دانلود تحقیق و مقاله رایگان با عنوان تحقیق درباره معماری هوشمند
مقدمه
خانه هوشمند TRON، نخستین ساختمانی که با استانداردهای امروز هوشمند پنداشته می شود، در سال 1988 توسط کن ساکومارا، نیشی ازوبا، ژاپن ساخته شد. این ساختمان تمام اتوماتیک با هزینه 1 میلیارد ین در آن زمان، شامل 380 کامپیوتر بود، که با معماری TRON شبکه پردازی می شد. تمام اطلاعات خارجی، بعنوان مثال، از تلویزیون، رادیو و تلفن، و تمام اطلاعات داخل دریافت شده، مبادله شده برای مثال از طریق یک سیستم سمعی بصری، می تواند روی مانتیورهای نصب شده در هر در ورودی فراخوانده شود.
بیل گیتس سالها بعد در 1998، یک خانه هوشمند ساخت، که، با کمک سنسورهای نصب شده و نرم افزار مربوطه، قادر به تشخیص افراد و، براساس اولویت های کاربر، ایجاد تغییر در محیط بود، بطوری که، برای مثال، وقتی که شخصی وارد اتاقی می شد تصویر مطلوبی روی مانیتور نمایش داده می شد.
ائتلافی از چندین موسسه فرانهوفر و شرکت خصوصی هماهنگ شده بوسیله موسسه فرانهوفر برای مدارها و سیستم های میکروالکترونیک (IMS) InHaus را ارائه کردند، که در سال 2001 در دوئیسبرگ المان برپا شد. علاوه بر توسعه و شبکه پردازی تجهیزات فنی، هدف این مقاله وارد کردن این تجهیزات در زیبایی شناسی، ارگونومی، راحتی و سبک زندگی یک خانه مدرن است. طرح ابتکاری SmartWohnenNRW، که در حال حاضر بزرگترین مقاله زندگی هوشمند فعال اروپاست، 1000 خانه آزمایشی را در راین وست فالی شمالی ، بازهم با مشارکت چندین موسسه فرانهوفر خواهد ساخت.
در اصل، ساختمانهای هوشمند همچنین می توانند از طریق استفاده از مواد هوشمند ساخته شوند. این ساختمانها نیازمند سازه های قادر به دریافت و پردازش داده های پیچیده بسیاری، ترجیحا شامل سیستم های الکتریکی، هستند. اگر چنین سازه ای وابسته به یک مسئله ساده محرک و واکنش باشد، بنابراین سیستم نمی تواند بعنوان هوشمند توصیف شود.
مفهوم و تعاریف ساختمانهای هوشمند
مفهوم ساختمان هوشمند معرف نوعی بده و بستان و تبادل قوی و بدون نقص اطلاعات میان بخش‌های مختلف ساختمان است. اصطلاح «بخش‌های ساختمان»، همه اجزایی را که در اداره کردن ساختمان نقش ایفاء می‌کنند را در بر می‌گیرد. بخش‌هایی نظیر HVAC، بخش‌های مکانیکی، ساختمانی، کنترل دسترسی، امنیتی، مدیریتی، نوردهی، نگهداری و تعمیرات، شبکه محلی و مدیریت انرژی. ساختمان هوشمند یعنی کنترل و مدیریت اجزاء یک بنا توسط کاربرانی که از تواناییهای کامپیوتر استفاده می‌کنند تا نیازها را برآورده سازند. نیازهایی که ممکن است شامل کارآمدی، سودمندی و ذخیره انرژی، سرگرمی، ایجاد شعف و شادی، آسایش، بازگشت سرمایه و کم کردن هزینه‌های زندگی باشد. بنابراین لزومی ندارد که تعریف یک ساختمان هوشمند را به موفقیتها و اهداف بسیار ویژه وآرمانی ربط داد. چرا که تعریف این موفقیتها و اهداف از موقعیتی به موقعیت دیگر تغییر می‌کند و نزد افراد گوناگون، تعاریف گوناگون دارد. یک ساختمان هوشمند باید دارای عملکرد یکسانی باشد تا این توانایی را داشته باشد که نیازهای مختلف و گوناگون را پاسخ گوید.
دانشمندان لغت «ساختمان هوشمند» را اینگونه تعریف کرده‌اند: «بنایی که در آن از آخرین تکنولوژی‌ها استفاده شده باشد». با این تعریف مشخص است که آنها به بنایی هوشمند می‌گویند که دارای بروزترین سیستمهای ساختمانی باشد. اگر چه نوآوری و ابداع در ساختمانهای هوشمند بسیار مهم است اما این به آن معنی نیست که لزوماً تبادل اطلاعات و یکپارچگی سیستمهای ساختمان موجب می‌شود که آنرا هوشمند بنامیم.
سمپوزیوم بین المللی معماری در سال 1985 در تورنتو تصریح کرد که: «یک ساختمان هوشمند آمیزه‌ای است از ابداعات (خواه این ابداعات تکنولوژیک باشد خواه خیر) به همراه مدیریتی بدون نقص که در این راستا و با داشتن این دو ویژگی سرمایه صرف شده تا حد زیادی باز گردد. این تعریف علاوه بر لزوم وجود ابداع و نوآوری و استفاده از تکنولوژی این موضوع را نیز یادآوری می‌کند که یکی از اهداف ساخت ساختمانهای هوشمند، اینست که ساختمانهایی ساخته شوند که هر چه بیشتر سرمایه‌ای را که در ساخت و ساز صرف شده است برگردانند. ممکن است اینگونه به نظر برسد که این اهداف تنها در ساخت ساختمانهای تجاری و اداری مدنظر قرار داده می‌شود اما در ساخت خانه‌های مسکونی به آنها توجه نمی‌شود. مگر اینکه این اهداف در راستای توجه به آسایش و راحتی مردم و توجه به استفاده بهینه و بهره‌برداری تمام و کمال از سرمایه، مورد توجه قرار گیرند. به علاوه اهداف دیگری که در ساخت بناهای تجاری و اداری مورد توجه است، در تعریف بالا ذکر نشده است. ارائه تعریف برای بناهای هوشمند بر مبنای ذکر اهداف ضروری در تعریف EIBG(گروه سازنده ساختمانهای هوشمند در اروپا)¹ به وضوح مشاهده می‌شود که می‌گوید: «یک بنای هوشمند، بنایی است که کارآیی و راندمان ساکنانش را افزایش داده و امکان مدیریت موثر را بر اساس مقتضیات خاص و با کمترین هزینه فراهم آورد». راندمان و سودمندی تا حدودی غیرقابل لمس و نامحسوس هستند. که تنها با نگاهی به عملکرد گذشته و مقایسه آن با عملکرد جدید، تا حدودی می توان به این دو مفهوم دست یافت. همچنین پایین آوردن هزینه‌ها (راندمان و سودمندی) از جمله اهدافی است که باید توسط سیستمهای کنترل کننده مورد توجه قرار گیرد.
از سویی دیگر در سال 1996، باب، تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد.” ساختمانی که با بهره گرفتن از تکنولوژی مدرن این امکان را فراهم آورد تا بتوان اجزاء و تجهیزات مختلف را به طور خودکار کنترل کرد”. این تعریف به خوبی نشانگر روند تبادل اطلاعات بین اجزاء کنترل کننده و اجزاء کنترل شونده، در ساختمانهای هوشمند است. روند فرماندهی ساختمان در تعریف DEGW ²در سال 1998 ذکر شده است. این تعریف بیان می‌کند که یک ساختمان هوشمند در برابر نیازهای کاربران خود بسیار پاسخگوتر است و توانایی هماهنگی یا تکنولوژی جدید را دارد و میتواند خود را با تغییرات سازمانی ساختمان، هماهنگ کنند. این تعریف یک مبحث بسیار مهم را درباره روند فرماندهی ساختمان دربرمی‌گیرد.
کلمه «پاسخگو» در این تعریف بیانگر معنای «خروجی سیستم» است. کلمه «در برابر نیازهای کاربران» معرف توانایی سیستم در شناخت و تشخیص «نیازها» به وسیله تحلیل ورودیهای کاربران است. کلمه «هماهنگی» نشانگر توانایی سیتسم برای هماهنگ شدن است. خواه این هماهنگی توسط خود سیستم انجام شود خواه به وسیله دیگران.
در سال 1988، معماری بنام «اتکین» تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد. او گفت: یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که از وقایعی که در درون و برون آن رخ می‌دهد مطلع است و میتواند در مواجهه با این وقایع و برای بوجود آوردن محیطی دلچسب برای کاربرانش، موثرترین و بهترین تصمیمات را در همان زمان بخصوص، اتخاذ کند. «اتکین» در تعریف خود علاوه بر توانایی کسب اطلاعات (input) و توانایی پاسخگویی (output) ، فاکتور زمان را نیز دخیل کرد.بر مبنای این تعریف همه تصمیمات سیستم در مواجهه با وقایع درون و برون ساختمان باید در زمان خاص خود اتخاذ شوند و اگر این تصمیم گیری ها در زمان دیگری انجام شوند، ارزشمند نخواهند بود. کلمه «مطلع است» در تعریف «اتکین» به معنای اطلاعات دریافت شده (input) و وسایل ارتباطی است که اطلاعات به وسیله آنها به سیستم کنترل وارد شده و جمع آوری می‌شود. کلمه «تصمیم می‌گیرد» در این تعریف بیانگرهمه انواع پاسخ‌هاست. مانند تصمیم سیستم برای تعادل دمای درون بنا، هماهنگ فرم ساختمان که همه اینها تحت عنوان «خروجی سیستم» (output) قرار می‌گیرند.
تحولی که در زمینه ارتباطات راه دور و همچنین علم الکترونیک رخ داد موجب گسترش تواناییهای ساختمانهای هوشمند شد. توانایی یادگیری در سیستمهای یکپارچه که شامل اصطلاح «هماهنگی» است و در تعریف DEGWذکر شده است، موجب می‌شود که سیستم بتواند از تجربه‌های مشابه در موارد دیگر استفاده کند. تا با توجه به این تجربه‌ها و آموزه‌ها بهترین تصمیمات را اتخاذ کند. علاوه بر توانایی یادگیری سیستم، اطلاعاتی که بین بخش‌های مختلف رد و بدل می‌شود باید در (BCS) ³که همان بخش کنترل ساختمان است ، مورد تحلیل و پردازش قرار گیرند که در حقیقت بخش BCSبه منزله مغز ساختمان است.
با این اوصاف، ویژگی‌های اصلی که یک ساختمان در صورت دارا بودن به نام هوشمند خوانده می شود به قرار زیر هستند.
1ـ ورودی سیستم که وظیفه دریافت اطلاعات را به وسیله ابزارهای دریافت کننده برعهده دارد.( input)
2ـ پردازش و تحلیل داده های اطلاعاتی
3ـ خروجی سیستم که در مواجهه با اطلاعات دریافت شده توسط ورودی سیستم، پس از پردازش آنها، اقدامات لازم را اتخاذ می‌کند. ( output)
4ـ ملاحظات زمانی که موجب می‌شود تا تصمیمات اتخاذ شده در زمان مقرر رخ دهند.
5 ـ توانایی یادگیری.
یک ساختمان هوشمند بنایی است که توانایی پاسخگویی (output) به نیازهای کاربرانش بر مبنای اطلاعات پردازش شده که توسط ورودیهای متعدد فراهم آمده را دارد. فاکتور پاسخگویی در زمان معین در این ساختمان بسیار مهم و ضروری است. تجهیزات متعدد دریافت کننده و ارسال کننده ، اطلاعات را با توجه به نظارتی که بر تغییرات محیط درونی و برونی بنا دارند دریافت می‌کنند. همچنین فراموش نشود که یکی مولفه های اصلی یک بنای هوشمند دارا بودن توانایی یادگیری است. قبل از ساخت یک بنای هوشمند برنامه ریزی سیستم بسیار مهم است تا اهدافی را که می‌خواهید به آن بدهید خوب بشناسد. نیاز واقعی برای داشتن یک ساختمان هوشمند میتواند با دقت به نتایج آشکار شود و اینکه آنها این نیاز با ساختن این بنا رفع می‌شود یا خیر. برای مثال بهره‌وری یکی ضروریات شرکتهاست. محیط درونی یک دفتر کار تعیین کنندة فاکتورهای بسیار زیادی برای بهره‌وری یک کارمند است. به عنوان یک مثال ساده، من نمی‌توانم در دفتر کارم بیش از 3 ساعت به طور مداوم کار کنم. به این دلیل که دمای هوا در دفتر کارم پایین است. بنابراین هر گاه که احساس سرما می‌کنم مجبورم از دفتر خارج شده و به فضای باز بروم و در حدود 10 دقیقه از گرمای خورشید استفاده کنم و سپس به دفترم برگردم. مسئول تأسیسات تصمیم گرفت که تقریباً هر روز تکنسینی را فرا خواند تا اتاقها را چک کند و دما را افزایش دهد. تلف کردن وقت در هنگام کار به خاطر اشکال در تهویه مطبوع هوا باعث می‌شود که مییزان بهره‌وری کاهش یابد. که این مسئله به معنای حیف و میل منابع یک شرکت است.
اهدافی که با ساخت یک ساختمان هوشمند به دست می‌آید تقریباً تمام وجوه زندگی انسان را در برمی‌گیرد. بهره وری، راندمان بالا، ذخیره انرژی، سرگرمی، فرح و شادی، آسایش، پایین آوردن هزینه‌های زندگی و افزایش عمر بنا، همه و همه نمونه‌هایی از این نوع اهداف است که با ساخت بناهای هوشمند به دست می‌آیند.
یک ساختمان هوشمند باید دارای سیستمی از اعصاب باشد که شامل حسگرها و تحریک کننده‌های تعبیه شده است که اطلاعات را در زمان درست و صحیح خود کنترل می‌کند. با این اوصاف، بنا میتواند به صورت ایستا یا حرکتی عمل کند. بنابراین تغییر یا عدم تغییر در ساختار درونی یا برونی بنا نمونه‌هایی از توانایی یک بنای هوشمند است. سیستم اعصاب بنا وظیفه یکپارچه کردن همه سیستم ها را بر عهده دارد تا ساختمان هوشمند شکلی انعطاف پذیر داشته باشد تا بتواند در مواجهه با تغییرات محیطی که در آن واقع شده است ، کنش مناسبی داشته باشد . به عنوان یک انسان، کاربران بنا باید بتوانند بفهمند که بنا شاد است یا غمگین، ناخوش است یا سرحال. از سویی دیگر بنا نیز باید توانایی درک حال کاربرانش را داشته باشد تا بر طبق حال آنها عمل کند.
بر طبق تعاریف اصطلاحات گوناگون استفاده شده، واضح است که معماری پاسخگو در همه فضاهای بنا و همچنین در معماری بنا نقش موثری را بازی می کند. معماری و فضای ساختمان هر دو باید ویژگیهایی داشته باشند که پاسخگوی نیازهای کاربران باشند. معماری پاسخگو نباید به یک یا دو نوع از واکنشها محدود شود. بلکه باید تمامی کنشها از جمله کنشهای ایستا، حرکتی، درونی و برونی را شامل شود. به علاوه در معماری پاسخگو، نوعی معماری هوشمند نیز مورد نیاز است چرا که پاسخ نتیجه پردازش هوشمندانه است.
معماری حرکتی هوشمند نیست مگر آنکه حرکت نتیجه پردازش هوشمندانه باشد اگر نه چادر هم یک پناهگاه متحرک است که قابلیت تا شدن و حمل شدن را دارد. معماری هوشمند جدید باید همة انواع کنشها را که هر در ایفای نقش خود ، خوب عمل می کنند را دارا باشد.