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清华校友总会AI大数据专业委员会执行会长韩亦舜:大数据如何助力智慧建筑

发布时间:2020-6-24 6:35:37    点击量:35
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导读



随着大数据在各行各业的普及应用,智慧这个词也开始出现在各个行业。那么在建筑领域,大数据如何让建筑变得更加智慧?

 

2020年6月6日由上海河姆渡电子商务平台主办、北京物联网智能技术应用协会等协办的第五届中国智能建筑节高峰论坛上,清华大学数据科学研究院原执行副院长&清华校友总会AI大数据专业委员会执行会长韩亦舜围绕大数据助力智慧建筑产业,与大家分享了大数据在智慧建筑安全、节能、设计优化、工程管理等领域的应用,向我们展现了大数据视角下,建筑行业更加智慧的明天。


 

<以下文字根据韩亦舜教授演讲内容整理而成>

谢谢主持人,谢谢主办方邀请。说实话,我对建筑行业了解并不多,但是大数据几乎渗透到各个行业,所以我想利用我的优势,讲讲大数据如何助力我们的智慧建筑产业。

 

随着大数据在各行各业的应用,智慧这个词也开始出现在各个行业。2015年,中国高新技术产业经济研究院出台了一些标准,把车库管理、安保、大屏显示等子系统都纳入了智慧建筑方案中。从这些系统的字面意思可以看到,其实它们更像是楼宇自动化以及单体建筑的信息化改造,目标在于实现高效、安全、节能、舒适、环保和可持续发展。但这只是一个基础,事实上,我们可做的事情还很多,而且智慧建筑将来一定是一个跨学科、跨专业的高度综合领域。下面,我就从数据的视角来分享一下自己对智慧建筑的理解。

 

关于什么是智慧,每个人都有自己的解读,网上也有很多关于智慧的定义。我个人更喜欢前工信部副部长杨学山先生提出的这个极为朴素但又极为接地气的定义,他说“智慧就是把过去做对的事情继续做对,把过去做的不对的事情做对。”即我们做对的事情,要继续用工具、用方法、用系统持续把它做对;做得不对的事情,则要深入检讨,研究怎样才能把它做对。这普通的两句话,把智慧的核心讲了出来,可谓大道至简。我们关于智慧建筑的讨论就从这里开始。

 

我下面提到的建筑可能和建筑行业定义不太一样。当然楼宇在建筑行业所占比重最大,但我这里说的建筑包含所有人造的建筑物,包括桥梁、地铁、公路等等。这些建筑物如何能够被称之为是智慧的,我想这不仅应该包含建筑内在功能的信息化、自动化,还应该包含建筑是安全的、节能的、绿色的、优化的、合理的等等。

 

 



大数据能为智慧建筑做什么?

1、大数据思维:大视野、多角度、言之有据。互联网开阔了我们的视野,使我们能够采集的数据越来越多。这不仅影响了我们生活的方方面面,也提示了我们如何才能做得更好。而多维度的数据,也让我们对事物的认知更加全面,后面我会用相关案例说明。言之有据,是指我们每一个人在对外提供数据时都应该有根据,让数据造假无处遁形。

 

2、大数据价值:总结过去、优化现在、预测未来。举个大家生活中的例子,我们今天去淘宝上买个东西,后面再上网时,就会跳出相关商品降价等信息的弹窗。这就是未来预测,预测我们大概率可能会关心这条信息、会购买该商品。

 

所以大数据的早期应用,在商业化领域主要用于寻找新客户、捕捉新商机,更多的是大数据“预测未来”的价值。但事实上,总结过去和优化现在一样重要。因为总结过去能够帮助我们发现过去工作、生活中犯过哪些错误。比如,建筑当中有什么问题?这些问题是怎么产生的?我们要好好总结。还有优化现在,我们现在做的事情都对吗?我们要经常反思,意识到我们正处于一个迅速变化的时代,过去的很多做法可能都需要改变。

 

3、大数据挖掘:记录、分析、预测、决策,这也是麦肯锡提出来的。首先,要记录过去发生了什么,如果有足够的意识和方法,可以采集到很多与该事物相关的数据。其次,要探究这些事情为什么会发生?这就需要找到方法、建立模型、追踪因果关系。接下来是预测,即我们能不能根据过去的数据来预测将来会发生什么。当我们能够比较准确地预测未来,就会减少对未来的恐惧,有更多的时间和精力去准备预案,应对未来的各种不确定。

 

 



建筑的运营安全

——检测地质形变,排查灾害隐患

 

智慧建筑中,安全是第一位的。一个不安全的建筑,不配称为智慧建筑。过去一段时间里,我们的经济高速发展,各地都在搞建设,难免有“萝卜快了不洗泥”的现象,例如桥脆脆、楼跑跑等事件,这也给未来带来很多隐患。

 

那么,从这些让人痛心的、已经发生的事故中总结到什么呢?可能我们会觉得有些事情是“在所难免或者“防不胜防,也不知道从哪里着手来防范。但是当我们用高科技手段,用数据思维方法,用大数据理念武装自己以后,就会发现这些看似不确定的背后其实有很多因果关系,我后面会讲一些例子。

 

我们常说“有钱难买早知道”,但是如果把钱投资在多维数据领域做更多研究,就可以通过大数据更加准确地预测未来,实际上就是买来了“早知道”。

 

比如刚才讲的大数据思维中的大视野,过去没有卫星或者卫星商业用途较少的时候,很难与民用产生紧密关联。但是如今的卫星就像是个“天眼”,能够超越个别利益冲突与工作疏忽,通过大视野的数据看到许多我们所看不到的东西。

 

比如2015年深圳的弃土坍塌事件,造成33座建筑被掩埋或损坏,诸多人员伤亡,很多官员也因此受到了处分。很多人都觉得这件事防不胜防,但是真的如此吗?有没有可能在灾难发生之前其实有很多信息,但是我们没有足够的意识,没能及时捕捉呢?

 

灾难过后,深圳市痛定思痛,用卫星数据对深圳全境做了扫描。可以看到图上的绿点是相对变化比较小的地方,红点和蓝点是地面变化速率较快的地方。红色的可能塌陷,蓝色的可能是凸起。

 

通过这些数据,就能发现身边容易被忽略的细微变化,例如细微的地面塌陷、墙体裂纹,我们未必能够较早意识到,但是天眼会告诉我们哪里更危险,哪里有急剧变化,提醒我们及早关注。

 

这个是某港口基础设施出现了沉降,这些都是我们平常用肉眼很难观察到的,但是通过卫星的数据校验,就会发现确实发生了变化。这就能告诉我们,哪些地方可能会出现地质灾害,哪些地方是我们要早些关注、早些采取措施的。

 

此外,近年来的塌桥事故也很多。每一次事故发生,我们都说要让责任单位好好总结经验,找出事故发生的原因。但更重要的是,我们如何能够在事故尚未发生、还能够控制的时候,及早发现问题并预防。例如,在传感器和物联网技术发达的今天,可以通过在桥上安装传感器,了解桥梁是不是长期超负荷运营,有没有出现变形。通过这些信息的捕捉,虽然不能说可以完全阻止事故的发生,但是能够提早预防、预警,减少人员伤亡。当我们用多维度的数据来看待一件事情,对它的了解就会更多一些。

 

 



建筑的运营能耗

——发现保温薄弱环节,降低能耗

 

能耗也是智慧建筑关注的一大问题,在各项评奖中对建筑能耗都有相关规定,在设计建筑时也会把能耗考虑进去。但除此以外,我们还应该关注过去已有建筑的能耗问题。大家或许会问,建筑已经完成,隔热、保温材料都已经埋好,怎么关注?怎么知道哪些地方是保温的薄弱环节?

 

通过建筑的热力耗散图可以发现,图中绿色表示散出来的温度稍微低一些,红色则表示散热较高。红色区域散热高可能有几种原因,一种是里边人多,另一种原因可能是该部分墙体保温做得不到位。这就是新技术、多维度数据给我们带来的价值。循着这条路,我们不仅可以发现过去建筑中保温不合格的地方。同时也能够知道,在今后建筑中,哪些地方应该加强保温,以减少建筑内外的热交换,从而使得我们的建筑更加节能、更加绿色环保。

 

此外,如果只是把一个建筑当成单体来看待,这不是大数据时代应有的思维方式。我们提倡能源互联网,讲得就是每一个单点相互关联、相互配合,把能源利用得更加充分。还有新能源的利用,也是未来智慧建筑应该考虑的问题,让每一个建筑不仅是能源的消耗地,还能成为绿色能源的生产地。

 

 



建筑的设计优化

——了解人的行动轨迹、真实需求

 

有很多专业人员在研究如何利用大数据去优化建筑的设计。因为在实际应用中,可能有些设计适合这个场景合适,却不适合其他场景。

 

建筑设计优化的核心在于把建筑里,人的行为轨迹、起居习惯等提炼总结例如南方人或北方人,家里有老人或者有小孩,其行为轨迹、不同功能区使用频率都会有所不同,通过这些数据的提炼总结,就能够帮助我们优化建筑的设计。

 

比如养老社区的建筑设计,其居住群体特征有着显著不同,我们可以通过可穿戴设备、地面铺设传感器等技术去采集相关数据、发现其中的规律。只有更加了解人的行动轨迹、真实需求,我们建筑的设计才会更加优化。

 

 



建筑的工程管理

——发现问题,提升工地效率

 

工程管理也是智慧建筑的一大课题。过去我们大多是凭经验在做工程管理,但是今后可以通过在每一个环节尽可能多的采集数据,在这些数据指导下更精准地发现工程管理中的问题。比如前边提到的桥梁坍塌,事故发生有很多原因,其中有些原因可能是建设环节导致的,我们可以通过总结经验教训,在今后的建设中把好这一关,以减少事故发生的隐患。

 

通过大数据与新技术结合,还可以有效提升工地的工作效率和安全水平。比如很多工地现在用大屏显示把工地的关键部位管控起来。再比如,通过把安全帽装上传感器,可以了解施工时有多少人拿了安全帽,拿了安全帽以后有没有真正戴起来,甚至将来可以在安全帽上安装摄像头,去实时采集更多的工地信息。还有未来的物流管控,不仅仅是记录车牌信息,还可以了解出去车辆所载的渣土是不是覆盖了,进入车辆所载的物料是不是合格,吨位是多少等等,这些信息不一定能解决所有的问题,但一定能告诉我们更多信息,让我们对工地情况有更深入的了解。

 

此外,通过在工地各个设备上安装的传感器,我们就能了解哪些设备可能会出现问题,进行故障预判;了解哪些设备持续过载负荷、哪些设备使用不饱和,原因是什么,从而帮助我们进一步优化流程,让整个工地产出最大化。

 

 



建筑的改进创新

——助力新材料、新工艺发掘

 

在建筑的改进创新方面,我相信大数据也能够发挥很大作用。比如,基于大数据的科学发现的第四范式,这对很多新材料的发现发明、新工艺的研究都有很大助力;比如,通过大数据对人的行为轨迹和真实需求有了更多了解后,可以帮助我们开发建筑的更多新功能。

 

同时,随着信息数据方方面面的需要,我们会有更多的系统被开发应用。随着这些新系统、新技术的应用,又会产生更多的数据,告诉我们关于建筑的更多真相。在此基础上,大数据又会发挥更大的价值。

 

 


结语

 

我今天描述的内容,有相当一部分在技术上都是可以实现的,但是在经济性和改变人的习惯上,可能会遇到一些阻力,所以我们应该看大做小,专注务实。我们每一个人,特别是每一个干部,每一个主管,每一个公司领导,都应该有大视野、大胸怀,都应该了解未来趋势,知道未来哪些技术能够帮助我们;但是做事还是要务实,要从一个个子系统入手,用智慧的方法不断去改进它。其次是跨界融合,兼容并蓄。从某种角度而言,我今天站在这里也是一种跨界,因为我其实不大懂建筑,但是我可以从数据视角与大家分享如何用数据把建筑看得更清楚。我们要包容别人,要兼容各种各样的技术。再次是数据赋能,迭代技术。相信技术产生的数据、技术推动的变革,会一次次迭代,不断提升我们整体智慧建筑的空间。

 

最后我想跟大家再重复一下杨学山先生的这句话,什么是智慧?就是我们要把做对的事情继续做对,没有做对的事情把它做对。让我们共同做智慧的人。谢谢大家! 

 

扫码观看演讲完整回放

  

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