智能化建筑材料的应用及控制技术研究

【摘要】随着电子技术及自动控制技术的迅速发展，未来的建筑及所用的材料将逐渐向智能化方向迈步，成为全球研究和开发的热点。本文从智能化材料的主要功能和基本构成入手，对智能化建筑材料的应用实例进行了分析，并对楼宇自动化控制的领先技术(BAS)系统进行了相应的探讨。

【关键词】智能化材料;智能化建筑;主要功能;应用实例;控制技术

智能化材料是指模仿生命系统，具有自感知、自反馈、自诊断、自调节、自修复能力的多功能材料。不同于其他类型的材料，智能化材料最大的特点是具有仿生命感知和自我调节功能，通过自身的自我感知从外界获取信息，做出判断和处理后发出指令，调整自身状态，从而更好地适应外界环境的变化。由于智能化材料有着传统材料无可比拟的优越性能，已逐渐成为全球研究和开发的热点，并在建筑中得到了广泛地应用，智能化建筑也逐渐成为现代建筑的主要趋势。

１．智能化材料的主要功能及基本构成

1.1智能化材料的主要功能

智能化材料的主要功能具体体现在以下几个方面：

（1）自感知功能。该功能可以对外界或内部环境的刺激强度，如电、光、热、化学、核辐射等的强度及变化进行检测和识别，并将识别到信息积累起来。

（2）自反馈功能。通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，再将其对比结果反馈给控制系统，控制系统再适时地做出相应的反应，并采取必要的行动。

（3）自诊断功能。通过对系统目前的状况与过去的情况进行分析和比较，自行判断出系统存在的故障，并采取必须要措施予以校正。

（4）自调节功能。能够根据外部环境的不断变化，调整自身的结构和功能，并适时改变自身的状态和行为，确保材料系统始终以一种优化方式对外界变化做出正确的响应。

（5）自修复功能。通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，对材料系统的某些局部损伤和破坏进行修补，使之可以迅速恢复到原始状态。

1.2智能材料的基本构成

智能材料主要有以下部分组成：

（1）基体材料。基体材料担负着承载的任务，通常以轻质材料为主。由于高分子材料具有粘弹性的非线性特征，而且耐腐蚀性强，重量轻，成为基体材料的首选材料，其次可选用轻质有色合金的金属材料。

（2）敏感材料。敏感材料主要用来感知识外界或内部环境的变化，因而担负着传感的作用。常用的敏感材料主要有光纤材料、压电材料、液晶材料、磁致伸缩材料、磁流变体以及电流变体材料等。

（3）驱动材料。驱动材料担负着响应和控制的任务，一定条件下可以产生较大的应变和应力。普遍使用的驱动材料主要有压电材料、电流变体、形状记忆材料以及磁致伸缩材料。

（4）信息处理器。信息处理器是智能化材料中的核心部分，主要对传感器输出信号进行判断和处理。

2.智能化建筑材料应用实例

2.1“智能皮”建筑材料

“智能皮”建筑材料由美国建筑大师师斯蒂芬?基兰和詹姆斯?廷博莱克开发而成。是一种可以在铝制框架上进行拉伸平铺的外包装材料，主要由两层聚脂膜（PET）构成，以柔性膜材料为基板材料，并在基板上喷涂一些带有能量储存、信息显示、照明、加热功能的微小粒子，开发出来的电子墙壁不仅价格低，还能任意改变功能，如投影、照明。聚脂膜表面是一层高纯度的树脂，内部含有一种相变材料颗粒，可以将白天在外界吸收的热量在晚上释放出来。两层聚脂膜材料之间存有5cm的空隙，空隙间用块状气凝胶填充，绝热系数不亚于填充了聚苯乙烯的43cm厚的水泥墙。由于智能皮表面有微型有机光电太阳能电池存在，因而可以直接通过吸收阳光为有机发光二极管和内部照明系统提供电能。

2.2智能涂料

随着材料科学及电子技术的不断进步，涂料材料的功能性日益增强，智能涂料也被广泛应用到生态住宅中。在冬季温度下降时，轻质热敏型涂料可适当地将起居室颜色从夏季的浅色调调至为冬季的深色调。智能涂料也具有健康卫生功能，将抗菌聚合体植入涂料中可杀死细菌。同时带有吸收性能的涂料不仅可以将厨房中的油烟味除掉，而且对灰尘有排斥作用，可改善住宅卫生。近年来，智能涂料在室内装饰的应用已有长足发展之势，也是智能建筑中必不可少的组成部分，有着十分广阔的发展前景。

2.3智能玻璃幕墙

智能玻璃幕墙由一个单层玻璃幕槽和双层玻璃幕墙组成。与传统玻璃幕墙相比，智能玻璃幕墙是一个各专业协调合作的多功能系统，既包括了玻璃支撑结构，又包括建筑服务系统以及建筑内部环境控制系统，采用热通道幕墙技术，不仅可以很好地控制室外光线，而且通风性能好。加之智能玻璃幕墙外侧是全封闭式的，因而可有效降低外界噪声对建筑内部的干扰。

2.4智能板材

模克隆多层紫外线防护IQ-Relex板材作为一种新型建筑材料，由德国拜耳材料科技集团研制而成，在酷暑的夏季，可反射太阳光的紫外线，降低室内热量。在严寒的冬季，能吸收阳光为其提供热量和温暖。这种以聚碳酸酯为基体材料的智能化板材，不仅质轻坚固，耐腐蚀性强，而且易加工，可有效地降低辐射，是建筑墙面和顶棚的首选材料。

3.楼宇自动化控制的领先技术( BAS) 系统

随着科学技术的迅速发展，系统集成成为判断建筑智能化的一个重要依据，也是现代物业发展的主流方向。弱电系统作为智能化建筑的重要组成部分，正逐步向系统集成方向迈进。作为建筑的核心系统集成，智能化建筑通过整合楼宇设备自动化系统、办公自动化系统以及通讯自动化系统来实现信息、资源和管理服务的共享。所以，只有信息集成得以实现，现代物流管理和信息服务系统才能得以建立，智能建筑才能真正达到智能化。

弱电系统的信息集成在智能化建筑的信息化中发挥至关重要的作用。弱电系统监管着智能建筑中的所有机电设备，向物业管理和信息服务系统提供着各种关于设备方面的数据。这些重要的历史数据或实时数据，是智能建筑设备维护、管理决策、自动计费至关重要的依据，因此，建筑的智能化是以弱点系统信息集成为基础的，弱电系统集成必须以信息集成为目标，实现自能建筑弱点系统集成向弱电系统信息集成的转变。

弱电系统信息集成的特点是：以网络基础，建立一个统一完整的监控管理平台，通过系统软件采集和取用弱电各分系统全部的实时数据，并将其在各大集成网络系统中，以达到实现信息、资源和管理服务共享，满足众多用户需求的目的。

近年来，众多高档建筑的业主加大了对具有智能特征的各分系统的投入，如5A甲级写字楼、商务大楼，这些建筑大数投入资金高，系统硬件先进，但建成的弱电系统但仍无法达到信息集成化的要求，其内在的潜力和作用未能充分发挥出来。现代建筑物的弱电系统众多，常以弱电系统集成来解决这一问题。传统的弱电集成方式常＝以楼宇自控系统(BAS)为中心，通过串行通讯的方式将BAS专门的通讯控制器和它生产的产品连接起来，促使系统之间的数据得以传递，这无疑是将它方产品纳入楼宇自控系统的一种集成方式。

第一，楼宇自控系统( BAS)的系统软件都为自成系统，尽管自身由通讯网络构成，但系统体系较为封闭，向外开放能力较弱。有的楼宇自控系统( BAS)虽有数据交换接口，但这些数据接口去缺少支持网络系统的功能，加之使用这些数据接口需要专业的软件编程,对于普通用户而言，极为不便。

第二，普通的楼宇自控系统(BAS)的中央监控系统缺少网络环境下的信息集成管理集成功能，缺乏开放的数据库接口，楼宇自控系统和其他应用程序进行数据交换的能力非常有限，当弱电系统通过楼宇自控系统中心和上级集成系统交换数据时，容易产生瓶颈效应，难以收到预期的效果。　[科]

【参考文献】

［１］韩铭.智能材料的研究应用及发展趋势[J].河南建材,2011(03)．

［２］郭玉娟.土木工程建设中的智能材料研究[J].现代装饰(理论),2012(03)．