Здание должно мыслить. Новогоднее эссе

Ю. А. Табунщиков, президент НП "АВОК"

Почему возникают желание и необходимость рассматривать здание как мыслящий объект? Потому что человек большую часть жизни проводит в здании, и у него есть постоянное стремление к совершенствованию системы «человек – здание – окружающая среда» до такой степени, чтобы этот физический объект – здание – улавливал и удовлетворял естественные желания и потребности человека, и только в этом случае здание как физически мыслящий объект будет способно удовлетворять потребностям и желаниям человека. Рассмотрим примеры реализации отдельных потребностей человека: здание должно самостоятельно регулировать в помещениях температурный, воздушный и световой режим в зависимости от физиологических потребностей человека; максимально использовать положительное воздействие наружного климата на оболочку здания и защищать ее от неблагоприятного воздействия наружного климата; потреблять минимально необходимое количество энергоресурсов; минимально использовать для освещения электрическую энергию и максимально – солнечную энергию; открывать окна при необходимости и возможности естественного проветривания помещения; определять медицинские показания человека и давать рекомендации по их улучшению; отслеживать возгорания внутри дома и вызывать пожарную команду и многое, многое другое. Еще раз отметим то принципиальное обстоятельство, что здание благодаря набору датчиков и интеллектуальному дистанционному управлению принимает самостоятельные решения, качество и надежность которых постоянно улучшаются благодаря способности системы самообучаться и самообразовываться.

Здание, все его части, будет представлять собой единую интеллектуальную систему, способную к моделированию отношений с окружающим миром, внутренней средой и человеком, а самое важное, здание будет самообучаться, повышая свой интеллектуальный уровень

Здание – это физический объект, представляющий собой упорядоченную систему конструктивных элементов и инженерных устройств, обеспечивающих комфорт и безопасность пребывания людей и/или требования технологического процесса.

Можно привести примеры зданий, которые представляют собой физически-биологические объекты, элементы ограждающих конструкций которых выполнены из биологических элементов, например из растущих зеленых насаждений. В будущем, автор в этом уверен, здания будут представлять собой биологически-физические объекты, обладающие достаточно высокой способностью к моделированию отношений с окружающим миром, внутренней средой и человеком.

Хотелось бы обратить внимание читателя на то обстоятельство, что здание как физический объект включает инженерные устройства. Действительно, кто серьезно будет рассматривать здание как законченный объект, если в нем нет как минимум простейших инженерных устройств отопления, вентиляции, освещения, водоснабжения и т. д.?

В мировой строительной индустрии активно развивается направление, получившее название «интеллектуальные здания». Определения интеллектуального здания, данные различными авторами, которые дополняют и развивают друг друга, рассматривая объект с различных позиций, и в результате создают достаточно полную картину, приведены нами в [1].

Во всех случаях концепция интеллектуальных зданий предполагает наличие в здании автоматизированной системы управления, которая «чувствует», что происходит внутри здания и снаружи; реагирует таким образом, чтобы наиболее эффективным способом обеспечить комфортное и безопасное пребывание в нем, сведя до минимума потребление энергии и ресурсов; «взаимодействует» с людьми посредством применения простых и легкодоступных средств общения. Перечень возможностей системы может быть продолжен и существенно расширен. В результате мы имеем примитивный образец мыслящего здания. Необходимо только иметь в виду, что эти возможности должны, с одной стороны, повышать знания о показателях процессов, которые подлежат моделированию, с другой стороны, повышать реакцию на возмущающее воздействие. Каждый элемент интеллектуальной системы «человек – здание – окружающая среда» описывается системой математических моделей. Очевидно, что математические модели только в некоторой степени соответствуют процессам, которые они описывают. Наша задача состоит в том, чтобы математические модели становились все более и более совершенными, т. е. они должны самообучаться с целью повышения адекватности описываемых ими процессов [2].

Это может происходить по следующему сценарию. В начальный период эксплуатации системы время между циклами управления используется для самообучения системы, которое осуществляется следующим образом. В оперативное запоминающее устройство вводятся математические модели. На период между циклами управления процессор управляющей вычислительной машины через коммутатор подсоединяет к групповому преобразователю сигналов имитатор датчиков системы «человек – здание – окружающая среда» вместо реальных датчиков этой системы. Работа системы во время обучения происходит так же, как и во время процесса управления, с той лишь разницей, что входную информацию система получает от имитатора датчиков системы «человек – здание – окружающая среда», а выходную передает программе, моделирующей формирование системы «человек – здание – окружающая среда».

После того как на очередной математической модели обучение закончится, в оперативное запоминающее устройство вводятся более сложные математические модели системы «человек – здание – окружающая среда», и система, используя накопленный опыт, обучается на этих моделях. Как только система начнет достаточно быстро переходить от одних математических моделей к другим, процесс обучения на моделях заканчивается и система переводится в режим обучения на реальном объекте. Время обучения сокращается за счет того, что в период обучения на математических моделях частота циклов управления увеличивается на два порядка.

Важно, что система содержит интеллектуально оборудованные датчики и устройства, имитирующие моделирование всех элементов системы «человек – здание – окружающая среда».

Автор с большим удовлетворением констатирует, что возможность создания интеллектуального мыслящего дома уже сегодня близка к реальности в ряде стран. Замечательным примером является краудсорсинг-проект дома будущего в Бразилии.

Технологии, которые будут использованы для оборудования дома, отражают новаторскую природу проекта:

• Интеллектуальное измерительное оборудование будет фиксировать использование воды, электричества и газа в реальном времени.
• Дом будет самостоятельно регулировать использование воды. Система накопления дождевой воды снизит риск затопления. Вся вода, в том числе и сточные воды, будет фильтроваться и использоваться повторно.
• Дом будет оборудован системой отслеживания состояния здоровья его обитателей.
• Самоочищающиеся окна будут становиться светлее или темнее в зависимости от количества попадающего на них солнечного света.
• Напольное покрытие будет использовать энергию шагов для выработки электроэнергии.
• Умная система охлаждения заменит кондиционеры.
• Интерактивные столешницы будут оснащены доступом в Интернет.
• Будут установлены телевизоры с прозрачным стеклом.
• Биореактор будет производить из органических отходов газ для использования на кухне.
• В доме также будет разбит сад для выращивания органических продуктов площадью до 10 соток, где продукты будут выращиваться без использования искусственного освещения.

Для того чтобы создать мыслящее здание, специалисты должны познать в единстве систему «человек – здание – окружающая среда». Но этот поиск единства может иметь смысл лишь тогда, когда мы уверены, что между естественным и искусственным нет непроницаемой преграды. Для этого необходимо знать те общие законы, которым следуют Человек и Природа.

Создание мыслящих зданий – задача будущего, но уже ближайшего будущего! Вместе с тем, необходимо помнить о том, что возможность – это еще не реальность. Специалистам предстоит пройти трудный, увлекательный путь решения многих научных и практических задач, обрести чувство общности в достижении поставленной цели, по существу, создать новую среду обитания человека, отвечающую всем его потребностям.

Литература

1. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М. : АВОК-ПРЕСС, 2015.
2. Авторское свидетельство № 341810/29–06. Комитет по делам изобретений и открытий.