低碳智慧建筑技术创新发展白皮书2024(运行管理篇).pdf
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1、1 低碳智慧建筑技术创新发展白皮书 2024(运行管理篇)Low-Carbon Smart Building Technology Innovation and Development White Paper 2024(Operation and Management Chapter)2024 年 5 月 1 低碳智慧建筑产业技术创新战略联盟简介 为贯彻党中央关于“碳达峰、碳中和”、“数字中国”的发展战略,以及“十四五”建筑业发展规划、数字经济“十四五”发展规划、数字中国建设整体布局规划等发展规划,积极响应国家关于推动产业技术创新战略联盟构建的指导意见、国家科学技术进步法关于产业技术创新战略联
2、盟的倡议,进一步推动建筑领域“绿色低碳化”与“数字智慧化”两化深度融合,并为低碳智慧建筑产业链相关企业发展提供良好创新合作平台。在中国产业技术创新战略联盟协同发展网的指导下,清华同衡规划设计研究院联合二十余家产业知名科研院所及企事业单位于 2023 年 4 月正式缔约成立了“低碳智慧建筑产业技术创新战略联盟”。联盟的目标是成为低碳智慧建筑产业国家级智库以及国内一流的产业技术协同创新平台。联盟是由致力于推进我国低碳智慧建筑及园区应用技术、标准和软件协调配套发展,实现技术成果的产业化和标准化,提高产业核心竞争力的企业、高校、科研机构和其他机构自愿组成,以企业的发展需求和各方的共同利益为基础,以低碳
3、智慧建筑技术创新为目标,以具有法律约束力的契约为保障,形成的联合研发、优势互补、利益共享、风险共担的国家级技术创新合作组织。1 指导委员会 王清勤、林波荣、李丛笑、李百战、冯国会、朱能、杨建荣、于兵、李楠、狄彦强编写组成员 李晋秋、徐思婷、刘魁星、窦强、喻伟、张伟荣、应小宇、耿阳、沈启、谭杨 杜晨秋、白一飞、赵雪园、刘哲、王欣、石轶砆、游伟洁、袁灿 主编单位 低碳智慧建筑产业技术创新战略联盟 参编单位 北京清华同衡规划设计研究院有限公司、清华大学、天津大学、博锐尚格科技股份有限公司、北京工业大学、重庆大学、浙大城市学院、阿里云计算有限公司、腾讯云计算(北京)有限责任公司、北京云栋科技有限公司
4、鸣谢支持 1 合作联系 低碳智慧建筑产业技术创新战略联盟秘书处 版权声明 本研究报告版权属于低碳智慧建筑产业技术创新战略联盟,并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本研究报告文字或者观点的,应注明来源。免责申明 本白皮书呈现内容仅供行业参考,报告内容不代表任何出版方意见或建议,主编单位不对任何单位或个人在本白皮书基础上做出的行为承担责任。1 报告摘要 低碳智慧建筑技术创新发展白皮书 2024(运行管理篇)深入探讨了在全球气候变化背景下,建筑行业向低碳化、智慧化转型的必要性和紧迫性。报告指出,低碳智慧建筑结合了低碳建筑和智慧建筑的优势,通过集成先进的信息技术、物联网、自动化控制技术等手段,实
5、现能源的高效利用和减少温室气体排放。报告首先强调了低碳智慧建筑的概念内涵,提出了这一概念在建筑材料选择、设计、施工、运行维护以及拆除再利用的全生命周期中的应用。报告进一步分析了低碳智慧建筑技术在运管阶段的应用现状及挑战,包括数据不准确、能耗管理效果差、智慧运维系统安全性不健全以及技术成熟度不完善等问题。在建筑运维相关标准梳理方面,报告详细介绍了国内外在建筑智能化运维方面的标准和规范,并指出现有标准体系尚不完善,需要进一步完善以适应新的需求和挑战。报告深入探讨了低碳智慧建筑技术创新面临的挑战,包括技术层面的集成与优化、智能化与自动化水平的提升、数据获取与处理、网络安全与隐私保护等问题,以及政策与
6、法规层面的支持与制定、标准规范的完善、碳排放核算与交易机制等挑战。同时,报告也提出了市场与投资层面的问题,如投资回报周期长、市场需求与供给不匹配、融资渠道有限等,并强调了人才培养与交流层面的挑战。报告展望了低碳智慧建筑技术在运管阶段的创新方向,重点讨论了物联网技术、数字孪生技术、数据挖掘技术、能源微网技术以及大模型技术在建筑运维中的应用前景和发展趋势。报告强调了这些技术在提升建筑能效、优化能源管理、增强安全性和提升用户体验方面的潜力。最后,报告提出了一系列发展策略与建议,包括加强政策支持与标准引导、1 深化产学研合作、推广示范工程与应用、培育专业人才与团队等,以促进低碳智慧建筑技术创新和行业健
7、康发展。1 目录 1 引言.1 1.1 报告背景.1 1.2 报告目的.2 2 低碳智慧建筑概述.4 2.1 低碳智慧建筑概念内涵.4 2.2 低碳智慧建筑发展意义.5 3 低碳智慧建筑技术在运管阶段的应用现状及挑战.8 3.1 建筑运维技术应用现状及问题.8 3.1.1 建筑运维技术应用现状.8 3.1.2 建筑运维面临的问题及痛点.9 3.2 建筑运维相关标准梳理.15 3.3 低碳智慧建筑技术创新面临的挑战.20 3.3.1 技术层面的挑战.20 3.3.2 政策与法规层面的挑战.20 3.3.3 市场与投资层面的挑战.21 3.3.4 人才培养与交流层面的挑战.22 4 低碳智慧建筑技
8、术在运管阶段的创新方向.24 4.1 物联网技术.24 1 4.1.1 物联网技术概述.24 4.1.2 物联网技术在建筑运维中的应用.26 4.1.3 物联网技术未来发展方向.31 4.1.4 物联网技术创新发展关键问题及建议.33 4.2 数字孪生技术.35 4.2.1 数字孪生技术概述.35 4.2.2 数字孪生技术在建筑运维中的应用.36 4.2.3 数字孪生技术未来发展方向.38 4.2.4 数字孪生技术创新发展关键问题及建议.40 4.3 数据挖掘技术.44 4.3.1 数据挖掘技术概述.44 4.3.2 数据挖掘技术在建筑运维中的应用.46 4.3.3 数据挖掘技术未来发展方向.
9、51 4.3.4 数据挖掘技术创新发展关键问题及建议.52 4.4 能源微网技术.54 4.4.1 能源微网技术概述.54 4.4.2 能源微网技术在建筑运维中的应用.57 4.4.3 能源微网技术未来发展方向.61 4.4.4 能源微网技术创新发展关键问题及建议.63 1 4.5 大模型技术.65 4.5.1 大模型技术概述.65 4.5.2 大模型技术在建筑运维中的应用.68 4.5.3 大模型技术未来发展方向.73 4.5.4 大模型技术创新发展关键问题及建议.76 5 低碳智慧建筑技术创新发展策略与建议.77 5.1 加强政策支持与标准引导.77 5.2 深化产学研合作.77 5.3
10、推广示范工程与应用.77 5.4 培育专业人才与团队.78 5.5 加强市场机制和技术创新.78 6 低碳智慧建筑优秀案例.79 6.1 北京微构工场智慧工厂数字化管理平台.79 6.2 Thundercomm 智慧办公项目.84 6.3“光储直柔”建筑示范项目.97 6.4 上海市莘庄科技园区 10 号楼.101 6.5 北京中海安贞门环宇荟、北京中海国际中心.106 6.6 融科资讯中心智慧低碳运维项目.110 6.7 海尔 C02 空气产业大楼绿色低碳能源管理项目.115 1 6.8 利星行中心物业可持续运维项目.125 7 结论.132 7.1 报告总结.132 7.2 展望未来.13
11、2 8 参考文献.134 1 1 1 引言 1.1 报告背景 随着全球气候变化问题的日益严峻,低碳化已成为各行各业发展的重要议题,建筑行业作为全球能源消耗和碳排放的主要来源之一,其向低碳化转型的必要性不言而喻。低碳化不仅有助于减少温室气体排放,缓解全球变暖,还能提高能源效率,降低运营成本,对环境和社会的可持续发展具有重要意义。首先,低碳化建筑通过采用高效的建筑材料、设计和施工技术,最大限度地减少能源和资源的消耗。其次,智慧化是实现建筑低碳化的关键技术支撑。智慧建筑通过集成先进的信息技术和自动化系统,实现能源管理的智能化和自动化。智慧化不仅提升了建筑的能源效率,还带来了更高的居住和工作舒适度。通
12、过智能设备和系统的集成,用户可以根据自己的需求定制室内环境,享受更加便捷和舒适的生活体验。同时,智慧建筑还能通过数据分析预测和识别潜在的维护问题,减少故障发生,延长设备寿命,从而降低维护成本。中国城镇化比例的快速上升推动了城市建筑面积的大幅增长。居住建筑以及公共建筑的规模也随之水涨船高,其内部机电设备系统的复杂性、运行模式的多变性都随之增加。在传统人工运维管理模式下,运维的投入成本较高且管理低效,已难以符合当今大规模建筑的运维管理需求。随着传感器技术、计算机技术、物联网技术的迅速发展,将建筑低碳运维与先进的智能化技术深度融合,成为了提升建筑综合运行性能,降低建筑碳排放的关键技术路径。1 2 事
13、实上,中央政府高度重视建筑运维的低碳化与数字化,在 2021 年“十四五”规划和 2035 年远景目标纲要中提出了要“坚持创新驱动发展,全面塑造发展新优势”做出重大部署。提出加快数字化发展,加强数字化在建筑领域的应用、提高数字政府建设质量,提升公共服务、社会治理等数字化智能化水平;李克强总理代表国务院在十三届全国人大四次会议上作政府工作报告提出,要“大力促进科技创新,产业转型升级步伐加快。推动产业数字化智能化改造,战略性新兴产业保持快速发展势头;2024 年国家发展改革委、住房城乡建设部发布 加快推动建筑领域节能降碳工作方案,要求加快推动建筑领域节能降碳,降低碳排放水平,提升建筑领域绿色低碳发
14、展质量;中国科技部与住房和城乡建设部联合发布的“十四五”城镇化与城市发展科技创新专项规划中明确提出要求,“以数字化、智能化技术为基础,开展智能建造与智慧运维基础共性技术和关键核心技术研发与转化应用,促进建筑业与信息产业等业态融合,显著提高建筑工业化、数字化、智能化水平。综上所述,低碳化和智慧化是建筑行业发展的必然趋势。低碳化有助于减少环境影响,智慧化则提高了建筑的能源效率和用户体验。两者相结合,不仅能够响应全球气候变化的挑战,还能推动建筑行业向更加高效、可持续的方向发展。随着相关技术的不断进步和成本的降低,未来的建筑将更加绿色、智能,为人类社会创造更加美好的居住和工作环境。1.2 报告目的 低
15、碳智慧建筑技术创新发展白皮书 2024(运行管理篇)旨在明确阐述低1 3 碳智慧建筑在运行管理领域的创新技术及其对行业未来发展的深远影响。本报告的目的是为了提供一个全面的视角,分析和评估当前低碳智慧建筑运行管理的关键技术、成功案例、面临的挑战以及潜在的解决方案。我们将探讨如何通过集成创新技术,例如物联网、人工智能、大数据分析等,来优化建筑的能源使用效率,减少运营过程中的碳排放,并提升居住和工作环境的质量。此外,报告还将着重讨论低碳智慧建筑运行管理的最佳实践,以及如何通过政策激励、市场机制和技术创新来推动低碳智慧建筑的广泛应用。我们的目标是促进行业内部的知识共享,激发新的思考和讨论,最终实现建筑
16、行业在环境保护、经济效益和社会效益三方面的协调发展。总而言之,通过这份白皮书,我们希望为建筑行业的政策制定者、决策者、技术开发者、运营管理者以及所有推动建筑行业可持续发展的人士,提供一个清晰的指导框架和行动蓝图。1 4 2 低碳智慧建筑概述 2.1 低碳智慧建筑概念内涵 本报告首次明确提出“低碳智慧建筑”这个概念。低碳智慧建筑、低碳建筑和智慧建筑这三个概念虽然在某些方面有所重叠,但它们各自侧重点不同。低碳建筑主要关注的是减少建筑在其生命周期中的碳排放,包括设计、建造和运营阶段;它侧重于使用低碳或可再生材料、提高能源效率、减少能源消耗和温室气体排放;低碳建筑的设计和实施通常遵循特定的绿色节能标准
17、和规范,以确保建筑的环境影响最小化。智慧建筑则侧重于利用先进的信息技术、物联网、人工智能等技术来提高建筑的运营效率和用户体验;它涉及到建筑内部环境的智能监控、管理和优化,如智能照明、温度控制、安全系统等;智慧建筑的目标是通过自动化和数据分析提高能源使用效率,减少浪费,并为用户提供更加舒适和便捷的环境。低碳智慧建筑是低碳建筑和智慧建筑的结合体,它不仅追求减少碳排放,还利用智能化技术来实现这一目标;这种建筑类型在设计和运营中融入了节能降碳的策略,并通过智慧化手段进行能耗监测和管理,以实现精细化的能源管理;低碳智慧建筑还可能包括对建筑用能设施的智能规划、能耗监测系统、楼宇自动控制系统等,以确保在满足
18、舒适度的同时,实现能源的高效利用。总的来说,低碳建筑侧重于环保和能效,智慧建筑侧重于智能化技术的应用,而低碳智慧建筑则是二者的综合,旨在通过数字智慧化手段实现建筑的低碳运行和高效管理。因此,本报告所定义的低碳智慧建筑,是指在建筑设计、建筑材料选择、施工、运行维护以及拆除再利用的全生命周期中,通过集成先进的信息技术、物联1 5 网、自动化控制技术等手段,实现能源的高效利用和减少温室气体排放,以达到节能减排、保护环境、提高居住和工作舒适度的建筑。这种建筑不仅注重减少对环境的影响,还强调提高居住和使用的舒适度,以及提升建筑的整体性能和经济效益。低碳智慧建筑通常涉及到建筑信息模型(BIM)、物联网(I
19、oT)、大数据分析、云计算、人工智能等先进信息技术的应用,以实现能源管理、环境监测、安全监控、设备维护等方面的自动化和优化。2.2 低碳智慧建筑发展意义 大力发展低碳智慧建筑是贯彻党中央关于“碳达峰、碳中和”、“数字中国”的发展战略的重要抓手,是积极响应我国“十四五”建筑业发展规划、数字经济“十四五”发展规划、数字中国建设整体布局规划等重大发展规划的重要举措。是推动我国建筑领域“绿色低碳化”与“数字智慧化”两化深度融合的重要载体。低碳智慧建筑技术本质上也是新质生产力。本报告认为低碳智慧建筑技术与新质生产力的关系主要包括以下几个方面:(1)技术创新与突破 低碳智慧建筑技术是新质生产力中的一个关键
20、组成部分,它代表了建筑行业在技术创新方面的突破。这种技术通过采用高效的能源管理系统、可再生能源利用、智能控制系统等,显著提高了建筑的能源效率和环境友好性。这些技术的应用不仅减少了对传统化石燃料的依赖,还推动了建筑行业的可持续发展。(2)生产要素创新性配置 1 6 低碳智慧建筑技术要求对生产要素进行创新性配置,包括使用新型环保材料、高效的能源设备、智能传感器等。这种配置不仅提高了建筑的能效,还促进了相关产业的发展,如智能设备制造、可再生能源产业等,这些都是新质生产力的重要组成部分。(3)产业深度转型升级 低碳智慧建筑技术的应用推动了建筑行业的深度转型升级。传统的建筑行业向更加智能化、绿色化的方向
21、发展,这不仅提升了建筑质量和居住舒适度,还促进了产业结构的优化和产业链的延伸。(4)全要素生产率提升 通过采用低碳智慧建筑技术,建筑项目可以在设计、施工、运营等各个阶段实现资源的高效利用,减少浪费,从而提升全要素生产率。这种提升不仅体现在经济效益上,还体现在环境效益和社会价值上,符合新质生产力追求高质量、高效能、质优的发展方向。(5)推动新兴产业和未来产业 低碳智慧建筑技术的发展和应用,促进了新兴产业如智能控制系统、大数据分析、云计算等的发展。同时,它也为未来产业的发展提供了技术基础和市场需求,如能源管理服务、环境监测服务等。(6)促进数字经济和实体经济融合 建筑领域绿色低碳技术与数字智慧技术
22、的结合,是数字经济与实体经济深度融合的典型例子。通过物联网、云计算、人工智能等技术,建筑变得更加智能,能够实现能源的精细化管理和优化使用,这不仅提升了建筑的性能,也为数字经1 7 济的发展提供了新的增长点。综上所述,低碳智慧建筑技术是新质生产力发展的重要组成部分,它通过技术创新和生产要素的创新性配置,推动了建筑行业的转型升级,提升了全要素生产率,并为新兴产业和未来产业的发展提供了动力和方向。1 8 3 低碳智慧建筑技术在运管阶段的应用现状及挑战 3.1 建筑运维技术应用现状及问题 3.1.1 建筑运维技术应用现状 信息化与智能化的普及对建筑绿色低碳运维管理提出了更高的要求。建筑运行阶段的智慧运
23、维是建筑全生命周期管理的关键部分,它涉及建筑使用过程中各项设施和系统的维护、管理、优化等工作,旨在提高建筑运行效率、降低运营成本、减少能源消耗,同时保障建筑的舒适、低碳和可持续性。核心在于利用先进的信息技术和智能化手段,对建筑运行数据进行实时采集、分析、处理和优化调控。同时,通过实时监测建筑设施的运行状态,及时发现潜在问题,并采取相应的措施进行预警维修,从而避免故障的发生或降低故障影响建筑运行。总体上,建筑运维涵盖能源管理、设备维护与预警、环境舒适度调控监控、数据分析和系统优化等多个方面。通过这些方面的智慧化管理,提高建筑的运行效率、降低能耗和成本,同时提升使用者的舒适度和安全性。(1)能源管
24、理是现阶段建筑智能化运维的最常见功能。通过安装智能传感器和监控设备,实时监测建筑的能耗数据,包括电力、燃气、水资源等。利用大数据分析技术,对能耗数据进行深度挖掘和处理,找出能耗高峰和潜在节能点,进而制定节能策略和优化措施。例如,根据实时天气和室内人员活动情况,自动调节空调温度和照明亮度,实现能源的高效利用。(2)其次为室内环境监测、照明管理以及空调系统调控。通过实时监1 9 测建筑内的温度、湿度、空气质量、照度等环境参数,自动调节空调、新风设备、照明系统等,为使用者提供舒适、健康的室内环境。同时,还可以根据使用者的反馈和习惯,智能调整环境参数,满足不同人群的需求。(3)再者是建筑监测数据分析与
25、决策。依靠运维系统生成各种报表和可视化图表,帮助管理者全面了解建筑的运行状况、能耗情况、设备状态等。通过 5G、物联网、大数据等科技手段,将设备设施运行信息数字化,通过采集、清洗和分析数据,结合特定算法,形成系列智能运行和维护策略,提高管理效率和质量。同时,还可以预判设备潜在故障,辅助预测性维护、能源审计等高级功能,为管理者提供决策支持。(4)最后涉及建筑设备的维护与预警。通过物联网技术,将建筑内的各种设备与系统连接到统一的运维平台上,实现设备的远程监控、故障诊断和预警。一旦设备出现异常或故障,系统能够及时发现并通知维修人员进行处理,避免设备故障对建筑运行的影响。同时,还可以对设备的运行数据进
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