“智能建筑”一詞于 80 年代初在美國(guó)首次使用，華盛頓的智能建筑機(jī)構(gòu)給出的定義是：

智能建筑是集成各種系統(tǒng)以協(xié)調(diào)方式有效管理資源以最大化：技術(shù)性能；節(jié)省投資和運(yùn)營(yíng)成本；靈活性。

您可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)“某人太聰明了為自己好”這句話，但您是否聽(tīng)說(shuō)過(guò)“他們太聰明了，為自己好”這句話？這是因?yàn)槁斆骱吐斆髦g有明顯的區(qū)別。我最喜歡的一句話是“聰明人說(shuō)話，聰明人聽(tīng)”。類(lèi)似地，智能建筑和智能建筑之間的區(qū)別在于，在智能建筑中，用戶將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編程，使其以符合用戶最佳意圖的方式行事。但是，智能建筑具有適當(dāng)?shù)膫鞲泻吞幚砟芰Γ梢宰孕斜O(jiān)聽(tīng)，然后自行編程以執(zhí)行其認(rèn)為最佳的操作。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，建筑物必須具有相關(guān)的傳感能力，以盡可能多地接收外部環(huán)境，并通過(guò)適當(dāng)?shù)?a target="_blank">通信路徑將這些數(shù)據(jù)傳輸回建筑物的“大腦”（可能位于現(xiàn)場(chǎng)或建筑物內(nèi)）云），以及大腦中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)處理它獲得的信息，從而決定采取的最佳行動(dòng)。然后必須通過(guò)相同的通信路徑將操作傳回相關(guān)系統(tǒng)以執(zhí)行。

智能建筑的現(xiàn)狀

如果您發(fā)現(xiàn)自己在荒野中迷路或被困在荒島上的不幸境地，那么三法則可以讓您活下去。這條規(guī)則規(guī)定，為了生存，你有 3 小時(shí)尋找庇護(hù)所，3 天尋找水源，以及 3 周尋找食物，然后你就會(huì)滅亡。在這種情況下，避難所是您生存的重中之重，盡管我們目前可能不會(huì)迷失在荒野中，但我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)向智能建筑來(lái)滿足人類(lèi)對(duì)避難所的需求對(duì)于我們星球和人類(lèi)的未來(lái)至關(guān)重要。通過(guò)數(shù)字化使新的或現(xiàn)有的建筑智能化。這是將影響建筑物運(yùn)行和維護(hù)的因素轉(zhuǎn)化為可以實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)字信號(hào)并傳回建筑物的大腦進(jìn)行分析和管理的過(guò)程。我們?nèi)绾螌⑿碌暮同F(xiàn)有的建筑數(shù)字化以提高能源效率和可持續(xù)性，這是確保我們作為一個(gè)物種的碳足跡未來(lái)的關(guān)鍵。在討論智能建筑的未來(lái)時(shí)，需要考慮四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：

健康與安全——空間的設(shè)計(jì)是否旨在提高居住者的幸福感？如果居住者感到安全并且他們的環(huán)境旨在提高他們的情緒和生活質(zhì)量，他們將更有效率。 [1] 隨著人們返回辦公室，這在 COVID-19 時(shí)代更為重要。

可持續(xù)性——空間是否達(dá)到了減少碳足跡所需的效率？這個(gè)主題不僅通過(guò)節(jié)省能源費(fèi)用和降低維護(hù)成本來(lái)改善業(yè)主的生活，而且還為更廣泛的人群帶來(lái)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

彈性——空間的設(shè)計(jì)是否考慮到未來(lái)以經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)？今天的建筑物可以使用 150 年或更長(zhǎng)時(shí)間。我們不知道未來(lái)有哪些創(chuàng)新或技術(shù)有待發(fā)現(xiàn)，但我們可以進(jìn)行規(guī)劃，以便我們建筑物的信息技術(shù) (IT) 和運(yùn)營(yíng)技術(shù) (OT) 基礎(chǔ)設(shè)施能夠應(yīng)對(duì)未來(lái)隨著更多系統(tǒng)的預(yù)期數(shù)據(jù)流量增加開(kāi)始上網(wǎng)成為IP

經(jīng)濟(jì)學(xué)——沒(méi)有正確的財(cái)政激勵(lì)措施，很難實(shí)施變革。金錢(qián)就是價(jià)值，通過(guò)建造建筑物可以從建筑物中獲得價(jià)值。然而，首先需要進(jìn)行資本投資，然后才能收獲儲(chǔ)蓄。需要?jiǎng)?chuàng)新的融資模式，讓建筑業(yè)主將其建筑升級(jí)為智能建筑。

這四個(gè)主題可以通過(guò)樓宇自動(dòng)化來(lái)解決。今天，樓宇自動(dòng)化主要基于封閉和孤立的系統(tǒng)，它們相互獨(dú)立工作以執(zhí)行其功能，而不會(huì)影響或驅(qū)動(dòng)其他系統(tǒng)。在建筑物中，這些系統(tǒng)包括 HVAC、照明、訪問(wèn)控制、火警、電梯和占用檢測(cè)等等。孤立的系統(tǒng)在很大程度上效率低下，導(dǎo)致更大的碳足跡。

在接下來(lái)的部分中，我們將討論推動(dòng)向智能建筑轉(zhuǎn)變的宏觀大趨勢(shì)以及投資智能建筑技術(shù)可以帶來(lái)的主要好處。

為什么我們需要智能建筑？

我們有所謂的影響漏斗。這是現(xiàn)代世界對(duì)智能建筑的需求如何驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)的粗略輪廓。首先，我們從世界宏觀趨勢(shì)開(kāi)始，即城市化和氣候變化。

城市化是世界人口從農(nóng)村地區(qū)向城市等城市地區(qū)的遷移。人們搬到城市是為了更好的生活方式。城市提供就業(yè)前景以及更好地獲得商品、服務(wù)、醫(yī)療保健和教育的機(jī)會(huì)。人口增長(zhǎng)也促進(jìn)了城市化，預(yù)計(jì)到 2050 年，全球 65% 以上的人口將生活在城市環(huán)境中。預(yù)計(jì)到 2060 年，全球建筑面積將翻一番，相當(dāng)于為世界增加了一個(gè)紐約每個(gè)月，持續(xù) 40 年。[2]

氣候變化是全球或區(qū)域氣候模式的變化，特別是從 20 世紀(jì)中后期開(kāi)始的明顯變化，主要?dú)w因于使用化石燃料產(chǎn)生的大氣二氧化碳水平增加。IEA 估計(jì)，全球 40% 的二氧化碳排放量可歸因于建筑物，其中 28% 的排放量?jī)H來(lái)自建筑物的運(yùn)行和維護(hù)。 [3] 令人震驚的估計(jì)是，目前建筑物使用的能源中有 50% 被浪費(fèi)了。 [4] 近年來(lái)，建筑物的能源消耗以及 CO 2排放量幾乎沒(méi)有趨于平穩(wěn)，這表明隨著更多建筑物的上線，除非提高能源效率，否則建筑物對(duì)環(huán)境的影響只會(huì)變得更糟。

許多有影響力的智庫(kù)，如聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署和世界銀行，現(xiàn)在都將重點(diǎn)放在提高建筑能源效率的政策上，為投資可持續(xù)和智能建筑提供激勵(lì)措施，以及改造舊建筑以符合當(dāng)前的歐盟可持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)。

受其應(yīng)對(duì)氣候變化義務(wù)約束的世界各國(guó)政府開(kāi)始實(shí)施這些建議的政策。作為其綠色交易政策的一部分，歐盟現(xiàn)在正在為一項(xiàng)大型改造計(jì)劃提供資金。歐盟大約有 2.2 億座建筑物，其中 85% 是在 2001 年之前建造的，90% 的現(xiàn)有建筑物將在 2050 年仍然存在，為改造提供了很大的基礎(chǔ)。歐盟的目標(biāo)是到 2030 年改造 3000 萬(wàn)座建筑。同樣，美國(guó)希望《基礎(chǔ)設(shè)施法案》和《智能建筑加速法案》以及中國(guó)的 5 年計(jì)劃將在這些市場(chǎng)推動(dòng)類(lèi)似的舉措。 [5]

政府政策和建筑法規(guī)通過(guò)即將更新的歐盟建筑能源績(jī)效指令推動(dòng)能源改進(jìn)。同樣，美國(guó)的 ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)正在推動(dòng)法規(guī)遵從性，其他國(guó)家/地區(qū)的特定法規(guī)也即將上線。

建筑獲得綠色和智能建筑認(rèn)證也越來(lái)越普遍。在某些情況下，這是特定金融投資的要求，但大多數(shù)情況下，這些證書(shū)為建筑物的盈利潛力增加了巨大的溢價(jià)。LEED、BREEAM、EDGE都是知名的綠色認(rèn)證，但中國(guó)本土認(rèn)證正在加快步伐。智能建筑認(rèn)證較新，但隨著 TIA 和 UL 共同組成 SPIRE，這也將變得更加流行。

著眼于這些對(duì)建筑物的潛在改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)性為更健康、更環(huán)保和更智能的建筑創(chuàng)造了溢價(jià)。在倫敦，研究表明，在同一地區(qū)，經(jīng)過(guò)認(rèn)證的建筑物的租金和銷(xiāo)售費(fèi)用比未經(jīng)認(rèn)證的建筑物高出 4%。 [6]

從世界事件到世界經(jīng)濟(jì)，建筑物的形狀正在發(fā)生變化，頂級(jí)樓宇自動(dòng)化公司正在關(guān)注。我們注意到，根據(jù)季度收入報(bào)告，報(bào)告為他們的客戶節(jié)省的 CO 2百萬(wàn)噸，同時(shí)強(qiáng)調(diào)更環(huán)保、更健康的建筑。這些樓宇自動(dòng)化公司將如何實(shí)現(xiàn)這種節(jié)省是通過(guò)大規(guī)模的樓宇數(shù)字化和數(shù)字化，讓智能一直延伸到邊緣節(jié)點(diǎn)，收集更多智能數(shù)據(jù)，并在多個(gè)樓宇系統(tǒng)中產(chǎn)生更多可操作的見(jiàn)解，從而有機(jī)會(huì)進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化每個(gè)建筑物的性能，以確保最大的能源效率和最大的可持續(xù)性。

如何實(shí)現(xiàn)智能建筑

如今，大多數(shù)建筑物都有建筑物管理系統(tǒng)或 BMS。這些包括不連貫的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)特定于它們執(zhí)行的功能，如介紹中所述；即照明、暖通空調(diào)、門(mén)禁等。要使這些建筑智能化，不僅僅是拆除它們并投入全新的基礎(chǔ)設(shè)施；這太昂貴了。半導(dǎo)體行業(yè)有責(zé)任利用能夠?qū)?dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化并將單獨(dú)的建筑系統(tǒng)相互連接的技術(shù)來(lái)支持改造市場(chǎng)。一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了多種技術(shù)和通信協(xié)議如何將傳統(tǒng) BMS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芙ㄖ?/p>

以太網(wǎng)是一種通用協(xié)議，它使我們的日常生活和業(yè)務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)高數(shù)據(jù)速率，但它在可以達(dá)到的距離和可以支持的拓?fù)浞矫媸艿较拗啤Ｈ绻覀兛梢栽诤?jiǎn)單的電纜上運(yùn)行以太網(wǎng)和 IP，例如 1 公里距離上的單雙絞線，會(huì)怎樣？這將提供從云到邊緣節(jié)點(diǎn)的無(wú)縫連接，融合 IT 和 OT 世界以打破現(xiàn)有系統(tǒng)的孤島，在這些孤島中可能會(huì)收集數(shù)據(jù)但無(wú)法采取行動(dòng)，也不會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的見(jiàn)解。

10BASE-T1L 是實(shí)現(xiàn)邊緣連接的關(guān)鍵技術(shù)——該協(xié)議允許從云一直到邊緣節(jié)點(diǎn)的無(wú)縫連接，允許 IP 可尋址邊緣節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而允許從任何地方進(jìn)行實(shí)時(shí)可操作控制。擁有這種無(wú)縫控制將降低擁有成本，因?yàn)楹?jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)，可以輕松匯總和解釋數(shù)據(jù)，并且還簡(jiǎn)化了安裝和維護(hù)。我們現(xiàn)在可以在過(guò)去可能存在簡(jiǎn)單模擬傳感的地方添加智能。通過(guò)將邊緣數(shù)字化并生成更智能的數(shù)據(jù)，我們可以將整個(gè)建筑數(shù)字化。

10BASE-T1L 于 2019 年被 IEEE 批準(zhǔn)為 802.3cg。ADI 公司是該委員會(huì)的成員，在推動(dòng)該標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮了重要作用。該標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵要素是通過(guò)數(shù)據(jù)速率為 10 Mbps 的單根電纜提供電力和數(shù)據(jù)——在這種情況下，電纜是單根雙絞線，傳輸距離為 1 公里。重要的是要注意，對(duì)于建筑物內(nèi)的改造，可以使用現(xiàn)有的雙絞線電纜。

與一些現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施（例如 RS-485）相比，我們可以看到一些有效的改進(jìn)。數(shù)據(jù)速率在 1 公里內(nèi)保持恒定，并且不依賴于 RS-485 的距離。此外，10BASE-T1L 的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不受限制，而 RS-485 的節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制為 256 個(gè)。一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是通過(guò)相同的單根雙絞線提供高達(dá) 52 W 的功率 — 與 POE 類(lèi)似，但它僅限于我們所謂的 RS-485 工程功率。

然而，眾所周知，RS-485 在特定用例的樓宇自動(dòng)化中仍然占有一席之地。我們還了解，建筑物不會(huì)在一夜之間完成全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，因此在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，10BASE-T1L 需要與現(xiàn)有系統(tǒng)協(xié)同工作。在這里，我們可以看到 10BASE-T1L 與 RS-485 和適用于傳統(tǒng)架構(gòu)的軟件可配置 IO 并肩工作，提供無(wú)縫 IP 一直到邊緣。

雖然該標(biāo)準(zhǔn)提供了確保滿足 1 公里距離的指導(dǎo)方針，但對(duì)使用其他電纜沒(méi)有任何限制，但要理解可能無(wú)法達(dá)到全距離。允許使用屏蔽和非屏蔽電纜，這意味著在大多數(shù)情況下可以進(jìn)行改裝。在 1 公里的布線中準(zhǔn)確識(shí)別出問(wèn)題的位置將是有利的。任何 BMS 系統(tǒng)操作員都完全了解安裝、調(diào)試和維護(hù)具有數(shù)公里電纜的系統(tǒng)所涉及的工作。幸運(yùn)的是，這可以通過(guò) 10BASE-T1L 實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗梢赃M(jìn)行合規(guī)性和鏈路質(zhì)量測(cè)試，以及執(zhí)行布線安裝和維護(hù)測(cè)試的能力。

結(jié)論

由于全球變暖已經(jīng)導(dǎo)致我們星球上的多種物種滅絕，因此將建筑智能化的需求對(duì)于減少多余的碳排放非常重要。如果我們不小心，我們可能會(huì)成為下一個(gè)。 [7] 智能 BMS 提供決策所需的數(shù)據(jù)：可持續(xù)性和效率、通信、樓宇控制和自動(dòng)化、工人健康和安全以及安保。這反過(guò)來(lái)又提高了建筑市場(chǎng)的健康和安全水平、可持續(xù)性、彈性和經(jīng)濟(jì)性。

有關(guān)智能建筑主題的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)并與我們的智能建筑和基礎(chǔ)設(shè)施團(tuán)隊(duì)聯(lián)系。