前言

自2020年我国在第75届联合国大会上作出“2030年碳达峰·2060年碳中和”承诺以来，如何推动实现“双碳”目标就成为各行各业持续关注的热点话题。

建筑行业作为我国的支柱产业之一，是实现碳达峰、碳中和目标的关键所在。根据世界绿色建筑委员会（WGBC）发布的数据，建筑物碳排放量占全球能源相关总碳排放量的39%，其中运营期碳排放量占全球总碳排放量的28%，而隐含碳排放量占比为11%。《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2021）》显示，2019年我国建筑全过程能耗占全国能源消费总量的比例达46%，二氧化碳排放量占全国碳排放量的比重达到50.6%，因此，建筑行业能否实现碳中和直接影响着“双碳”目标能否实现。

但是，建筑碳中和的实现难度非常大。我国建筑行业之所以难以实现碳减排、碳中和，原因主要有以下四点：

•　既有建筑存量比较大，节能建筑、绿色建筑的占比比较小。我国是世界上既有建筑面积最大的国家，虽然可以通过节能低碳改造实现节能减排，但因为改造成本比较高，所以大多数既有建筑仍未开始进行低碳改造。另外，虽然我国在大力推行绿色建筑、节能建筑，但因为相关技术不成熟、建造成本比较高等，大多数建筑达不到节能设计标准。

•　我国还处在城镇化快速发展阶段，建筑面积仍将保持快速增长之势。虽然我国人均住宅面积已经接近发达国家水平，农村住宅建筑面积甚至超过了发达国家的水平，但每年新增建筑竣工面积仍超过40亿平方米，居民对建筑面积的需求仍未得到充分满足。

•　建筑企业对发展近零能耗建筑的认知不足。一直以来，建筑行业采用的是规模化建设模式，比较关注年竣工面积，对建筑节能、减少碳排放的认知不足，对近零能耗建筑也没有给予太多关注。再加上近零能耗建筑要求颠覆传统的能源供应方式，要求使用环保建筑材料与施工工艺，这对产业发展也提出更高的要求。而目前节能低碳技术的发展并不成熟，环保建筑材料与施工工艺能否保证建筑质量，能否在短时间内形成配套的产业体系尚不确定。在这种情况下，对于发展近零能耗建筑，大部分建筑企业都持观望态度。

•　建筑运行阶段的能源供给与消费结构无法达到低碳、清洁的要求。建筑运行阶段所消耗的能源仍以煤炭、天然气等化石能源为主，对电力、热能的需求量极大，而我国目前的电力以火电为主，清洁电能的占比比较低，热能主要来源于煤电热电联产和天然气供热。随着生活水平不断提升，人们对生活环境的舒适度将提出更高的要求，对采暖、空调、热水等的需求将持续增长，各种智能家用电器也将越来越多，电能消耗量将不断增长。如果不改变能源结构，建筑运行阶段的碳排放将持续增长。

为了实现建筑碳中和，各建筑企业、科技公司以及相关的研究机构做了很多探索，尝试将5G、AI（Artificial Intelligence，人工智能）、BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）、IoT（Internet of Things，物联网）等技术与建筑相结合，推出绿色建筑、节能减排建筑、智慧建筑、装配式建筑等多种有助于实现节能减排的建筑模式，开发低碳环保的建筑材料，在建筑外墙与屋顶搭建太阳能电池板，大力发展光伏发电技术，改变建筑的用能结构，开展建筑全生命周期管理，从设计、建造、运行、使用、废弃、回收等各个环节把控能源消耗与碳排放，全面提高建筑的能效水平，推动建筑行业实现绿色化、低碳化、智能化发展。

经过多年尝试，我国建筑行业在节能减排领域取得了不错的成绩。本书立足于我国“双碳”目标的政策框架与实践，结合当前我国智慧城市、新型城镇化建设的发展现状与前沿趋势，以科技视角为切入点，以建筑产业的智能化应用为落脚点，全面阐述5G、AI、物联网、大数据、数字孪生、BIM等技术在建筑领域的应用场景与实践路径，全景式展现“双碳”目标下我国智慧建筑、智慧楼宇、智慧地铁、智慧隧道、智慧工地、智慧园区等建筑细分领域的数智化变革与升级，深度剖析数字科技时代我国建筑业实现绿色低碳发展的转型之道，冀望于为我国建筑行业转型升级提供一些有益的思路与方法。

本书共分为六大部分，每部分的内容概述如下：

•　第一部分：建筑碳达峰·碳中和。这一部分立足于“双碳”背景，对绿色建筑、被动式建筑、零碳建筑等新型的建筑范式进行简单介绍，对“双碳”背景下建筑行业实现碳中和的必要性与实现路径进行初步探究，对建筑生产、施工、运行、拆除等全生命周期的节能减排策略进行具体讨论。

•　第二部分：智慧建筑。基于云计算、5G、大数据等新一代信息技术的智慧建筑不仅可以提高建筑的舒适度、宜居性，而且可以节约建筑能耗，降低建筑的碳排放。智慧建筑涵盖的范围极广、实现路径也比较多，这一部分立足于智慧建筑的关键技术，对智慧建筑、智慧楼宇、智慧地铁、智慧隧道的实现路径进行详细解析。

•　第三部分：5G+智慧建筑。建筑行业的数字化转型离不开先进技术和设备的支持，尤其是5G及新一代信息技术的支持。这一部分对5G、物联网、BIM、大数据等新一代信息技术在智慧工地、智慧园区建设等领域的应用进行全面分析，从选址、安居、能源等角度对基于5G的智慧建筑的建设路径进行探究。

•　第四部分：AIoT（Artificial Intelligence & Internet of Things，指融合了AI技术与IoT技术的人工智能物联网）+智慧建筑。将AI与物联网应用于智慧建筑是建筑行业实现信息化转型，推动数字中国、智慧社会建设的重要路径。这一部分对AI与物联网技术在智慧建筑领域的应用场景、落地路径、关键技术进行全面分析，探讨了基于AI的建筑全生命周期管理与基于物联网的楼宇设备自动控制系统，为建筑的数智化变革提供新方案、新思路。

•　第五部分：数字孪生+智慧建筑。数字孪生在建筑行业的应用有望创造可以与人进行自然交互的高度智能化的建筑，提高建筑全生命周期管理质量与效率，切实提高建筑能效，实现节能减排。这一部分对数字孪生的关键技术以及这些技术在智慧建筑领域的应用进行全面分析，从整体架构、关键技术、应用场景等方面对基于数字孪生的智慧城市建设进行探究。

•　第六部分：BIM技术+智慧建筑。在智慧建筑领域，BIM是一项关键技术，可以发现建筑在各个阶段存在的问题，并制定相应的解决方案，实现对建筑全生命周期的模拟优化。这一部分对BIM技术在智慧建筑、绿色智能建筑、装配式建筑三大新型的建筑范式中的应用进行深度剖析。

本书内容丰富、结构完整、语言通俗易懂，凝聚了作者对建筑业低碳化、绿色化转型的长期思考、敏锐洞察以及多年来的学术成果，深入浅出地探索了很多先进技术在建筑碳中和领域的应用，既适合政策制定者、各级政府领导及研究人员阅读，也可供智慧建筑、工程建造等行业的管理人员与工程技术人员阅读参考，还可作为高校相关专业本科生和研究生的学习参考书目。

著者