近年来信息技术得到快速发展和广泛应用。群智能系统以扁平化、无中心的系统架构，区别于传统分层中央控制的智能化系统，为建筑、城市控制管理提供灵活开放的平台，满足使用者、运营者和建设者的不同使用需求。那么群智能到底是什么？群智能技术又是如何运用到楼控系统里的呢？

在中国建筑业协会智能建筑分会2018年会员代表大会上，主办方邀请到群智能专委会副主任委员、清华大学自动化系 赵千川教授发表了题为“群智能和智能建筑前沿技术”的主题报告，探讨了当物联网、大数据和人工智能等技术在应用于建筑领域时，为系统性能优化和安全控制带来的研究机遇与挑战。

 

群智能专委会副主任委员、清华大学自动化系 赵千川教授

 

赵千川，清华大学自动化系教授，博士生导师，智能与网络化系统研究中心主任。担任中国自动化学会控制理论专业委员会委员、中国系统工程学会理事、IEEE RAS智能建筑专业委员会主任，IEEE 汇刊“IEEE Transactions on Control of Network Systems”和 “IEEE Transactions on Automation Science and Engineering”编委，《控制理论与应用》副主编等国内学术刊物职位。主要研究方向为网络化动态系统性能优化与安全控制及其在建筑、电力、制造、通信等领域的应用。曾获国家自然科奖二等奖（排名第二）、教育部自然科学二等奖（排名第一）。2014年获国家杰出青年科学基金资助。

报告中，赵教授以他负责的十三五重点研发项目为依托，重点介绍了其团队建立的基于群智能的扁平化新型建筑智能化系统I2B架构和相应的系统平台技术，以并联水泵群控和传感器故障检测等典型应用为例，展示该架构如何克服传统的集中式分层架构存在的不足，实现楼控机电设备即插即用，楼控系统的自组织分布式协作计算和节能控制。

 

 

调研现状：

 

智能化系统利用率不高:以暖通空调系统为例，多数系统仅实现对设备的远程开关机；智能化系统对设备的自动加减机控制，对设备状态的自动调节功能未发挥出来；

系统调试和运维门槛和成本高：目前的建筑智能化系统整体构架繁复，控制设备和现场设备连线过多，带来建设周期长，调试周期长，维护门槛高，调试过程需要专业技术人员来完成该项工作；系统或者设备出现问题或故障后，建设方需要重新布线、调试。时间成本和人员成本投入较高；由于系统整体构架原因，现阶段智能化系统对人员自身技术水平的依赖过多；

不同设备或系统集成复杂：不同子系统或设备采用不同通讯协议，导致整个系统集成难度大，且集成完成后系统稳定性差；集成的系统基本独立工作，各系统联动运行较少；

智能化系统设计主体为设备厂商：目前的建筑智能化深化主要由设备厂家配合完成，专业电气设计师参与度不高；

运维人员参与度小：暖通空调系统的控制和调试基本由专业厂家完成，调试完成由运维主体接管后，由于系统构架复杂，操作过程不直观，运维管理人员机电专业知识水平的限制，运维管理人员在整个系统运维过程中的参与度小；

节能和便捷化不高：调研显示，应用智能化控制系统的建筑并未体现出显著的建筑节能性，且建筑用户对建筑室内环境的不满意程度时有发生，尤其是供暖季和供冷季；

无移动端管理系统

建筑用户参与度小：现建筑智能化系统仅供专业人员使用，无普通用户交互接口，作为建筑的实际使用者，普通用户无法参与到整个运维过程中来；

智能化最新技术发展体现不足：基于BIM，人工智能的运维管理体现不足

 

 

用户期待

 

极大程度降低智能化系统设计、建设、调试成本；

传感器和控制设备的配置及链接更加简单、稳定；

系统和设备之间能够通过自识别、免配置，实现快速集成，即插即用，投入使用；

更加规范化、标准化、便捷的系统构架或集成方式，系统故障后，应具备快速故障自诊断功能；

提高智能化性能，降低使用门槛，简化使用流程，建筑运维人员及使用者能够简单融入到对建筑的运维和优化管理；

能够实现系统功能的个性化配置，如同智能手机随意实现系统的各项功能；

手机端参与建筑运维管理；

智能化发现最近技术能够简单融入到建筑智能化系统中；将建筑全生命周期的管理理念融入建筑智能化发展中。

 

 

群智能架构解决现有建筑智能化系统问题

 

群智能

群智能到底是什么？群智能这个概念来自对自然界中昆虫群体的观察，群居性生物通过协作表现出的宏观智能行为特征被称为群智能，群智能技术属于新一代人工智能当中八大研究方向中非常核心的一点。通俗的来说，比如蜜蜂这种社会性的动物，每一只小蜜蜂的功能非常简单，但是这些蜜蜂通过协作可以完成非常复杂的工作。群智能技术就是运用了这种仿生智能，也叫自然计算原理，那么这个原理怎么样能够借鉴到我们的楼控系统里呢？

 

群智能建筑概念

 

我们在整个新架构当中引入一些边缘计算的节点，这些边缘计算节点就是图中用密封这个图标标的这些小的黑框，它实际上是一堆的小盒子，这些小盒子类似，你可以把它想象成我们的手机，但是他们之间是互相通气的，类似于蜜蜂之间的协作，实现相邻物体之间互相通信，然后保持对整个楼层的几大系统进行协作控制。这其中的一大亮点在于：致力于让建筑真正实现以人为中心。我们可以把这个系统想象为你的房间，房间里所有的感知、执行设备集成在这个小蜜蜂的控制之下，这就是智能节点，学术名词叫CPN（计算节点），每一个小蜜蜂管控着一个区域，不同区域间完成交互、协作，解决了一个纵向集成和分层控制中产生的复杂通信问题，这样就解决了调研当中的核心问题。而群智能架构能够解决现有建筑智能化系统问题。

 

群智能架构是一种由相互协作的智能节点实现的扁平化、无中心建筑智能化架构。研发全新的适应大型公共建筑节能需求的扁平化、无中心建筑智能化系统平台技术，建立创新的建筑智能化技术体系，能够推动标准化工作，确定统一的建筑运行信息标准化描述方法；开发智能化系统软硬件设备，支持即插即用新型架构平台在实际项目中应用；研发各种智能机电设备和不同功能的控制管理软件，解决基于新架构的典型建筑节能控制管理功能，带动传统建筑机电设备产业升级；通过示范工程，检验和示范新技术。

 

群智能架构实验平台

 

目前，基于群智能的建筑智能化系统研究工作总体情况是：建立了支撑群智能建筑的算法架构；确定了统一的建筑运行信息标准化描述方法；完成了群智能建筑系统平台的操作系统TOS和节点CPN的软硬件开发，并通过了实验验证；研发了部分智能机电设备和节能控制管理软件，实现了群智能建筑的部分能量管理和节能控制功能，并已经开展了若干工程示范。

展望建筑智能化系统未来发展，赵教授指出，建筑应以人为本，服务人民对美好健康生活的要求，利用好新技术，尤其是信息技术，充分发挥广大机电工程师和设备厂家在智能化方面的作用，在工程实践中推动新技术探索和应用发展。

         近年来信息技术得到快速发展和广泛应用。群智能系统以扁平化、无中心的系统架构，区别于传统分层中央控制的智能化系统，为建筑、城市控制管理提供灵活开放的平台，满足使用者、运营者和建设者的不同使用需求。那么群智能到底是什么？群智能技术又是如何运用到楼控系统里的呢？

在中国建筑业协会智能建筑分会2018年会员代表大会上，主办方邀请到群智能专委会副主任委员、清华大学自动化系 赵千川教授发表了题为“群智能和智能建筑前沿技术”的主题报告，探讨了当物联网、大数据和人工智能等技术在应用于建筑领域时，为系统性能优化和安全控制带来的研究机遇与挑战。

 

群智能专委会副主任委员、清华大学自动化系 赵千川教授

 

赵千川，清华大学自动化系教授，博士生导师，智能与网络化系统研究中心主任。担任中国自动化学会控制理论专业委员会委员、中国系统工程学会理事、IEEE RAS智能建筑专业委员会主任，IEEE 汇刊“IEEE Transactions on Control of Network Systems”和 “IEEE Transactions on Automation Science and Engineering”编委，《控制理论与应用》副主编等国内学术刊物职位。主要研究方向为网络化动态系统性能优化与安全控制及其在建筑、电力、制造、通信等领域的应用。曾获国家自然科奖二等奖（排名第二）、教育部自然科学二等奖（排名第一）。2014年获国家杰出青年科学基金资助。

报告中，赵教授以他负责的十三五重点研发项目为依托，重点介绍了其团队建立的基于群智能的扁平化新型建筑智能化系统I2B架构和相应的系统平台技术，以并联水泵群控和传感器故障检测等典型应用为例，展示该架构如何克服传统的集中式分层架构存在的不足，实现楼控机电设备即插即用，楼控系统的自组织分布式协作计算和节能控制。

 

 

调研现状：

 

智能化系统利用率不高:以暖通空调系统为例，多数系统仅实现对设备的远程开关机；智能化系统对设备的自动加减机控制，对设备状态的自动调节功能未发挥出来；

系统调试和运维门槛和成本高：目前的建筑智能化系统整体构架繁复，控制设备和现场设备连线过多，带来建设周期长，调试周期长，维护门槛高，调试过程需要专业技术人员来完成该项工作；系统或者设备出现问题或故障后，建设方需要重新布线、调试。时间成本和人员成本投入较高；由于系统整体构架原因，现阶段智能化系统对人员自身技术水平的依赖过多；

不同设备或系统集成复杂：不同子系统或设备采用不同通讯协议，导致整个系统集成难度大，且集成完成后系统稳定性差；集成的系统基本独立工作，各系统联动运行较少；

智能化系统设计主体为设备厂商：目前的建筑智能化深化主要由设备厂家配合完成，专业电气设计师参与度不高；

运维人员参与度小：暖通空调系统的控制和调试基本由专业厂家完成，调试完成由运维主体接管后，由于系统构架复杂，操作过程不直观，运维管理人员机电专业知识水平的限制，运维管理人员在整个系统运维过程中的参与度小；

节能和便捷化不高：调研显示，应用智能化控制系统的建筑并未体现出显著的建筑节能性，且建筑用户对建筑室内环境的不满意程度时有发生，尤其是供暖季和供冷季；

无移动端管理系统

建筑用户参与度小：现建筑智能化系统仅供专业人员使用，无普通用户交互接口，作为建筑的实际使用者，普通用户无法参与到整个运维过程中来；

智能化最新技术发展体现不足：基于BIM，人工智能的运维管理体现不足

 

 

用户期待

 

极大程度降低智能化系统设计、建设、调试成本；

传感器和控制设备的配置及链接更加简单、稳定；

系统和设备之间能够通过自识别、免配置，实现快速集成，即插即用，投入使用；

更加规范化、标准化、便捷的系统构架或集成方式，系统故障后，应具备快速故障自诊断功能；

提高智能化性能，降低使用门槛，简化使用流程，建筑运维人员及使用者能够简单融入到对建筑的运维和优化管理；

能够实现系统功能的个性化配置，如同智能手机随意实现系统的各项功能；

手机端参与建筑运维管理；

智能化发现最近技术能够简单融入到建筑智能化系统中；将建筑全生命周期的管理理念融入建筑智能化发展中。

 

 

群智能架构解决现有建筑智能化系统问题

 

群智能

群智能到底是什么？群智能这个概念来自对自然界中昆虫群体的观察，群居性生物通过协作表现出的宏观智能行为特征被称为群智能，群智能技术属于新一代人工智能当中八大研究方向中非常核心的一点。通俗的来说，比如蜜蜂这种社会性的动物，每一只小蜜蜂的功能非常简单，但是这些蜜蜂通过协作可以完成非常复杂的工作。群智能技术就是运用了这种仿生智能，也叫自然计算原理，那么这个原理怎么样能够借鉴到我们的楼控系统里呢？

 

群智能建筑概念

 

我们在整个新架构当中引入一些边缘计算的节点，这些边缘计算节点就是图中用密封这个图标标的这些小的黑框，它实际上是一堆的小盒子，这些小盒子类似，你可以把它想象成我们的手机，但是他们之间是互相通气的，类似于蜜蜂之间的协作，实现相邻物体之间互相通信，然后保持对整个楼层的几大系统进行协作控制。这其中的一大亮点在于：致力于让建筑真正实现以人为中心。我们可以把这个系统想象为你的房间，房间里所有的感知、执行设备集成在这个小蜜蜂的控制之下，这就是智能节点，学术名词叫CPN（计算节点），每一个小蜜蜂管控着一个区域，不同区域间完成交互、协作，解决了一个纵向集成和分层控制中产生的复杂通信问题，这样就解决了调研当中的核心问题。而群智能架构能够解决现有建筑智能化系统问题。

 

群智能架构是一种由相互协作的智能节点实现的扁平化、无中心建筑智能化架构。研发全新的适应大型公共建筑节能需求的扁平化、无中心建筑智能化系统平台技术，建立创新的建筑智能化技术体系，能够推动标准化工作，确定统一的建筑运行信息标准化描述方法；开发智能化系统软硬件设备，支持即插即用新型架构平台在实际项目中应用；研发各种智能机电设备和不同功能的控制管理软件，解决基于新架构的典型建筑节能控制管理功能，带动传统建筑机电设备产业升级；通过示范工程，检验和示范新技术。

 

群智能架构实验平台

 

目前，基于群智能的建筑智能化系统研究工作总体情况是：建立了支撑群智能建筑的算法架构；确定了统一的建筑运行信息标准化描述方法；完成了群智能建筑系统平台的操作系统TOS和节点CPN的软硬件开发，并通过了实验验证；研发了部分智能机电设备和节能控制管理软件，实现了群智能建筑的部分能量管理和节能控制功能，并已经开展了若干工程示范。

展望建筑智能化系统未来发展，赵教授指出，建筑应以人为本，服务人民对美好健康生活的要求，利用好新技术，尤其是信息技术，充分发挥广大机电工程师和设备厂家在智能化方面的作用，在工程实践中推动新技术探索和应用发展。