本文定義了智能建筑一詞，討論了影響當今智能建筑的驅動因素，并解釋了新的以太網(wǎng)技術如何將現(xiàn)有建筑轉變?yōu)橹悄芙ㄖ?/p>

什么是智能建筑？

“智能建筑”一詞于80年代初在美國首次使用，華盛頓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)調模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。

你可能聽說過“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”。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，用戶將對系統(tǒng)進行編程，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?shù)膫鞲泻吞幚砟芰?，可以自行監(jiān)聽，然后對自身進行編程，以執(zhí)行其認為最佳的操作。為了實現(xiàn)這一目標，建筑物必須具有相關的傳感能力，以便根據(jù)需要盡可能多地利用外部環(huán)境，通過適當?shù)?a target="_blank">通信路徑進行通信。 將這些數(shù)據(jù)傳輸回建筑物的“大腦”（可以位于現(xiàn)場或云中），并在其大腦中傳輸機器學習算法，以處理它獲得的信息，以指示采取最佳行動。然后，必須將操作傳達回相關系統(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，那么三法則會讓你活下去。這 規(guī)則規(guī)定，為了生存，你有 3 小時找到住所，3 天找到水，3 周找到食物，然后你才會死去。在這種情況下，庇護所是您生存的重中之重，然而，雖然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庇護所的需求對于我們的星球和人類的未來至關重要。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行和維護的因素轉化為數(shù)字信號的過程，這些信號可以實時測量并傳達回建筑物的大腦進行分析，然后進行管理。我們如何將新建筑和現(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物種未來的碳足跡的關鍵。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)境旨在改善他們的情緒和生活質量，他們將更有效率。1在 COVID-19 時代，隨著人們重返辦公室，這一點更為重要。

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)省能源費用和降低維護成本來改善建筑業(yè)主的生活，而且還為更廣泛的人群帶來了環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益。

彈性 — 空間的設計是否考慮到了未來，以經(jīng)得起時間的考驗？今天的建筑可以使用150年或更長時間。我們不知道未來會發(fā)現(xiàn)哪些創(chuàng)新或技術，但我們可以進行規(guī)劃，以便隨著更多系統(tǒng)開始上線并實現(xiàn) IP 尋址，我們建筑物的信息技術 （IT） 和運營技術 （OT） 基礎設施能夠處理未來預期的數(shù)據(jù)流量增長。

經(jīng)濟學——如果沒有正確的財務激勵措施，就很難實施變革。金錢就是價值，通過使建筑物智能化，可以從建筑物中獲得價值。然而，起初需要資本投資才能收獲儲蓄。需要創(chuàng)新的融資模式，使建筑業(yè)主能夠將他們的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。如今，樓宇自動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，而不會影響或驅動到其他系統(tǒng)。在建筑物中，這些系統(tǒng)是HVAC，照明，訪問控制，火災報警，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，導致碳足跡更大。

在接下來的部分中，我們將討論推動向智能建筑轉變的大宏觀趨勢，以及投資智能建筑技術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，說明了現(xiàn)代世界如何驅動對智能建筑的需求。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、醫(yī)療保健和教育的機會。人口增長也有助于城市化，據(jù)估計，到2050年，世界人口的》65%將生活在城市環(huán)境中。據(jù)預測，到2060年，全球建筑面積將翻一番，相當于40年來每個月為世界增加一個紐約。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。國際能源署估計，全球40%的二氧化碳排放量可歸因于建筑物，其中28%的排放量僅由建筑物的運行和維護貢獻。3令人震驚的估計是，建筑物目前使用的能源中有50%被浪費了。4近年來，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措施，以及改造舊建筑以滿足當前的歐盟可持續(xù)性標準。

受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。作為其綠色新政政策的一部分，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。歐盟的目標是到2030年改造3000萬座建筑。同樣，美國也希望《基礎設施法案和智能建筑加速法案》以及中國的5年計劃將推動這些市場的類似舉措。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)推動了能源改進。同樣，美國的 ASHRAE 標準正在推動監(jiān)管合規(guī)，其他國家/地區(qū)的特定法規(guī)也上線。

建筑擁有綠色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顯著的溢價。LEED，BREEAM和EDGE都是眾所周知的綠色證書，但中國的本地認證現(xiàn)在正在加快步伐。智能建筑認證是較新的，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的經(jīng)濟性，為更健康、更環(huán)保、更智能的建筑創(chuàng)造了溢價。在倫敦， 研究表明，與同一地區(qū)的非認證建筑相比，經(jīng)過認證的建筑物在租金和銷售方面要溢價 4%。6

從世界大事到世界經(jīng)濟，建筑的形態(tài)正在發(fā)生變化，頂級樓宇自動化公司正在注意到這一點。我們注意到，在行中 通過季度收入報告，正在報告為客戶節(jié)省的百萬噸二氧化碳，同時強調更綠色和更健康的建筑。這些樓宇自動化公司將如何實現(xiàn)這種節(jié)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，收集更多智能數(shù)據(jù)，并在多個建筑系統(tǒng)中生成更多可操作的見解，從而有機會微調和優(yōu)化每個建筑的性能，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、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設施;這太昂貴了。半導體行業(yè)有責任通過能夠數(shù)字化當前基礎設施并將單獨的建筑系統(tǒng)相互連接的技術來實現(xiàn)改造市場。圖2是一個很好的例子，說明了多種技術和通信協(xié)議如何將傳統(tǒng)的BMS系統(tǒng)轉變?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)務提供高數(shù)據(jù)速率，但它在可以到達的距離和支持的拓撲方面受到限制。如果我們可以通過簡單的電纜運行以太網(wǎng)和 IP，例如 1 公里外的單根雙絞線，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，數(shù)據(jù)可能會被收集，但不可操作，也不會產(chǎn)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的控制。擁有這種無縫控制將降低擁有成本，因為網(wǎng)絡得到簡化，數(shù)據(jù)可以輕松匯總和解釋，安裝和維護也得到簡化?，F(xiàn)在，我們可以在過去可能存在簡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，在推動這一標準方面發(fā)揮了重要作用。該標準的關鍵要素是通過數(shù)據(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，對于建筑物內的改造，可以使用現(xiàn)有的雙絞線布線。

當將其與一些現(xiàn)有的基礎設施（如RS-485）進行比較時，我們可以看到一些有效的改進。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)勢是在同一根雙絞線上提供高達52 W的功率，其方式與POE類似，而它僅限于我們所說的RS-485工程電源。

然而，眾所周知，RS-485在特定用例的樓宇自動化中仍然具有有效的地位。我們也明白，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)一起工作。在這里，我們可以看到10BASET1L提供無縫IP，一直到邊緣，與RS-485和傳統(tǒng)架構的軟件可配置IO并排工作。

雖然該標準提供了確保滿足 1 公里距離的指南，但對使用其他電纜沒有任何限制，但前提是可能無法達到整個距離。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。準確確定 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，調試和維護具有數(shù)千公里電纜的系統(tǒng)所涉及的工作。幸運的是，這可以通過10BASE-T1L來實現(xiàn)，因為它可以進行合規(guī)性和鏈路質量測試，以及能夠對電纜的安裝和維護進行測試。

結論

使建筑物智能化的必要性對于減少過量的碳排放非常重要，因為全球變暖已經(jīng)導致我們星球上多個物種的滅絕。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(jù)：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、可持續(xù)性、彈性和經(jīng)濟性水平。

審核編輯：郭婷