2019年6月，联合国经济和社会事务部发布了《2019 年天下人口展望》报告。报告指出，到 2050年天下人口将达到97亿。在97亿人中，城市人口将占 70%旁边，比较当前城市人口增加约 25 亿。增加的城市人口将导致须要培植新的根本举动步伐。广义来讲，根本举动步伐是指供应水源、能源、食品、住所、交通与通信、废弃物管理和公共场所的系统，它对支撑人类福祉和经济发展至关主要。当前，根本举动步伐对环境造成了很大包袱，并对人类康健造成了很大影响。例如，2010 年城市根本举动步伐导致的温室气体排放量占环球人类活动干系的温室气体排放量的86.6%，2010年环球根本举动步伐干系的过早去世亡人数靠近 2000 万。为实现城市可持续康健发展，发展聪慧城市是必由之路。2015年10月，国际电信同盟（ITU）和联合国欧洲经济委员会（UNECE）提出了可持续聪慧城市的观点，即可持续聪慧城市是一种创新城市，它利用信息通信技能提高生活质量、城市运营与做事效率以及竞争力，同时确保知足现代和后代在经济、社会、环境和文化方面的需求。作为聪慧城市物理根本举动步伐组成部分，聪慧建筑对聪慧城市发展目标有主要支撑浸染，紧张有以下 3 个缘故原由：（1）建筑能耗占环球总能源花费的 40%，相应的碳排放占比高于 30%。因此，发展聪慧建筑对付坚持环境可持续性具有主要意义。（2）人类均匀90%韶光处于建筑内部，对建筑内部舒适性具有高需求，发展聪慧建筑可提高用户的生活质量。（3）聪慧建筑干系的共享经济（如共享空间）、体验经济（如虚拟现实体验）、智能经济（如基于人工智能的建筑能量管理系统设备的经济代价将远高于传统建筑能量管理系统，由于前者比较后者能节省更多能耗、能量本钱等）对付促进城市经济发展非常主要。
本文环绕聪慧建筑，先容其定义与特色。然后从澳门城市建筑特点论述澳门发展聪慧建筑的建议及其详细方法。
01、聪慧建筑的定义与特色
聪慧建筑（intelligent buildings）的观点由美国联合技能建筑系统公司于 1981 岁首年月次利用。大约2年后，在美国康涅狄格州的哈特福德市出身了天下上第一个聪慧建筑——都邑办公大厦。自此，聪慧建筑的各种定义被提出，几种代表性的定义见表1。最初的定义是仅关注技能方面，忽略了将用户需求考虑个中。随着人们对生活质量的哀求越来越高，越来越多的定义考虑了用户需求以及用户与环境之间的交互。2015 年，中华公民共和国国家标准 GB/T 50314-2015 对聪慧建筑的定义是：以建筑物为平台，对各种智能化信息的综合运用，集架构、系统、做事、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、影象、推理、判断和决策的综合聪慧能力，形成以人、建筑、环境互为折衷的整合体，为人们供应安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。这个定义表明未来的聪慧建筑该当像人一样具有综合能力，并通过不断学习进化变得越来越智能。与中国对聪慧建筑的定义不同，美国从系统优化方面给出了聪慧建筑的定义，欧洲从用户效益和资源利用本钱方面给出了聪慧建筑的定义。
表1 聪慧建筑各种定义
只管对聪慧建筑的定义并分歧一，但空想的聪慧建筑该当具有如下 4 方面特色：（1）环境方面。聪慧建筑该当节能环保。建筑能耗占环球总能耗的40%，占碳排放量的30%以上。随着国际性和区域性环境和能源协议、规定（如联合国景象变革框架公约、京都议定书、哥本哈根会议）的不断出台，建筑节能减排是一定趋势；（2）经济方面。聪慧建筑应具有低资源利用本钱（如水、电、天然气等资源的利用本钱）和高投资回报，这是建筑拥有者、建筑物业管理者、建筑用户等最为关心的事情；（3）用户体验及社会文化方面。聪慧建筑该当给室内用户供应高舒适性、便捷性和高安全性（如安全防护方法能抵御失火、地震、网络攻击等）、以及随处可见的环保设计和高科技感等；（4）技能改造方面。具有学习进化能力的聪慧建筑须要依赖改造技能实现前3个方面的特色，这些技能包括人工智能、物联网、云打算、大数据、5G通信技能、雾打算、区块链和虚拟现实等。
02、澳门城市建筑的特点
历史文化建筑和博彩娱乐场建筑数量多。历史文化建筑和博彩娱乐场建筑数量多澳门是一个国际自由港，其紧张经济支柱家当是旅游业和博彩业，同时正在发展中医药家当、会展业、特色金融做事业和文化创意家当等新兴家当。在旅游业方面，澳门每年收受接管的游客可达3000多万，个中开展的文化旅游与2005年当选为天下文化遗产的澳门历史城区建筑群密切干系。在澳门历史城区建筑群中，包含大量近代军事建筑、民用建筑和宗教建筑等，堪称中国近代历史建筑的博物馆。而且，澳门作为天下四大赌城之一，其博彩业非常茂盛，每年的收入额超过拉斯维加斯。为了吸引更多的人参不雅观博彩娱乐场所或者参与博弈娱乐，博彩建筑大多集餐饮、购物、娱乐于一体。因此，澳门的博彩娱乐场建筑数量较多，仅1999年澳门回归后新建的博彩娱乐场建筑就有威尼斯人金沙酒店（博彩区建筑面积109046m2）、星际酒店（博彩区建筑面积 98619m2）、新葡京酒店（博彩区建筑面积20304m2）、永利度假村落酒店（博彩区建筑面积8214m2）、美高梅酒店（博彩区建筑面积28976m2）等。
博彩行业建筑碳排放高。与澳门居民建筑和商业建筑比较，澳门博彩行业建筑产生的二氧化碳排放量要高得多（图 1）。自 1999 年澳门回归以来，各种类型建筑二氧化碳排放量总体呈现不断增长的趋势，个中博彩行业建筑的二氧化碳排放量增长最为迅猛。1999 年，博彩行业建筑的二氧化碳排放量是居民建筑和商业建筑总和的 1/2，而到 2016 年，该数值变成了 1.66倍。因此，从城市的可持续发展角度看，降落博彩行业建筑的二氧化碳排放量势在必行。
图1 1999—2016年澳门建筑碳排放量增长曲线
建筑密度和建筑制冷能耗高。人口集聚及社会经济的发展使得澳门不断进行填海造地，其总面积也由1912年的11.6 km2逐步扩展至目前的32.9 km2。只管如此，澳门依然是天下上人口密度最高的地区之一。为了缓解人口增长带来的压力，澳门城市建筑新开拓模式趋向于高密度和高楼层，这将导致城市空气流利性低落和自然透风降温机会减少，进而使得透风和降温更依赖于建筑暖通空调系统。此外，由于澳门的景象为亚热带湿润季风气候，其特色表现为夏季漫长、冬季寒冷韶光很短、乃至险些没有冬季、气温常年较高。而且，空气相对湿度大（年均匀相对湿度为81%）使得热感得到进一步强化，故一年内澳门利用暖通空调系统的韶光较长。由于暖通空调系统的能耗占建筑能耗的比例约为40%，故建筑能耗将随着澳弟子齿的进一步增加和公民对生活质量需求的提升而连续攀升。
03、发展澳门聪慧建筑的建议
针对澳门城市建筑的特点，提出发展澳门聪慧建筑的建议，紧张包括3个方面。
加强建筑管理系统的网络安全防护。发展聪慧建筑离不开物联网技能，但发展物联网技能同时也给聪慧建筑带来了许多网络安全隐患。作为聪慧建筑中主要组成部分，建筑管理系统（也称建筑自动化系统、建筑掌握系统、建筑自动化与掌握系统、建筑能量管理系统） 掌握着许多子系统（如暖通空调系统、照明系统、安全防护系统、供配电系统、电梯系统、给排水系统、消防系统、数据汇聚系统等）的运行，因而它是被发起网络攻击的重点工具。如果疏于建筑管理系统的网络安全戒备，将会导致经济丢失或名誉丢失，范例的建筑管理系统遭受网络攻击的案例见表2。当博彩娱乐场建筑管理系统遭到攻击时，可能导致的影响包括：（1）配电系统故障，进而导致博彩活动受阻；（2）博彩业参与用户身份透露，进而导致博彩业运营商荣誉受损和参与人数低落；（3）电梯系统无法正常运行、电子门禁卡无法利用，进而影响博彩娱乐场的荣誉和收入。其余，作为文化旅游的重点景区，当历史建筑管理系统遭到网络攻击时，可能涌现如下后果：（1）暖通空调系统无法正常合理运行，进而造成空间过热或过冷，导致建筑材料受损；（2）照明系统涌现故障，进而影响游客参不雅观效果等。上述后果都会对澳门旅游业和博彩业产生不利影响。只管聪慧建筑面临的网络安全风险很多，但目前的聪慧建筑网络安全意识并不强。IBM公司的调研显示，84%的建筑管理系统连接至互联网，但仅有29%的建筑管理者正在采纳方法提高建筑管理系统的安全性。为了提高建筑管理系统的安全性，除了提高建筑网络安全意识外，还需加强对聪慧建筑网络安全隐患的研究及办理方案支配。为了将办理方案有效支配到聪慧建筑中，须要所有建筑利益干系者（如建筑管理者、设备供应商、系统集成商、安全专家和监管机构等）的相互沟通和协作。
表2 建筑管理系统遭受网络攻击的范例案例
加快5G通信网络的支配。2019年6月，中国工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，标志着中国正式进入5G商用元年。目前，部分省市开始了 5G 网络的支配，例如，海南于 2019年9月在全国率先实现了5G“县县通”（即19个市县和洋浦经济开拓区全部接通5G网络），估量2020年中国将大规模投入培植独立组网的5G网络。理论上，5G通信网络可支持1~10 Gbps用户峰值速率、99.999%的网络可用性与数据连接可靠性、1 ms的回程时延、100 万个/km2的连接数密度、500+ km/h的移动性、数十Tbps/km2的流量密度以及50%的全网网络能耗降落等。这些技能指标可知足或部分知足澳门聪慧建筑内部运用的通信需求，如澳门高密度高层建筑内聪慧家庭的无线高清流媒体做事运用、博彩娱乐场建筑中的娱乐项目虚拟现实运用、文化旅游建筑中的文化创意项目虚拟现实运用等，这对付提升澳门城市经济、用户体验及社会文化大有裨益。此外，随着澳弟子齿数量和政府发展旅游业力度的增加，城市交通压力将会持续增加，进而导致交通事件发生的可能性增加。例如，2016年2起突发事宜，新闻宣布中的游客受伤人数就有89人，个中重伤6人。为了提高突发事宜的应变能力，医疗卫生建筑可在涌现重大交通事件时开展远程医疗手术，让患者又快又好地得到诊治，而开展远程医疗手术的关键技能离不开5G通信网络。基于该通信网络，中国已成功开展一系列远程手术，例如，2019年3月，中国公民解放军总医院成功完成了全国首例基于5G的远程（超过近3000 km）人体手术——帕金森病“脑起搏器”植入手术。2019年6月，北京积水潭医院成功开展了与嘉兴市第二医院（患者腰椎骨折）和烟台市烟台山医院（患者胸椎椎体爆裂骨折）的环球首例骨科手术机器人多中央5G远程手术。因此，5G通信网络的支配还将有助于澳门开启医疗新时期，为培植“天下旅游休闲中央”助力。
大力发展建筑节能环保技能。1）考虑到澳门建筑制冷能耗高和博彩行业建筑碳排放高的特点，智能地调度暖通空调系统具有巨大的建筑节能减排潜力。由于暖通空调系统的主要目的是掩护建筑内用户的舒适性（如热舒适、空气质量舒适等），故须要在坚持用户高舒适满意率的条件下最小化能耗。以博彩娱乐场建筑为例，由于暖通空调系统须要做事的是处于共享空间内的浩瀚用户，而用户之间由于性别、年事、体重、穿衣习气、新陈代谢率等成分存在不同的热舒适偏好。为了实现差异化温度调节来知足不同位置用户的热舒适需求，可将全体热区域划分为多个子区域（子区域越多，差异化温度调节能力越强，繁芜度也越高），通过改变送风温度和每个子区域的送风量等手段实现差异化温度调节。上述多区域商业建筑暖通空调系统的优化掌握面临如下寻衅：（1）由于室内温度受浩瀚成分影响（如建筑构造与材料、外部温度、湿度、太阳辐射强度、来自用户和照明系统等设备的外部热增益），每每很难建立既准确又易于掌握的建筑热动力学模型；（2）由于相邻区域间存在热传导，如何在无建筑热动力学模型条件下，通过区域间有效折衷来担保每个区域温度在舒适范围的条件下实现最小化暖通空调系统总能耗非常困难；（3）未来的外部温度、用户占用情形、热扰动等系统参数存在不愿定性。为了应对上述寻衅，可采取深度强化学习等前辈人工智能方法设计无模型暖通空调系统掌握方法。干系研究表明，比较基于规则的掌握方法，基于深度强化学习的掌握方法可节省能耗/能量本钱 16%以上。然而，由于未考虑多区域间折衷，环境的非平稳和非马尔科夫性，使得现有基于深度强化学习的掌握方法在区域数量非常多的时候可能难以收敛。可能的办理方法是采取行动者-把稳力-评论家多智能体深度强化学习实现不同区域间的选择性关注，进而对区域数量具有高可扩展性。
2）为了降落博彩行业建筑碳排放量，还可大力发展可再生能源并提升其利用率。目前，澳门的能源供应73.5%来自中国南方电网有限任务公司，23.4%由澳门电力株式会社供应，3.1%由澳门垃圾焚化中央供应。后两者均为火力发电，给澳门本土大气环境带来较大压力。因此，澳门须要优化能源构造，大力发展可再生能源，如海上风电、太阳能光伏发电等。由于可再生能源发电输出具有不愿定性，难以实现能源供需之间的实时匹配，进而导致过剩的可再生能源被摧残浪费蹂躏。为了提升可再生能源利用率，可发展基于区块链的能量管理技能，促进建筑内部门歧用户间或不同建筑间的可再生能源本地交易。此外，可将过剩的可再生能源先存储起来，等须要时再开释出来进行利用。考虑到氢能具有的上风（如清洁、无污染、方便存储和运输、高利用率），采取氢能存储的办法降落可再生能源的摧残浪费蹂躏是非常有前景的选择。
04、结论
剖析了澳门城市建筑的特点（如历史文化建筑和博彩娱乐场所建筑多、博彩行业建筑碳排放高、建筑密度和建筑制冷能耗大），并有针对性地提出了发展澳门聪慧建筑的建议，包括加强建筑管理系统的网络安全防护、加快5G通信网络的支配、大力发展建筑节能环保技能等。由于聪慧建筑的研究、试验、培植等涉及的利益方浩瀚（如政府干系部门、建筑拥有者、网络安全专家、设备供应商、系统集成商、建筑研究职员、网络运营商等），故须要多方共同努力才能完成好澳门聪慧建筑的培植。（任务编辑 傅雪）
参考文献（略）
作者简介：余亮，南京邮电大学物联网学院，副教授，研究方向为信息物理领悟系统的能量管理、深度强化学习、区块链；江涛（通信作者），华中科技大学电子信息与通信学院，武汉光电国家研究中央，教授，研究方向为移动通信与天地一体化信息网络。
注：本文揭橥于《科技导报》2019年第23期，敬请关注。
