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摘要：智能化、智能建筑（詞條“智能建筑”由行業大百科提供）、物聯網、采用機器人、5G+人工智能對鋁門窗（詞條“門窗”由行業大百科提供）、幕墻行業中應用越來越廣泛。本文闡述了智能幕墻的發展以及我國目前智能幕墻存在的問題。
一、建筑智能化系統的發展
新型智慧城市是建設數字中國、智慧社會的核心載體。我國新型智慧城市已經進入以人為本、成效導向、統籌集約、協同創新的新發展階段。新型智慧城市的建設重點，圍繞頂層設計、體制機制、智能基礎設施、智能運行中樞、智慧生活、智慧生產、智慧治理、智慧生態、技術創新與標準體系和安全保障體系等十大核心要素，深入分析研究了我國新型智慧城市發展態勢、行業熱點和重大進展。
圖1.新型智慧城市建設重點的10大核心要素
1、人工智能的發展
目前，5G 正在闊步前行，它將以全新的網絡架構，提供至少 10 倍于 4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯、人機深度交互的新時代。
人工智能是第四次工業革命的重要推動技術，是經濟發展新引擎。
近幾年，人工智能發展迅速,各科技強國紛紛制定相關發展政策，科技、制造等業界巨頭公司深入布局，人工智能產業規模逐漸擴大。
圖2.5G 和人工智能相互賦能
在信息社會中,人們對于現代建筑的概念也在發生變化,傳統建筑提供的服務已遠遠不能滿足現代社會和工作環境等方面的要求。智能建筑(Intelligent Building),以下簡單稱IB出現,使得一幢幢高樓就變成了一個小社會,其內部有眾多小公司,各種商業的生活行為要求數以兆計的信息和控制指令進出整座大廈。IB把建筑物的結構、系統、服務和管理等基本要素以及它們之間內在聯系進行優化組合,從而提供一個投資合理、高效、舒適、便利的環境。1984年,美國康涅狄格州的哈特福市將一幢舊金融大廈進行了改造,建成了稱之為(City Place)的大廈,從此誕生了世界公認的第一座智能大廈,它是時代發展和國際競爭的產物。為了適應信息時代要求,各高科技公司紛紛建成或改造具有高科技裝備的高科技大廈(Hi-Tech.Buiding),如美國國家安全局和五角大樓等。據有關估測,美國的智能大廈將超萬幢,日本和泰國新建大廈中的60%為智能大廈,中國的第一座智能大廈被認為是北京的發展大廈。此后,相繼建成了一批智能大廈,如深圳的地王大廈、北京西客站等。智能建筑最近幾年在我國發展很快,許多公共設施、高層建筑（詞條“高層建筑”由行業大百科提供）,甚至住宅小區都要求智能化,智能建筑熱潮已經來臨。
新型智慧城市發展重心逐漸從整體謀劃、全面建設向營造優質環境、設計長效可持續發展機制轉變，全面創新組織管理、建設運營、互動參與等機制。新型智慧城市更強調云網端融合的新型智能設施泛在部署，更強化數據智能、信息模型等共性賦能支撐和平臺整合，更注重實現數據驅動、“三融五跨”的智慧生產、智慧生活、智慧生態、智能治理等應用服務發展。
2、5G 網絡為人工智能的引入幕墻技術提供基礎
在 3G/4G 時代，設備連接服務和數據傳送服務的處理都需要經過核心網協調和處理，服務能力通常都部署在外部云平臺中，這三種基本服務通常都需要遠距離訪問，容易造成核心網壓力大，靈活性不足和服務效率不高等問題。在5G 時代，人與人、人與物、以及物與物之間建立萬物互聯，這些連接都將產生海量數據。
圖3.智能家居（詞條“智能家居”由行業大百科提供）控制系統
在2019年慕尼黑國際建筑展覽中展出的數碼創意、服務和產品，包括建筑地盤和建筑地盤物流，以至樓宇規劃、樓宇維修、翻新/現代化和建筑材料循環再造等建筑業的數字化正在取得進展，與此同時，在規劃、建造和翻新建筑物方面也出現了新的動力、新的想法和方法。特別是，“智能家居”的主題確保了建筑智能的產品變得更加數字化，而且它們之間的聯網也在增加。從空調、暖氣、遮陽和燈光到接入系統，一切都是相互聯系和交流信息的。
二、智能化鋁門窗行業應用
(一)未來鋁門窗、幕墻設計將是智能化的。我們的居住空間，提供更多的舒適和設計卓越產品。下面就是一些智能門窗新技術的應用。(圖4)
圖4.智能門窗技術
1、新一代隱蔽機電一體化配件的重點是最小化噪音的產生，以及最大的開放寬度，旭格簡單智能化手動/自動一體變速箱能小巧體積，隱蔽執行機構技術的配件在窗體內。創新的新一代芯片配件不僅提供了市場上最安靜的全集成執行器，而且還提供了一個完整的測試系統，包括執行器、配件和輪廓系統--所有這些都來自一個單一的來源，對于產品的使用過程、報修及損壞，有預警監控。基于無線電的開啟和關閉監測，以可靠地概述已安裝機組的狀態能量自給自足，無線，可隱藏在窗口回扣內。
2、音頻/視頻門通信，具有方便、安全的訪問控制。(圖5)
圖5.樓宇自動化
3、隨時跟蹤所有的事情：集成高清攝像頭、紅外線發光二極管和出入控制確保入口區域始終可見和安全--無論何時何地。指紋控制、刷臉控制系統，綜合樓宇管控和遠程系統監控等系統都是未來智能化門窗的發展方向，也逐漸被人們接受和使用。
4、最大舒適度和最新技術：完全可以通過設定的應用程序來操作和配置IOS和Android。
6、具有24/7接收的全球可用性：傳輸自動調整以適應區域網絡條件。
7、為所有單位建立一個系統：一體化、控制和監測機電一體化專用單元的綜合平臺。
8、多種開放界面：可以集成在開放式樓宇管理系統(如KNX或BACNT)中，并連接到外部智能家居系統(如AmazonAlexa)。
9、最大的方便：使用專業應用程序，您可以激活自動功能，如夜間冷卻、空氣質量傳感器、運動感應器或靜音模式時間。
10、系統安裝在外部框架中，用于側邊的導軌--在外半輪廓中--確保纖細線條的框架外觀。
11、高度風穩可達25米/秒(博福特級為9至10級)，有降噪系統：窗開100-200mm,可以消除室外噪音和順暢通風系統。(圖6)
圖6.高度風隱降噪系統
(二)智能門窗的一些新產品應用案例介紹：
1、智能化電動開啟窗
新一代隱藏式機電一體化配件，其重點是將噪音降至最低，并最大限度地擴大開口寬度。(圖7)
圖7.智能電動開啟窗
為隱蔽性執行器技術制定了新的標準。這種創新的新一代配件不僅提供了市場上最安靜的全集成執行器，而且還提供了一個完整的測試系統，包括執行器、配件和輪廓系統--所有這些都來自一個單一的來源。進一步的創新包括最大的開放寬度和可能的單位尺寸，這使得SchuecoTiptronicSimplySmart可以在幾乎所有的SchuECO窗口系列中使用不同的打開類型。
集成到樓宇自動化中，極其流暢的機電一體化配件生產滿足了商業項目和住宅物業(如房間通風、排煙、自然夜間冷卻或防盜)對能源效率、舒適性和安全性的各種要求。
SchuecoTiptronicSimplySmart也允許個人操作，這意味著幾乎任何愿望都可以滿足。除了通過手柄或壁掛式開關進行手動操作外，還可以使用平板和智能手機等移動終端設備。一個完美的解決方案的窗戶或困難，是很難或不可能達到。
優點如下：
(1)、節能
具有節能功能的廣泛應用：如縫隙通風、定時通風和夜間冷卻。
電源管理功能：最多可有30個窗口單元使用一個電源包。
通風口寬度高達800毫米，用于非常有效的通風。
(2)、設計
所有部件的完全隱蔽的安裝-也是為了一個活動的功能
盡可能窄的窗口大小，以適應當前的體系結構趨勢
(3)、自動化
通過倒轉極性的窗口控制以及旭格控制組件：簡單可靠的窗口調試
綜合自動化窗口功能的旭格控制：例如通風或關閉監測
(4)、安防
防盜能力：系統測試達到安全等級RC 2(WK2)
反指陷阱軟件確保防手指陷阱保護等級2;安全等級4可能與可選的系統傳感器聯動。
功能性模塊：
有線電動開啟系統(有線開關近距離點控)
無線電動開啟系統(太陽能系統支撐電動開啟)
智能窗系統局控、中央控制、風雨感應、近距離遙控
消防自動排煙窗系統(應急電源、煙火感應自動開啟排煙窗)
應用于場館、廠房、飛機場、火車站、地鐵、寫字樓、商廈、超高建筑的以下場景
人手無法觸及到的窗戶開啟
人手開啟費力的超大、超重型的窗戶
有火警時能自動開啟的消防排煙窗口對開關窗實行自動化管理和樓宇自控
防止雨水侵襲
防盜門窗系統開啟
2、智能化電動遮陽百葉系統
電動開啟窗在工作狀態下提供足夠的機械鎖定力，以滿足外墻整體結構性、氣密性及水密性（詞條“水密性”由行業大百科提供）要求。(圖8)
圖8 電動開啟窗
電動開啟窗作為建筑物消防排煙機構的組成部分，推窗器及其相關產品還應獲得當地消防部門認可的產品，并且獲得中國3C認證。
排煙窗推窗器可采用鏈條式或推桿(具體由建筑師確認，但報價不調整)直流電機產品，316級不銹鋼產品或帶粉末噴涂油漆的鋅鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）外殼，顏色與鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業大百科提供）一致。
每個開啟窗設置2 套鏈條式或推桿(具體由建筑師確認，但報價不調整)開窗器(附帶同步控制系統，滿足防火消防聯動)，包括電氣控制系統及布線均屬于分包商范圍，推窗器技術要求如下：
a) 電壓：DC 12/24V
b) 每個推拉力: 不低于600N;鎖緊力: 3000 N
c) 行程: 滿足開啟70 度以上要求
d) 過載保護形式:限位開關
e) 運行速度: 12 mm/s
f) 防護等級:不低于 IP 54
g) 工作溫度范圍: -10 °C to +75 °C
h) 使用壽命：大于10000 次(推拉為一個循環次)
3、智能化門窗設計加工
從專業門窗系統公司采用 ATHENA、SchüCAD Next等幕墻金屬制造AUTOCAD軟件獲得
非常方便用戶：快速可靠地獲得結果。
理想的靈活數據交換接口
最新的數據確保了可靠的施工。
1、可以得到以下結果：
通過雙擊進行直觀的改變
已包含在文章庫中的關鍵標準件6萬多個三維配件
自安裝、自動標尺、自動生成加工圖和材料單等更新節省時間
2、靈活數據交換
單位
設計
圖紙
3、安全設計
集成在線更新確保文章數據始終是最新的。
為所有產品設立一個聯系人
包括電話支援
4、旭格幕墻設計軟件使用功能
協同，隨時隨地查看項目和指導公司資源。
集中管理項目文件
無縫地計劃和跟蹤工作負載。
以可追溯文件的方式提出的反索賠要求
5、整個項目以單元為導向的建筑管理
將所有項目組件相互連接
安全管理流程中斷
現場實時呼叫狀態報告
6、直接在建筑工地進行直觀的項目處理
用戶友好：學習如何在很短的時間內使用它。
每天的施工報告可以在幾秒鐘內創建。
信息優勢保證項目高質量。
(三)、智能化在建筑幕墻上的應用：
根據智能幕墻功能有：智能通風系統、智能防盜系統、智能亮化系統、智能遮陽系統、智能排煙系統、智能采光系統、智能光伏、智能光熱、智能維護系統等。
1. 智能建筑幕墻的概念
所謂智能建筑就是采用計算機技術和通訊技術對建筑的設備進行自動監控,對信息資源進行管理和為用戶提供信息服務等。幕墻作為建筑的一個子專業，對幕墻的空間臺賬管理以及幕墻設備運行、運維管理，適應上級平臺需要。
2、建筑幕墻及門窗功能運作自動化。
大型建筑幕墻的運作包含有多種功能系統,如水、電、熱力、空調、通訊等等。如門窗遇到大風大雨，會自動關閉;遇到火警會及時報警自動噴淋并通知進行消防救援;遇到空氣環境未達到人們的舒適環境，會自動調節凈化換氣設備;自動進行園林灌溉系統，而這些對一座建筑幕墻來說要實現自動控制就十分復雜。所以智能的概念是替人來做出最佳方案并完成其運行。充分運用大數據等技術，加強對幕墻風險的跟蹤預警，在氣象、外來沖擊力、材料品質監管等領域探索遠程監管、移動監管、預警防控，為提升智慧城市市場監管服務效能、打造健康有序的消費環境和營商環境提供有力支撐。
3、光伏發電系統（詞條“光伏發電系統”由行業大百科提供）
光伏發電是新能源和可再生能源的重要組成部分,太陽能光伏發電的能量轉換器是太陽能電池。當太陽光照射到太陽能電池上時,電池吸收光能,產生光生——空穴對。在電池內電場作用下,光生電子和空穴被分離,電池兩端出現異號電荷的集累,即產生“光生電壓”。(圖9)
圖9 光伏發電
(1)陽能光伏發電系統的組成。
(1)控制器。
控制器是光伏發電系統的核心部件之一,根據系統功率、電壓、方陣路數、蓄電池組數和用戶的特殊要求確定控制器的類型,一般必須具備的功能有:①信號檢測。②蓄電池最優充電控制。③蓄電池放電管理。④設備保護。⑤故障診斷定位。⑥運行狀態指示。。(圖10)
10
圖10 控制器
(2)逆變器。
根據系統的直流電壓確定逆變器的直流輸入,根據負載的類型確定逆變器的功率和相數,根據負載的沖擊性決定逆變器的功率余量。
(3)太陽能光伏發電系統的防雷接地。
如果太陽能電池方陣被雷電直接擊中會造成設備損壞或人員傷亡,所以在設計過程中應做防雷設計。
3.2能量
· 能源效率與一個系統資源的可持續保護
· 建筑圍護結構結合安全舒適功能的再生發電
· 太陽能透射率（詞條“透射率”由行業大百科提供）(g值)從15%到44%
3.3設計
· 黑色電池連接器，黑色箔和彩色細胞，用于不同的不透明外觀或半透明的BIPV模塊外觀。
· 可以設計各種內外視圖。
· BIPV模塊的尺寸、格式和結構都是靈活的：只有一塊玻璃、夾層玻璃（詞條“夾層玻璃”由行業大百科提供）以及各種三層絕緣玻璃或安全玻璃。
· 不同的晶體結構：具有彩虹結構的多晶細胞，表面均勻的單晶細胞。
3.4安全防護
· SCUECO質量的BIPV模塊：根據IEC 61215和IEC 61730進行視覺和電氣測試
· 一般建筑設計院監督認可為層壓安全玻璃
3.5增強功能
· 自定義建造的BIPV模塊：豐富多樣的現代太陽能使用與個人建筑的組合。
· 廣泛用途：通風立面、通風/非通風立面、非通風立面、天窗系統、檐篷、太陽遮陽、陽臺、音樂廳。
4、智能幕墻在燈光亮化上的應用
4.1智能幕墻亮化工程有以下：節能環保、智能運維(故障報警)、智能運維、智能投放、大數據分析等功能優勢。。(圖11)
圖11 智能幕墻亮化工程
(1)節能環保：工程要取消非必要控制線纜，以避免重復維修易老化（詞條“老化”由行業大百科提供）的控制線引起的幕墻變形（詞條“變形”由行業大百科提供）及對密閉性的影響;
(2)取消傳統控制設備的安裝與使用，避免在幕墻構件上安裝控制器等設備，避免使用模擬信號設備，以減少對其它幕墻智能設施的干擾，并達到節約施工材料的目的;
(3)工程要具備根據現場時間段進行調整亮度的能力，在非重要時間內，實現分階段亮度控制，從而實現減少電力使用的能力。
(4)智能運維：設備具備自檢能力，實現實時故障巡檢，并且提示及時運維以減少因故障導致的現場設備不能使用的情況。細化到單點狀態提醒(異常等)。
(5)智能投放:工程要具備實現遠程更新效果的功能，以達到早期固定（詞條“固定”由行業大百科提供）成本投入以后，降低未來升級替換的人力成本、時間成本、高效性智能自動化實現遠程異地部署。
(6)大數據分析：工程要實現以智能、云為基礎的架構升級，進行數據收集、統計、分析，以為未來項目提供足夠的項目數據支持。
四、結語
智能門窗、幕墻是通風式幕墻的延伸,是在智能化建筑的基礎上將建筑配套技術(暖、熱、光、電)的適度控制,在幕墻材料、太陽能的有效利用、通過機進行有效的調節室內空氣、溫度和光線,從而節省了建筑物使用過程的能源,降低了生產和建筑物使用過程的費用。并使現代化城市變更成靚麗的夜光風景因此智能幕墻系統龐大,具有很好的空間和前景。
可以發現：公開化、共享化、平臺化、定制化，是未來商業的大勢所趨。智能建筑是人、信息和工作環境的智慧結合,是建立在建筑設計、行為科學、信息科學、環境科學、社會工程學、系統工程學、人類工程學等各類理論學科之上的交叉應用。智能門窗、建筑幕墻是當代科學技術發展的必然產物。
作者單位：天津奧福威工程管理咨詢有限公司
