和人员活动情况自动调节亮度和开关。同济大学研发的LED照明控制系统已应用于世博园、上海中心等标志性建筑，通过主动式LED照明控制模式弥补天然光随昼夜、天气和季节变化的不稳定性，提升了室内空间照明质量。

能源管理系统对建筑物的能源消耗进行实时监测和分析，制定节能策略。杜克能源中心每年可以重复利用大约1000万加仑的水，包括地下水、雨水和暖通冷凝水，满足了冷却塔80%的用水需求和大楼100%的灌溉需求，是能源管理的典范。

核心研究领域

建筑智能环境学涵盖多个专业研究领域，每个领域都针对建筑环境的特定方面进行深入。

在建筑热环境方向，研究包括智能环境控制与能效提升、建筑热物理与空气污染物控制、冷热源设备快速仿真研发、多能互补综合智慧能源系统仿真技术等。这些研究致力于解决建筑环境中温度调节、能源效率等核心问题，例如通过建筑围护结构优化和保温隔热技术降低能耗。

建筑空气环境研究聚焦于室内空气质量控制和通风技术。包括空气过滤材料及机理研究、空气过滤器性能测试评价方法及标准研究、室内颗粒物控制策略研究等，开发适用于不同应用场景的空气过滤装置与系统。这些技术对于手术室、集成电路生产车间等严苛工作环境的形成至关重要，甚至应用于神舟飞船、天宫空间站等特殊环境中。

建筑光环境研究涉及照明质量、视觉舒适度和节能技术。同济大学团队在建筑照明及智能化方向开展了深入研究，其研发的智能调控光环境技术已在智慧教室升级改造中成功应用，能够提升室内空间照明质量。智能照明系统不仅考虑照度需求，还能根据人体昼夜节律调节色温，创造更健康的光环境。

建筑声环境研究关注噪声控制和音质设计。通过声压级换算和声学材料应用，创造符合不同功能需求的声学环境，如教室需要良好的语言清晰度，音乐厅则需要精确的混响时间控制。现代智能建筑通过主动噪声控制技术，能够动态调节室内声环境，提高使用者的舒适度。

专业课程体系

建筑智能环境学作为一门系统学科，有着完整的课程体系支撑专业人才培养。

基础理论课程包括工程热力学、流体力学和传热学，它们是理解建筑物理环境的基石。工程热力学研究热力学原理在工程领域的应用，如动力机械、制冷与空调等领域；流体力学研究流体运动规律及其应用，如流体输送、水力计算等；传热学则研究热量传递规律及其应用，如建筑供暖、通风、制冷等。

专业核心课程中，建筑环境学研究建筑内外的环境变化及其对人体舒适度的影响，如室内空气质量、室内温湿度控制等。建筑能源技术研究建筑能源的合理利用和技术创新，包括节能技术、可再生能源利用等。这些课程帮助学生掌握建筑环境控制的基本原理和方法。

实践应用课程则更加注重技术集成和系统设计。建筑设备自动化控制课程教授如何实现建筑设备的智能化管理；室内环境净化调节课程则专注于空气品质控制技术。山东建筑大学的建筑环境与能源应用工程专业还通过现场系统及设备的认识学习，培养学生绘制控制原理图、确定控制回路等实践能力。

智能建筑环境学的课程通常为4学分，总学时72小时，涵盖从基础理论到实际应用的完整知识体系。通过系统学习，学生能够掌握物联网网络架构及中央空调智能调控基本控制方法，为未来从事智能建筑行业打下坚实基础。

应用领域与典型案例

建筑智能环境技术在各类建筑中都有广泛应用，创造了众多成功案例。

在商业办公领域，智能建筑技术能显著提高空间舒适度和运营效率。新加坡首都大厦这座52层的办公楼因其建筑和设计以及能源和水资源效率而荣获绿色标志白金奖。它采用空调单元中的能量回收轮系统回收冷空气，双层玻璃窗户减少热量透过，是商业建筑智能化的典范。智能电梯系统可以根据人员流量自动调整运行模式，减少等待时间；智能会议室系统能够实现设备的自动控制和会议资源的高效管理。

医疗建筑中的智能环境对医疗服务质量和患者安全至关重要。智能病房系统可以实时监测患者的生命体征，智能导诊系统能够帮助患者快速找到就诊科室。特别是手术室等特殊环境，需要精确控制温度、湿度、洁净度和气流组织，这些都依赖于先进的建筑智能环境技术。

教育建筑通过智能技术创造良好的学习环境。智能教室系统可以根据教学需求自动调整灯光、音响等设备，智能校园管理系统能够实现对学生和教职工的精细化管理。同济大学已在一期智慧教室0平方升级改造中成功应用LED照明智能调控技术，目前正在推进二期建设。

住宅建筑的智能化提升了居住品质和安全。智能门禁系统可以识别业主身份，自动开启大门；智能家居系统让居民可以远程控制家电设备和监控家庭状况。现代智能住宅还能学习居住者的生活习惯，自动调节室内环境参数，实现真正的个性化服务。

值得关注的是，一些创新型建筑将智能环境技术推向新高度。MIT媒体实验室Neri Oxman教授提出的"材料生态学"概念，将自然视为建筑实践的唯一客户，强调建筑与整个自然生态的关系。她通过3D打印玻璃重新定义建筑中的能源收集方式，建筑和方面的创新。这种将生物学灵感与智能技术结合的方法，代表了建筑智能环境学的未来发展方向。

职业发展与研究方向

建筑智能环境领域为专业人才提供了广阔的职业发展空间和多元化的研究方向。

在就业方向上，毕业生可成为建筑能源工程师，负责设计、优化和运行建筑能源系统，如供暖、通风、空调等系统。也可以在施工单位从事采暖通风、空调净化、冷热源供热燃气等方面的规划设计、研制研发工作，或是施工安装、运行管理及系统保障工作。多数毕业生进入施工单位，也有部分进入设计院、科研院所或设备制造企业。

对于希望深造的研究者，智能建造专业提供了多个考研方向。建筑智能化技术主要研究建筑设备的自动化控制、智能化管理；数字设计与仿真技术包括数字化建筑设计、仿真技术、虚拟现实技术等研究；机器人应用与智能化施工聚焦机器人技术、智能化施工设备等；绿色建筑与智能维护则研究绿色建筑设计、智能建筑维护管理等。

国内多所高校在智能建造领域具有优势，如清华大学的建筑学院在智能建造领域声誉卓著；华中科技大学的智能建造专业国内领先；哈尔滨工业大学侧重机器人应用与智能化施工；东南大学注重数字设计与仿真技术；天津大学则涵盖建筑智能化技术、绿色建筑与智能维护等多个方向。这些院校为建筑智能环境领域培养了大量高素质人才。

研究热点包括智能环境控制与能效提升、建筑热物理与空气污染物控制、冷热源设备快速仿真研发、多能互补综合智慧能源系统仿真技术等。同济大学团队在这些领域取得了显著成果，获省部级科学技术奖5项，出版专著和教材18部，发表论文100余篇，主(参)编国家标准4部，行业、地方及协会标准20余部。

随着"东数西算"等国家工程的推进，以及制冷空调行业(其产值一直高于计算机行业)的发展，建筑智能环境领域的专业人才需求将持续增长。未来，这一领域将更加注重人工智能、大数据技术与传统建筑环境控制的融合，创造更加智慧、可持续的建筑环境解决方案。