Table of Contents
تطور مبنى (سمارت)
وقد تطورت نظم التشغيل الآلي للبناء الذكي من أجهزة التحكم المنطقي البسيط القابلة للبرمجة إلى شبكات متطورة موزعة تدمج أجهزة الاستشعار والمحاضرات والمحللات القائمة على الغيوم، وهذه النظم تدار الإضاءة، والتردد العالي، والأمن، وغير ذلك من النظم الفرعية في الوقت الحقيقي، وترمي إلى تحسين الكفاءة التشغيلية مع الحفاظ على بيئة مريحة للمشغلين، وتعالج الدافع نحو بناء الطاقة على نحو صافٍ، مع الأخذ بنظاميٍ متسارعٍ للاستدامة.
إن الأساس الذي يقوم عليه أي بناء ذكي يكمن في قدرته على الإحساس والبت والعمل، فمع انتشار أجهزة التوحيد القياسي، تولد المباني الآن تدفقا واسعا من البيانات عن شغلها وطقسها واستعمالها للطاقة ووضعها في المعدات، ولكن هذه الثروة من البيانات تشكل تحديا: كيفية تجهيزها واستغلالها من أجل السيطرة المثلى، بينما تقل مستويات الرقابة التقليدية القائمة على القواعد أو على تطبيقات PID عند مواجهة التفاعلات الدينامية وغير المباشرة بين الأهداف الفرعية.
أساسيات الاستخدام الأمثل المتعدد الجوانب
ويعالج التبسيط المتعدد الجوانب المشاكل التي تنطوي على مهمتين أو أكثر موضوعية يتعين التقليل منها إلى أدنى حد أو تعظيمها في آن واحد، وفي سياق المباني الذكية، تشمل الأهداف النموذجية تقليل استهلاك الطاقة إلى أدنى حد، وتحقيق أقصى قدر من الراحة الحرارية (مقاسة بواسطة مؤشرات الحد من انبعاثات المركبات أو تعادلات القدرة على الارتحال)، وتقليل انبعاثات الكربون، وتقليل تكلفة التشغيل إلى أدنى حد، وهذه الأهداف غالبا ما تكون متعارضة مع الحد الأمثل من إنتاج المادة الخطرة.
ويمكن التعبير عن مشكلة متعددة الجوانب من الناحية المواضيعية على أنها تقلل (أو تزيد إلى أقصى حد) ((التعلم الفعلي (الدرجة) (الدرجة الأولى) (الدرجة الأولى) = [و1 (النقطة المرجعية) و(و2) (الدرجة الثانية) (الدرجة الثانية))) (الدرجة الأولى)) (الدرجة الثانية))
فرص النجاح الموضحة
إن مفهوم " باريتا " المثلى، الذي يُدعى فيلفريدو باريتو الاقتصادي، هو محوري في وزارة الطاقة، والحل هو " بايرتو " الأمثل إذا لم يكن هناك حل آخر عملي يحسن هدف واحد على الأقل دون أن يهين الآخر، فجميع هذه الحلول تشكل واجهة " باريتو " ، ويعني ذلك بالنسبة لأي مستوى معين من مستويات استهلاك الطاقة أن النظام يمكن أن يجد استراتيجية التحكم التي تخفف من الراحة (أو تقلل إلى أدنى حد)().
أساليب حل المشاكل المتعددة الجوانب
وهناك ثلاث فئات عريضة من أساليب التشغيل: أساليب أولية، تحدد فيها الأفضليات قبل الاستخدام الأمثل (مثلاً، المبلغ المرجح)؛ والأساليب الخلفية التي تولد جبهة باريتو بأكملها وتسمح لصانع القرار بالاختيار فيما بعد (مثلاً، NSGA-II، MOPSO)؛ والأساليب التفاعلية التي تُدمج فيها الأفضليات على نحو متكرر، ولكن نماذج التكييف العملية تقدم في تطبيقات البناء الذكية.
التطورات الأخيرة في التقنيات ذات الاستخدام الأمثل المتعدد الجوانب
وقد شهد العقد الماضي تقدما كبيرا في مجال التطوير الكيميائي لأجهزة التشغيل الآلي، مدفوعا باحتياجات النظم الهندسية المعقدة وتوافر موارد حاسوبية أكثر قوة، وفي التشغيل الآلي للبناء الذكي، تبرز ثلاثة مسارات رئيسية: الخوارزميات التطورية، وتكامل التعلم الآلي، والنُهج الهجينة التي تجمع بين الاثنين.
Evolutionary Algorithms
(أ) إن الخوارزميات الثورية القائمة على السكان هي مواد ميثاريوئية مستوحاة من التطور البيولوجي، وهي تطبق بشكل متكرر الاختيار، والتقاطع، والتحول لتحسين مجموعة من الحلول المرشحة، وبالنسبة لوزارة الخارجية، تم تطوير متغيرات متخصصة للحفاظ على التنوع والتلاقى مع جبهة باريتو الحقيقية، وهناك مثالان بارزان هما الصواريخ المتعددة الأطراف غير المهيمنة المضادة للأفراد.
الألغوريزميات الجينية لمراقبة المباني
كما أن الخوارزميات الجينية فعالة بشكل خاص في بناء التفاؤل نظراً لقدرتها على التعامل مع المتغيرات غير المباشرة والمتعددة الوسائط والمتباينة، فعلى سبيل المثال، يمكن للتحالف العالمي أن يحسن في الوقت نفسه درجات الحرارة السائدة في نقاط معينة، ومواقع الرطب، وجداول الإضاءة.() وقد أظهرت دراسة أجريت بواسطة Jahangiri و Allinson (2020)
التخصيب الأمثل للجسيمات
(أ) تحفيز الحرق على الوجه الأمثل للسلوك الاجتماعي للطيور التي تتدفق أو تتعلم الأسماك، وكل مادة تُعدل موقعها على أساس أفضل حل معروف لها، وأفضل حل للحرب، وفي البديل المتعدد الجوانب، توجد مخازن للمحفوظات غير مهيمنة، وتُوجّه الجسيمات نحو المناطق الأقل ازدحاماً في الفضاء الموضوعي.
النهج التعليمية الآلاتية
:: تحسين التعلم في مجال الآلات (ML) بطرقتين رئيسيتين: من خلال بناء نماذج دقيقة لديناميات البناء، ومن خلال تعلم الأفضليات أو صور الراحة التي يحتلها، ويمكن أن تُحدث نماذج بديلة، مثل العمليات الغوسية أو الشبكات العصبية، الاستعاضة عن المحاكاة الفيزيائية الافتراضية الباهظة التكلفة، مما يجعل من الممكن تحقيق الاستخدام الأمثل في الوقت الحقيقي.
وعلاوة على ذلك، يمكن أن تُستحث حركة تحرير الكونغو على راحة فردية من درجة حرارة الجلد أو معدل القلب أو حتى التعبير عن الوجه، مما يتيح السيطرة الشخصية، ويمكن لجهاز التحكم المتعدد الجوانب الذي يشمل هذه النماذج أن يوازن بين وفورات الطاقة وراحة بعض الشاغلين في منطقة معينة، وفي مشروع حديث في ] مختبر الطاقة المتجددة الوطني [النظام المالي العالمي للتوحيد القياسي]، يؤدي إلى زيادة عدد الباحثين معاً باستمرار.
الأساليب الهجينة
ومن بين الأساليب الهجينة مواطن القوة لدى وكالات التقييم، وبرمجة الرياضيات، مثلاً، يمكن استخدام " GA " لاستكشاف واجهة " باريتو " على الصعيد العالمي، ثم صقل المناطق الواعدة بالبرمجة الرباعية المتتابعة أو التخريب المثلى " بايزيون " ، وثمة نهج آخر يتمثل في تكوين شبكة جديدة في خوارزمية موروية لتعديل معدلات الارتداد أو بروميد الميثيل على نحو تكيفي بناء معتمد على أساس التفوق
تطبيقات وفوائد في نظم البناء الذكي
ويحقق التنفيذ العملي للتفاؤل المتعدد الجوانب في المباني الذكية فوائد ملموسة في عدة مجالات، وتبرز الفروع التالية أكثر التطبيقات أثرا.
إدارة الطاقة والحد من استخدام البقاع
إن استهلاك الطاقة الأمثل هو أكثر التطبيقات إلحاحاً، إذ أن صياغة المشكلة كتبادل متعدد الجوانب بين تكلفة الطاقة والراحة الشاغلة يمكن أن تقلل أجهزة التحكم من فواتير الكهرباء بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة في المباني التجارية النموذجية، كما أن التركيبات الأكثر تقدماً تشمل إشارات الاستجابة للطلب، والتسعير الزمني للاستخدام، والتوليد المتجدد في الموقع، على سبيل المثال، فإن جهاز التحكم في المباني الذكية يستخدم ذروة في المباني.
الرفيق والإنتاجية
فالراحة التراكمية ليست مترا واحدا؛ فهي تشمل الجوانب الحرارية والبصرية والصوتية والجودة في الهواء الطلق؛ فالاستخدام الأمثل المتعدد الجوانب يتيح للنظام معالجة هذه الجوانب في آن واحد، فعلى سبيل المثال، قد يختار المُثلج أن يقلل من نقطة الحرارة خلال فترة ظهيرة مشمسة للتعويض عن الجليد، مع تعديل المواقف العمياء وضوء الأشعة المقطعية، وذلك بإدراج قياسات الإنتاجية القائمة على المستوى الأمثل.
مقايضة الأمن والسلامة
ويجب أن توازن نظم الأمن، مثل مراقبة الدخول والمراقبة، استهلاك الطاقة، والوقت اللازم للاستجابة، ومعدلات الإنذار الكاذبة، وفي مبنى ذكي، يمكن توسيع نطاق الإطار نفسه الأمثل ليشمل الأهداف الأمنية، فعلى سبيل المثال، بعد ساعات، يمكن للكاميرات أن تتحول إلى حل أدنى لإنقاذ الطاقة، ولكن لا تزال تحافظ على دقة الكشف، ويمكن للأجهزة الترميزية أن تضبط بارامترات لتحقيق معدل إيجابي زائف مقبول مع تقليل الطاقة إلى أدنى حد.
تحديات التنفيذ والحلول
وعلى الرغم من الوعد، فإن نشر نظام التشغيل الآلي في المباني الحقيقية يواجه عدة عقبات، أولا، الرؤوس الزائدة المحوسبة: فحل مشكلة متعددة الجوانب مع عشرات المتغيرات كل بضع دقائق قد يكون بطيئا للغاية بالنسبة للمراقبة في الوقت الحقيقي، وقد تكون التطورات في الحوسبة السحابية والمساعدة في نقل الحمولة السحابية، كما أن استخدام النماذج البديلة، ثانيا، الدقة النموذجية: النماذج البرمجية القائمة على الاشتباكات، هي نماذج مبسطة.
الاتجاهات المستقبلية
إن ميدان الاستخدام الأمثل للمباني الذكية يتزايد بسرعة، وهناك ثلاثة اتجاهات جديرة بالذكر، أولا، أن إدماج التغذية المرتدة الراكبة عن طريق الهواتف الذكية أو السائلة سيتيح للنظم أن تتعلم نماذج الراحة الشخصية باستمرار، وسيؤدي هذا التفرد إلى تحويل الحافظة إلى أفضل من نهج قائم على نقطة محددة إلى سيناريو قائم على الإنسان في الموقع.
مع تشديد أنظمة الاستدامة، قد تُلزم رموز البناء باستخدام التفاؤل المتعدد الجوانب للتشييدات الجديدة، وقد نعتبر الآن أن التوجيه الخاص بتجربة أداء الطاقة في الاتحاد الأوروبي في المباني يشجع على اعتماد مؤشرات للتأهب الذكية التي تقيّم قدرة المبنى على تحقيق أقصى قدر من الطاقة والراحة، وفي المستقبل، قد نرى أن وزارة الطاقة أصبحت عنصراً قياسياً من عناصر برامج إدارة المباني، مدمجة في منتجات من شركات مثل شركة سيمينز، ومراقبات جونسون،
خاتمة
ومن شأن التقدم في تحقيق الاستخدام الأمثل المتعدد الجوانب أن يعيد تشكيل نظم التشغيل الآلي للبناء الذكية، ومن خلال تجاوز الرقابة ذات الوجهة الواحدة، يمكن لمديري المباني أن يحققوا بيئة متوازنة ومستجيبة تؤدي إلى تحسين كفاءة الطاقة، والراحة الشاغلة، والتكاليف التشغيلية في وقت واحد، بينما يظل تطوير الخوارزميات التطورية، وأجهزة التكتل الآلي، والتقنيات الهجينة ممكنا عمليا للتبني في الوقت الحقيقي، حتى بالنسبة للمبانيات التجارية الكبيرة التي لا تزال تواجه تحديات.