摘要：智能化、智能建筑、物联网、采用机器人、5G+人工智能对铝门窗、幕墙行业中应用越来越广泛。本文阐述了智能幕墙的发展以及我国目前智能幕墙存在的问题。

　　一、建筑智能化系统的发展

　　新型智慧城市是建设数字中国、智慧社会的核心载体。我国新型智慧城市已经进入以人为本、成效导向、统筹集约、协同创新的新发展阶段。新型智慧城市的建设重点，围绕顶层设计、体制机制、智能基础设施、智能运行中枢、智慧生活、智慧生产、智慧治理、智慧生态、技术创新与标准体系和安全保障体系等十大核心要素，深入分析研究了我国新型智慧城市发展态势、行业热点和重大进展。

图1.新型智慧城市建设重点的10大核心要素

　　1、人工智能的发展

　　目前，5G 正在阔步前行，它将以全新的网络架构，提供至少 10 倍于 4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。

　　人工智能是第四次工业革命的重要推动技术，是经济发展新引擎。

　　近几年，人工智能发展迅速,各科技强国纷纷制定相关发展政策，科技、制造等业界巨头公司深入布局，人工智能产业规模逐渐扩大。

图2.5G 和人工智能相互赋能

　　在信息社会中,人们对于现代建筑的概念也在发生变化,传统建筑提供的服务已远远不能满足现代社会和工作环境等方面的要求。智能建筑(Intelligent Building),以下简单称IB出现,使得一幢幢高楼就变成了一个小社会,其内部有众多小公司,各种商业的生活行为要求数以兆计的信息和控制指令进出整座大厦。IB把建筑物的结构、系统、服务和管理等基本要素以及它们之间内在联系进行优化组合,从而提供一个投资合理、高效、舒适、便利的环境。1984年,美国康涅狄格州的哈特福市将一幢旧金融大厦进行了改造,建成了称之为(City Place)的大厦,从此诞生了世界公认的第一座智能大厦,它是时代发展和国际竞争的产物。为了适应信息时代要求,各高科技公司纷纷建成或改造具有高科技装备的高科技大厦(Hi-Tech.Buiding),如美国国家安全局和五角大楼等。据有关估测,美国的智能大厦将超万幢,日本和泰国新建大厦中的60%为智能大厦,中国的第一座智能大厦被认为是北京的发展大厦。此后,相继建成了一批智能大厦,如深圳的地王大厦、北京西客站等。智能建筑最近几年在我国发展很快,许多公共设施、高层建筑,甚至住宅小区都要求智能化,智能建筑热潮已经来临。

　　新型智慧城市发展重心逐渐从整体谋划、全面建设向营造优质环境、设计长效可持续发展机制转变，全面创新组织管理、建设运营、互动参与等机制。新型智慧城市更强调云网端融合的新型智能设施泛在部署，更强化数据智能、信息模型等共性赋能支撑和平台整合，更注重实现数据驱动、“三融五跨”的智慧生产、智慧生活、智慧生态、智能治理等应用服务发展。

　　2、5G 网络为人工智能的引入幕墙技术提供基础

　　在 3G/4G 时代，设备连接服务和数据传送服务的处理都需要经过核心网协调和处理，服务能力通常都部署在外部云平台中，这三种基本服务通常都需要远距离访问，容易造成核心网压力大，灵活性不足和服务效率不高等问题。在5G 时代，人与人、人与物、以及物与物之间建立万物互联，这些连接都将产生海量数据。

图3.智能家居控制系统

　　在2019年慕尼黑国际建筑展览中展出的数码创意、服务和产品，包括建筑地盘和建筑地盘物流，以至楼宇规划、楼宇维修、翻新/现代化和建筑材料循环再造等建筑业的数字化正在取得进展，与此同时，在规划、建造和翻新建筑物方面也出现了新的动力、新的想法和方法。特别是，“智能家居”的主题确保了建筑智能的产品变得更加数字化，而且它们之间的联网也在增加。从空调、暖气、遮阳和灯光到接入系统，一切都是相互联系和交流信息的。

　　二、智能化铝门窗行业应用

　　(一)未来铝门窗、幕墙设计将是智能化的。我们的居住空间，提供更多的舒适和设计卓越产品。下面就是一些智能门窗新技术的应用。(图4)

图4.智能门窗技术

　　1、新一代隐蔽机电一体化配件的重点是最小化噪音的产生，以及最大的开放宽度，旭格简单智能化手动/自动一体变速箱能小巧体积，隐蔽执行机构技术的配件在窗体内。创新的新一代芯片配件不仅提供了市场上最安静的全集成执行器，而且还提供了一个完整的测试系统，包括执行器、配件和轮廓系统--所有这些都来自一个单一的来源，对于产品的使用过程、报修及损坏，有预警监控。基于无线电的开启和关闭监测，以可靠地概述已安装机组的状态能量自给自足，无线，可隐藏在窗口回扣内。

　　2、音频/视频门通信，具有方便、安全的访问控制。(图5)

图5.楼宇自动化

　　3、随时跟踪所有的事情：集成高清摄像头、红外线发光二极管和出入控制确保入口区域始终可见和安全--无论何时何地。指纹控制、刷脸控制系统，综合楼宇管控和远程系统监控等系统都是未来智能化门窗的发展方向，也逐渐被人们接受和使用。

　　4、最大舒适度和最新技术：完全可以通过设定的应用程序来操作和配置IOS和Android。

　　6、具有24/7接收的全球可用性：传输自动调整以适应区域网络条件。

　　7、为所有单位建立一个系统：一体化、控制和监测机电一体化专用单元的综合平台。

　　8、多种开放界面：可以集成在开放式楼宇管理系统(如KNX或BACNT)中，并连接到外部智能家居系统(如AmazonAlexa)。

　　9、最大的方便：使用专业应用程序，您可以激活自动功能，如夜间冷却、空气质量传感器、运动感应器或静音模式时间。

　　10、系统安装在外部框架中，用于侧边的导轨--在外半轮廓中--确保纤细线条的框架外观。

　　11、高度风稳可达25米/秒(博福特级为9至10级)，有降噪系统：窗开100-200mm,可以消除室外噪音和顺畅通风系统。(图6)

图6.高度风隐降噪系统

　　(二)智能门窗的一些新产品应用案例介绍：

　　1、智能化电动开启窗

　　新一代隐藏式机电一体化配件，其重点是将噪音降至最低，并最大限度地扩大开口宽度。(图7)

图7.智能电动开启窗

　　为隐蔽性执行器技术制定了新的标准。这种创新的新一代配件不仅提供了市场上最安静的全集成执行器，而且还提供了一个完整的测试系统，包括执行器、配件和轮廓系统--所有这些都来自一个单一的来源。进一步的创新包括最大的开放宽度和可能的单位尺寸，这使得SchuecoTiptronicSimplySmart可以在几乎所有的SchuECO窗口系列中使用不同的打开类型。

　　集成到楼宇自动化中，极其流畅的机电一体化配件生产满足了商业项目和住宅物业(如房间通风、排烟、自然夜间冷却或防盗)对能源效率、舒适性和安全性的各种要求。

　　SchuecoTiptronicSimplySmart也允许个人操作，这意味着几乎任何愿望都可以满足。除了通过手柄或壁挂式开关进行手动操作外，还可以使用平板和智能手机等移动终端设备。一个完美的解决方案的窗户或困难，是很难或不可能达到。

　　优点如下：

　　(1)、节能

　　具有节能功能的广泛应用：如缝隙通风、定时通风和夜间冷却。

　　电源管理功能：最多可有30个窗口单元使用一个电源包。

　　通风口宽度高达800毫米，用于非常有效的通风。

　　(2)、设计

　　所有部件的完全隐蔽的安装-也是为了一个活动的功能

　　尽可能窄的窗口大小，以适应当前的体系结构趋势

　　(3)、自动化

　　通过倒转极性的窗口控制以及旭格控制组件：简单可靠的窗口调试

　　综合自动化窗口功能的旭格控制：例如通风或关闭监测

　　(4)、安防

　　防盗能力：系统测试达到安全等级RC 2(WK2)

　　反指陷阱软件确保防手指陷阱保护等级2;安全等级4可能与可选的系统传感器联动。

　　功能性模块：

　　有线电动开启系统(有线开关近距离点控)

　　无线电动开启系统(太阳能系统支撑电动开启)

　　智能窗系统局控、中央控制、风雨感应、近距离遥控

　　消防自动排烟窗系统(应急电源、烟火感应自动开启排烟窗)

　　应用于场馆、厂房、飞机场、火车站、地铁、写字楼、商厦、超高建筑的以下场景

　　人手无法触及到的窗户开启

　　人手开启费力的超大、超重型的窗户

　　有火警时能自动开启的消防排烟窗口对开关窗实行自动化管理和楼宇自控

　　防止雨水侵袭

　　防盗门窗系统开启

　　2、智能化电动遮阳百叶系统

　　电动开启窗在工作状态下提供足够的机械锁定力，以满足外墙整体结构性、气密性及水密性要求。(图8)

图8 电动开启窗

　　电动开启窗作为建筑物消防排烟机构的组成部分，推窗器及其相关产品还应获得当地消防部门认可的产品，并且获得中国3C认证。

　　排烟窗推窗器可采用链条式或推杆(具体由建筑师确认，但报价不调整)直流电机产品，316级不锈钢产品或带粉末喷涂油漆的锌铝合金外壳，颜色与铝合金型材一致。

　　每个开启窗设置2 套链条式或推杆(具体由建筑师确认，但报价不调整)开窗器(附带同步控制系统，满足防火消防联动)，包括电气控制系统及布线均属于分包商范围，推窗器技术要求如下：

　　a) 电压：DC 12/24V

　　b) 每个推拉力: 不低于600N;锁紧力: 3000 N

　　c) 行程: 满足开启70 度以上要求

　　d) 过载保护形式:限位开关

　　e) 运行速度: 12 mm/s

　　f) 防护等级:不低于 IP 54

　　g) 工作温度范围: -10 °C to +75 °C

　　h) 使用寿命：大于10000 次(推拉为一个循环次)

　　3、智能化门窗设计加工

　　从专业门窗系统公司采用 ATHENA、Schücad Next等幕墙金属制造AUTOCAD软件获得

　　非常方便用户：快速可靠地获得结果。

　　理想的灵活数据交换接口

　　最新的数据确保了可靠的施工。

　　1、可以得到以下结果：

　　通过双击进行直观的改变

　　已包含在文章库中的关键标准件6万多个三维配件

　　自安装、自动标尺、自动生成加工图和材料单等更新节省时间

　　2、灵活数据交换

　　单位

　　设计

　　图纸

　　3、安全设计

　　集成在线更新确保文章数据始终是最新的。

　　为所有产品设立一个联系人

　　包括电话支援

　　4、旭格幕墙设计软件使用功能

　　 协同，随时随地查看项目和指导公司资源。

　　集中管理项目文件

　　无缝地计划和跟踪工作负载。

　　以可追溯文件的方式提出的反索赔要求

　　5、整个项目以单元为导向的建筑管理

　　将所有项目组件相互连接

　　安全管理流程中断

　　现场实时呼叫状态报告

　　6、直接在建筑工地进行直观的项目处理

　　用户友好：学习如何在很短的时间内使用它。

　　每天的施工报告可以在几秒钟内创建。

　　信息优势保证项目高质量。

　　(三)、智能化在建筑幕墙上的应用：

　　根据智能幕墙功能有：智能通风系统、智能防盗系统、智能亮化系统、智能遮阳系统、智能排烟系统、智能采光系统、智能光伏、智能光热、智能维护系统等。

　　1. 智能建筑幕墙的概念

　　所谓智能建筑就是采用计算机技术和通讯技术对建筑的设备进行自动监控,对信息资源进行管理和为用户提供信息服务等。幕墙作为建筑的一个子专业，对幕墙的空间台账管理以及幕墙设备运行、运维管理，适应上级平台需要。

　　2、建筑幕墙及门窗功能运作自动化。

　　大型建筑幕墙的运作包含有多种功能系统,如水、电、热力、空调、通讯等等。如门窗遇到大风大雨，会自动关闭;遇到火警会及时报警自动喷淋并通知进行消防救援;遇到空气环境未达到人们的舒适环境，会自动调节净化换气设备;自动进行园林灌溉系统，而这些对一座建筑幕墙来说要实现自动控制就十分复杂。所以智能的概念是替人来做出最佳方案并完成其运行。充分运用大数据等技术，加强对幕墙风险的跟踪预警，在气象、外来冲击力、材料品质监管等领域探索远程监管、移动监管、预警防控，为提升智慧城市市场监管服务效能、打造健康有序的消费环境和营商环境提供有力支撑。

　　3、光伏发电系统

　　光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生——空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。(图9)

图9 光伏发电

　　(1)阳能光伏发电系统的组成。

　　(1)控制器。

　　控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特殊要求确定控制器的类型,一般必须具备的功能有:①信号检测。②蓄电池最优充电控制。③蓄电池放电管理。④设备保护。⑤故障诊断定位。⑥运行状态指示。。(图10)

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图10 控制器

　　(2)逆变器。

　　根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。

　　(3)太阳能光伏发电系统的防雷接地。

　　如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员伤亡,所以在设计过程中应做防雷设计。

　　3.2能量

　　· 能源效率与一个系统资源的可持续保护

　　· 建筑围护结构结合安全舒适功能的再生发电

　　· 太阳能透射率(g值)从15%到44%

　　3.3设计

　　· 黑色电池连接器，黑色箔和彩色细胞，用于不同的不透明外观或半透明的BIPV模块外观。

　　· 可以设计各种内外视图。

　　· BIPV模块的尺寸、格式和结构都是灵活的：只有一块玻璃、夹层玻璃以及各种三层绝缘玻璃或安全玻璃。

　　· 不同的晶体结构：具有彩虹结构的多晶细胞，表面均匀的单晶细胞。

　　3.4安全防护

　　· SCUECO质量的BIPV模块：根据IEC 61215和IEC 61730进行视觉和电气测试

　　· 一般建筑设计院监督认可为层压安全玻璃

　　3.5增强功能

　　· 自定义建造的BIPV模块：丰富多样的现代太阳能使用与个人建筑的组合。

　　· 广泛用途：通风立面、通风/非通风立面、非通风立面、天窗系统、檐篷、太阳遮阳、阳台、音乐厅。

　　4、智能幕墙在灯光亮化上的应用

　　4.1智能幕墙亮化工程有以下：节能环保、智能运维(故障报警)、智能运维、智能投放、大数据分析等功能优势。。(图11)

图11 智能幕墙亮化工程

　　(1)节能环保：工程要取消非必要控制线缆，以避免重复维修易老化的控制线引起的幕墙变形及对密闭性的影响;

　　(2)取消传统控制设备的安装与使用，避免在幕墙构件上安装控制器等设备，避免使用模拟信号设备，以减少对其它幕墙智能设施的干扰，并达到节约施工材料的目的;

　　(3)工程要具备根据现场时间段进行调整亮度的能力，在非重要时间内，实现分阶段亮度控制，从而实现减少电力使用的能力。

　　(4)智能运维：设备具备自检能力，实现实时故障巡检，并且提示及时运维以减少因故障导致的现场设备不能使用的情况。细化到单点状态提醒(异常等)。

　　(5)智能投放:工程要具备实现远程更新效果的功能，以达到早期固定成本投入以后，降低未来升级替换的人力成本、时间成本、高效性智能自动化实现远程异地部署。

　　(6)大数据分析：工程要实现以智能、云为基础的架构升级，进行数据收集、统计、分析，以为未来项目提供足够的项目数据支持。

　　四、结语

　　智能门窗、幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过机进行有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用过程的能源,降低了生产和建筑物使用过程的费用。并使现代化城市变更成靓丽的夜光风景因此智能幕墙系统庞大,具有很好的空间和前景。

　　可以发现：公开化、共享化、平台化、定制化，是未来商业的大势所趋。智能建筑是人、信息和工作环境的智慧结合,是建立在建筑设计、行为科学、信息科学、环境科学、社会工程学、系统工程学、人类工程学等各类理论学科之上的交叉应用。智能门窗、建筑幕墙是当代科学技术发展的必然产物。