Перейти в полный архив журнала →
Термин «интеллект» происходит от латинского «intellectus» - что означает «ум, рассудок, разум; мыслительные способности человека». Поэтому в специальной и публицистической литературе понятие «интеллектуальное здание» имеет целый ряд синонимов; говорят об «умном», «разумном», «послушном», «мыслящем» и т.п. доме. Но, несмотря на терминологическую несогласованность, являющуюся необходимым спутником любого нового дела, вряд-ли кто будет спорить с тем, что сегодня за всеми этими определениями скрывается какой-либо вариант решения автоматизированного управления инженерными и телекоммуникационными системами здания. Бесспорно также , что главными задачами, которые должно решать Интеллектуальное здание, являются:
Иначе говоря, комфорт, безопасность и ресурсосбережение – это то, что производитель обещает, а заказчик ждет от Интеллектуального здания. И здесь все предельно ясно. Разночтения возникают, когда встает вопрос о том, какова структура или каковы составляющие ИЗ, которые позволяют решить перечисленные задачи.
Предлагаем один из возможных вариантов решения этого вопроса, не настаивая на его исключительности. Первой составляющей Интеллектуального здания следует назвать само здание, а точнее - его архитектурно-строительные решения. От изначального видения архитектором здания в целом, его размещения относительно рельефа местности, ориентации по сторонам света, функционального состава и расположения внутренних помещений во многом зависит будущая «интеллектуальность» здания. Архитектор разрабатывает основу Интеллектуального здания - сценарии будущей его эксплуатации, применяет решения, которые могут значительно упростить системы теплоснабжения, вентиляции и освещения за счет использования естественных ресурсов. Эта составляющая ИЗ является важной и определяющей еще и потому, что продолжительность «жизни» современного здания - 50-60 лет.
Имя американского теоретика и практика архитектуры Франка Ллойда Райта широко известно во всем мире. Его работы оказали значительное влияние на развитие архитектуры XX столетия. С большой уверенность его творения можно отнести к архитектурным основам Интеллектуального здания.
По мнению Райта, жилище должно быть не просто огражденным от внешней среды и защищенным от непогоды местом, а кровом, домом человека в глубоком смысле этого слова. Строительство жилья - задача более чем строительная: она связана с решением вопроса «как жить» вообще: дом - это необходимое материальное оформление жизненных процессов, а не «коробка, в которую втискивается жизнь». Райт считал, что «назначение постройки — прежде всего всесторонне служить человеку, а не производить впечатление».
Именно Райту принадлежит идея «интегральности» в концепции «органической архитектуры». Он стремился к тому, чтобы сооружение представлялось как единое целое, а не собрание многочисленных частей и деталей.
Отопление под полом внедрялось им не только вследствие его экономичности и гигиеничности, но и потому, что оно позволяло сделать систему не дополнением к зданию, не оборудованием в виде прикрепленных к стенам труб и радиаторов, а «интегральной частью» постройки.
Мебель была, насколько возможно (за исключением, наверное, только стульев), встроенной; столы, кровати, диваны, шкафы, книжные полки стали элементами архитектуры, предусматривались в чертежах и выполнялись в процессе строительства как части здания.
Кстати, в СССР в конце 60-х годов техника МЕБАР («мебель ставшая архитектурой») активно развивалась и использовалась советскими архитекторами.
Своеобразен подход Райта и к устройству светопроёмов. Окно в виде прямоугольного выреза в стене можно встретить у Райта только как исключение. В его постройках остекление либо ленточное, либо на всю высоту помещения, либо в потолке.
Что касается стен, то обращенные к улице и на север - они глухие, лишь с узкой полосой остекления под потолком, а обращенные к саду, внутреннему двору или на юг - сплошь стеклянные, от пола до потолка.
В доме нет люстр и подвесов; источник искусственного освещения – встроенный и часто скрытый.
Трудно переоценить вклад в разработку архитектурной составляющей и другого гениального зодчего двадцатого столетия - Корбюзье.
В известных «Пяти отправных точках современной архитектуры» он сформулировал свои основные принципы проектирования и строительства зданий.
Перечисленные принципы четко формулируют архитектурные решения для возможности достижения комфортных условий проживания (или работы) и экономии ресурсов. По мнению Корбюзье, «жилище — это возможность свободно двигаться... отдыхать, погружаться в раздумье; возможность испытывать или вызывать присутствие среды… ».
Пространственная композиция жилого дома Корбюзье складывается из принятых элементов, состоящих из двух этажей, с лестницей между ними.. Эту простую форму архитектор бесконечно варьирует, создавая многообразие жизненного пространства. Отдельные ячейки архитектор связывает внутренними коммуникациями, которые он называет «улицей». В замкнутом пространстве жилого дома должно быть размещено все необходимое для обслуживания живущих в нем людей. Наиболее четко этот принцип получил свое выражение в знаменитом марсельском жилом доме, построенном в 1952 году. К созданию первичной архитектурно-пространственной композиции Корбюзье пришел через применение стандартных строительных элементов. Корбюзье видел в стандартизации не только удобство и удешевление строительства, но и возможную вариативность.
Построенный в Москве в 1929-1936 гг. Дом Центросоюза (теперь здание ЦСУ) позволил архитектору-новатору материализовать целый ряд прогрессивных для того времени идей: оригинальное решение внутреннего пространства, свободная планировка, фасады, построенные на контрасте остекленных поверхностей и глухих стен. Сооружение кажется удивительно легким, не стесняющим пространство узкой улицы. Стеклянную стену Корбюзье задумал сделать двойной циркуляции воздуха — охлажденного летом, подогретого зимой. К сожалению, идею этой оригинальной системы кондиционирования не удалось воплотить в жизнь. Новаторские решения архитектурной составляющей Интеллектуального здания связаны и с именами отечественных архитекторов – братьями Весниными, М Гинзбургом и др.
Можно сделать вывод , что архитектурная составляющая Интеллектуального здания уже сама по себе, без применения современных микропроцессорных устройств и программных средств в значительной степени создает условия комфорта, безопасности и ресурсосбережения,
Теперь – о второй составляющей Интеллектуального здания, системе его управления. Технически ИЗ можно рассматривать как совокупность автоматически управляемых систем:
Данный набор систем не следует считать обязательным для любого ИЗ. В каждом конкретном случае он зависит от пожеланий заказчика.
Автоматизированное управление перечисленными системами осуществляется с помощью специальных микропроцессорных устройств и программного обеспечения, вместе называемых Building Management System (BMS).
Кабельное пространство ИЗ, являясь интеграционным началом, обычно строится по схеме универсальной (многоцелевой) кабельной системы. Построение такой кабельной системы основано на принципах структурированных кабельных систем, а сама она называется Total Building Integrated Cabling (TBIC). Принципы и рекомендации построения TBIC открыты, разработаны и опубликованы BICSI - Международной Консультационной Службой Строительной Промышленности.
Учитывая сказанное выше, такой дом точнее было бы назвать «техногенным». Систему автоматического управления таким зданием, пользуясь терминологией ГОСТов, определяют как АСУ "Здание". Совершенно очевидно, что без такой системы ни о каком Интеллектуальном здании речи быть не может. Таким образом, вторым источником Интеллектуального здания можно считать систему АСУ «Здание» или систему BMS.
Можно назвать следующие главные функции BMS:
BMS выполняется по одно- или двухуровневому иерархическому принципу децентрализации вычислительных средств по основным узлам жизнеобеспечения здания.
При двухуровневом принципе нижний - базовый уровень автоматизации - обеспечивает связь с инженерным оборудованием, контроль параметров, прямое управление оборудованием по поддержанию жизнедеятельности здания; выполняется на основе современных средств контроля и регулирования, в том числе автономных микропроцессорных контроллеров объединенных в единую систему локальными вычислительными сетями.
Верхний уровень реализует оптимальное управление архивированием и протоколированием процесса жизнеобеспечения здания, отображения информации; выполняется на промышленных персональных компьютерах, связанных с базовым уровнем локальными вычислительными сетями.
Предлагаемая структура BMS позволяет обеспечить:
При построении структуры используется модульный принцип, что создает возможность перспективного расширения системы при минимальных расходах. Электропитание технических средств комплекса BMS должно производиться по бесперебойной и гарантированной схеме. Все оборудование поставляется в защищенном исполнении и в соответствии с категорией помещения, где оно устанавливается.
При одноуровневой структуре BMS задачи управления обычно распределяются по основным узлам оборудования инженерных и других систем здания, Эти узлы связываются между собой локальной сетью управления, например LON. В эту же сеть включается и рабочая станция диспетчера. Формирование управляющих воздействий производится в самих устройствах управления, имеющих встроенную программируемую логику.
При двухуровневой структуре BMS задачи, выполняемые на базовом уровне, обычно группируются по основным узлам жизнеобеспечения здания, выделенным в подсистемы, Эти подсистемы связываются между собой на верхнем уровне BMS посредством локальной сети. Оптимизация процессов и формирование управляющих воздействий производится на верхнем уровне, в том числе и на рабочих станциях диспетчерской службы, если таковые имеются в здании.
Отметим, что при формировании управляющих воздействий решается задача минимизации расхода ресурсов (тепла, электричества и т. д.), т.е. решается одна из важнейших задач ИЗ – ресурсосбережение.
Информация, собираемая на базовом, уровне является достаточной для диагностики работы большинства элементов оборудования и анализа нештатных ситуаций. Этим частично решаются проблемы безопасности.
Краткий обзор систем автоматизированного управления прямо указывает на то, что вторая составляющая Интеллектуального здания является определяющей при решении вопросов комфорта, безопасности и ресурсосбережения.
Но для того, чтобы дом стал действительно «интеллектуальным», его необходимо снабдить искусственным интеллектом. Искусственный интеллект в автоматизированной системе управления и есть третья составляющая Интеллектуального здания. Искусственный интеллект (artificial intelligence ) - обычно толкуется как свойство автоматических систем брать на себя отдельные функции интеллекта человека, например, выбирать и принимать оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа внешних воздействий. Такие системы, снабженные искусственным интеллектом, в настоящее время уже успешно используются. В качестве примера укажем на европейские системы управления движением поездов.
Здание, управляемое искусственным интеллектом, можно уже рассматривать как некое кибер-здание, кибернетическую машину. В этом случае, несколько изменив известное определение Корбюзье, можно сказать, что «дом – это кибернетическая машина для жилья».
Решение интеллектуальных задач для создания комфота, безопасности и ресурсосбережения происходит по точному предписанию о выполнении в определенном порядке системы операций. Выполнение в определенном порядке системы операций для решения любой задачи из некоторого данного класса задач называется алгоритмом. Кстати, термин "алгоритм" происходит от имени узбекского математика Аль-Хорезми, который еще в IX веке предложил простейшие арифметические алгоритмы.
В математике и кибернетике класс задач определенного типа считается решенным, когда для их решения установлен алгоритм. Отыскание алгоритма для задач некоторого данного типа связано с тонкими и сложными рассуждениями, требующими большой изобретательности и высокой квалификации. Принято считать, что подобного рода деятельность требует участия интеллекта человека. Задачи, связанные с отысканием алгоритма решения класса задач определенного типа, называют интеллектуальными.
Таким образом, можно перефразировать определение интеллекта как универсального сверх -алгоритма, который способен создавать алгоритмы решения конкретных задач.
Принципиальная возможность автоматизации решения интеллектуальных задач с помощью компьютеров обеспечивается свойством алгоритмической универсальности. Алгоритмическая универсальность компьютеров означает, что на них можно программно реализовывать любые алгоритмы преобразования информации, — будь то вычислительные алгоритмы, алгоритмы управления или композиции мелодий.
Однако современными математиками было строго доказано существование таких типов задач, для которых невозможен единый эффективный алгоритм. В отличие от ЭВМ человек при решении таких задач просто-напросто игнорирует их или сужает условия универсальности задачи. В связи с этим проблема создания искусственного интеллекта неразрывно связана с экспертными системами.
Другим направлением решения задач, посильных искусственному интеллекту, является концепция "усилителя интеллекта". Это понятие аналогично понятию "усилителя силы", которое служит человеку уже давно. В качестве усилителей силы ему служат автомобили, краны, электродвигатели, прессы и многое-многое другое.
Сейчас во многих отраслях деятельности человека используются "усилители интеллекта" в виде мощных ЭВМ. Уже сейчас прогнозируется погода, экономические тенденции, моделируются условия работы конструкций и механизмов и т.д.
Уже производятся средства локальной автоматики, позволяющие значительно упростить процессы управления со стороны более верхних уровней. Такие, т.н. "смарт устройства" представляют собой как бы предварительные "усилители интеллекта".
Основным отличием "усилителя интеллекта" от "усилителя силы" является наличие способности принятия решения. Например, нельзя себе представить, чтобы серийный автомобиль вдруг взбунтовался и стал ездить так, как ему хочется. Не можем представить именно потому, что ему ничего не хочется, у него нет желаний.
В тоже время интеллектуальная система вполне могла бы иметь свои желания, и поступать не так, как нам хотелось бы. Описание таких ситуаций достаточно часто можно встретить в произведениях писателей-фантастов.
Поэтому перед создателями Интеллектуального здания, наделенного искусственным интеллектом, встает еще одна проблема — безопасности.
Интеллектуальный дом можно назвать кибернетической машиной, роботом.
В этом случае вопросы безопасности могут, например, решаться по законам, разработанным и описанным писателем-фантастом и ученым Айзеком Азимовым.
Речь идет о так называемых трех законах роботехники:
Сложные формы поведения человека даже сегодня мы понимаем еще очень смутно. Например: планирование маршрута поездки по городу, чтобы выполнить массу дел, ориентация в плохо освещенном помещении с распознаванием границ предметов и предупреждением столкновений, возможность сосредоточиться на беседе с одним собеседником на шумной вечеринке, где много людей говорит одновременно и т.п. Ни одна из этих задач не имеет четкого алгоритмического решения.
Эти и подобные им проблемы привлекают внимание исследователей в области искусственного интеллекта. В частности создаются интеллектуальные системы, которые подражают некоторым аспектам поведения человека. Ерман, Ларк и Хайес-Рот указывали, что "интеллектуальные системы отличаются от традиционных рядом признаков (не все из них обязательны):
Реализация в системе хотя бы одного из этих требований уже является непростой задачей. Еще сложнее сделать интеллектуальную систему для использования в некоторых специфических прикладных областях, например: в медицинской диагностике и диспетчеризации авиарейсов, наконец, в системах управления зданиями. Такие системы должны, как минимум, не причинять вреда, а искусственный интеллект практически ничего не знает о здравом смысле.
Тема искусственного интеллекта по масштабу колоссальна. Она многократно описана в научных работах и публицистике. В настоящее время с развитием средств вычислительной техники, созданием мощных многопроцессорных компьютеров решение проблемы искусственного интеллекта перешло в качественно новую стадию. Сегодня создание системы, управляемой искусственным интеллектом, - задача абсолютно реальная.
В связи с этим искусственный интеллект можно рассматривать как совершенно реальную и обязательную составляющую Интеллектуального здания, которая помимо решения вопросов комфорта, безопасности, ресурсосбережения минимизирует усилия человека по управлению его жилищем. Вместе с тем необходимо помнить, что искусственный интеллект может стать источником опасности для ИЗ и его обитателей.
Заканчивая разговор о трех составляющих ИЗ – архитектуре, системе управления и искусственном интеллекте, скажем, что Интеллектуальное здание (в строгом смысле этого понятия) еще не построено, поскольку ни один из современных домов не управляется искусственным интеллектом.
