由於建築間的連結越來越緊密、越來越複雜，且發展越來越快速，因此對於智慧建築技術的需求也不斷增加。這些技術以數據為基礎，提供獨到見解，並最大限度地提升營運效率、減少能源浪費，和降低整體成本。本文探討智慧建築如何利用物聯網(IoT)為資訊收集與共享創造契機，以及對建築管理與營運的影響。
導入資料分析 建築管理邁向革新浪潮
經過多年的發展，建築變得越來越複雜且發展快速，擁有支持各種標準的多種不同系統與設備。然而，這種複雜性可能導致效率低下。當系統間無法「溝通」時，便會獨立運作，導致設施員工無法全面掌握建築性能。建築能源管理系統(BEMS)出現的原因之一，便是為了整合眾多不同系統與功能。儘管提供整體的營運概觀，有助於組織基於能源使用，安排更好的策略來削減基礎設施成本，但許多的早期系統無法進行預測，僅會在發現問題後執行偵錯並發送警示。
過去十年間，建築管理技術的變化迅速且多樣。對於老舊建物與基礎設施來說，這是個好消息。如圖1所示(根據美國能源部的數據)，以預期壽命長達數十年的建築物來說，建物壽命成本中高達75%的費用，均用於營運和維護。試想當今成熟經濟體中，所有營運中的商用建築物，有一半以上是在1970年前建造完成。因此，找到最佳化資產並有效控制長期營運成本的技術與可擴展解決方案，可說是當務之急。
由於每年的進展幅度相當的大，因此很難保持最新建築技術的同步更新。為了確保營運順利，建築物擁有者與營運商必須明確瞭解最新技術的優點與限制。若沒做到這點，則可能會失去降低營運與能源成本及提高居住者舒適度與員工生產力的機會。
根據Navigant Research的調查，BEMS市場正與智慧建築技術(例如控制系統與無線技術)的生態系統一起發展。雖然能源管理是BEMS的起初的重點，許多組織希望這些解決方案能夠將永續性、空間使用、營運效率和員工生產力做最佳化。
因此，現今智慧建築開始利用物聯網(IoT)和建築資訊模型(BIM)，將各種系統與裝置連接到集中式技術基幹。透過即時效能資料、分析與建築能源管理系統的整合，智慧建築能協助設施管理員在問題發生前主動辨認問題，以提高整體效率。
隨著建築物對能源與效率的要求不斷改變，這些新技術變得至關重要。根據美國能源資訊管理局(EIA)的資料，到了2040年，全球能源消耗量將增加56%。全球人口預計將從2010年的69億增加至2050年的96億，成長38%。在這種「永不關閉」的數字經濟中，電力需求預期將會激增。建築物目前消耗全球約53%的可用電力。到了2040年，該消耗量將增加至可用電力的80%。
因此，組織需採一種透過分析，並由資料驅動的方式來進行建築營運與管理；以協助運營效率最大化、減少能源浪費並降低整體成本。為了提高工作效率，人們也越來越需要更舒適、更現代化的智慧建築及工作環境。根據Continental Automated Buildings Association(CABA)的一項研究顯示，具有能增加舒適與生產力設備(例如完善通風及照明環境，以及直接影響健康、缺勤、員工離職率、工作績效與滿意度的綠建築認證措施)的建築物，能提供節能以外的優勢。
這種技術與分析成份較高的方法，能使各種規模的建築受益。研究指出到了2025年，中小型商業建築市場有望成長60%以上，達到380億美元。透過更有效的監控，中型建築物可以節省20%的能源費用。此外，使用物聯網平台的大型商業建築可以改善建築營運，並且每年減少29%的能源使用。
智慧建築與物聯網密不可分
物聯網到底是什麼？與建築能源管理有何關係？物聯網是指任何裝置都能隨時連接至網際網路和/或其他裝置的概念。物聯網使用一種網際網路協定(IP)來連接所有裝置，包括智慧型手機、平板電腦和數位助理，以及各類型的感應器與系統(例如HVAC、照明和安全性)。
換句話說，物聯網是快速擴展的數位生態系統。光是2015年，全世界約有100億台連接裝置；到了2020年，這數量將成長超過三倍，達到340億。由於現今生活廣泛使用寬頻網路，導致技術成本降低、智慧型手機的使用無所不在，以及越來越多具有內建感應器和Wi-Fi功能的裝置問世；物聯網的連結裝置成長率可想而知。
從電力/機械等面向著手 物聯網讓建築更智慧
物聯網透過連接電力、機械、機電系統和平台，來創建動態智慧可交互運作網路雲端。透過相互通訊，這些系統可以自我監視，並在必要時採取行動(例如針對不常使用的區域，調弱其空調或暖氣)，提供設施管理員所需的資料分析，並透過智慧的效能最佳化，打造更智慧的建築物(圖2)。
能實現此競爭優勢的技術即將推出。網際網路和IT元件(例如無線感應器)的大降價，使智慧型建築技術的價格較為親民；這也成了業主與投資者的誘因，促使他們投資更多的智慧技術，並提高建築效能。
舉例來說，Navigant Research研究指出，先進智慧型能源感應器(該市場於2016年至2025年間的收入將增加近兩倍，從120萬美元增加至320萬美元)，在BEMS中扮演關鍵角色。
這些裝置都具有「感應」技術，可捕獲數位資料，並將其發送至BEMS進行分析，並支援可執行的分析結果。舉例來說，能夠測量並連續回傳溫度、二氧化碳水平、濕度和氣壓相關資料的感應器，便能提供有價值的資訊。控制器、閘道器和感應器也能提高能源效率，並協助削減成本。
這些設備、系統和平台能同時連接至一個開放的中央網際網路通訊協定骨幹網路，提供全面的建築效能評估。該骨幹網路不僅整合了所有裝置的資料，還能運用強大的圖形功能、產出數據豐富的報告與視覺化的趨勢圖表，呈現在友善的使用者界面顯示器中(如桌機、平板電腦和行動裝置)。
此中心骨幹網路能協助設施管理者透過資料分析與可用資訊來製定相關策略，確保建築物能以更加智慧的方式，高效率運作。數據分析也包括人工智慧與機器學習演算法，協助建築物進行自我診斷與最佳化。因此，透過提高員工參與度和滿意度，將能建立更舒適的環境，進而提高生產力。
有了適合的物聯網平台，建築物就能輕鬆整合技術，進而改善能源管理。若一個開放、安全、可擴展的平台，能夠提供深入且具執行面的資訊整合，將能顯著提高建築物的營運效率。
此外，針對歷史離線系統數據進行對比與分析，可能會得到意想不到的資訊。簡而言之，物聯網為資訊收集與分享製造了大量機會，並將對建築物的管理與運營方式有驚人影響。透過協作式智慧建築物聯網(IoT)平台，裝置能與軟體和服務整合，進而付諸行動。
未來建築實際範例
「The Edge」是一棟位於阿姆斯特丹南阿克西斯商業區，高度達40,000英尺的辦公大樓。此建築示範了智慧建築如何利用物聯網(IoT)協助改善公司工作空間的各個面向：從建築物管理與能源，到照明與安全(圖3)。
該建築按照「新工作世界」原則設計，挑戰傳統的公司組織結構。「The Edge」擁有玻璃外牆、寬敞的開放式設計，提供可靈活運用的工作空間。其壯觀的15樓中庭充滿自然光線，且周圍陽台環繞。
做為世界上永續性最高的建築之一，「The Edge」的BREEAM-NL評級高達98.36%，具有廣泛的整合設施管理與能源解決方案，包括：配電系統、IT基礎設施、控制設備和電源監控軟體。感應器、閥門、致動器，以及其他與BEMS兼容的裝置，均安裝在天花板和技術室內，進而建立更加智慧的建築，實現物聯網技術。
該建築物專為專業服務公司Deloitte建造，納入約28,000個物聯網感應器，可監控LED燈、溫度、濕度、紅外線和動態，以及許多其他建築物的內部偵測，例如可以偵測當日哪個工作區域使用率最高的感應器，或是藉由夜間巡邏的自動安全機器人提供安全資訊。
這些感應器和相關系統也能在員工上班時間有所貢獻。透過專屬Deloitte應用程式，員工可以找到自己的辦公桌(沒有預先分配辦公室或隔間的情況下)、找到汽車和自行車停放處以及使用公司健身房，甚至是調整工作區的暖氣設定，或尋找同事目前位置等等。
此外，「The Edge」是一座零耗能的能源建築。透過沿建築物屋頂和南牆排列的太陽能電池板，該建築物能夠產生其所需電力的102%電能。其他環保特徵包括含水層儲能系統、動態感應通風系統與雨水收集系統。
所有感應器和系統均連接至單一網際網路通訊協定骨幹網路，且該骨幹網路可以即時存取關鍵建築物資訊。該建築利用了EcoStruxure Building(前身為SmartStruxure)，一個開放的協作式智慧建築物聯網平台。
該平台將BEMS與各種建築系統、裝置和服務做連線，使設施管理者不管是在現場，或是透過遠端遙控，都能夠主動監視、測量並控制所有來自建築物和IT系統的數據。透過設備、感應器和系統的連結，EcoStruxure Building能在建築管理、電源供應和處理功能上，提供全面的建築物系統互連性。該解決方案同時利用Microsoft Azure雲端平台，改善分析、軟體和全球服務的發送功能。
參考最佳整合方式 打造智慧建築有撇步
智慧建築技術是個能夠透過物聯網受益的獨特領域。但組織(無論是大型跨國企業或是中小型企業)該如何以最佳的方式整合物聯網，與時俱進並實現大規模的轉型行動，可參考以下建議。
1.可先測試物聯網的實用性：在全面改造建築系統前，組織可從小地方開始著手。例如可以採行一個試驗性專案，重點放在照明功能或其他的建築營運面向。別忘了，此系統與其他系統需具有端到端的結構。
2.從一開始就制定完整計劃。先思考組織所要實現的具體可衡量目標為何？從初始階段就詳細計劃將是成功關鍵。制定周詳且完整的計劃，將能定義硬體、軟體、安全性和基礎結構的關鍵要求以及其他相關因素。
3.計劃應納入所有關鍵利害關係人。該計劃應安排讓所有設施的利害關係人參與(包括但不限於營運、財務、IT和安全等)。利害關係人應花時間建立與組織價值觀和使命一致的營運目標、生產目標與永續目標；並在擴大範圍之前評估投資報酬率(ROI)。接下來便可以提出全面性計劃，並與主要承包商和供應商合作，制定更有效的策略。
在專案初期的周詳計劃，能避免冗餘情況發生(例如多種軟體系統與並聯網路)，有效減少最後一刻變更所帶來的昂貴成本。例如利害關係人可以確認他們的「必要項目」，並針對如何有效利用物聯網和其他智慧建築技術達成共識。在逐步提高建築物智慧化與效率的過程中，組織應考慮下列三個關鍵規劃面向：
1.技術整合與可交互運作性：旨在以整體非孤立的方式，加入組成骨幹網路的系統。所有相關裝置與系統也必須具有擴展性、適應性，並能與BEMS整合。為了因應新技術的與新增的附加功能需求，組織應做好未來擴展系統的準備。
2.智慧建築數據分析：儘管進階BEMS可以整合、篩選並轉換大量數據，提供可用資料，但仍應培訓設施管理者與其他員工透過分析相關數據方式，做出更明智的決策。
3.網路安全和數據隱私：隨著連通性與數據取得能力增強，數據洩漏與外流的機會也隨之增加。有鑑於此，組織應採用具備網路安全性的智慧建築平台。此外，在其他網路安全策略中建立數據收集、儲存與使用管裡，將有助於保護公司數據。
總結來說，雖然物聯網仍是一個全新概念(先前只有少部分組織將物聯網用於建築物管理)，但越來越多的建築物透過科技的運用，進而提高效率、生產力與整體滿意度。
(本文由施耐德提供)
