معماری هوشمند ساختمان
1: مقدمه
در سال 1970، ورود كامپيوتر و تكنولوژي ارتباطات راه دور، زندگي بشر را متحول كرد. اين تغيير و تحول حتي از نظريه‌‌اي كه خود، جلودار اين تكنولوژي بود، پيشي گرفت. از سال 1990، زندگي فردي و اجتماعي افراد، با ورود كامپيوتر و ارتباطات راه دور و در نتيجه بي‌معني شدن فاصله‌ها، تغييرات بسياري كرد. فضاها و مكانهاي فيزيكي و تعاريفشان، درست همانند چهره انسان، در طول زمان دچار تغيير شده‌اند. براي مثال اتاقهاي ملاقات و کنفرانس شكل مجازي به خود گرفته اند. چرا كه بسياري از عناصر و اجزاء فيزيكي آنها، جاي خود را به كامپيوتر داده‌اند. اين اتفاق درست همان چيزي است كه مي‌توان نامش را وحدت ميان تواناييهاي كامپيوتر و دنياي فيزيكي ما دانست. در هم آميختن دنياي فيزيكي ما با كامپيوتر اين امكان را فراهم مي‌آورد تا دنياي بدست آمده با ذهني كامپيوتري بيانديشد. كامپيوتر اين توانايي را دارد كه اطلاعات را درياف كند (input) و آنها را با كامپيوترها و ماشين‌هاي ديگر رد و بدل كند. همچنين كامپيوتر ميتواند به راحتي كارهايي نظير، پويش اطلاعات، محاسبه، نتيجه‌گيري (output) را در مدت زمان كوتاهي انجام دهد. گويي كامپيوترها هم ميتواند بيانديشند، اما سريعتر از انسانها.امروزه ساختمانها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آنها خود را با تكنولوژي وفق مي‌دهند و از آن بهره مي‌گيرند. ساختمانها به عنوان يك سازه به محض اينكه توانايي كامپيوتر را در اختيار بگيرند، هوشمند خواهند شد. نخستين بناي هوشمند از تكنولوژي در جهت مهيا ساختن محيطي امن و راحت و انرژي زا استفاده كرد. ايده يك ساختمان هوشمند، ارتباط و پيوستگي ميان دسترسي، نوردهي، امنيت، نظارت، مديريت و ارتباط راه دور را پيش رو قرار مي‌دهد. عامل يكپارچگي، اين توانايي را به سيستمها مي‌دهد تا بتوانند اطلاعات را ميان خود رد و بدل كنند. تبادل اطلاعات ميان اين سيستمها باعث ميشود كه خروجي اطلاعات كه همان نتيجه نهايي است، بدون ايجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوي ديگر سيستمهاي خروجي اطلاعات و يا تصميم گيرنده‌هاي نهايي، سيستم‌هايي هستند پاسخگو، كه پاسخي مناسب براي اطلاعات ارسالی كه از منابع گوناگون به سيستم وارد مي‌شوند، مهيا مي‌كنند. خروجي‌هاي اطلاعات( output ) و سيستمهاي تصميم گيرنده ، اصلي‌ترين و ضروري‌ترين مولفه در اين نوع معماري كه به نام معماري پاسخگو شناخته ميشود، هستند.
اين مقاله تحقيقي است كلي و عمومي از معماري هوشمند و بر روي اين مسئله به بحث مي‌پردازد كه چه زماني يك «معماري پاسخگو» و «معماري حركتي» تبديل به معماري هوشمند مي‌شوند.
2. تعاريف ساختمانهاي هوشمند
مفهوم ساختمان هوشمند معرف نوعي بده و بستان و تبادل قوي و بدون نقص اطلاعات ميان بخشهاي مختلف ساختمان است. اصطلاح «بخش‌های ساختمان»، همه اجزايي را كه در اداره كردن ساختمان نقش ايفاء مي‌كنند را در بر مي‌گيرد. بخش‌هايي نظير HVAC، بخشهاي مكانيكي، ساختماني، كنترل دسترسي، امنيتي، مديريتي، نوردهي، نگهداري و تعميرات، شبكه محلي و مديريت انرژي. ساختمان هوشمند يعني كنترل و مديريت اجزاء يك بنا توسط كاربراني كه از تواناييهاي كامپيوتر استفاده مي‌كنند تا نيازها را برآورده سازند. نيازهايي كه ممكن است شامل كارآمدي، سودمندي و ذخيره انرژي، سرگرمي، ايجاد شعف و شادي، آسايش، بازگشت سرمايه و كم كردن هزينه‌هاي زندگي باشد. بنابراين لزومي ندارد كه تعريف يك ساختمان هوشمند را به موفقيتها و اهداف بسيار ويژه وآرمانی ربط داد. چرا كه تعريف اين موفقيتها و اهداف از موقعيتي به موقعيت ديگر تغيير مي‌كند و نزد افراد گوناگون، تعاريف گوناگون دارد. يك ساختمان هوشمند بايد داراي عملكرد يكساني باشد تا اين توانايي را داشته باشد كه نيازهاي مختلف و گوناگون را پاسخ گويد.دانشمندان لغت «ساختمان هوشمند» را اينگونه تعريف كردهاند: «بنايي كه در آن از آخرين تكنولوژي‌ها استفاده شده باشد». با اين تعريف مشخص است كه آنها به بنايي هوشمند مي‌گويند كه داراي بروزترين سيستمهاي ساختماني باشد. اگر چه نوآوري و ابداع در ساختمانهاي هوشمند بسيار مهم است اما اين به آن معني نيست كه لزوماً تبادل اطلاعات و يكپارچگي سيستمهاي ساختمان موجب ميشود كه آنرا هوشمند بناميم.
سمپوزيوم بين المللي معماري در سال 1985 در تورنتو تصريح كرد كه: «يك ساختمان هوشمند آميزه‌اي است از ابداعات (خواه اين ابداعات تكنولوژيك باشد خواه خير) به همراه مديريتي بدون نقص كه در اين راستا و با داشتن اين دو ويژگي سرمايه صرف شده تا حد زيادي باز گردد. اين تعريف علاوه بر لزوم وجود ابداع و نوآوري و استفاده از تكنولوژي اين موضوع را نيز يادآوري مي‌كند كه يكي از اهداف ساخت ساختمانهای هوشمند، اينست كه ساختمانهایي ساخته شوند كه هر چه بيشتر سرمايه‌اي را كه در ساخت و ساز صرف شده است برگردانند. ممكن است اينگونه به نظر برسد كه اين اهداف تنها در ساخت ساختمانهاي تجاري و اداري مدنظر قرار داده ميشود اما در ساخت خانه‌هاي مسكوني به آنها توجه نمي‌شود. مگر اينكه اين اهداف در راستاي توجه به آسايش و راحتي مردم و توجه به استفاده بهينه و بهره‌برداري تمام و كمال از سرمايه، مورد توجه قرار گيرند. به علاوه اهداف ديگري كه در ساخت بناهاي تجاري و اداري مورد توجه است، در تعريف بالا ذكر نشده است. ارائه تعريف براي بناهاي هوشمند بر مبناي ذكر اهداف ضروري در تعريف EIBG (گروه سازنده ساختمانهاي هوشمند در اروپا)¹ به وضوح مشاهده ميشود كه مي‌گويد: «يك بناي هوشمند، بنايي است كه كارآيي و راندمان ساكنانش را افزايش داده و امكان مديريت موثر را بر اساس مقتضيات خاص و با كمترين هزينه فراهم آورد». راندمان و سودمندي تا حدودي غيرقابل لمس و نامحسوس هستند. که تنها با نگاهي به عملكرد گذشته و مقايسه آن با عملكرد جديد، تا حدودي می توان به اين دو مفهوم دست يافت. همچنين پايين آوردن هزينه‌ها (راندمان و سودمندي) از جمله اهدافي است كه بايد توسط سيستمهاي كنترل كننده مورد توجه قرار گيرد.
از سويي ديگر در سال 1996، باب، تعريفي براي ساختمانهاي هوشمند ارائه كرد." ساختماني كه با بهره گرفتن از تكنولوژي مدرن اين امكان را فراهم آورد تا بتوان اجزاء و تجهيزات مختلف را به طور خودكار كنترل كرد". اين تعريف به خوبي نشانگر روند تبادل اطلاعات بين اجزاء كنترل كننده و اجزاء كنترل شونده، در ساختمانهاي هوشمند است. روند فرماندهي ساختمان در تعريف DEGW ² در سال 1998 ذكر شده است. اين تعريف بيان مي‌كند كه يك ساختمان هوشمند در برابر نيازهاي كاربران خود بسيار پاسخگوتر است و توانايي هماهنگي يا تكنولوژي جديد را دارد و ميتواند خود را با تغييرات سازماني ساختمان، هماهنگ كنند. اين تعريف يك مبحث بسيار مهم را درباره روند فرماندهي ساختمان دربرمي‌گيرد.
كلمه «پاسخگو» در اين تعريف بيانگر معناي «خروجي سيستم» است. كلمه «در برابر نيازهاي كاربران» معرف توانايي سيستم در شناخت و تشخيص «نيازها» به وسيله تحليل وروديهاي كاربران است. كلمه «هماهنگي» نشانگر توانايي سيتسم براي هماهنگ شدن است. خواه اين هماهنگي توسط خود سيستم انجام شود خواه به وسيله ديگران.
در سال 1988، معماری بنام «اتكين» تعريفي براي ساختمانهاي هوشمند ارائه كرد. او گفت: يك ساختمان هوشمند ساختماني است كه از وقايعي كه در درون و برون آن رخ مي‌دهد مطلع است و ميتواند در مواجهه با اين وقايع و براي بوجود آوردن محيطي دلچسب براي كاربرانش، موثرترين و بهترين تصميمات را در همان زمان بخصوص، اتخاذ كند. «اتكين» در تعريف خود علاوه بر توانايي کسب اطلاعات (input) و توانايي پاسخگويي (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 اين تصمیم گیری ها در زمان ديگري انجام شوند، ارزشمند نخواهند بود. كلمه «مطلع است» در تعريف «اتكين» به معناي اطلاعات دريافت شده (input) و وسايل ارتباطي است كه اطلاعات به وسيله آنها به سيستم كنترل وارد شده و جمع آوري ميشود. كلمه «تصميم مي‌گيرد» در اين تعريف بيانگرهمه انواع پاسخ‌هاست. مانند تصميم سیستم براي تعادل دماي درون بنا، هماهنگ فرم ساختمان كه همه اينها تحت عنوان «خروجي سيستم» (output) قرار مي‌گيرند.
تحولي كه در زمينه ارتباطات راه دور و همچنين علم الكترونيك رخ داد موجب گسترش تواناييهاي ساختمانهاي هوشمند شد. توانايي يادگيري در سيستمهاي يكپارچه كه شامل اصطلاح «هماهنگي» است و در تعريف DEGW ذكر شده است، موجب ميشود كه سيستم بتواند از تجربه‌هاي مشابه در موارد ديگر استفاده كند. تا با توجه به اين تجربه‌ها و آموزه‌ها بهترين تصميمات را اتخاذ كند. علاوه بر توانايي يادگيري سيستم، اطلاعاتي كه بين بخشهاي مختلف رد و بدل ميشود بايد در (BCS) ³ که همان بخش كنترل ساختمان است ، مورد تحليل و پردازش قرار گيرند كه در حقيقت بخش BCS به منزله مغز ساختمان است.
با اين اوصاف، ويژگيهاي اصلي كه يك ساختمان در صورت دارا بودن به نام هوشمند خوانده می شود به قرار زير هستند.
1ـ ورودي سيستم كه وظيفه دريافت اطلاعات را به وسيله ابزارهاي دريافت كننده برعهده دارد.( input )
2ـ پردازش و تحليل داده هاي اطلاعاتي
3ـ خروجي سيستم كه در مواجهه با اطلاعات دريافت شده توسط ورودي سيستم، پس از پردازش آنها، اقدامات لازم را اتخاذ مي‌كند. ( output )
4ـ ملاحظات زماني كه موجب ميشود تا تصميمات اتخاذ شده در زمان مقرر رخ دهند.
5 ـ توانايي يادگيري.
بنابراين تعريف معماري هوشمند بايد ويژگيهاي بالا را دربربگيرد. در اين مقاله به بحث پیرامون اين ويژگيها مي‌پردازيم تا سهم و نقش هر كدام را در ساختمانهای هوشمند روشن سازيم.
3. وروديها (inputs )
هر بخشي در يك ساختمان هوشمند بايد داراي تجهيزاتي باشد كه توسط آنها اطلاعات دريافت شده و وارد سيستم كنترل شوند. سيستم ميتواند اطلاعات موردنظر را از چهار روش مختلف بدست آورد.
3ـ1 حسگرها
زماني كه از معماري هوشمند سخن مي گوييم، نقطه شروع بايد حسگرها باشند. حسگر ها ابزارهايي هستند كه اطلاعات داخلي و خارجي ساختمان را جمع آوري مي‌كنند. در فضاي داخلي، حسگرها اين امكان را براي سيستمها فراهم مي‌كنند تا درك درستي از شرايط دروني ساختمان داشته باشد. در فضاي خارجي، آنها اطلاعات را از محيط بيروني ساختمان، در زمانهاي معين دريافت و جمع‌آوري مي‌كنند.
حسگرها به 3 دسته تقسيم مي‌شوند كه حسگرهاي درون بيرون بنا زیر مجموعه های این سه قسم هستند. حسگرهاي پرتو خورشيدي، حسرگهاي نظارتي و امنيتي، حسگرهاي آلودگي صوتي، حسگرهاي تغيير رنگ و نماي بصري از جمله حسگرهاي بيروني هستند. حسگرهاي بخش‌هايي نظير بخش انرژي، كنترل هوا، بخش نوردهي، تهويه مطبوع از انواع حسگرهاي درون بنا هستند كه به وسيله آنها اهداف گوناگوني محقق مي‌شوند.
3 گروه ياد شده به قرار زير هستند.
3ـ1ـ1 حسگرهاي امنيتي و مراقبتي كه در خدمت محيط درون و برون ساختمان هستند.
الف. حسگرهاي آتش و دود
ب. دوربين‌هاي مدار بسته
ج. حسگرهايي ورود و خروج
د. حسگرهاي لرزش و شتاب
هـ ـ حسگرهاي حركت
3ـ1ـ2 حسگرهاي تشخيص كيفيت هوا
الف. حسگرهاي دما
ب. حسگرهاي رطوبت
پ. حسگرهاي پرتوهاي خورشيدي
ت. حسگرهاي فشار هوا
ث . حسگرهاي ميزان نور
ج. حسگرهاي جريان آب و گاز
د. حسگرهاي تشخيص محتويات هواي درون بنا
هـ . حسگرهاي تشخيص رطوبت هوا
ي. حسگرهاي میزان مواد شيميايي
3ـ1ـ3 حسگرهاي نظارتي سيستم
الف. حسگرهاي سيستم ساختماني
ب. حسگرهاي نظارت بر سيستمهاي مكانيكي
ج. دیگر حسگر ها که اجزای مختلف ساختمان را نظارت می کنند..
حسگرها به منزله عصبهاي يك ساختمان هستند كه مي‌توانند شرايط خاص را حس كرده و تصميم‌هاي موردنياز در قبال شاریط درونی و برونی بنا را اتخاذ كنند.
3ـ2 بايگاني اطلاعات و رجوع مجدد
هر سيستم هوشمندي بايد توانايي بايگاني اطلاعات و رجوع مجدد به آنها را داشته باشد. كلمه رجوع مجدد به اين معناست كه براي مثال سيستم بايد بتواند سناريو مشخصي را در اتاق كنفرانس زمانبندي كند و اگر نياز باشد كه اين اتاق به شبكه متصل شود و سيستم تهويه مطبوع خواستار دماي 75 درجه فارنهايت در زمان معيني باشد، سيستم بايد بتواند به اطلاعات گذشته خود رجوع كرده و آنها را بازخواني كند و شرايط موردنياز را فراهم آورد. بايگاني اطلاعات نقش حافظه را در سيستمهاي هوشمند بر عهده دارد.
3ـ3 برنامه ريزي دستي
سيستم بايد به گونه‌اي باشد كه كاربران خودشان بتوانند آنرا برنامه ريزي كنند. يك كاربر (مدير شبكه، كاربر مورد وثوق) بايد بتواند در هر زماني با توجه به شرايط و مقتضيات جديد، برنامه‌اي نو بر روي سيستم طرح كند.
3ـ4 اينترنت
اتصال بخشهاي مختلف سيستم به اينترنت اين امكان را فراهم مي‌آورد تا اجزاء مختلف به روز شوند و اطلاعاتي را كه توسط شركت مختلف كامپيوتري بر روي اينترنت قرار داده شده است، دريافت كنند. بيشتر سيستمهاي كامپويتري و كنترلي داراي فايلهاي به روزرساني هستند و شركتهاي فراهم كننده اين فايلها را بر روي اينترنت قرار مي‌دهند. بنابراين اگر سيستمي بخواهد به روز باشد وعملكرد بهتري داشته باشد، ناگزير است با ارتباط با شركتهاي فراهم كننده فايلهاي به روزرساني از طريق اينترنت، سيستمهاي كنترلي‌اش را به روز نگه دارد.
لازم به ذكر است كه همه اطلاعات جمع آوري شده از اينترنت به نرم افزار پردازش داده‌ها تحويل ميشود.
4ـ نرم افزار پردازش و تحليل اطلاعات
پردازش اطلاعات در قسمت كنترل ساختمان انجام ميشود. (BCS) . BCS همه سيستمها را به صورت يك سيستم واحد كنترل مي‌كند. وهمچنین این توانايي را نيز دارد كه هر سيستم را به صورت مجزا كنترل كند. مركز كنترل ساختمان جايي است كه در آن همه سيستمها به صورت واحد در مي‌آيند. لذا اين محل به نام «يكپارچه كننده سيستمهاي ساختمان» ناميده ميشود (BSI). براي اينكه بخشهاي گوناگون ساختمان يكپارچه شوند، آنها بايد داراي آدرسهايي مشخص باشند تا ديگر اجزاء بتوانند بر مبناي آن آدرسها اجزاء ديگر را بشناسند.5 ـ خروجي‌ها (output)
خروجي‌هاي BCS دستورهايي هستند كه بر مبناي تصميمات اتخاذ شده توسط سيستم صادر مي‌شوند. اين تصميمات پاسخهاي سيستم كنترل كننده را شكل مي‌دهند و مي‌توان دست كم آنها را به 2 دسته تقسيم كرد: پاسخهاي داخلي و خارجي. پاسخها و دستورات داخلي و خارجي مربوط به سيستم كنترل كننده مي‌شوند. پاسخهاي داخلي نوعي از دستورات هستند كه همه اقدامات اتخاذ شده در ارتباط با داخل ساختمان را در بر مي‌گيرند. دستورات محاسبه شده و برنامه ريزي شده در درون سيستم از جمله اين پاسخها هستند. مثال ديگر براي پاسخهاي داخلي سيستم، توانایی يك سازه هوشمند در تغيير امتداد سازة خود است که به این وسیله می تواند در مقابل فشار باد مقاومت كند. پاسخهاي خارجي پيامد پاسخهاي داخلي هستند كه بر مبناي پردازش اطلاعات داده شده شكل مي‌گيرند.يك پاسخ خارجي ميتواند دو شكل داشته باشد: ايستا يا حركتي. پاسخهاي خارجي ايستا مانند تغييرات دما، تغييرات بصري تغييرات صوتي و يا تغييرات نور. از سوي ديگر پاسخهاي حركتي در قالب حركت هستند. وقتي كه سيستم تصميم مي‌گيرد يك در را باز يا بسته كند. اين عمل از جمله پاسخهاي حركتي است كه معماري پاسخگو براي كاربرانش فراهم مي‌كند. در قسمت های بعدی در مورد معماري حركتي و پاسخگو بيسشتر بحث خواهيم كرد.
5 ـ1 معماري پاسخگو
معماري پاسخگو نوعي از معماري است كه داراي توانايي پاسخگويي به نيازهاي كاربران است . لزومي ندارد كه اين نوع معماري حتماً از نوع هوشمند باشد. مگر اينكه پاسخهاي موردنياز، نيازمند نوعي پردازش هوشمندانه باشند. براي مثال يك ديوار خشتي در پاسخ به هواي گرم بيرون خانه، هواي سرد و خنك را در فضاي داخلي فراهم مي‌آورد. اين كنش از جمله خصوصيات مصالح است و البته جدا از پردازش هوشمندانه نيست. چرا كه ديوار خشتي درست بر مبناي اطلاعات داده شده از بيرون ساختمان و پردازش آن دست به كنش خنك كردن فضاي درون ساختمان زده است. لذا اين واكنش جزو معماري هوشمندانه به حساب مي‌آيد.
بعضي تعاريف در مورد پاسخگو نشان مي‌دهند كه اين نوع معماري معرف نوع خاصي از پاسخگويي است كه همانا پاسخگويي حركتي نام دارد. «فاكس» در سال 2003 گفت: «درونمايه يك سيستم پاسخگو اينست كه چگونه سازه‌هاي مكانيكي را در كنامعماري ر هم قرار دهيم تا بر يكديگر كنش متقابل و هوشمندانه داشته باشند». اما چه اتفاقي مي‌افتد اگر يك سيستم پاسخگو، پاسخهايش به صورت ايستا باشد؟ مانند آنچه در مورد تغييرات دما و رنگ رخ مي‌دهد. «استرك» در سال 2003 معماري پاسخگو را اينگونه تعريف مي‌كند. «نوعي از معماري كه شامل اصلاحات و تغييراتي در فرم است تا به طور مداوم در برابر شرايط محيطي كه آنرا احاطه كردهاند، عكس العمل نشان دهد». ماداميكه بپذیریم که تغييرات در ساختار تنها نوعي پاسخ است. در نتيجه اصطلاح معماري پاسخگو بر بمبناي تعريف بالا ويژگي هوشمندي را ناديده مي‌انگارد تا نوعي خاص از پاسخهاي حركتي را معرفي كند. و اين پاسخهاي حركتي بايد تمامي كنشها را در معماري در بر بگيرند.
بنابراين معماري هوشمند و پاسخگو شامل همه اصول و مبادي معماري است كه توانايي فراهم آوردن پاسخ هوشمندانه به همه نيازهاي دروني و بروني كاربران را دارد.
نوع پاسخگويي كه "فاكس" و "استرك" در تعريف خود از معماري پاسخگو، معرفي كردهاند (پاسخگويي حركتي) معماري پاسخگو را يك درجه بالاتر مي‌برد. در قسمتهای بعدی در اين باره بيشتر بحث خواهيم كرد.
معماری هوشمند
5 ـ 2 معماري حركتي
سرچشمه حركت در معماري حركتي به هنر برميگردد. در آغاز قرن 19، هنرمندان تلاش كردند مجسمه‌هايي بسازند كه داراي اعضاي متحرك بودند. مجسمه «شادي بيروح» اثر دانيل روزين كه در سال 1999 ساخته شد يكي از نمونه‌هاي مجسمه‌هاي حركتي است كه در آن از تكنولوژي الكترونيكي استفاده شده است. هم چنين هنرهاي حركتي در معماري به عنوان كارهاي هنري در ساختمانها و گاهي هم در درون بناها به كار گرفته شده است.
در زندگي چادرنشينان نیز معماري حركتي مشاهده ميشود . چادرهاي آنها سازه‌هايي متحرك هستند كه قابليت جمع شدن دارند و چادرنشينان مي‌توانند آنها حمل كنند. سازه‌هاي حركتي به عنوان سازه‌هايي تاشو و قابل حمل همچنان در معماري حركتي قابل مشاهده هستند. "فاكس" در سال 2000 معماري حركتي را اين چنين تعريف كرد: «بنايي است با موقعيت متغير و سيار و هندسه‌اي متغير و حركتي». او انواع سيستمهاي حركتي را شرح داد كه يكي از آنها سيستم تاشو بود. بنابراين مفهوم معماری حركتي در اصل يك مفهوم هوشمندانه نيست اما نوعي توانايي را در ذهن متبادر مي سازد كه ميتواند سازه‌ها را كنترل كند و اجزاي مخلتف آن را حركت دهد.
اكنون سعي مي‌كنيم تا مفهوم حركت را در مقابل هوشمندي به عنوان پاسخي كه ساختار بنا را تغيير مي‌دهد، معرفي كنيم. "كالاتراوا" نمونه‌اي ارائه كرد تا حركت را در ساختمان به كار گيرد. با توجه به دستورالعمل كالاتراوا در سازه هاي حركتي خود، مي‌بينيم كه او در كارهايش اين امكان را به وجود مي‌آورد تا ساختار سازه حركت كند. براي مثال سقف موزه ميلواكي اين قابليت را دارد كه حركت كرده و يا تغيير شکل دهد. (www.calatrava.com)
قدم بعدي را با توجه به تعريف "اوستر هويز" (2002) برمي‌داريم. كه مي‌گويد: ساختماني داراي معماري حركتي است كه مجهز به حسگرهایی‌باشد كه سيستم را تحريك كنند تا بتواند به اطلاعاتي كه به شكل حركتي دريافت مي‌كند، پاسخ گويد.
5 ـ 2ـ1 مكانيزم كنترلي در معماري حركتي
براي درك بهتر مکانیزم كنترل به شرح انواع گوناگون كنترل (دستي و سنتي) و چگونگي تبديل آنها به انواع هوشمند، خواهيم پرداخت. سه نوع مكانيزم اصلي براي كنترل در معماري حركتي وجود دارد. 1ـ مكانيزم دروني 2ـ مكانيزم بروني 3ـ مكانيزم مركب.
در نوع اول، سيستم به بخشهاي كوچك تقسيم ميشود كه اين تقسيم شدن اين امكان را به سيستم مي‌دهد كه بخشهاي مختلف را تغيير دهد. براي اين نوع از كنترل مي‌توان سيستم تاشو يا چين خورده را به عنوان مثال مطرح كرد. نوع دوم يعني مكانيزم بروني، توانايي سيستم در حركت كردن است. خواه اين حركت توسط خودش انجام شود خواه توسط نيرويي ديگر. براي اين نوع از مكانيزم كنترل مي‌توان ديوارهاي حائل را مثال زد كه مي‌توان آنها را در جايي نصب كرد يا برداشت . و سر انجام مكانيزم مركب، تركيبي است از مكانيزم دروني و بروني تا اين توانايي را به سيستم بدهد که بتواند ساختار خود را از برون تغيير دهد. و همچنين تمام سيستمهاي خود را به صورت تمام و كمال حركت دهد. مكانيزم كنترل دروني، بروني و مركب. مكانيزم‌هايي هستند كه به هر سازه‌اي امكان تغيير ساختار را مي‌دهد. و البته مي‌توان آنها را به صورت دستي نيز كنترل كرد. كنترل دستي ميتواند هوشمند نيز باشد. انواع ديگر كنترل عبارتند از:
1ـ كنترل مستقيم
در اين نوع از كنترل، حركت و كنترل از يك منبع مستقيم است. اين منبع مستقيم و بي واسطه شامل همه خروجي هاي انرژي نظير موتورهاي الكتريكي و نيروي انساني ميشود. حركت بدون واسطه نورگير سقفي و هم چنين حركت دادن پارتيشن‌هاي متحرك از نمونه‌هاي اين نوع كنترل است.
2ـ كنترل ورودي
در اين نوع از كنترل، تجهيزات دريافت اطلاعات ، موردنيازاست. حركت در اين نوع از كنترل ، نتيجه بازخورد اطلاعاتي است كه وروديها دريافت مي‌كنند. حسگرها و سيستمهاي برنامه ريزي شده، نمونه‌هايي از اين تجهيزات هستند. براي مثال، حسگرها مي‌توانند با اتخاذ تصميمات مستقيمي كه خود مي‌گيرند در سيستم تغييراتي ايجاد كنند.
3ـ كنترل توسط وروديهاي متعدد
كنترل و حركت در اين قسم خاص توسط وروديهاي متعدد انجام ميشود. حسگرهاي متعدد نمونه‌هايي از اين وروديها هستند كه اطلاعات را از منابع مختلف دريافت كرده، تا بهترين تصميمات در رابطه با آنها اتخاذ شود.
4ـ كنترل توسط حسگرهاي متعدد كه همه جا را پوشش مي‌دهند.
در اين قسم از كنترل حسگرهاي خودكار و تحريك كنندة بسياري موردنياز است . حركت در اين نوع از كنترل نتيجه وروديهاي تحليل شده‌اي است كه حسگرها با تحريك كردن سيستم از خود بروز مي‌دهند تا پاسخي مناسب را صادر كرده باشند (output) در اين قسم از كنترل كل نماي ساختمان ميتواند متحرك باشد. و هم چنين نماي بنا ميتواند به شكل منحني باشد.
5 ـ كنترل هوشمند با وروديهاي متعدد
در اين قسم از كنترل، سيستم توانايي يادگيري خود را در مكانيزم كنترل، به صورت يكپارچه در مي‌آورد. در اين نوع از كنترل سيستم از تجربه‌ها استفاده مي‌كند تا به بهترين راه حل دست پيدا كند.
ملاحظات زماني يك فاكتور بسيار ضروري است كه بايد در آغاز كار كنترل مستقيم، لحاظ شود. با توجه به تكنولوژي پيشرفته و كنترل كامپيوتري و توانايي ساخت اجزائ متحرك با كيفيت بالا، راه حل‌هاي معماري حركتي و هوشمند ، عملي و تأثيرگذار خواهند بود.
5 ـ2ـ 2 حسگرها در معماري حركتي
حركت در اين نوع از معماري ميتواند به سادگي باز كردن يك در يا پنجره يا به پيچيدگي حركت دادن يك سازه باشد. پاسخهاي حركتي يكي از تصميمات عملي در ميان پاسخهاي BCS است. براي مثال ممكن است سيستم به منظور تازه شدن هواي يك اتاق تصميم به پالايش هواي اتاق و يا روشن كردن تهويه مطبوع بگيرد، اما سيستم بايد اين اختيار را نيز داشته باشد كه بتواند در زمانهاي مناسب براي دستیابی به هدف تازه شدن هواي اتاق ، پنجره‌ها را نیز بگشايد. ساختماني منحني شكل مي‌توانند از حسگرها و تحريك كننده‌ها استفاده كند تا با ايجاد حركت به كنشهاي موردنظر دست پيدا كنند. سازه هايپرسرفيس(hyper surface)، ساخته "داكوي" نمونه‌اي بسيار خوب براي معماري منحنی شكل حركتي و هم چنين آن نوع از معماري است كه از درون كنترل ميشود. در اين سازه ديوار فلزي تراش خورده با تاثير از محيط اطراف تغيير شكل يافته و شكلش عوض ميشود. اين ديوار نسبت به حركت، صدا و نور در زمانهاي معین، واکنش نشان می دهد. همچنين يك بنا ميتواند با استفاده از حسگرها از شرايط و مشكلات احتمالي موجود مطلع شود. نياز به مقاومت بيشتر در برابر وزش باد با افزايش كشش دروني از طريق حسگرهاي تحريك كننده، پاسخ داده می شود. براي نمونه، در حال حاضر، دانسته‌ها و مفروضات فيزيكي و شيميايي دربارة بتون توسط حسگرها ميكروالكترومكانيكي بدست مي‌آيد. اين حسگرها در بتون جاسازی می شوند تا بتوانند مقدار Ph ، رطوبت، دما و غلظت يونهاي كلوريد ، سديم و پتاسيم را اندازه گيري كنند. بعضي از كمپاني‌هاي الکترونيكي نيز، مانند كمپاني زيمنس از اين حسگرها براي كنترل سيستم هايشان بهره مي‌گيرند.
6 ـ ملاحظات زماني
به عنوان يكي از ويژگيهاي هوشمندي، زمان، يكي از مهمترين مسائل در سيستمهاي هوشمند است. چرا كه همه كنشها و تصميمات بايد در زمان مقرر و يا رأس زمان خاصي انجام شود. براي مثال، هشدار دهنده‌هاي آتش بايد در زمان مقرر هشدار دهند و سيستم نگهداري از تاسيسات بايد در زمان مقرر اين مشكل را گزارش دهد تا بنا در موعد مقرر بچرخد تا از پرتو خورشيد دور بماند. گاهي اوقات سيستم در تشخيص و پردازش اطلاعات داده شده دچار اشتباه ميشود كه اين مسئله منجر به تأخير در اقدامات سيستم ميشود. براي نمونه، ممكن است كه دود آتش در ابتدا براي سيستم به عنوان دود سيگار قلمداد شود. اما پس از آن و در مدت زماني كوتاه سيستم قادر به تشخيص خواهد بود كه دود متعلق به آتش است. در اين مورد، سيستم بايد اين توانايي را داشته باشد تا حساسيت خود را اصلاح كند و روند پردازش خود را به گونه‌اي تغيير دهد كه در نوبت بعد بتواند دود آتش را تشخيص دهد(قابلیت یادگیری و رجوع مجدد به حافظه). از اين روند مي‌توان به عنوان توانايي يادگيري نيز ياد كرد.7 ـ ويژگي تجربه آموزی یا توانايي يادگيري
این ویژگی را اينگونه مي‌توان تعريف كرد: دسته‌اي از قوانين كه پيروي از آنها احتمال حل مشكلات را افزايش مي‌دهد. به طور چكيده، اين ويژگي نوعی توانايي است كه با استفاده از آن سيستم از تجربه‌هاي پيشين درس مي‌آموزد. تنظيم زمان تصميم‌گيري نمونه‌اي از برنامه‌نويسي مجدد سيستم با توجه به تجربه‌هاي گذشته است. لذا تنظيم سيستم بر مبناي اطلاعات جديد داده شده صورت مي گيرد. اطلاعات توسط حسگرها داده مي‌شوند و يا توسط افراد. در يك اتاق کنفرانس ، سيستم ميتواند افزايش تعداد افراد را دريابد، بنابراين دماي هواي اتاق را از 75 درجه فارنهايت به 65 درجه كاهش مي‌دهد تا به گرماي حاصل از تجمع 20 نفر در يك اتاق فائق آيد. اما پس از اين عمل که به صورت خودکار انجام می شود. فردی که وظیفه میدیریت کنترل را بر عهده دارد تشخیص می دهد که باید دما از 65 تا 58 كاهش یابد و تغییرات را به صورت دستی در سیستم اعمال می کند. بنابراين در طول این روند سيستم مي‌آموزد كه محاسبه‌اش در تقليل 10 درجه‌اي دماي هوا چندان دقيق نبوده است. لذا در نوبت بعد و با تجمع 30 نفر، سيستم سعي مي‌كند با توجه به تجربه قبلي گرماي حاصل از هر نفر را محاسبه كند. این توانایی مسئله‌اي بسيار مهم در موقعیتهایی نظیر آتش سوزي و نگهداري تاسيسات است.8 ـ نمونه‌هايي از معماري حركتي
بررسي و بحث دربارة ساختمانهاي موجود كه با ايدة حركتي هوشمند ساخته شده‌اند بسيار لذت بخش است.8 ـ1 ساختمان دوار
نخستين نمونه ، ساختمان دوار نام دارد. اين بنا از حركت منحني شكل به عنوان كنترل كننده بيروني سود مي‌جويد. اين بنا ميتواند با استفاده از يك موتور، هر شكلي را از نقطه نظر طرح و نقشه به خود بگيرد. همچنين اين توانايي را دارد 360 درجه بچرخد. اين بنا با سيستم كنترل مستقيم كار مي كند به اين صورت كه چرخش اين بنا با استفاده يك دكمه خاموش و روشن انجام مي‌پذيرد. در واقع، همه ديوارها در اين بنا ميتواند از جاي خود حركت كنند تا ساختمان بتواند نماهاي بصري متفاوتي را ارائه كند. اين بنا ميتواند 100 بار در يك راستا و 1000 بار در راستايي ديگر بچرخد در حاليكه همه تأسيسات آن به طور كامل نقش خود را ايفا مي‌كنند.
آيا حسگرهايي نيز در اين بنا وجود دارند؟
حسگرهايي در اين ساختمان وجود دارند كه صاحبش را از هر گونه تراوش و در هم آميختن گاز ويا هر شيء سيال و رواني مطلع مي كنند. هر وقت كه صاحب خانه نياز به نمايي بيروني داشته باشد ميتواند آنرا بدست آورد. هر مشكلي در اين ساختمان با سيستم كنترل مستقيم حل ميشود. درجه دقت و هوشمندی سیستم با كار گذاشتن حسگرها به منظور دريافت اطلاعات و كنش متقابل، افزايش مي‌يابد. حسگرها ميتواند محل اتاق خواب را تغيير دهند تا بدور از نور خورشيد، گرما و يا روشنايي قرار گيرد. از سويي ديگر صداهاي مزاحم نيز قابل رفع هستند و همچنين منظره اطراف در هر زمان و در هر نقطه از اين خانه قابل رويت است. در چنين خانه‌اي نياز است تا 7 بار در طول 24 ساعت سيستمهاي كنترلي ، مكانيكي، لوله كشي و سيستمهاي الكتريكي چك شوند. به علاوه ديگر سيستمها نيز بايد آنقدر یکپارچه و هماهنگ باشند تا هر گونه نقص و كاستي را در زمان خودش گزارش دهند.
8 ـ2 گنبدي شكلهاي متحول شده
"پاتريك مارسيلي" در سال 1986 ايده گنبدي شكلهاي دوار را مطرح كرد. و نخستين ساختمان گنبدي را به عنوان الگويي براي كساني چون "آلبرت واتسون" بنا كرد.
اين بنا را مي‌توان با چوب ، بتون سبك و يا فولاد ساخت. اين بنا 300 درجه مي‌چرخد. موتوري به قدرت 1 اسب بخار (475 vatt) ديسك گردان را به حركت درمي‌آورد. همه اجزاء مكانيكي كه گنبد را مي‌چرخانند در قسمت مركزي ساختمان گردآوري شده اند. چرخش گنبد توسط كنترل مستقيم به وسيله سوييچ خاموش و روشن كنترل ميشود. همچنين مي‌توان به گونه ای سيستم را برنامه ريزي كرد تا از نور آفتاب اجتناب كند.
اينساختمان نمونه ای وفادار به معماري حركتي است. اين بنا ميتواند به وسيله كنترل وروديها جهت خود را تغيير دهد. اين ساختمان با توجه به دلايل منطقي ، ساختار بسيار يكپارچه اي دارد. دلايل سازنده آن براي چرخش بنا اجتناب از پرتوهاي خورشيد و گرما ی هواست. نقص اين بنا به دامنه چرخش آن برميگردد. چرا كه اين بنا تنها توانايي چرخش 300 درجه اي را دارد. مكانيزم چرخش در سيستم برنامه ريزي شده است. به گونه‌اي كه سيستم داراي تجهيزاتي است كه حركت خورشيد را نظارت مي‌كند و گرمای خورشيد توسط اين حسگر دريافت شده و موجب می شود تا ساختمان براي اجتناب از نور خورشيد بچرخد. اين حسگر مي‌توان با توجه به حرکت خورشيد تصميم بگيرد كه آيا ساختمان نياز به چرخش دارد يا خير.
8 ـ3 ساختمان تار
در خلال بحث درباره معماري حركتي بايد از تلاش"ديلر" و "اسكانيدو" ياد كنيم كه سعي كردند ساختماني بسازند كه از مصالح گوناگوني در آن استفاده شده است. اين ساختمان به نام «چادرتار» مشهور است. آنها اين بنا را با استفاده از مصالح فلزي بر روي يك درياچه ساختند كه هزاران پيستوله يا قطرات بسيار ريز آب را به روي سازه بنا اسپري مي‌كنند. اين سازه قايق مانند حتي در زير باران به وسيله تكنولوژي اسپري‌هاي پرفشار در توده‌اي از هواي مه مانند كه دقيقه به دقيقه تغيير مي‌كند، احاطه ميشود.
آنها الگويي از استفاده آب را در معماري ارائه كردند كه با توجه به نيازهای خود و كاربران ، اشكال گوناگون به خود مي‌گيرد. آنها براي تنظيم ميزان اسپري آب از كامپيوتر استفاده كرده اند. ميزان و قدرت اسپري آب در شرايط اقليمي متفاوت در زمينه دما، رطوبت و جهت و سرعت باد توسط كامپيوتر تغيير مي‌كند.
نتيجه
بنابراين يك ساختمان هوشمند بنايي است كه توانايي پاسخگويي (output) به نيازهاي كاربرانش بر مبناي اطلاعات پردازش شده كه توسط وروديهاي متعدد فراهم آمده را دارد. فاكتور پاسخگويي در زمان معين در اين ساختمان بسيار مهم و ضروري است. تجهيزات متعدد دريافت كننده و ارسال کننده ، اطلاعات را با توجه به نظارتي که بر تغييرات محيط دروني و بروني بنا دارند دريافت مي‌كنند. همچنين فراموش نشود كه يكي مولفه هاي اصلي يك بناي هوشمند دارا بودن توانايي يادگيري است. قبل از ساخت يك بناي هوشمند برنامه ريزي سيستم بسيار مهم است تا اهدافي را كه مي‌خواهيد به آن بدهيد خوب بشناسد. نياز واقعي براي داشتن يك ساختمان هوشمند ميتواند با دقت به نتايج آشكار شود و اينكه آنها اين نياز با ساختن اين بنا رفع ميشود يا خير. براي مثال بهره‌وري يكي ضروريات شركتهاست. محيط دروني يك دفتر كار تعيين كنندة فاكتورهاي بسيار زيادي براي بهره‌وري يك كارمند است. به عنوان يك مثال ساده، من نمي‌توانم در دفتر كارم بيش از 3 ساعت به طور مداوم كار كنم. به اين دليل كه دماي هوا در دفتر كارم پايين است. بنابراين هر گاه كه احساس سرما مي‌كنم مجبورم از دفتر خارج شده و به فضاي باز بروم و در حدود 10 دقيقه از گرماي خورشيد استفاده كنم و سپس به دفترم برگردم. مسئول تأسيسات تصميم گرفت كه تقريباً هر روز تكنسيني را فرا خواند تا اتاقها را چك كند و دما را افزايش دهد. تلف كردن وقت در هنگام كار به خاطر اشكال در تهويه مطبوع هوا باعث ميشود كه مييزان بهره‌وري كاهش يابد. كه اين مسئله به معناي حيف و ميل منابع يك شركت است.اهدافي كه با ساخت يك ساختمان هوشمند به دست مي‌آيد تقريباً تمام وجوه زندگي انسان را در برمي‌گيرد. بهره وري، راندمان بالا، ذخيره انرژي، سرگرمي، فرح و شادي، آسايش، پايين آوردن هزينه‌هاي زندگي و افزايش عمر بنا، همه و همه نمونه‌هايي از اين نوع اهداف است كه با ساخت بناهاي هوشمند به دست مي‌آيند.
يك ساختمان هوشمند بايد داراي سيستمي از اعصاب باشد كه شامل حسگرها و تحريك كننده‌هاي تعبيه شده است كه اطلاعات را در زمان درست و صحيح خود كنترل مي‌كند. با اين اوصاف، بنا ميتواند به صورت ايستا يا حركتي عمل كند. بنابراين تغيير يا عدم تغییر در ساختار دروني يا برونی بنا نمونه‌هايي از توانايي يك بناي هوشمند است. سيستم اعصاب بنا وظیفه یکپارچه کردن همه سیستم ها را بر عهده دارد تا ساختمان هوشمند شكلي انعطاف پذير داشته باشد تا بتواند در مواجهه با تغييرات محيطي كه در آن واقع شده است ، كنش مناسبي داشته باشد . به عنوان يك انسان، كاربران بنا بايد بتوانند بفهمند كه بنا شاد است يا غمگين، ناخوش است یا سرحال. از سويي ديگر بنا نيز بايد توانايي درك حال كاربرانش را داشته باشد تا بر طبق حال آنها عمل كند.
بر طبق تعاريف اصطلاحات گوناگون استفاده شده، واضح است كه معماري پاسخگو در همه فضاهای بنا و همچنین در معماری بنا نقش موثری را بازی می کند. معماري و فضای ساختمان هر دو بايد ويژگيهايي داشته باشند كه پاسخگوي نيازهاي كاربران باشند. معماري پاسخگو نبايد به يك يا دو نوع از واكنشها محدود شود. بلكه بايد تمامي كنشها از جمله كنشهاي ايستا، حركتي، دروني و برونی را شامل شود. به علاوه در معماري پاسخگو، نوعي معماري هوشمند نيز مورد نياز است چرا كه پاسخ نتيجه پردازش هوشمندانه است.
معماري حركتي هوشمند نيست مگر آنكه حركت نتيجه پردازش هوشمندانه باشد اگر نه چادر هم يك پناهگاه متحرك است كه قابليت تا شدن و حمل شدن را دارد. معماري هوشمند جديد بايد همة انواع كنشها را كه هر در ایفای نقش خود ، خوب عمل می کنند را دارا باشد.
مطالب مشابه :
معماری هوشمند ساختمان
براي مثال سقف موزه ميلواكي اين حركت در اين نوع از كنترل نتيجه وروديهاي تحليل شده‌اي
مقالات عمران و معماری 2
تحليل ساختار فضايي شهر تبريز در محدوده بار و با استفاده از موزه هنر ميلواكي مترجم:
مهمترین رویدادهای ایران وجهان در طول تاریخ دراین روز
موزه ها. کتیبه ها به نوشتن مقاله و تحليل براي رسانه ها و شهر بزرگ ميلواكي Milwaukee ايالت
برچسب :
تحليل موزه ميلواكي