智能建筑的現(xiàn)狀是什么 我們如何實現(xiàn)智能建筑

“智能建筑”一詞于 80 年代初在美國首次使用，華盛頓的智能建筑機構給出的定義是：

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

您可能聽說過“某人太聰明了為自己好”這句話，但您是否聽說過“他們太聰明了，為自己好”這句話？這是因為聰明和聰明之間有明顯的區(qū)別。我最喜歡的一句話是“聰明人說話，聰明人聽”。類似地，智能建筑和智能建筑之間的區(qū)別在于，在智能建筑中，用戶將對系統(tǒng)進行編程，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?shù)膫鞲泻吞幚砟芰?，可以自行監(jiān)聽，然后自行編程以執(zhí)行其認為最佳的操作。

為實現(xiàn)這一目標，建筑物必須具有相關的傳感能力，以盡可能多地接收外部環(huán)境，并通過適當?shù)?a target="_blank">通信路徑將這些數(shù)據傳輸回建筑物的“大腦”（可能位于現(xiàn)場或建筑物內）云），以及大腦中的機器學習算法來處理它獲得的信息，從而決定采取的最佳行動。然后必須通過相同的通信路徑將操作傳回相關系統(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 小時尋找庇護所，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，但我們如何通過轉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行和維護的因素轉化為可以實時測量的數(shù)字信號并傳回建筑物的大腦進行分析和管理的過程。我們如何將新的和現(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鍵。在討論智能建筑的未來時，需要考慮四個關鍵領域：

健康與安全——空間的設計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量，他們將更有效率。 [1] 隨著人們返回辦公室，這在 COVID-19 時代更為重要。

可持續(xù)性——空間是否達到了減少碳足跡所需的效率？這個主題不僅通過節(jié)省能源費用和降低維護成本來改善業(yè)主的生活，而且還為更廣泛的人群帶來環(huán)境、經濟和社會效益。

彈性——空間的設計是否考慮到未來以經得起時間的考驗？今天的建筑物可以使用 150 年或更長時間。我們不知道未來有哪些創(chuàng)新或技術有待發(fā)現(xiàn)，但我們可以進行規(guī)劃，以便我們建筑物的信息技術 (IT) 和運營技術 (OT) 基礎設施能夠應對未來隨著更多系統(tǒng)的預期數(shù)據流量增加開始上網成為IP

經濟學——沒有正確的財政激勵措施，很難實施變革。金錢就是價值，通過建造建筑物可以從建筑物中獲得價值。然而，首先需要進行資本投資，然后才能收獲儲蓄。需要創(chuàng)新的融資模式，讓建筑業(yè)主將其建筑升級為智能建筑。

這四個主題可以通過樓宇自動化來解決。今天，樓宇自動化主要基于封閉和孤立的系統(tǒng)，它們相互獨立工作以執(zhí)行其功能，而不會影響或驅動其他系統(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，導致更大的碳足跡。

在接下來的部分中，我們將討論推動向智能建筑轉變的宏觀大趨勢以及投資智能建筑技術可以帶來的主要好處。

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)代世界對智能建筑的需求如何驅動的生態(tài)系統(tǒng)的粗略輪廓。首先，我們從世界宏觀趨勢開始，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、醫(yī)療保健和教育的機會。人口增長也促進了城市化，預計到 2050 年，全球 65% 以上的人口將生活在城市環(huán)境中。預計到 2060 年，全球建筑面積將翻一番，相當于為世界增加了一個紐約每個月，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 世紀中后期開始的明顯變化，主要歸因于使用化石燃料產生的大氣二氧化碳水平增加。IEA 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行和維護。 [3] 令人震驚的估計是，目前建筑物使用的能源中有 50% 被浪費了。 [4] 近年來，建筑物的能源消耗以及 CO 2排放量幾乎沒有趨于平穩(wěn)，這表明隨著更多建筑物的上線，除非提高能源效率，否則建筑物對環(huán)境的影響只會變得更糟。

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措施，以及改造舊建筑以符合當前的歐盟可持續(xù)標準。

受其應對氣候變化義務約束的世界各國政府開始實施這些建議的政策。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。歐盟的目標是到 2030 年改造 3000 萬座建筑。同樣，美國希望《基礎設施法案》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)通過即將更新的歐盟建筑能源績效指令推動能源改進。同樣，美國的 ASHRAE 標準正在推動法規(guī)遵從性，其他國家/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都是知名的綠色認證，但中國本土認證正在加快步伐。智能建筑認證較新，但隨著 TIA 和 UL 共同組成 SPIRE，這也將變得更加流行。

著眼于這些對建筑物的潛在改進的經濟性為更健康、更環(huán)保和更智能的建筑創(chuàng)造了溢價。在倫敦，研究表明，在同一地區(qū)，經過認證的建筑物的租金和銷售費用比未經認證的建筑物高出 4%。 [6]

從世界事件到世界經濟，建筑物的形狀正在發(fā)生變化，頂級樓宇自動化公司正在關注。我們注意到，根據季度收入報告，報告為他們的客戶節(jié)省的 CO 2百萬噸，同時強調更環(huán)保、更健康的建筑。這些樓宇自動化公司將如何實現(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，收集更多智能數(shù)據，并在多個樓宇系統(tǒng)中產生更多可操作的見解，從而有機會進行微調和優(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。

如何實現(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、門禁等。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設施；這太昂貴了。半導體行業(yè)有責任利用能夠將當前基礎設施數(shù)字化并將單獨的建筑系統(tǒng)相互連接的技術來支持改造市場。一個很好的例子，說明了多種技術和通信協(xié)議如何將傳統(tǒng) BMS 系統(tǒng)轉變?yōu)橹悄芙ㄖ?/p>

以太網是一種通用協(xié)議，它使我們的日常生活和業(yè)務能夠實現(xiàn)高數(shù)據速率，但它在可以達到的距離和可以支持的拓撲方面受到限制。如果我們可以在簡單的電纜上運行以太網和 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)據但無法采取行動，也不會產生有價值的見解。

10BASE-T1L 是實現(xiàn)邊緣連接的關鍵技術——該協(xié)議允許從云一直到邊緣節(jié)點的無縫連接，允許 IP 可尋址邊緣節(jié)點，進而允許從任何地方進行實時可操作控制。擁有這種無縫控制將降低擁有成本，因為簡化了網絡，可以輕松匯總和解釋數(shù)據，并且還簡化了安裝和維護。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，我們可以將整個建筑數(shù)字化。

10BASE-T1L 于 2019 年被 IEEE 批準為 802.3cg。ADI 公司是該委員會的成員，在推動該標準方面發(fā)揮了重要作用。該標準的關鍵要素是通過數(shù)據速率為 10 Mbps 的單根電纜提供電力和數(shù)據——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)有的基礎設施（例如 RS-485）相比，我們可以看到一些有效的改進。數(shù)據速率在 1 公里內保持恒定，并且不依賴于 RS-485 的距離。此外，10BASE-T1L 的數(shù)據節(jié)點數(shù)量不受限制，而 RS-485 的節(jié)點數(shù)量限制為 256 個。一個關鍵優(yōu)勢是通過相同的單根雙絞線提供高達 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)字化轉型，因此在可預見的未來，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。

雖然該標準提供了確保滿足 1 公里距離的指導方針，但對使用其他電纜沒有任何限制，但要理解可能無法達到全距離。允許使用屏蔽和非屏蔽電纜，這意味著在大多數(shù)情況下可以進行改裝。在 1 公里的布線中準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、調試和維護具有數(shù)公里電纜的系統(tǒng)所涉及的工作。幸運的是，這可以通過 10BASE-T1L 實現(xiàn)，因為它可以進行合規(guī)性和鏈路質量測試，以及執(zhí)行布線安裝和維護測試的能力。

結論

由于全球變暖已經導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，我們可能會成為下一個。 [7] 智能 BMS 提供決策所需的數(shù)據：可持續(xù)性和效率、通信、樓宇控制和自動化、工人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、彈性和經濟性。

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