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作者：ADI利默里克智能樓宇和基礎設施部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Barry Mulligan “聰明反被聰明誤”這句俗語(yǔ)廣為熟知，但你一定沒(méi)聽(tīng)過(guò)“智慧反被智慧誤”。因為，聰明≠智慧，兩者之間存在著(zhù)明顯區別。正所謂，“聰明人會(huì )說(shuō)話(huà)，智者善于傾聽(tīng)�！倍@同樣適用在當今的樓宇建筑上。 “聰明”樓宇和智能樓宇之間的區別是，在“聰明”樓宇中，用戶(hù)將對系統進(jìn)行設置，使其以最符合用戶(hù)意愿的方式運行。然而，智能樓宇具有適當的傳感和處理能力，可以自行感知環(huán)境，并自我設置，根據自己的判斷正確行事。 什么是智能樓宇？ 80年代初，“智能樓宇”一詞最早出現在美國。華盛頓的智能樓宇機構(Intelligent Building Institution)給出的定義如下：智能樓宇是集成了各種系統的建筑，采用協(xié)調的方式有效管理資源，盡可能提高技術(shù)性能、提升投資收益、降低運營(yíng)成本和增強靈活性。 為了實(shí)現這一目標，建筑必須具備相關(guān)傳感能力，以便在必要時(shí)獲取盡可能多的外部環(huán)境信息，通過(guò)適當的通信途徑將這些數據傳送回建筑的“大腦”（可能位于本地或云端），并在“大腦”中利用機器學(xué)習算法處理這些信息，最終決定采取相應行動(dòng)。而這些行動(dòng)必須通過(guò)相同的通信途徑傳達給各相關(guān)系統，以便執行。 智能樓宇的發(fā)展現狀 如果不幸迷失在荒野中或被困于孤島，那么所謂的數字“3”法則將決定能否幸存下來(lái)。根據這條法則，要想活下去，必須做到3個(gè)小時(shí)找到棲身之處，3天找到飲用水，3周找到食物，否則將會(huì )面對死神降臨。在那種情況下，棲身之處是生存的首要條件；雖然目前可能不至于在荒野中迷失，但了解如何通過(guò)轉向智能樓宇來(lái)滿(mǎn)足人們的居住需求，這對于地球和人類(lèi)的未來(lái)而言，至關(guān)重要。 通過(guò)數字化進(jìn)程，人們可以實(shí)現新建筑或現有建筑的智能化。這個(gè)過(guò)程將影響建筑運行和維護的因素轉化為數字信號，以便實(shí)時(shí)測量并傳回建筑的“大腦”進(jìn)行分析，并加以管理。如何實(shí)現新建筑或現有建筑的數字化，從而提高能源效率和可持續性，是確保人類(lèi)減少未來(lái)碳足跡的關(guān)鍵。因此，在討論智能樓宇的未來(lái)時(shí)，需要考慮四大關(guān)鍵領(lǐng)域： ► 健康和安全：空間設計是否旨在提高居住者福祉？如果居住者感到安全，并且環(huán)境設計有助于改善其情緒和生活質(zhì)量，工作效率將會(huì )隨之提高。在新冠后疫情時(shí)代，隨著(zhù)各行各業(yè)返工復產(chǎn)，這一點(diǎn)顯得尤為重要。 ► 可持續性：空間利用率是否達到了減少碳足跡的要求？這一主題不僅通過(guò)節省能源開(kāi)銷(xiāo)和減少維護成本來(lái)改善樓宇業(yè)主的生活，而且還會(huì )為更多的人帶來(lái)環(huán)境、經(jīng)濟和社會(huì )效益。 ► 高彈性：空間設計是否考慮到未來(lái)需求，并經(jīng)得起時(shí)間的考驗？今天的建筑是為了持續150年或更長(cháng)時(shí)間而建造。即便不知道未來(lái)會(huì )出現什么創(chuàng )新或技術(shù)，但可以做好規劃，讓建筑的信息技術(shù)(IT)和運營(yíng)技術(shù)(OT)基礎設施能夠應對未來(lái)的預期數據流量，隨著(zhù)更多的系統開(kāi)始上線(xiàn)并使用IP地址時(shí)，流量必然大幅上漲。 ► 經(jīng)濟效益：如果沒(méi)有適當的財政激勵，實(shí)施變革將困難重重。金錢(qián)就是價(jià)值，通過(guò)使建筑物智能化，讓價(jià)值提升成為可能。然而，在收獲成果之前，首先要投入資本。需要創(chuàng )新的融資模式幫助樓宇業(yè)主將其建筑升級為智能樓宇。 以上四個(gè)方面可以通過(guò)樓宇自動(dòng)化來(lái)實(shí)現。如今，樓宇自動(dòng)化在很大程度上基于封閉和孤立的系統，在不影響或驅動(dòng)其他系統的情況下獨立工作，執行自身功能。建筑中的這些系統包括HVAC系統、照明、門(mén)禁、消防安全、電梯和占用檢測系統等。孤立的系統大多效率低下，并導致更大的碳足跡。 為什么需要智能樓宇？ 
圖1.智能樓宇影響因素漏斗圖 圖1以漏斗圖的方式，綜合展示了影響智能樓宇的各種因素。它大致勾勒出驅動(dòng)智能樓宇需求的現代生態(tài)系統。首先，從全球宏觀(guān)趨勢開(kāi)始，也就是城市化和氣候變化。 城市化指的是全球人口從農村地區遷移到城鎮地區，如城市。人們?yōu)榱俗非蟾篮玫纳疃w移到城市。城市提供就業(yè)前景，以及更好地獲得商品、服務(wù)、醫療保健和教育的機會(huì )。人口增長(cháng)也促進(jìn)了城市化；據估計，到2050年，超過(guò)65%的全球人口將生活在城鎮環(huán)境中。據預測，到2060年，全球建筑樓層面積將翻一倍；這相當于在40年的每個(gè)月世界都增加一個(gè)紐約。 氣候變化指的是全球或區域氣候模式改變，特別是自20世紀中后期開(kāi)始的顯著(zhù)變化，主要原因是化石燃料的使用導致大氣中的二氧化碳水平上升。國際能源署估計，全球40%的二氧化碳排放來(lái)自建筑，僅建筑的運行和維護一項就造成了28%的排放。3 令人不安的是，據估計，目前50%的建筑能耗都被浪費了。近年來(lái)，建筑能耗以及相應的二氧化碳排放幾乎沒(méi)有放緩；這表明，隨著(zhù)越來(lái)越多的建筑即將投入使用，除非能源效率提高，否則建筑對環(huán)境的影響只會(huì )日益惡化。 許多有影響力的智庫（如聯(lián)合國環(huán)境規劃署和世界銀行）目前都在關(guān)注旨在提高建筑能源效率的政策，為投資可持續和智能樓宇提供激勵措施，加強對舊建筑進(jìn)行改造，以滿(mǎn)足當前歐盟的可持續發(fā)展標準。 為了履行應對氣候變化的義務(wù)，各國政府已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施這些智庫建議的政策。作為“綠色協(xié)議”政策的一部分，歐盟目前正在為一個(gè)大型改造項目提供資金。歐盟大約有2.2億棟建筑，其中85%建于2001年之前，90%的現有建筑在2050年仍將存在，改造基數巨大。歐盟的目標是到2030年改造3000萬(wàn)棟建筑。同樣，美國的《基礎設施法案》(Infrastructure Bill)和《智能樓宇加速法案》(Smart Buildings Acceleration Act)以及中國的五年規劃也有望在這些市場(chǎng)推動(dòng)類(lèi)似的舉措。5 政府政策和建筑法規推動(dòng)了能源效率的改善，其中歐盟的《建筑能效指令》(Energy Performance of Buildings Directive)即將更新。同樣，美國利用ASHRAE標準推動(dòng)監管合規性，其他國家/地區的具體法規也在陸續出臺。 擁有綠色和智能樓宇認證的建筑也變得越來(lái)越普遍。在某些情況下，這是特定金融投資的要求，但大多數情況下，人們的共識是這些證書(shū)為建筑的盈利潛力帶來(lái)了巨大的附加價(jià)值。LEED、BREEAM和EDGE都是眾所周知的綠色證書(shū)，而中國的本土認證正在加快推進(jìn)步伐。智能樓宇認證仍是新鮮事物，但隨著(zhù)TIA和UL共同組成SPIRE這一機構，認證也將變得更加流行。 從經(jīng)濟角度看，這些對建筑的潛在改進(jìn)為更健康、更環(huán)保和更智能的建筑創(chuàng )造了附加價(jià)值。研究表明，倫敦經(jīng)過(guò)認證的建筑相對于同一地區未經(jīng)認證的建筑，租金和售價(jià)高出4%。 從全球事件到全球經(jīng)濟，建筑的形態(tài)正在發(fā)生變化，主要的樓宇自動(dòng)化公司注意到了這一點(diǎn)。ADI注意到，公司在報告季度收入的同時(shí)，也報告了公司為客戶(hù)減少的二氧化碳排放量達百萬(wàn)噸級，同時(shí)強調要建造更環(huán)保、更健康的建筑。樓宇自動(dòng)化公司通過(guò)大規模的建筑數字化和系統數字化實(shí)現減排，將智能技術(shù)擴展到邊緣節點(diǎn)，收集更多智能數據，并在多個(gè)建筑系統中提供更多可行洞察，允許微調和優(yōu)化每座建筑物性能，以確保盡可能提高能源效率和可持續性。 如何實(shí)現智能樓宇
圖2.智能樓宇基礎設施 如今，大多數建筑都配置了建筑管理系統（或BMS）。如前文所述，這些系統包括與所執行的功能有關(guān)的互不相連的特定子系統，即照明、HVAC、門(mén)禁等。要使這些建筑智能化，并不是簡(jiǎn)單地推倒重來(lái)，然后安裝全新的基礎設施。因為這樣做，成本會(huì )非常驚人。建筑改造市場(chǎng)有賴(lài)于半導體行業(yè)提供技術(shù)，以促成現有基礎設施數字化，并連接各個(gè)分離的建筑系統。圖2是一個(gè)很好的例子，充分說(shuō)明如何利用多種技術(shù)和通信協(xié)議將傳統的BMS系統改造為智能樓宇。 以太網(wǎng)是一種常見(jiàn)協(xié)議，它通過(guò)高數據率助力日常生活和業(yè)務(wù)，但在支持的距離和拓撲結構方面能力有限。如果能在簡(jiǎn)單的電纜上運行以太網(wǎng)和IP，比如使用支持1公里距離的單條雙絞線(xiàn)，結果會(huì )怎樣？這將提供從云端到邊緣節點(diǎn)的全程無(wú)縫連接，從而融合IT和OT世界，打破現有系統形成的孤島，而在這些孤島中，可能會(huì )收集數據，但無(wú)法采取行動(dòng)，也不能產(chǎn)生有價(jià)值的洞察。 10BASE-T1L是實(shí)現邊緣連接的一項關(guān)鍵技術(shù)；該協(xié)議支持從云端一直到邊緣節點(diǎn)的無(wú)縫連接，支持可尋址的IP邊緣節點(diǎn)，從而允許從任何地方進(jìn)行實(shí)時(shí)可操作控制。當網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)化了，安裝和維護也隨之簡(jiǎn)化，數據將能夠輕松被匯總和解讀，通過(guò)如此強大的無(wú)縫控制降低擁有成本，那些原來(lái)可能只具備簡(jiǎn)單模擬傳感功能的地方，現在可以被賦予智能。通過(guò)數字化邊緣以及生成更多的智能數據，讓整個(gè)建筑實(shí)現數字化成為可能。 2019年，10BASE-T1L經(jīng)IEEE批準成為802.3cg標準。ADI是該委員會(huì )的成員，在推動(dòng)這一新標準方面發(fā)揮了重要影響力。該標準的關(guān)鍵要素是通過(guò)單條電纜提供電力和數據，數據速率為10Mbps。在這種情況下，電纜采用單條雙絞線(xiàn)，支持的傳輸距離為1公里。值得注意的是，在建筑物內部進(jìn)行改造時(shí)，可以使用現有的雙絞線(xiàn)電纜。 與某些現有基礎設施（如RS-485）相比，可以看到一些切實(shí)有效的改進(jìn)。首先，數據速率在1公里范圍內保持恒定，不像RS-485那樣取決于距離。此外，10BASE-T1L支持無(wú)限的數據節點(diǎn)，而RS-485限于256個(gè)。10BASE-T1L的一個(gè)核心優(yōu)勢是通過(guò)相同的單條雙絞線(xiàn)提供高達52 W電源，與POE（以太網(wǎng)供電）類(lèi)似，而RS-485僅限于所謂的工程電源。 然而，眾所周知，RS-485在樓宇自動(dòng)化中對于特定用例仍然占有一席之地。樓宇不會(huì )在一夜之間全面完成數字化轉型，所以在可預見(jiàn)的未來(lái)，10BASE-T1L需要與現有系統一起共存協(xié)作。10BASE-T1L提供可延伸到邊緣的無(wú)縫IP連接，并與RS-485以及通過(guò)軟件配置的IO協(xié)作，為傳統架構服務(wù)。 雖然該標準提供了確保達到1公里距離的指導原則，但對使用其他類(lèi)型的電纜沒(méi)有做出任何限制，而這些電纜可能無(wú)法達到全距離要求。該標準允許采用屏蔽和非屏蔽電纜，這意味著(zhù)在大多數情況下，可以改造現有的布線(xiàn)系統。如果能在1公里布線(xiàn)系統中明確指出問(wèn)題所在，將具有明顯優(yōu)勢。任何BMS系統運營(yíng)商都很清楚，安裝、調試和維護一個(gè)包括數公里電纜的系統需要付出諸多努力。幸運的是，10BASE-T1L讓這一切成為可能，它能夠對合規性、鏈路質(zhì)量以及布線(xiàn)安裝和維護過(guò)程進(jìn)行測試。 結論 地球只有一個(gè)，而全球變暖已經(jīng)導致很多物種滅絕，因此，推行智能化建筑對于減少過(guò)量碳排放意義重大。如果不小心應對，那么下一個(gè)面臨生存危機的物種可能就是人類(lèi)自己。智能BMS提供所需的相關(guān)數據，幫助人們就以下方面做出決策：可持續性和效率、通信、樓宇控制和自動(dòng)化、勞動(dòng)力健康和安全以及安保。這反過(guò)來(lái)提高了建筑市場(chǎng)的健康和安全水平、可持續性、彈性和經(jīng)濟效益。 有關(guān)智能樓宇的更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)analog.com ，并與ADI智能樓宇和基礎設施團隊聯(lián)系。 |
