本文定義了智能建筑一詞，討論了影響當(dāng)今智能建筑的驅(qū)動(dòng)因素，并解釋了新的以太網(wǎng)技術(shù)如何將現(xiàn)有建筑轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芙ㄖ?/p>

什么是智能建筑？

“智能建筑”一詞于80年代初在美國(guó)首次使用，華盛頓智能建筑機(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)模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。

你可能聽說(shuō)過“某人太聰明了，為了自己的利益”，但你有沒有聽過“他們太聰明了，為了自己的利益”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”。同樣，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，使其以適合用戶最佳意圖的方式行事。然而，智能建筑具有適當(dāng)?shù)膫鞲泻吞幚砟芰?，可以自行監(jiān)聽，然后對(duì)自身進(jìn)行編程，以執(zhí)行其認(rèn)為最佳的操作。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，建筑物必須具有相關(guān)的傳感能力，以便根據(jù)需要盡可能多地利用外部環(huán)境，通過適當(dāng)?shù)?a target="_blank">通信路徑進(jìn)行通信。 將這些數(shù)據(jù)傳輸回建筑物的“大腦”（可以位于現(xiàn)場(chǎng)或云中），并在其大腦中傳輸機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以處理它獲得的信息，以指示采取最佳行動(dòng)。然后，必須將操作傳達(dá)回相關(guān)系統(tǒng)，以便通過相同的通信路徑執(zhí)行。

智能建筑的現(xiàn)狀

如果你發(fā)現(xiàn)自己不幸地迷失在荒野或被困在荒島上，那么三法則會(huì)讓你活下去。這 規(guī)則規(guī)定，為了生存，你有 3 小時(shí)找到住所，3 天找到水，3 周找到食物，然后你才會(huì)死去。在這種情況下，庇護(hù)所是您生存的重中之重，然而，雖然我們目前可能不會(huì)迷失在荒野中，但我們?nèi)绾瓮ㄟ^轉(zhuǎn)向智能建筑來(lái)滿足人類對(duì)庇護(hù)所的需求對(duì)于我們的星球和人類的未來(lái)至關(guān)重要。通過數(shù)字化使新建筑或現(xiàn)有建筑智能化。這是將影響建筑物運(yùn)行和維護(hù)的因素轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過程，這些信號(hào)可以實(shí)時(shí)測(cè)量并傳達(dá)回建筑物的大腦進(jìn)行分析，然后進(jìn)行管理。我們?nèi)绾螌⑿陆ㄖ同F(xiàn)有建筑數(shù)字化，使其更加節(jié)能和可持續(xù)，是確保我們作為一個(gè)物種未來(lái)的碳足跡的關(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)境旨在改善他們的情緒和生活質(zhì)量，他們將更有效率。1在 COVID-19 時(shí)代，隨著人們重返辦公室，這一點(diǎn)更為重要。

可持續(xù)性 - 空間是否與減少碳足跡所需的效率一樣高？這一主題不僅通過節(jié)省能源費(fèi)用和降低維護(hù)成本來(lái)改善建筑業(yè)主的生活，而且還為更廣泛的人群帶來(lái)了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

彈性 — 空間的設(shè)計(jì)是否考慮到了未來(lái)，以經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)？今天的建筑可以使用150年或更長(zhǎng)時(shí)間。我們不知道未來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)哪些創(chuàng)新或技術(shù)，但我們可以進(jìn)行規(guī)劃，以便隨著更多系統(tǒng)開始上線并實(shí)現(xiàn) IP 尋址，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)施能夠處理未來(lái)預(yù)期的數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)。

經(jīng)濟(jì)學(xué)——如果沒有正確的財(cái)務(wù)激勵(lì)措施，就很難實(shí)施變革。金錢就是價(jià)值，通過使建筑物智能化，可以從建筑物中獲得價(jià)值。然而，起初需要資本投資才能收獲儲(chǔ)蓄。需要?jiǎng)?chuàng)新的融資模式，使建筑業(yè)主能夠?qū)⑺麄兊慕ㄖ?jí)為智能建筑。

這四個(gè)主題可以通過樓宇自動(dòng)化來(lái)解決。如今，樓宇自動(dòng)化主要基于封閉和孤立的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)孤立地工作，以執(zhí)行其功能，而不會(huì)影響或驅(qū)動(dòng)到其他系統(tǒng)。在建筑物中，這些系統(tǒng)是HVAC，照明，訪問控制，火災(zāi)報(bào)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)致碳足跡更大。

在接下來(lái)的部分中，我們將討論推動(dòng)向智能建筑轉(zhuǎn)變的大宏觀趨勢(shì)，以及投資智能建筑技術(shù)可以獲得的主要好處。

為什么我們需要智能建筑？

它是生態(tài)系統(tǒng)的粗略輪廓，說(shuō)明了現(xiàn)代世界如何驅(qū)動(dòng)對(duì)智能建筑的需求。首先，我們從世界的宏觀趨勢(shì)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。城市優(yōu)惠 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)也有助于城市化，據(jù)估計(jì)，到2050年，世界人口的》65%將生活在城市環(huán)境中。據(jù)預(yù)測(cè)，到2060年，全球建筑面積將翻一番，相當(dāng)于40年來(lái)每個(gè)月為世界增加一個(gè)紐約。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。 主要是由于使用化石燃料產(chǎn)生的大氣二氧化碳水平增加。國(guó)際能源署估計(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由建筑物的運(yùn)行和維護(hù)貢獻(xiàn)。3令人震驚的估計(jì)是，建筑物目前使用的能源中有50%被浪費(fèi)了。4近年來(lái)，建筑物的能源消耗和二氧化碳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(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)在正專注于提高建筑能效的政策，為投資可持續(xù)和智能建筑提供激勵(lì)措施，以及改造舊建筑以滿足當(dāng)前的歐盟可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)。

受應(yīng)對(duì)氣候變化義務(wù)約束的世界各國(guó)政府開始實(shí)施這些建議的政策。作為其綠色新政政策的一部分，歐盟現(xiàn)在正在為一項(xiàng)大型改造計(jì)劃提供資金。歐盟約有2.2億座建筑，其中85%建于2001年之前，90%的現(xiàn)有建筑將在2050年仍然屹立不倒，為改造提供了巨大的基礎(chǔ)。歐盟的目標(biāo)是到2030年改造3000萬(wàn)座建筑。同樣，美國(guó)也希望《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)劃將推動(dòng)這些市場(chǎng)的類似舉措。5

隨著歐盟即將更新的《建筑能源性能指令》，政府政策和建筑法規(guī)推動(dòng)了能源改進(jìn)。同樣，美國(guó)的 ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)正在推動(dòng)監(jiān)管合規(guī)，其他國(guó)家/地區(qū)的特定法規(guī)也上線。

建筑擁有綠色智能建筑認(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，這些證書為建筑物的盈利潛力增加了顯著的溢價(jià)。LEED，BREEAM和EDGE都是眾所周知的綠色證書，但中國(guó)的本地認(rèn)證現(xiàn)在正在加快步伐。智能建筑認(rèn)證是較新的，但隨著TIA和UL共同組成SPIRE，這也將變得更加流行。

看看這些潛在的建筑改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)性，為更健康、更環(huán)保、更智能的建筑創(chuàng)造了溢價(jià)。在倫敦， 研究表明，與同一地區(qū)的非認(rèn)證建筑相比，經(jīng)過認(rèn)證的建筑物在租金和銷售方面要溢價(jià) 4%。6

從世界大事到世界經(jīng)濟(jì)，建筑的形態(tài)正在發(fā)生變化，頂級(jí)樓宇自動(dòng)化公司正在注意到這一點(diǎn)。我們注意到，在行中 通過季度收入報(bào)告，正在報(bào)告為客戶節(jié)省的百萬(wàn)噸二氧化碳，同時(shí)強(qiáng)調(diào)更綠色和更健康的建筑。這些樓宇自動(dòng)化公司將如何實(shí)現(xiàn)這種節(jié)約是通過大規(guī)模的建筑數(shù)字化和數(shù)字化，允許智能一直到邊緣節(jié)點(diǎn)，收集更多智能數(shù)據(jù)，并在多個(gè)建筑系統(tǒng)中生成更多可操作的見解，從而有機(jī)會(huì)微調(diào)和優(yōu)化每個(gè)建筑的性能，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。這些包括特定于其執(zhí)行的功能的斷開連接的子系統(tǒng)，如引言中所述;即照明、暖通空調(diào)、門禁控制等。為了使這些建筑物智能化，不僅僅是將它們摧毀并投入全新的基礎(chǔ)設(shè)施;這太昂貴了。半導(dǎo)體行業(yè)有責(zé)任通過能夠數(shù)字化當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施并將單獨(dú)的建筑系統(tǒng)相互連接的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)改造市場(chǎng)。圖2是一個(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)的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，可為我們的日常生活和業(yè)務(wù)提供高數(shù)據(jù)速率，但它在可以到達(dá)的距離和支持的拓?fù)浞矫媸艿较拗?。如果我們可以通過簡(jiǎn)單的電纜運(yùn)行以太網(wǎng)和 IP，例如 1 公里外的單根雙絞線，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，數(shù)據(jù)可能會(huì)被收集，但不可操作，也不會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的見解。

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)可操作的控制。擁有這種無(wú)縫控制將降低擁有成本，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)得到簡(jiǎn)化，數(shù)據(jù)可以輕松匯總和解釋，安裝和維護(hù)也得到簡(jiǎn)化?，F(xiàn)在，我們可以在過去可能存在簡(jiǎn)單模擬傳感的地方添加智能。通過數(shù)字化邊緣并生成更智能的數(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)這一標(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 的單根電纜提供電源和數(shù)據(jù) - 在這種情況下，電纜是單根雙絞線，覆蓋范圍為 1 公里。需要注意的是，對(duì)于建筑物內(nèi)的改造，可以使用現(xiàn)有的雙絞線布線。

當(dāng)將其與一些現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施（如RS-485）進(jìn)行比較時(shí)，我們可以看到一些有效的改進(jìn)。數(shù)據(jù)速率在1 km以上是恒定的，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)是在同一根雙絞線上提供高達(dá)52 W的功率，其方式與POE類似，而它僅限于我們所說(shuō)的RS-485工程電源。

然而，眾所周知，RS-485在特定用例的樓宇自動(dòng)化中仍然具有有效的地位。我們也明白，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)見的未來(lái)，10BASE-T1L需要與現(xiàn)有系統(tǒng)一起工作。在這里，我們可以看到10BASET1L提供無(wú)縫IP，一直到邊緣，與RS-485和傳統(tǒng)架構(gòu)的軟件可配置IO并排工作。

雖然該標(biāo)準(zhǔn)提供了確保滿足 1 公里距離的指南，但對(duì)使用其他電纜沒有任何限制，但前提是可能無(wú)法達(dá)到整個(gè)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。準(zhǔn)確確定 1 公里電纜中出現(xiàn)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)千公里電纜的系統(tǒng)所涉及的工作。幸運(yùn)的是，這可以通過10BASE-T1L來(lái)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，以及能夠?qū)﹄娎|的安裝和維護(hù)進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)論

使建筑物智能化的必要性對(duì)于減少過量的碳排放非常重要，因?yàn)槿蜃兣呀?jīng)導(dǎo)致我們星球上多個(gè)物種的滅絕。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。這反過來(lái)又提高了建筑市場(chǎng)的健康和安全、可持續(xù)性、彈性和經(jīng)濟(jì)性水平。

審核編輯：郭婷