我院于2012年获得交叉学科“计算机控制与建筑智能化”的硕士点招生资格,这对于我院专业发展与学科建设都是一个重大的事件。目前,“建筑电气与智能化”本科专业是天津市品牌建设专业,“控制理论与控制工程”是我校的重点发展学科。目前我院已拥有一支教学优秀、科研能力强、结构合理的学术梯队。欢迎相关专业学生积极报考本硕士点。
一、该学科基本概况
(一)学科内涵
计算机控制与建筑智能化学科为“计算机科学与技术”一级学科下自主设置交叉的二级学科点,由计算机科学与技术学科、土木工程学科和控制科学与工程三个一级学科交叉形成。本学科主要是将计算机控制技术的理论和方法与建筑设备的控制及楼宇智能化技术相结合,以建筑物为载体,利用计算机技术和智能控制理论对建筑智能化系统和建筑设备进行建模、仿真、检测、控制等研究。大力发展自动控制和计算机技术在现代智能建筑中的应用,努力开展此交叉学科前沿领域的探索研究,及时跟踪国际最新自动化与计算机技术,并将研究成果应用于智能楼宇控制工程。
(二)国内外设置该学科的状况和发展情况
近年来,智能建筑的出现和发展是以计算机技术为核心的信息技术发展的必然。智能建筑是以建筑为平台,依托于建筑智能化属于多学科交叉领域,其核心技术是现代计算机技术、现代自动控制技术和现代数据通信技术(也称3C技术)。在我国社会信息化长期持续发展的大背景下诞生发展的智能建筑,也包括作为国家新的发展战略而大力推广的绿色建筑、节能建筑,都离不开建筑智能化技术的支撑。在今后相当长一个时期,我国城市化进程具有巨大的空间,基础设施需大量更新,现代建筑与信息技术的结合越来越紧密,这将对具有土木工程和计算机科学技术、控制科学与技术学科知识的专业人才需求不断提出新的挑战。
目前国内虽已有少数高校在计算机科学与技术一级学科下设置计算机控制及智能化研究方向,但是尚未形成独立的学科。具有很强的学科交叉性的“建筑电气与智能化专业”已经作为土建类新增本科专业在我国30所高校开始招生,填补了土建类专业中缺少“电”(或“电气”)的空缺。该本科专业主要培养本科层次的高级技术人才。但是由于智能建筑本身发展时间不长,国外20多年,国内也才10几年;智能建筑是新兴的多学科交叉领域,高等学校原有的相关专业都无法全面覆盖;随着IT技术的快速发展,建筑智能化技术的发展也很快。
基于此急需设置计算机控制与建筑智能化交叉学科,更好的依赖于计算机科学与技术、控制科学与工程学科的理论、技术、方法和手段来实现建筑智能化的目标。
(三)该学科的主要研究方向及研究内容
利用多学科交叉与融合特点,计算机控制与建筑智能化学科将以智能建筑为载体,充分利用计算机控制技术、现代建筑技术、自动化技术和控制理论,研究其智能化。目前,确定了三个基本研究方向:
研究方向一:建筑智能化设备控制
智能建筑涵盖着三个方面内容,即楼宇自动化(BA)、通信自动化(CA)和办公自动化(OA)。其特点是集计算机技术、信息技术、网络技术、控制技术、电气技术和系统集成技术与建筑物功能智能化有机结合的一门综合性的技术。其主要研究内容包括:建筑照明最优控制、通风空调节能控制、电梯智能控制、建筑环境自适应控制、计算机网络与综合布线技术、安全防范技术、建筑消防自动化、物业管理以及系统集成技术。本研究方向重点对系统集成方法、智能控制与管理技术、节能控制技术及智能化物业管理技术进行研究,解决智能建筑系统集成技术中关键性问题。该研究方向主要应用最新的网络芯片、无线传感、物联网、计算机可视化、现场总线、GPS和智能控制等技术。
研究方向二:建筑智能化系统检测技术
建筑智能化系统检测主要包括建筑智能化各子系统性能检测、评定分析与诊断、建筑能耗监测与节能控制等,是国家优先发展和重点提倡的产业领域和科学研究方向。
主要研究内容包括:基于分布式网络技术的城市建筑群能耗监测网络应用、数据挖掘与数据融合在建筑能耗与环境监测数据处理中的应用、风光互补及新能源的采集转换、人工智能理论在建筑能耗分析与建筑节能诊断中的应用、绿色建筑智能化系统设备运行节能检测关键技术、安全防灾系统安全等级的划分与评测和大型建筑灾害监测预警集成应用技术研究等。该研究方向注重发挥多学科交叉研究、多技术综合应用的专业特点,采取科研为重点工程建设服务,与实际应用相结合的方针,不断推动技术创新,实现科研成果直接向工程应用的转化,达到节能减排的目的。
研究方向三:计算机控制理论与仿真
针对智能建筑的特点,综合运用计算机控制理论、仿真、数据挖掘、虚拟现实以及图像处理技术、网络技术、人工智能、信息处理等多种技术,进行建筑物智能化系统的建模、系统信息处理、多变量协调控制、最优控制、自适应控制、模糊控制等理论问题的研究;把智能控制的相关理论引入故障检测及预报中,解决智能建筑系统集成中的故障诊断问题;采用人工智能技术进行居住环境设备管理与控制、环境认知、行为学习和智能决策理论与方法的研究;同时针对楼宇自控和建筑智能化系统所具有的多变量、非线性、不确定性等将智能控制理论与先进控制理论相结合,开展优化控制技术的研究与仿真。并将理论研究成果与计算机仿真技术、网络技术和现代检测技术相结合,完成对实际智能化系统的虚拟可视、可控设计和开发。
(四)该学科的理论基础
计算机控制与建筑智能化学科是计算机控制与技术学科、土木工程学科及控制科学与工程学科的交叉和有机融合。计算机科学与技术一级学科包含计算机系统结构、计算机软件与理论和计算机应用技术三个二级学科,为本学科提供了计算与分析的基础理论与处理方法,而土木工程学科为该学科提供了的建筑智能化研究应用技术平台理论,同时控制科学与工程学科又为该学科提供了智能控制与优化理论。
(五)该学科与其相近学科的关系
计算机控制与建筑智能化学科的是计算机科学与技术学科、土木工程学科和控制科学与工程学科的有机融合。计算机科学与技术研究的主要对象是现代计算机及其相关的现象。土木工程学科是运用数学、力学、材料等技术科学知识以及相应的工程技术知识研究、设计和建造工业与民用建筑、隧道与地下建筑、公路与城市道路以及桥梁等工程设施的学科。控制科学与工程是一门研究控制的理论、方法、技术及其工程应用的学科。
本学科以建筑工程领域内的控制系统为主要对象,以数学方法和计算机技术为主要工具,研究各种控制策略及控制系统的建模、分析、综合、设计和实现的理论、技术和方法。控制理论是控制科学及其工程应用的重要基础和核心内容之一。成分结合计算机和土木工程学科相关内容。
“计算机控制与建筑智能化”是一个在土木工程学科背景下,研究以建筑物为载体时对电能的产生、传输、转换、控制、利用和对信息的获取、传输、处理和利用的专业。现今时代,如何在建筑物中实现信息的物化并加以有效利用尤为重要。
二、设置该学科的必要性
(一)社会对该学科人才的需求情况
随着社会经济的发展,人们对于每天大部分时间居于其中的建筑在安全、舒适、高效、便利性方面提出了更高的要求,而计算机控制与建筑智能化的快速发展则提供了这种可能。国家新发展战略而大力推广的绿色建筑、节能建筑,都离不开计算机控制与建筑智能化技术的支撑。可见,我国对于计算机控制与建筑智能化人才的需求将是长期的,并且需求会越来越大。
目前,我国智能建筑面临的一个重要问题是一些从事计算机控制与建筑智能化设计、施工、管理、维修的技术人员专业水平参差不齐,无法保证施工质量,以致出现了恶性的非实力竞争。由于各级技术人员的缺乏,管理水平的低下,加之维修费用过高,部分设备老化,缺乏必要的维护,使一些设备运行达不到预定的设计目标,造成资源和设备的浪费。
总之,由于计算机控制与建筑智能化属于新兴学科且属于多学科交叉领域,本身发展时间不长,且国内理论研究相对滞后,导致高校相关专业技术人员培养时间相对滞后,同时由于高校人才培养模式与市场需求不对称,导致了专业技术人员不足且技术人员能力不能满足市场需求的现状,尤其是计算机控制与建筑智能化高级人才奇缺。
(二)设置该学科的目的
当前,国家在大力发展绿色建筑、节能型建筑、智能化建筑,大力推进城镇规划和建设,设置计算机控制与建筑智能化这一交叉学科,更好的依赖于计算机科学与技术、控制科学与工程学科的理论、技术、方法和手段来实现建筑智能化。以建筑物为载体,将计算机控制技术的理论与方法与建筑设备的控制及楼宇智能化相结合。大力发展自动控制和计算机技术在现代智能建筑中的应用,及时跟踪国际最新自动化与计算机技术,并将研究成果应用于智能楼宇控制工程,实现绿色、节能的目的,构建生态、舒适,和谐、高效型易居环境。培养人才的目标是:
首先,与天津尤其是滨海新区的发展紧密结合。培养与城市建设和滨海新区开发、开放相适应的IT人才,直接为地方经济、数字化城市、建筑智能控制和软件人才的需求服务。
其次,与本校的学科发展平台相结合。根据我校学科建设与发展建设总体目标,本学科是我校数字化城市学科群的主要支撑学科,是我校的重点建设学科。
最后,与本校建筑特色相结合。本学科注重与其他学科的有机结合,形成了虚拟现实技术及其应用、数据仓库与数据挖掘、计算机控制与建筑智能化和嵌入式技术及其应用等四个研究方向,已成为天津市具有明显特色和较高学术水平的计算机学科教学与研究基地。
该方向已逐步在天津地区形成了在本领域的鲜明特色:
(1)计算机控制技术在建筑设备上的应用
计算机控制与建筑智能化是利用计算机控制将建筑物的结构、系统、服务和管理4个基本要素进行优化组合。具体是指将4C技术和集成技术综合应用于建筑物之中,实现对建筑物及智能小区的建筑设备或系统等进行集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统。
(2)计算机仿真技术在控制领域的应用
采用现代控制理论及人工智能控制方法结合计算机仿真技术,可以解决在建筑设备中出现的非线性、大滞后、强耦合等问题,并进行准确的负荷预测及智能决策,实现系统优化,达到节约能源、减少污染的目的。因此本方向的研究结果可以在自动控制领域及城市建设和管理过程等方面起到重要的指导作用。