本文作者：Barry Mulligan

“智慧建筑，Intelligent Building”一詞于 80 年代初在美國首次使用，官方智慧建筑機(jī)構(gòu)給出的定義是：

智慧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)營成本以及靈活性。

您可能聽說過“某人太聰明（smart）了”這句話，但您是否也聽說過“某人太有智慧（intelligent）了”這句話？這是因為聰明與智慧之間有明顯的區(qū)別。我最喜歡的一句話是“Smart people talk, intelligent people listen.”可以理解為于漢語中的“愚者善說，智者善聽?！鳖愃频?，智能建筑和智慧建筑之間的區(qū)別在于，在智能建筑中，用戶將對系統(tǒng)進(jìn)行編程，使其以符合用戶最佳意圖的方式行事。但是，智慧建筑具有適當(dāng)?shù)膫鞲泻吞幚砟芰?，可以自行檢測周圍環(huán)境，然后自行編程以執(zhí)行其認(rèn)為最佳的操作。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，建筑必須具有相關(guān)的感知能力，以根據(jù)需要獲取盡可能多的外部環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過適當(dāng)?shù)耐ㄐ怕窂綄⑦@些數(shù)據(jù)傳輸回建筑的“大腦”(可以位于現(xiàn)場或云中)，并利用其大腦中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來處理它得到的信息，從而決定采取最佳的行動。然后，通過相同的通信路徑將操作發(fā)送回相關(guān)系統(tǒng)，以便執(zhí)行。

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迷失在荒野中，但我們?nèi)绾瓮ㄟ^轉(zhuǎn)向智能建筑來滿足人類對避難所的需求對于我們星球和人類的未來至關(guān)重要。通過數(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)時測量的數(shù)字信號并傳回建筑物的大腦進(jìn)行分析和管理的過程。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物種的碳足跡未來的關(guān)鍵。在討論智能建筑的未來時，需要考慮四個關(guān)鍵領(lǐng)域：

如果你發(fā)現(xiàn)自己在荒野中迷失了方向或被困在荒島上，那么，這三條原則會讓你活下來。為了生存，你有 3 小時尋找庇護(hù)所，3 天尋找水源，以及 3 周尋找食物，否則就會面臨死亡。在這種情況下，避難所是你生存的重中之重；然而，盡管我們可能不會迷失在荒野中，但如何通過轉(zhuǎn)向智慧建筑來滿足人類對避難所的需求，對我們的星球和人類的未來至關(guān)重要。

新建或現(xiàn)有建筑的智能化是通過數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)的。這是將影響建筑物運(yùn)行和維護(hù)的因素轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程，這些數(shù)字信號可以實(shí)時測量，并傳送回建筑物的大腦進(jìn)行分析和管理。我們?nèi)绾螌⑿碌暮同F(xiàn)有的建筑數(shù)字化，以使它們更節(jié)能和可持續(xù)，這是確保我們作為一個物種的未來碳足跡的關(guān)鍵。

在討論智慧建筑的未來時，有四個關(guān)鍵領(lǐng)域需要考慮：

這四個主題可以通過樓宇自動化來解決。今天，很多樓宇自動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，而不會影響或關(guān)聯(lián)其他系統(tǒng)。在建筑物中，這些系統(tǒng)包括 HVAC、照明、訪問控制、火警、電梯和占用檢測等等。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。

在接下來的部分中，我們將討論推動向智慧建筑轉(zhuǎn)變的宏觀趨勢以及投資智慧建筑技術(shù)可以帶來的主要好處。

圖 1. 智慧建筑的影響漏斗。點(diǎn)擊查看完整大小的圖片

在圖1中，我們有所謂的影響漏斗。這是一個生態(tài)系統(tǒng)的大致輪廓，智慧建筑的需求是如何在現(xiàn)代世界被驅(qū)動的。首先，我們從世界的宏觀趨勢開始，即城市化和氣候變化。

城市化是世界人口從農(nóng)村地區(qū)向城市地區(qū)遷移的過程。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。人口增長也促進(jìn)了城市化，預(yù)計到 2050 年，全球 65% 以上的人口將生活在城市環(huán)境中。預(yù)計到 2060 年，全球建筑面積將翻一番，相當(dāng)于每個月為世界增加了一個紐約，而且還將持續(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的增加。據(jù)IEA（國際能源機(jī)構(gòu)）估計，全球 40% 的二氧化碳排放量可歸因于建筑物，其中 28% 的排放量僅來自建筑物的運(yùn)行和維護(hù)[3]。令人震驚的估計是，目前建筑物使用的能源中有 50% 被浪費(fèi)了[4]。 近年來，建筑物的能源消耗以及 CO₂排放量幾乎沒有趨于平穩(wěn)，這表明隨著更多建筑物的不斷建成并投入運(yùn)營，除非提高能源效率，否則建筑物對環(huán)境的影響只會越來越嚴(yán)重。

許多有影響力的智庫，如聯(lián)合國環(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)和智慧建筑提供激勵措施，以及改造舊建筑以滿足當(dāng)前的各地區(qū)可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。

受其應(yīng)對氣候變化義務(wù)約束的世界各國政府開始實(shí)施這些建議的政策。例如，作為其綠色交易政策的一部分，歐盟現(xiàn)在正在為一項大型改造計劃提供資金。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 萬座建筑。同樣，美國也希望《基礎(chǔ)設(shè)施法案》和《智能建筑加速法案》以及中國的 5 年計劃將在這些市場推動類似的舉措[5]。

政府政策和建筑法規(guī)通過即將更新的建筑能源績效指令推動能源改進(jìn)。同樣，美國的 ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)正在推動法規(guī)遵從性，其他國家和地區(qū)的特定法規(guī)也即將推出。

建筑獲得綠色和智能建筑認(rèn)證也越來越普遍。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，這些證書為建筑物的盈利潛力增加了巨大的溢價。LEED、BREEAM、EDGE都是知名的綠色認(rèn)證，而且中國本土認(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。

通過對這些建筑潛在改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，可以為更健康、更環(huán)保、更智能的建筑創(chuàng)造優(yōu)勢。例如，在倫敦，研究表明，在同一地區(qū)，經(jīng)過認(rèn)證的建筑的租金和銷售收入比未經(jīng)認(rèn)證的建筑高出4%[6]。

從世界大事到世界經(jīng)濟(jì)，建筑的形狀正在發(fā)生變化，頂級樓宇自動化公司也注意到了這一點(diǎn)。我們注意到，根據(jù)季度收入報告，報告為客戶節(jié)省的 CO₂百萬噸，同時強(qiáng)調(diào)更環(huán)保、更健康的建筑。這些樓宇自動化公司將如何實(shí)現(xiàn)這種節(jié)省是通過大規(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)，并在多個樓宇系統(tǒng)中產(chǎn)生更多可操作的見解，從而有機(jī)會進(jìn)行微調(diào)和優(yōu)化每個建筑物的性能，以確保最大的能源效率和最大的可持續(xù)性。

圖 2. 智慧建筑基礎(chǔ)設(shè)施。點(diǎn)擊查看完整大小的圖片

如今，大多數(shù)建筑物都有建筑物管理系統(tǒng)（BMS）。這些包括沒有相互連接的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)特定于它們執(zhí)行的功能，如上面提到的照明、暖通空調(diào)、門禁等。要使這些建筑智慧化，并不是非要拆除它們并投入全新的基礎(chǔ)設(shè)施，因為這樣代價太昂貴了。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，并能將單獨(dú)的建筑系統(tǒng)相互連接的技術(shù)來支持改造建筑市場。圖 2 是一個很好的例子，說明了多種技術(shù)和通信協(xié)議如何將傳統(tǒng) BMS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔劢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覀兛梢栽诤唵蔚碾娎|上運(yùn)行以太網(wǎng)和 IP，例如 1 公里距離上的單雙絞線，會怎樣？這將提供從云到邊緣節(jié)點(diǎn)的無縫連接，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收集數(shù)據(jù)但無法采取行動，也不會產(chǎn)生有價值的見解。

例如，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)時可操作控制。擁有這種無縫控制將降低擁有成本，因為簡化了網(wǎng)絡(luò)，可以輕松匯總和解釋數(shù)據(jù)，并且還簡化了安裝和維護(hù)。我們現(xiàn)在可以在過去可能存在簡單模擬傳感的地方添加智能。通過將邊緣數(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 公司是該委員會的成員，在推動該標(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，并且不受限于 RS-485 的距離。此外，10BASE-T1L 的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量也不受限制，而 RS-485 的節(jié)點(diǎn)數(shù)量限制為 256 個。一個關(guān)鍵優(yōu)勢是通過相同的單根雙絞線提供高達(dá) 52 W 的功率 — 與 POE 類似，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化中仍然占有一席之地。我們還了解，建筑物不會在一夜之間完成全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，因此在可預(yù)見的未來，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，但對使用其他電纜沒有任何限制，也要理解可能無法達(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)確識別出問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 10BASE-T1L 實(shí)現(xiàn)，因為它可以進(jìn)行合規(guī)性和鏈路質(zhì)量測試，以及執(zhí)行布線安裝和維護(hù)測試的能力。

由于全球變暖已經(jīng)導(dǎo)致我們星球上的多種物種滅絕，因此將建筑智慧化的需求對于減少多余的碳排放非常重要。如果我們不小心，我們降可能會成為下一個[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、樓宇控制和自動化、員工健康和安全以及安保。這反過來又提高了建筑市場的健康和安全水平、可持續(xù)性、彈性和經(jīng)濟(jì)性。

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