智慧建築

人口朝都市集中，是無法阻擋的趨勢，但在都市化程度越來越高的過程中，居住、交通、能源供應等都市問題，也會帶來更加艱鉅的挑戰。事業觸手遍及能源、運輸、工業與智慧建築等各垂直領域的西門子(Siemens)認為，人類社會必須利用數位科技來應對上述都會化所帶來的挑戰，並且從工業4.0的發展過程中汲取經驗，才能確保環境與社會的永續健康發展。 台灣西門子總裁暨執行長艾偉(Erdal Elver)表示，聯合國報告指出，2030年時全世界將超過60%人生活在都市中，且城市消耗全球逾70%能源，來自都市的溫室氣體排放量占比，也將超過這個數字。伴隨氣候變遷、都市化、全球化與數位化等大趨勢帶來空前挑戰，城市需善用數位科技快速調整城市的規劃設計，強化國家競爭力和社會永續。 時至2020年，物聯網、人工智慧、5G通訊技術等科技匯集，是將城市中建築、能源、交通等各項基礎建設虛實整合、完整生命週期模擬和串聯互動的關鍵基礎。虛實整合跟大數據分析，已經在製造業落實工業4.0的過程中得到實踐，將這些經驗擴大應用在城市基礎建設，推動智慧城市進展，則可稱之為城市4.0。 如果進一步分析人在都市生活中所處的場域，不難發現都市人口絕大多數的時間不是在建築物內活動，就是在交通工具上移動。因此，要解決都市化所衍生的各種問題，建築跟交通的智慧化，是無可迴避的課題，西門子在建築跟交通運輸上，都有數十年的經驗，並已經發展出許多解決方案，可以加快建築跟交通智慧化的進展速度。 在智慧建築方面，許多台北市內的知名地標，如台北101大樓、微風南山，以及還在興建中的台肥南港C2開發案、廣慈博愛園區等，均採用西門子提供的智慧建築系統，不僅提高能源使用效率，也會把工業4.0所倡導的預測性維護觀念帶進大樓基礎設備領域，提高建築管理跟運作的效率。 智慧化交通系統更是大幅減量碳排、城市智慧再升級與永續發展的關鍵環節。小到電動車、電動巴士的充電設備，大到對整個城市的道路交通流量和運輸系統進行即時資料採集跟分析預測，提高都市交通運作效率的軟硬體整合平台，西門子都已經有對應的產品跟解決方案。 展望2020年，西門子將持續專注深耕智慧基礎建設、數位工業、軌道交通等領域，提供產業前瞻的科技和解決方案，並與「亞洲‧矽谷」計畫桃園市虎頭山物聯網創新基地、台北市高中大學合作數位化人才培育，力促台灣的數位轉型與升級，成為全球實踐智慧城市4.0的表率。  

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。 圖1　目前建築物壽命中有75%的費用是用於營運和維護。 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)。 圖2　IoT技術可以打造更智慧的建築物。 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)。 圖3　The Edge辦公大樓 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)

盛群(Holtek)新推出CAN Bus介面控制IC HT45B3305H，CAN實體層可支援最高達1 Mbit/s的高速網路，為工業通訊應用帶來良好性能，適合應用在車用電子(如車身控制模組、方向盤/車窗周邊控制、汽車照明、空調控制)，智慧建築(如電梯/扶梯、HVAC控制、照明模組)和工業控制(如工業4.0應用、警報控制、實時/遠端監控)等領域。 HT45B3305H整合Bosch公司授權的CAN IP模組，支援CAN 2.0A/B協議，並符合ISO11898-1:2003規範，內建32個通道(Message Objects)提供資料傳輸，可支援Received Enhanced Full CAN架構，具SPI及I²C通訊介面，應用溫度範圍-40℃~125℃，提供16NSOP/QFN封裝型式。

宜鼎國際(Innodisk)近年積極布局工業AIoT領域，近日更擴大集團布局，轉投資專注於感測技術的維新應用科技並納入集團事業體系。為此，宜鼎國際董事長簡川勝表示，維新應用長期專注於環境與空氣感測技術，產品深入各項應用領域，因此看重其深厚研發能量，未來將為宜鼎在AIoT的全球布局中，扮演前端資料蒐集的重要角色，並共同整合集團軟硬體技術，提供更全面的智慧物聯網(AIoT)方案。 維新應用總經理林春輝表示，宜鼎國際和維新應用對於AIoT的未來抱有相同的理念與願景，將融合彼此的經驗和專業知識，並以整合的軟硬體技術能力共同推動AIoT落地。維新新產品iAeris系列包含室內和室外空氣質量檢測，檢測因子包括溫度，濕度，二氧化碳，一氧化碳，顆粒物(PM10和PM2.5)，揮發性有機化合物(TVOC)和甲醛等，採用工業等級的感測器和先進的內部開發演算法為核心競爭優勢，並獲得多項國際認證。而透過雲端連接還可進一步控制設備，為空氣與環境檢測提供360度智慧解決方案。 維新產品應用除目前已積極布建的智慧城市、智慧建築等工業應用外，已導入對於空氣質量監測標準嚴苛的高端工業領域，並可提供客製化解決方案滿足不同環境監測需求。而宜鼎集團近年來積極在工業電腦周邊整合布建的AIoT生態系，將與維新感測器技術軟硬結合。

數位協定取代傳統管路 最早的建築物自動化系統是氣動式的，透過在大樓裡鋪設複雜的銅導管，再根據氣動感測器的輸入訊號來切換氣動致動器和閥門的開關，以控制每個房間的空調系統。之後，氣動系統被效能更佳的電子開關所取代，直到最近，則被數位控制器取代。 在建築物自動化系統的推演過程中，可控制的系統已從冷暖空調(HVAC)系統擴展到更廣泛的範圍。現今，藉由BIoT創新技術將帶來無限的發展可能性，潛在的智慧建築應用除了恆溫器、照明和安全基礎設施，還包括窗戶、門鎖以及室內和室外電子看板等。而且，智慧建築的應用範圍，還在持續擴展中． 雖然，傳統的建築物自動化系統僅能部署在像是商業大樓的大型建築才符合經濟效益，但現在，新興的BIoT技術已為中小型建築業主帶來了具成本效益的解決方案。透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，已推動了智慧建築市場的快速成長。 現代建築物的建造時間大約從五十年前開始，但採用的技術往往每十年就會汰換一次，頂多維持二十年。對房地產業主來說，不可能一有新技術出現就拆掉舊建築，更換新設施，必須依照需求來逐步更新。 一棟大樓一開始可能是先安裝數位控制的HVAC系統，然後再增加安全攝影機網路、接著是中央控制的照明和百葉窗、電子鎖，甚至考慮用數位看板來管理緊急情況。每次安裝的系統都是來自不同的供應商，因為很少公司能夠同時在不同的領域中保有優勢。 開放標準協訂整合度更高 上述情形造成彼此不相容的複雜網路和技術組合。雖然每個系統都有其各自用途，但要管理這些系統並使其協調運作，變得更困難。最後，開放的標準協定，包括BACnet、LonWorks，以及Tridium的Niagara框架的興起，便取代舊有技術協定。 雖然這些標準提供更高程度的整合，但它們在互通性、成本以及開放性等方面也都各有限制，沒有單一系統能夠完全滿足建築物自動化中最常用標準的需求。根據一份針對建築物自動化系統進行的學術評估報告指出，為彌補各系統不足，導致非標準化解決方案的發展，這反而更進一步阻礙系統之間互通性。 BIoT為中小企業量身打造 透過擴大建築物監控與管理的範圍，並降低擁有成本，BIoT技術顛覆了現有的遊戲規則。因此，在美國，佔98%商業建築市場以及65%樓板面積的中小企業也能跨入此一市場。為了簡化部署與維護成本，業者一直期望能實現無線部署的目標。而現在，歸功於低成本的無線感測裝置，且能將多種感測器整合到單一封裝中，因此使建置成本大幅降低(圖1)。 圖1　BIoT的創新技術顛覆了現有的遊戲規則，透過利用低成本的連接、感測與雲端運算能力，以及充裕的資料儲存能力，推動智慧建築市場的快速成長。 但是，BIoT系統不僅是硬體部署，從感測器收集到的數據也同樣具有價值，因此需要藉助系統的分析功能。新的商業模式，例如基礎設施即服務(Infrastructure-as-a-Service, IaaS)、平台即服務(Platform-as-a-Service, PaaS)、以及軟體即服務(Software-as-a-Service, SaaS)，提供了不同的商業模式，讓業者擴展至存取雲端的數據分析與儲存服務，輕鬆地管理所需的雲端技術。 值得一提的是，這些系統可以無縫整合到智慧手機中，讓人們可直接從遠端監控住家或房產。透過友善的介面提供監控、分析和控制功能，BIoT系統可大幅降低對專業知識和培訓的需求，進而最佳化使用者的智慧建築室內體驗、且維護基礎架構，並進而節省能源成本。 從歷史上來看，每個建築物的自動化功能都是獨立開發完成的。因此，就技術、平台和架構來說，今天的智慧建築硬體生態系統仍是各自為政。由於業者期望能把多項功能整合到單一的全方位解決方案，因而帶動了多個趨勢的興起。 另一方面，業者已經體認到，需要建立強大的聯盟來整合和簡化他們的產品。在Memoori發布關於智慧商業建築BIoT的報告中，說明了建築系統製造商、主要ICT供應商的IoT平台解決方案，以及軟體、應用程式和平台領域之間的合作夥伴關係和策略聯盟擴展。這些聯盟通常是來自於不同的利基市場，包括智慧照明、HVAC和電梯業者。 在管理服務和架構方面則是另一種方法，旨在使各種不能互通的解決方案能夠協同運作。服務導向架構，如BACnet網路服務和oBIX，可透過在已部署的建築物自動化技術和客戶端IoT應用程式之間增加抽象層(Abstraction Layer)來執行。 接下來的挑戰是需克服IoT應用的網路安全和數據隱私問題，BIoT也不例外。隨著越來越多的元件連接到日益複雜的解決方案中，網路安全的威脅也變得越來越具挑戰性，唯有當系統中最脆弱環節也具備應有的安全性時，才能達到真正的安全。 根據Memoori的估計，到2022年，智慧商業建築的新興網路安全市場將以超過15%的年複合成長率增加，這是市場發展的必然結果。 智慧連網建築新興技術湧現 隨著智慧建築市場的興起，也帶動了許多技術試圖競逐此商機，但目前尚未有「一體適用」(One-size-fits-all)的解決方案出現。即使是具有從數十個到數百個感測器的小型連網建築物，平均也會用到三種不同的通訊技術。而且，隨著建築物的規模變大，系統也越來越複雜。現階段，專有和開放技術正相互競爭，試圖以單一的統一標準來整合不同系統的努力也在進行中。 除了通訊技術的創新之外，我們也看到了基於網狀和毛細管網路的新架構出現，能夠進一步最佳化頻寬使用，並降低擁有和維護成本。新興的室內定位技術和創新的感測方案，也推動了智慧建築新使用案例的實現，像是資產追蹤、正確的訪客人數計算等。此外，透過人工智慧的應用把更多的分析功能從雲端帶到終端裝置，也降低對頻寬的需求。 雖然室內通訊的骨幹仍可能是利用TCP/IP 或乙太網路等有線技術，但無線技術正在擴大其在智慧建築中的應用。其中，常見的是短距離無線技術，它可提供連網功能並實現無線感測器網路。廣泛內建於智慧型手機和平板電腦中的藍牙技術，則是控制智慧家庭裝置的必然選擇。 由於對配置裝置零需求，在建築物的警報面板應用中，蜂巢式技術也很常見。LTE Cat 1可提供串流語音和視訊、以及智慧量表所需的足夠頻寬。4G低功耗廣域網路(LPWAN)技術，包括LTE-M和NB-IoT，已成為對智慧量錶更具吸引力的蜂巢式技術，可滿足其極低的頻寬需求。這些通訊連接技術方案在5G世代中，也將以大規模機器型態通訊(Massive Machine Type Communications, mMTC)形式持續發展。 最終，通訊技術的最佳選擇，仍需取決於實際的使用案例需求。雖然蜂巢式裝置易於安裝，但由於需要行動數據方案，因此大規模部署的成本較高。而針對更高密度的部署，例如智慧照明、暖氣節電器、以及無線室內感測器網路等，藍牙網狀網路可以發揮其短距離通訊的技術優勢。透過與閘道器連結，藍牙網狀網路能以無線的方式把分散式裝置與內部的建築物自動化系統或雲端服務相連。 此外，2019年初，藍牙技術聯盟(Bluetooth SIG)宣布，為其定位服務解決方案推出了增強功能。基於藍牙的定位技術已長期用來協助使用者利用藍牙標籤(Bluetooth Tag)尋找物品。透過在建築物內的固定位置安裝藍牙接收器，房產業主可提供即時定位服務，以支援追蹤人員、資產與其他物品的功能。此外，信標設置也是在大型建築物中提供引導服務的常見解決方案。針對這些使用案例，新的增強功能可增加尋找方位應用，實現準確度小至公寸級(Decimeter-level)的室內定位服務與其他應用。 無線通訊模組選得好　加速產品開發設計 要為多樣化的使用案例選擇適當的無線通訊技術是相當具挑戰性的，需考慮節點間的互通性、覆蓋範圍、可擴充性以及安全性，而採用預先通過測試與認證的通訊模組，更可協助製造商輕鬆地完成設計並加速產品開發週期。 u-blox擁有涵蓋GNSS定位、蜂巢式以及短距離無線電技術的完整產品組合，且在全球各地建立了許多的應用實績，不僅是個別技術的供應商，更能以豐富的經驗與技術支援能力，成為結合這些技術的整體解決方案供應商，提供智慧建築應用所需的各種無線通訊方案，能助力業者加速智慧建築應用的實現。 此外，基於產品都是專為使用週期長的應用而開發，加上靈活的套疊式(Nested Design)設計概念，讓產品可隨著標準演進輕易地無縫升級到新技術，降低智慧建築應用產品世代更迭的風險、支出和維護費用，也是業者在設計產品時不可不考慮的重點，方能在新的智慧時代保持領先優勢。 (本文作者為u-blox台灣區總經理)

川菱工業集團與台灣西門子於「台灣肥料股份有限公司南港C2開發案」攜手合作，供應建築管理系統與空調設備，開啟雙方合作契機，今日簽訂合作備忘錄，整合雙方產品、科技和資源，為台肥南港C2開發案和及其未來合作機會，提供全方位空調節能與智慧建築管理解決方案。此次策略合作聚焦於透過川菱工業集團空調機、磁懸浮離心式冰水機及區域能源整合三大專業領域，與西門子智慧基礎建設的智慧建築管理系統整合，並加入專業級淨化清淨pm 2.5高效能產品，打造全方位、一站式空調節能與智慧化建築管理系統解決方案，未來客戶將能運用此全方位解決方案整體規劃建築空調和管理，提升整體建築能效和管理效率，降低總營運成本。 世界正面臨都市化、全球化、人口結構變化、全球暖化以及數位化等關鍵趨勢，城市消耗全球75%的能源，其中40%能源消耗來自「建築物」，而在物聯網、大數據和雲端運算等科技翻轉全球產業的時代，透過數位化建築科技將可顯著提升建築營運效率、降低能耗且大幅優化使用者與建築的關係，對全球建築和永續發展帶來卓越貢獻。著眼於此，川菱工業集團與台灣西門子智慧基礎建設策略聯手，整合雙方各自專業領先的科技，強化川菱集團45年來致力於「空氣舒適度管理Total Air Solution」解決方案推廣，以及再次彰顯西門子長期創新以數位建築技術協助客戶建築智慧升級與環保永續的使命。此全方位解決方案已獲台灣肥料股份有限公司南港開發案C2採用，台灣西門子與川菱工業集團將協助客戶提升建築營運效率和降低能耗，為台灣智慧綠建築奠定新里程碑。 此次與台灣西門子在台灣肥料公司南港開發案C2的合作，策略上擴大整合空調機、磁懸浮離心式冰水機及區域能源整合三大版塊為主軸，磁懸浮離心式冰水機，除了運作穩定、超靜音的特點外，更較傳統機組節能性高出20~50%，為創新的節能技術。不僅提升市場對於智慧綠能大樓的需求，也可構建有利於市場競爭力的體制架構，不只提升環保意識，也可宣導現代智慧綠能大樓的重要性，也重新升級定義空氣舒適度以及綠能智慧的理念。

物聯網(IoT)為我們帶來了更舒適，更方便，更安全的生活。適應我們需求的設備，電器甚至建築物的生活。目前，物聯網技術主要在消費市場取得進展，人們的智慧手機可作為用戶友好介面，用於智慧照明，家庭監控，智慧CO2/煙霧探測器，智慧加熱和通風，語音指揮助理等服務。 不過，物聯網的潛力遠遠超出了這些聰明的家用設備；隨著技術的成熟，人們開闢了無數新的可能性。除了嘗試以智慧家居為重點，以及打造以消費者為中心的物聯網應用之外，另一個更重要的步驟是創建更智慧的辦公樓，即不僅提供最高舒適度，而且提供最佳效能和安全性的建築。 使用物聯網技術監測建築物的使用方式，可以根據我們的確切需求設計辦公室，當房間裡沒有人時，直接自動停止空調運作及會議室使用。透過最新技術的物聯網感測器和雷達，建築物將能夠分辨出房間中有多少人，他們在哪里以及他們喜歡什麼樣的(工作)環境(溫度、照明等)。由於建築物占城市電力消耗的40%，安裝物聯網能力將有助於實現全球電力減少目標。 因此，多感測器環境監測平台相繼問世，結合了溫度、相對濕度、NO2、CO2、揮發性有機化合物(VOC)、顆粒物質、環境光、聲音、振動和存在檢測等感測器，適用於室內和室外空氣質量監測和控制，可用於智慧建築、智慧城市等。 實現智慧建築方案　硬軟結合勢在必行 因應上述趨勢，如今已能使用價格可負擔的技術，來檢測人們在房間中的情況，而不只是人們的確切數量，活動或確切位置。過去，感測器業者展示了基於雷達的各種人體運動分類，以及遠距呼吸和心跳檢測，這些監測仍然需要穿戴式設備，但未來雷達的技術可以從不同空間，並在距離數公尺處執行這些測量。 同時，該技術可以準確分析存在、移動和生命徵象，同時與當前搭配鏡頭配件的解決方案不同，更能保護個人隱私。然而，為了實現智慧建築，還需要更好的硬體來收集準確的數據，以及需要正確的演算法將數據轉化為知識。 如此便須要仰賴半導體業者或研究單位的內部專業知識，以做到上述兩點，進而支持整個智慧建築解決方案流程，例如從創建最佳感測器和雷達設計到開發最佳算法；同時還可在真實應用程序中使用真實的工件來證明設備功能。像是比利時微電子中心(imec)，其解決方案便結合了硬體和軟體功能，並在其HomeLab和OfficeLab等現實環境中進行測試，以在物聯網領域取得成功。 智慧建築技術可延伸至其他領域 事實上，用來實現未來智慧建築的大部分技術，在其他領域也很有用，以支持物聯網創新。例如因應5G通訊，半導體廠商開發了一些基本構建模組，包括類比數位轉換器(ADC)、可重配置的低噪聲頻率合成器、毫米波相控陣收發器，以及天線模組等。 此外，感測器供應商還開發用於在79GHz運行的自動駕駛汽車的雷達，例如適用於人和碰撞檢測。以imec為例，該單位旗下雷達提供的角分辨率增加10倍，而大批量生產的功耗卻降低了一半；imec還開發了新的物聯網通訊標準的知識產權，如NB-IoT和Cat-M1，支持廣域蜂窩物聯網；且對於短距離物聯網解決方案，其中許多無線電IC廣泛可用，該公司進一步將藍牙IC的面積以及成本減少了3倍，同時使用最小和最低成本的電池。 這個領域與其他imec研究的區別在於，物聯網項目具有極高的技術就緒指數(TRL)。例如，該公司的液體離子感測器目前作為開發套件進行採樣，以引導客戶，同時將製造知識轉移給工業合作夥伴。這種液體離子感測器特別有趣，因為它提供了許多不同的可能性。它可以同時檢測液體中的多種離子，使用壽命超過6個月。該感測器可用於許多不同領域，從監測水質到啤酒發酵過程的微調。總而言之。因應物聯網發展，這種以應用為導向的創新，成為半導體業者未來的主要發展方向。 智慧感測晶片三項新發展 未來環境將緩慢但漸進式地演變為「物聯網」，其中晶片和感測器無形地整合在環境中以承擔其多種任務。想像一下感測器可以檢測到個體的存在並相應地調整建築物中的光線，而節省大量能源；從某種意義上說，這些感測器將如同我們環境中的眼睛，耳朵和鼻子。 無處不在的感測器將在許多領域中脫穎而出。當然還有智慧建築、自動駕駛汽車、自動化工業和物流過程。感測器將有助於解決環境問題，如果能夠以細粒度的方式連續測量空氣和水的質量，並且可以集中收集數據，則可以採取更好的指導措施，並立即測量結果。 另外在醫療保健領域，也有很多機會。想像一下簡單的工具，如加權秤，血壓監測器，以及將數據安全地發送到雲端的心臟和活動監視器。在那裡，可以分析數據並成為指導患者過上更健康生活的新服務基礎；這種類型的連接醫療保健已經小規模應用於高風險患者，但隨著技術變得更加智慧和便宜，它可以提供更多服務。綜上所述，為實現更加智慧及萬物聯網的環境，感測器將會有三項發展趨勢。 感測器融合以獲得精細數據 首先一種可能性是感測器融合。運用許多不同的感測器測量相同的物理參數，例如人的心跳可用電、光學甚至聲學監測。透過組合感測器的結果並解釋結果，可以獲得穩健可靠的結果，還可以添加上下文感知。像是打造一個可「感覺」人已經開始睡覺的感測器，將這個結果傳達給第二個感測器，該感測器的任務是監視休息時的心臟；因此，一個感測器標誌著另一個感測器開始工作的理想時刻。 在ISSCC，Holst Center/imec的研究員Mario Konijnenburg提出了一些非凡的成果。他與同事開發了一種能夠同時測量多個身體參數的晶片，包含心電圖(ECG)、生物阻抗(BIO-Z，身體的電導率，揭示身體組織的成分)、電流皮膚反應(GSR，由於例如壓力引起的皮膚電性質的變化)和光電容積描記圖(PPG，由於光吸收變化導致的組織中血液循環的變化)。因為這些數據是在一個晶片上收集的，所以完全可以同步它們並尋找相關性。測量組合允許例如推斷心跳和心率變異的可靠方法，並且(相對)血壓可以通過解釋ECG和PPG測量來推斷。 晶片開始具備現場運算能力 來自感測器晶片的數據被無線發送到雲端(例如通過智慧手機或筆記型電腦)。在雲端中，數據被處理和分析。目前，無線鏈路使用感測器消耗80%的能量。因此，如果感測器必需更節能，應該發送更少的數據。這可以透過部分在地感測器上處理和解釋數據來完成，僅將結果發送到雲端。當然，晶片上的處理也會消耗能量，因此研究人員的部分任務是在晶片上處理和向雲端發送數據之間找到最佳平衡點。 同時，若是感測器必須進行更多的現場處理，則需要一個或多個額外的處理核心。先進晶片技術非常適合在非常小的晶片上整合更強大的處理能力。然而，要實現此一目標，需要為感測器增加模擬介面，但目前這些模擬介面並不能很好地擴展到最新的技術節點。 為此，imec研究員Rachit Mohan描述了一種用40nm CMOS製造的感測器讀出晶片。新晶片採用基於時間的技術，而不是傳統的基於電壓或功率的技術。這種基於時間的電路可以在較低的電源電壓下操作；此外，放大器鏈中向數位域的轉換要快得多，並且可以數位化進行濾波，這使得該技術在深度擴展的技術中實現具有吸引力，該技術還允許實現更強大的數據處理。 具自適應和壓縮採樣　感測晶片僅在需要時進行監控 另一種透過感測器的無線鏈路節省能量，並儘可能少地發送數據的技術是自適應和壓縮採樣。利用這種技術，訊號不會以固定的時間間隔進行測量和發送，而是根據被監測訊號的特性進行測量。 例如心電圖心臟監測，在ECG峰值時刻，要測量的訊息比峰值之間的間隔期間要多得多；結果，感測器可以在峰值期間以較短間隔對心臟訊號進行採樣，並且在其間以較長間隔對心臟訊號進行採樣。總而言之，將有一個可靠的ECG監測，測量點更少，發送的數據更少。 在ISSCC，imec研究員Pamela Venkata Rajesh展示了基於LED光和使用壓縮採樣的光電容積描記圖測量(PPG)的讀出晶片。PPG結果可以推斷心跳和心率變異性，它們是ECG監測的不錯選擇，因為其不需要在患者胸部使用電極。缺點是，感測器的LED燈照射在皮膚上需要額外的能量，這是小感測器晶片能量預算的嚴重消耗。因此，重要的是可以使用壓縮採樣進行測量，測量較少但更智慧的數據點。 物聯網技術前景佳　2030年布建成本將顯著降低 物聯網技術具有很大的前景，這一領域的研究正以驚人的速度發展。到2030年，智慧物聯網節點的成本可能會降至0.5美元以下。新的感測器將充斥市場，並將監控我們生活的各方面，從而產生大量新的應用和服務。 總結來說，透過感測器和聯網技術，建築物產生更多有用的數據，進而使半導體、系統整合業者可創建滿足各種需求的高度客製化空間。我們無法預測物聯網革命將改變哪個領域，但很難想像任何領域都不會受到影響。對於感測器供應業者而言，將會處於創新的最前線，而最初的重點是透過相關和領先的創新擴展智慧建築、智慧物聯網等戰略。

在物聯網(IoT)的浪潮下，商辦與住宅大樓自動化蘊含可觀的商機。物聯網、大數據(Big Data)和雲端運算等科技驅動各智慧科技的發展和應用，加速建築的數位轉型，開啟各領域多元發展。數位化的建築科技革新了建築從規畫、設計、建造到行銷和營運的過程，以及使用者與建築的關係、與空間互動的方式。 另外，數位化時代發展至今，城市中許多建築物已是使用建築資訊模型(BIM)來規畫和建造及營運，傳統電網也加快升級至智慧電網，城市中不同的基礎建設的緊密通訊與互聯，會加速優化城市環境和其運作效率。至2020年，預計會有超過500億個聯網裝置互聯並產生大量數據，導致發展出更多新型態的服務。 總而言之，伴隨物聯網技術的蓬勃發展，智慧建築市場也逐漸成長。根據市調機構Market Research Future研究統計，全球智慧建築市場將大幅成長，2018~2023年的複合年成長率為29.69%，市場產值從2018年的74億美元，成長至2023年的337億美元。為此，半導體業者與工業電腦廠商、系統整合商紛紛推出更加「聰明」的解決方案，例如西門子與其他軟體解決方案廠商在能源管理、發電、建築技術和行動化領域的合作，經由充分利用各自技術和行業專業技能為市場創造新的業務價值，使雙方均可提供完整的解決方案，為各自的客戶帶來效益。  節能減碳風潮起　智慧建築需聰明/省電 隨著商業，住宅和政府部門等建設日益增加，對於發電的需求也快速上揚；也因此，在物聯網技術日漸成熟的帶動之下，建築不僅要變得更智慧，也須變得更加「節能」。 根據市調機構Market Research Future指出，建築物是最主要的能源消耗者之一，依據國際能源署的數據顯示，全球建築行業消耗的能源約占全球總發電量的42%；也因此，在推行智慧建築的同時，如何提升能源管理效率也成各大樓宇控制設備商、系統整合商，甚至是半導體業者的重點目標。 Market Research Future表示，智慧建築市場商機逐漸嶄頭露角，對於提高能源效率的需求也開始高漲。節能的智慧建築十分具吸引力，特別是對工廠、商業建築、政府單位和公共基礎設施等業主而言，這類建築不僅可節省成本且維護成本低。 目前全球各國政府可說越來越支持智慧建築技術，並同時加大智慧城市發展力道；政府相繼制定政策和法律，鼓勵業主或是公共機關打造智慧建築，一方面不僅提高營運效率，同時也能有效減少能源損耗。 以台灣智慧建築標章為例，智慧建築標章評估內容在民國92年訂定之「智慧建築標章評估手冊2003年版」，以資訊通訊、安全防災、健康舒適、設備節能、綜合布線、系統整合及設施管理七項指標作為評估內容。 隨後，「智慧建築標章解說與評估手冊2011年版」，將原始之七項評估指標擴充為八項，增設「貼心便利」指標及將原「設備節能」更名為「節能管理」指標，並參考綠建築之作法，將智慧建築標章分為五等級，分別為：合格級、銅級、銀級、黃金級、鑽石級。之後再於105年訂定「智慧建築評估手冊2016年版」，主要將分級方式由指標數改為總分制、調整指標項目、簡化評估內容、鼓勵智慧創新、明確說明各評估項目應檢附之圖說文件與鼓勵項目之計分標準等(表1)。 軟硬兼施滿足節能/安全核心設計要求   台達電子樓宇自動化解決方案事業處資深處長江文興(圖1)表示，智慧建築其實已談論多年，在這幾年之間也有許多試點案例，但並非全面普及。然而，隨著物聯網技術(聯網、感測技術等)逐漸成熟，為智慧樓宇帶來更多的轉變和發展機會，市場也因而逐漸成長。 圖1　台達電子樓宇自動化解決方案事業處資深處長江文興表示，物聯網技術逐發展加快，為智慧樓宇帶來更多機會。 江文興指出，不同的建築物意味著須搭配不同的物聯網技術和智慧化功能，例如醫院、商辦或高級住宅都各有其智慧化需求。然而，在這麼多因素之中，最主要的核心便是能源與安全，使建築物能提供高效能的營運，進而實現更佳的工作、生活環境與舒適度。因此，設備商和系統整合商也是以這兩大方向發展樓宇控制，台達也備有相關軟硬體解決方案。 首先在硬體控制器方面，該公司推出L‑DALI控制器。該產品為多功能裝置，結合燈光控制、遮陽簾控制與BACnet 和DALI(Digital Addressable Lighting Interface)系統的閘道器功能。搭配AST功能(警報、排程、趨勢紀錄)與E-mail通知，讓L‑DALI控制器成為DALI燈光系統的完美解決方案並且平順的整合到BACnet網路。 另外，L‑DALI控制器功能可以使用BACnet/IP或BACnet MS/TP(L‑DALI ME204)連接BACnet網路。也具備透過全域連線執行資料交換、AST(警報、排程、趨勢紀錄)、e-mail通知與完整的L‑WEB整合功能。此外，L‑DALI控制器具備2個Ethernet 連接埠，並內建Ethernet Switch功能。 江文興說明，晶片業者間的競爭，多是比拼誰的晶片運算速度快、能提供更好的效能，而樓宇控制產品也逐漸朝向此一趨勢發展；控制器不僅要更小、更精緻，且還要多功能。同時，還須具有開放式架構(例如開放的通訊協定)，才可更彈性的進行核心設備改造，避免新舊設備無法相容。而有了開放式架構，意味著具有更大的擴充能力和修正彈性，如此一來可降低風險、節省更多成本，這也是樓宇控制產品、設備紛紛朝開放式架構發展的主要因素。 當然，除了高效能的硬體產品之外，軟體管理系統也是不可或缺。台達指出，未來勢將是資訊主宰一切生意，如何有效的使用、分析資訊，將是呈現競爭差異化的最大要素；因此，該公司也提供台達能源在線(Delta Energy Online)為全球化能源管理系統。 據悉，此一系統為設施管理者和業主提供單建物或多建物之能耗數據，以全球/地區/建物等不同層面呈現，並將複雜龐大的原始數據轉換為有價值的分析資訊，自動計算能源績效指標(Energy Performance Index, EnPI)，協助企業辨別重大能耗、找出最佳節能潛力點，搭配量測與驗證(Measurement & Verification)等進階功能，進一步實踐企業在全球各地的節能策略。 此外，該系統具備靈活的系統架構，可兼容於第三方設備和系統，並支援各式感測器及電表，滿足使用者對於不同場域的架設需求，提升主要能耗設備的營運效率，並兼顧使用者的舒適度。藉由分散式安裝的資料收集服務、網頁伺服器和資料庫，使用者可採用網頁化使用介面，隨手連線，即可達到集中式能源管理，不受時間地點所限，實現有效管理與節能的目標。 數位化X能源管理勢在必行　西門子Desigo CC搶市 西門子樓宇科技事業部解決方案與維護事業協理洪泰隆(圖2)則指出，數位化浪潮大幅改變了建築科技領域，讓建築與不同的系統領域結合，並能智慧互連和進行溝通，建築可傳輸能源消耗和维修等訊息的數據。為此，該公司致力於發展數位化的建築科技，將這些數據蒐集和進行分析，轉化為有價值的資訊，協助建築管理者更精準的作出決策；而這些奠基於物聯網的建築科技和解決方案，就會成為建築的中樞系統，賦予建築智慧。 圖2　西門子樓宇科技事業部解決方案與維護事業協理洪泰隆指出，Navigator雲端能源管理平台以雲端為運作基礎，能有效提升建築能效。 像是該公司旗下的Desigo...

為持續推廣智慧創新科技之趨勢與實踐，台北101於2018年10月16日至10月19日舉辦第二屆「智慧趨勢展」與智慧綠建築暨物業應用論壇。西門子2018年再次共襄盛舉，展覽期間於台北101辦公大樓一樓大廳，運用虛擬實境與建築情境模擬，展示西門子數位化建築科技，如何創造智慧完美空間。   物聯網、大數據和雲端運算等科技加速產業數位轉型，開啟各領域多元發展。數位化的建築科技革新了建築從規劃、建造到行銷和營運的過程，使用者與建築的關係、與空間互動的方式，對全球建築產業的成長與數位化發展帶來卓越貢獻。   台灣西門子總裁暨執行長艾偉(Erdal Elver)表示，在對環保永續並為社會創造價值方面，台北101是全球最高綠建築的新典範且是所有企業經營管理的典範。西門子長期策略化布局，強化數位化科技和產品組合，在數位建築科技方面已具備領先的技術實力和創新，西門子期許持續透過數位科技，協助台北101智慧升級與環保永續。   西門子於「台北101智慧趨勢展」透過高級商辦空間虛擬實境、模擬建築物內子系統的操作與互動，以及如何透過智慧建築管理平台Desigo CC與建築資訊模型BIM整合提高建築運作與維護效率，讓參觀者親身體驗數位化建築科技。

你知道Ｗi-Fi也能測心跳嗎？由於雷達技術的不斷推陳出新，中山大學電機工程學系已研發出結合雷達與Wi-Fi的方式，偵測心跳、呼吸、人體動作來做為新型蒐集數據資料的裝置，滿足智慧城市與智慧建築相關應用。 中山大學電機工程學系特聘教授洪子聖表示，雷達的運作方式，就是偵測發射與接收電磁波往返的訊號。而中山大學所研發出的無線雷達感測技術，就是透過都卜勒偵測器解調出Wi-Fi發射與反彈回來的訊號內容，提供人體狀況或行為的相關資訊。 洪子聖談到，由於Wi-Fi目前的普及率非常高，已廣泛滲透於生活之中，若結合此無線雷達感測技術，就能在無須增添額外設備成本的狀況下，透過一台Wi-Fi AP滿足心跳、呼吸與人體動作辨識的功能。此外，Wi-Fi本身就是直接上網的工具，可立即將蒐集而來的數據發送到雲端或周邊設備。假使將該技術導入辦公室Wi-Fi AP之中，不僅能隨時掌握員工的身體狀況，亦可隨時偵測出員工進出辦公室狀況，自動化開關空調系統控管能源。 洪子聖指出，此技術最大挑戰在於降低訊號干擾與提升靈敏度問題，而這項難題須仰賴新的物理機制才能解決。該學校所研發的無線雷達感測採用的是「注入鎖定」(Injection Locking)物理機制，由於振盪器會隨著人體移動的不同調整頻率，因此透過都卜勒偵測器解調偵測振盪器頻率變化，從而獲知偵測物的相關訊息。 事實上，不僅是Wi-Fi技術，未來蜂巢式聯網技術亦有機會結合雷達實現人體偵測相關應用。洪子聖透露，該技術目前還在研發階段，感測的範圍約1公尺左右，但已有相關實際案例導入，吸引許多廠商關注，其中包含三星與亞迪電子等公司。