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上下并行互通,建筑物联网将颠覆未来

时间:2019-08-13 作者:u-blox 阅读:
长期以来,由于安装和维护成本不断上升,以及规划和维护建筑所需的专业门槛提升,高效建筑管理系统仅在大型建筑物中可行。现今的建筑自动化系统越来越多地基于无线物联网技术,易于部署、操作和修改。全新低功耗广域蜂窝网络(LPWAN)正在为新一代应用奠定基础,诸如蓝牙5.0和蓝牙mesh网络这类短距离通信技术的创新也在发挥同样的作用。

毋庸置疑,建筑承载了我们生活的绝大部分时间。平均而言,我们90%以上的时间都生活在建筑中。建筑是我们吃饭、工作、购物、娱乐和睡觉的地方。我们中的许多人在室内健身,有人甚至会在室内滑雪。实际上,我们所能购买到的消费品都是在建筑中制造的。特别是近年来,随着垂直农业的出现,食品生产也逐渐转入建筑内部完成。DO2EETC-电子工程专辑

尽管如今人们对户外活动的喜好日渐高涨,但实际上我们还是“室内一代”。[1] 因此,我们对建筑的各项需求和期待也比从前任何时候都要高。我们都希望自己经常出入的建筑能够更安全、更舒适、更便捷,身在其中也让我们感到更有家的味道、更容易提升效率、更能帮助我们不断成长。DO2EETC-电子工程专辑

就在近些年,我们更希望建筑能够响应甚至预测我们自己、员工和客户的需求。以前,这是个只有少数人可以享受到梦想,而现在这已变成触手可及的现实。业主,零售商及企业机构都可通过物联网(IoT)提高建筑的智能化水准。DO2EETC-电子工程专辑

自下而上推广智能家居

过去几年,智能家居迅速崛起并进入主流市场,北美市场领先于西欧和亚太市场。ABI Research预计,在全球范围内,到2022年,智能家居的数量将超过2.8亿,是2017年的五倍多。在这五年中,消费者将购买超过22亿部无线网联智能家居设备。[2]DO2EETC-电子工程专辑

伴随市场份额的迅猛增长,人们对智能家居设备的需求期待从趣味性升级到功能性。安永会计师事务所(Ernst & Young)的一项调查显示,目前为止,英国的消费者始终在密切关注生活智能化,这就包括智能扬声器和数字家居助理等。然而,超过30%的受访者希望,到2022年智能家居领域能够拥有更具实用性的设备,进而实现智能供暖,智能照明和家居安全。[3]当然,人们对于智能家居设备的乐趣性依旧抱有高期待,但消费者现在越来越认真地看待智能家居的实际应用和功能。DO2EETC-电子工程专辑

其中一个原因是智能建筑能够帮助节省成本。企业也已经意识到这一点,并不断深掘智能办公室的潜能。根据Memoori有关智能商业建筑领域物联网的报告,那些有意愿将资金投资于升级和集成建筑管理系统的人或组织,可以节省30%到50%的成本开支。[4]将数据传感和分析应用于办公室,可用于及时监测出效率低下的情况,并随即提供解决方案。举例而言,现今员工经常出差,使得一部分办公空间处于闲置状态,而这些空间其实可以进行重新分配或直接出租。根据麦肯锡(McKinsey)的一项研究[5],通过投资物联网技术,到2025年,每年各地的办公场所预计将增加1000亿到2000亿美元的收入。DO2EETC-电子工程专辑

“构成‘建筑物联网’的分布式传感、无线通信,再加上智能分析技术的加持,个人或企业机构可实现预先维护,提升资源管理的高效性,并提高建筑的安全性,增强访问管理效率和保护人身安全。”DO2EETC-电子工程专辑

智能商业建筑中的物联网

智能建筑也可创造价值。麦肯锡预计,在零售领域,通过优化商店布局和实时店内促销,店商可以对顾客进行追踪,每年提供1700亿到5000亿美元的收入。这种名为“近距离营销“的方案,是通过使用蓝牙信标网络追踪客户的智能手机而实现的。这可能听起来有些恐怖,但顾客可以随意删除追踪所需的应用程序,意味着店商将不得不谨慎使用这一技术。[6]物联网还能发挥其他效用,包括改善能源管理,维护店面状况以及优化库存管理。这些都可能会帮助零售商进一步提升利润。[7]DO2EETC-电子工程专辑

单就价值而言,互联建筑所能创造的价值会更高,这是房地产业主共同认同的一个事实。组成“建筑物联网”的分布式传感、无线通信,加上智能分析技术,可实现各类增值服务,例如能够帮助业主更有效地对电力、水、热能等资源进行合理管理。此外,这些技术能够提高建筑的安全性、增强访问管理效率并保障人身安全。正如商业房地产服务公司仲量联行(Jones Lang LaSalle)在智能建筑的报告中所提到的,资本投资,即智能建筑所需的前期成本最终会促使运营成本不断降低。从长远来看,这是一项更理想、可持续的投资。[8]DO2EETC-电子工程专辑

自下而上的不断推进,让智能建筑成功占据了全球市场中一席之地。当财务或其他方面的直观利益,已经超过智能建筑所涉及的风险和成本时,一群熟谙技术的早期尝试者,即房屋业主和商家,已经表明了他们想要投资智能建筑市场的意愿。现今的种种利好不断引导人们应用智能家居,但也面临着几个障碍:缺乏意识和专业知识、网络安全和隐私问题、对技术的过度依赖、安于现状的固化思维,这意味着自下而上推动智能家居应用的策略只能到此为止。DO2EETC-电子工程专辑

自上而下推广智能家居

如果不将南极洲和格陵兰岛计入地球表面积之内,全球的建筑面基约占地球表面的0.65%。[9]尽管建筑占地面积小,但建筑占据了人类二氧化碳排出总量的40%,能源消耗总量的36%。[10 ]大多数排放和消耗量都发生在建筑的施工期间。供暖和制冷也是造成巨大二氧化碳排放和资源消耗的一大原因。而且众所周知,建筑难以进行拆除和回收。DO2EETC-电子工程专辑

人口的高速增长进一步加剧了这一现象。联合国预计,到2050年,由于将新增25亿人口,世界城市人口占比将从今天的55%上升到68%。[11]这将需要无数新的城市,以容纳数亿尚未出生的城市居民。在世界的大部分地区,预期寿命正在上升。人口老龄化已经给日本等国家带来了挑战。预计到2050年,40%的日本人口将达到65岁及以上的年龄。DO2EETC-电子工程专辑

同时,电力的生产和消费都会发生结构性转变,从房顶分散式可再生能源生产到夜间电动汽车充电,这些变化正在挑战配电基础设施的极限。DO2EETC-电子工程专辑

在当下社会,我们正面临诸多挑战,而以上趋势也将建筑放在了这些挑战的十字路口。全球智慧城市项目的发展已经得到地方、地区和国家政府的积极响应。正如麦肯锡指出的,这些政府正利用数字智能解决公共问题,并提高公民的生活质量。[12]DO2EETC-电子工程专辑

早期的智慧城市项目关注更具针对性的解决方案,例如扩展公共Wi-Fi或实现智能照明、智能停车和智能废物管理。随着时间的推移,这些项目将逐渐推广加深,涵盖更多的应用,影响将远超城市边界。与此同时,随着智能建筑和智慧城市项目的结合日益紧密,而作为这一整体的构成单元,建筑所发挥出的作用将愈发重要。DO2EETC-电子工程专辑

“世界各地的智慧城市项目都在利用数字智能解决公共问题,并提高公民的生活质量。”DO2EETC-电子工程专辑

在能源管理方面,情况也越来越相似。对于业主而言,智能家居技术主要用于提高舒适度和便利性。同时,减少能耗和对环境的污染也在他们的考量范围之内。这就致使在过去几十年间,屋顶太阳能发电量增加,纯电和混合动力汽车也在不断普及。DO2EETC-电子工程专辑

电力工程企业机构对智慧城市项目都表现出极强的参与意愿,通过智能计量技术和智能恒温设备,他们能够更好地监控和控制国内能源消耗。智能电表和智能恒温设备是实现智能电网的关键。电网中的可变分布式电力源占比将越来越大,在配置这类电力源的过程中,智能电网就显得至关重要。DO2EETC-电子工程专辑

电力工程公司正在试验的一种方法是电力需求管控,其中有间接方法,如制定动态定价方案,也有直接方法,使用电力负荷控制——短暂关闭智能电器,包括空调设备,热泵或电动汽车充电站。为确保这些电器所依赖的电网具备适应力,这些举措至关重要。因此,部分电力工程公司已开始向购买智能电表、智能恒温设备或为客户提供优惠价,并与智能家居设备供应商建立合作伙伴关系,将智能家用电器纳入其需求响应计划之中。[13]DO2EETC-电子工程专辑

在家庭医疗保健和生活辅助领域,我们也能观察到类似的动向。如今,一部分人已经体会到这类解决方案的有效之处,并有强烈的意愿,想让这些设备成为他们生活的一部分。医疗服务提供方和政府部门也已经认识到,他们也可以利用这些设备,以节省自己的成本,为公民提供更实惠的医疗保健,并优化分配有限资源的过程。因此,对智能家居自下而上的初步采用也将得到自上而下的支持。DO2EETC-电子工程专辑

最终,气候变化、灾难气候以及相应制定的环境法可能成为关键驱动因素,推动人们广泛采用智能建筑技术。由于建筑在全球电力消耗和温室气体排放中占有很大比例,政府和超国家机构将寻求制定指令,旨在遏制建筑行业的能源浪费。DO2EETC-电子工程专辑

欧盟的近零能耗建筑(NZEBs)指令就是一个恰到好处的例子。该指令要求,2020年之前,欧盟所有新建筑从可再生能源中获取大部分能源,大大降低了二氧化碳排放量并节省了高达80%的运营成本。[14]世界各地已采取类似举措,私人装修也开始将这一点纳入考虑范围。纽约帝国大厦的成功改造节省了超过38%的建筑能耗,并获得LEED金级认证,切实展现了可实现的目标。[15]DO2EETC-电子工程专辑

建筑物联网正颠覆整个行业

长期以来,由于安装和维护成本不断上升,以及规划和维护建筑所需的专业门槛提升,高效建筑管理系统仅在大型建筑物中可行。现今的建筑自动化系统越来越多地基于无线物联网技术,易于部署、操作和修改。全新低功耗广域蜂窝网络(LPWAN)正在为新一代应用奠定基础,诸如蓝牙5.0和蓝牙mesh网络这类短距离通信技术的创新也在发挥同样的作用。DO2EETC-电子工程专辑

现今的智能互联建筑汇集了各类解决方案,从电力源管理到暖通空调(HVAC),照明,空气质量监控,安全,门禁控制,智能停车等,全部整合到了一个平台之上。除了大多数物联网应用背后的数据传感、无线通信和数据分析之外,新的一波新兴技术,包括人工智能(AI)、边缘智能、准确的室内定位、生物识别传感和数字孪生技术,正应用于智能互联建筑,使其更加智能。虽然他们仍然无法读懂你的想法,但人工智能正在更好地了解你的行为模式。如果人工智能尚未了解你的行为模式,你可随时与它交谈,语音控制正成为一种流行解决方案,可将人工智能集成为一个控制中心。DO2EETC-电子工程专辑

那么未来将会怎样?

看上去毫无疑问的一点是,互联模式,以及随之而来的智能建筑技术,将越来越普及,就像Wi-Fi已经成为当今大多数家庭的必备设备一样。当然,这也给我们的管理技术带来更多风险,特别是有关网络安全和数据隐私的风险。第一波技术应用来自底端市场,包括家庭,企业和商业建筑。现在,城市化程度加深、向全新交通方式和电力生产方式的过渡、竭力减轻环境污染并适应气候变化、这些所带来综合性挑战也将成为推动力,将创新推向更具可持续性和高效性的生活方式。DO2EETC-电子工程专辑

[1] 《室内一代》(The Indoor Generation),舆观数据(YouGov),威卢克斯(Velux),2018年DO2EETC-电子工程专辑

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[2] 《智能城市中逐渐兴起的智能家居角色》(The emerging role for smart homes in the smart city),ABI Research,2018年DO2EETC-电子工程专辑

[3]《盘点智能家居——消费者对智能互联家居技术的态度》,安永(EY),2018年DO2EETC-电子工程专辑

[4] 《智能商业建筑中的物联网:2018-2022》(The Internet of Things in Smart Commercial Buildings 2018-2022),Memoori,2018年DO2EETC-电子工程专辑

[5]《物联网:超越市场炒作之外的价值》,麦肯锡,2015年DO2EETC-电子工程专辑

[6] https://www.beaconstac.com/proximity-marketingDO2EETC-电子工程专辑

[7] 同上DO2EETC-电子工程专辑

[8] 《智能建筑的千变万面:Op-Ex优势》(The changing face of smart buildings: The Op-Ex advantage),仲量联行,2013年DO2EETC-电子工程专辑

[9] 《世界上有多少土地被城市化了,真的吗? 避免混淆的分层架构》(How much of the world’s land has been urbanized, really? A hierarchical framework for avoiding confusion),刘志峰等,《Landscape Ecology》,2014年DO2EETC-电子工程专辑

[10] 《2018年全球形势报告》,全球建筑建设联盟(GABC),联合国环境(UN Environment),2018年DO2EETC-电子工程专辑

[11] https://www.un.org/development/desa/en/news/population/2018-revision- of-world-urbanization-prospects.htmlDO2EETC-电子工程专辑

[12] 《智慧城市完整报告》(Smart Cities Full Report),麦肯锡,2018年DO2EETC-电子工程专辑

[13]《智能城市中逐渐兴起的智能家居角色》(The emerging role for smart homes in the smart city),ABI Research,2018年DO2EETC-电子工程专辑

[14] 《近零能耗建筑原则》(Principles for nearly zero-energy buildings),欧洲建筑性能研究院(BPIE),2011年DO2EETC-电子工程专辑

[15] https://www.memoori.com/empire-smart-building-making-case-retrofitting-historic-buildings/DO2EETC-电子工程专辑

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