本文定義了智能樓宇這一術語，討論了當今影響智能樓宇發展的驅動因素，并解釋如何利用新的以太網技術將現有建筑改造為智能樓宇。

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，采用協調的方式有效管理資源，盡可能提高技術性能、提升投資收益、降低運營成本和增強靈活性。

您可能聽說過“聰明反被聰明誤”這句話，但是否聽說過“智慧反被智慧誤”？這是因為聰明與智慧之間有明顯的區別。我最喜歡的一句話是：“聰明人會說話，智者善于傾聽。”同樣，“聰明”樓宇和智能樓宇之間的區別是，在“聰明”樓宇中，用戶將對系統進行設置，使其以最符合用戶意愿的方式運行。然而，智能樓宇具有適當的傳感和處理能力，可以自行感知環境，然后自我設置，根據自己的判斷正確行事。為了實現這一目標，建筑必須具備相關傳感能力，以便在必要時獲取盡可能多的外部環境信息，并通過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”中利用機器學習算法處理這些信息，最終決定采取相應行動。然后，此行動必須通過相同的通信途徑傳達給各相關系統，以便執行。

智能樓宇的發展現狀

如果您不幸迷失在荒野中或被困于孤島，那么所謂的數字“3”法則將決定您能否幸存下來。根據這條法則，要想活下去，您必須做到3個小時找到棲身之處，3天找到飲用水，3周找到食物，否則將會面對死神降臨。在那種情況下，棲身之處是生存的首要條件；雖然我們目前可能不至于在荒野中迷失，但了解如何通過轉向智能樓宇來滿足我們的居住需求，這對于地球和人類的未來而言至關重要。通過數字化進程，我們可以把新建筑或現有建筑智能化。這個過程將影響建筑運行和維護的因素轉化為數字信號，以便實時測量并傳回建筑的“大腦”進行分析，并加以管理。如何實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，這是確保人類減少未來碳足跡的關鍵。我們在討論智能樓宇的未來時，需要考慮四大關鍵領域：

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，并且環境設計有助于改善其情緒和生活質量，工作效率將會隨之提高。1 在新冠后疫情時代，隨著各行各業返工復產，這一點顯得尤為重要。

可持續性：空間利用率是否達到了減少碳足跡的要求？這一主題不僅通過節省能源開銷和減少維護成本來改善樓宇業主的生活，而且還會為更多的人帶來環境、經濟和社會效益。

高彈性：空間設計是否考慮到未來需求，并經得起時間的考驗？今天的建筑是為了持續150年或更長時間而建造。我們不知道未來會出現什么創新或技術，但我們可以做好規劃，讓建筑的信息技術(IT)和運營技術(OT)基礎設施能夠應對未來的預期數據流量，隨著更多的系統開始上線并使用IP地址時，流量必然大幅上漲。

經濟效益：如果沒有適當的財政激勵，實施變革將困難重重。金錢就是價值，通過使建筑物智能化，我們就能獲取價值。然而，在收獲成果之前，我們首先要投入資本。需要創新的融資模式幫助樓宇業主將其建筑升級為智能樓宇。

以上四個方面可以通過樓宇自動化來實現。如今，樓宇自動化在很大程度上基于封閉和孤立的系統，在不影響或驅動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。

在接下來的章節中，我們將討論推動建筑向智能樓宇轉變的主要宏觀趨勢，以及投資智能樓宇技術帶來的關鍵優勢。

為什么我們需要智能樓宇？

它大致勾勒出驅動智能樓宇需求的現代生態系統。首先，我們從全球宏觀趨勢開始，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。人們為了追求更美好的生活而遷移到城市。城市提供就業前景，以及更好地獲得商品、服務、醫療保健和教育的機會。人口增長也促進了城市化；據估計，到2050年，超過65%的全球人口將生活在城鎮環境中。據預測，到2060年，全球建筑樓層面積將翻一倍；這相當于在40年的每個月世界都增加一個紐約。

氣候變化指的是全球或區域氣候模式改變，特別是自20世紀中后期開始的顯著變化，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。4 近年來，建筑能耗以及相應的二氧化碳排放幾乎沒有放緩；這表明，隨著越來越多的建筑即將投入使用，除非能源效率提高，否則建筑對環境的影響只會日益惡化。

許多有影響力的智庫（如聯合國環境規劃署和世界銀行）目前都在關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，加強對舊建筑進行改造，以滿足當前歐盟的可持續發展標準。

為了履行應對氣候變化的義務，各國政府已經開始實施這些智庫建議的政策。作為“綠色協議”政策的一部分，歐盟目前正在為一個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推動類似的舉措。

政府政策和建筑法規推動了能源效率的改善，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為建筑的盈利潛力帶來了巨大的附加價值。LEED、BREEAM和EDGE都是眾所周知的綠色證書，而中國的本土認證正在加快推進步伐。智能樓宇認證仍是新鮮事物，但隨著TIA和UL共同組成SPIRE這一機構，認證也將變得更加流行。

從經濟角度看，這些對建筑的潛在改進為更健康、更環保和更智能的建筑創造了附加價值。研究表明，倫敦經過認證的建筑相對于同一地區未經認證的建筑，租金和售價高出4%。

從全球事件到全球經濟，建筑的形態正在發生變化，主要的樓宇自動化公司注意到了這一點。我們注意到，公司在報告季度收入的同時，也報告了公司為客戶減少的二氧化碳排放量達百萬噸級，同時強調要建造更環保、更健康的建筑。樓宇自動化公司通過大規模的建筑數字化和系統數字化實現減排，將智能技術擴展到邊緣節點，收集更多智能數據，并在多個建筑系統中提供更多可行洞察，允許微調和優化每座建筑物性能，以確保盡可能提高能源效率和可持續性。

如何實現智能樓宇

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的互不相連的特定子系統，即照明、HVAC、門禁等。要使這些建筑智能化，并不是簡單地推倒重來，然后安裝全新的基礎設施。因為這樣做，成本會非常驚人。建筑改造市場有賴于半導體行業提供技術，以促成現有基礎設施數字化，并連接各個分離的建筑系統。圖2是一個很好的例子，充分說明如何利用多種技術和通信協議將傳統的BMS系統改造為智能樓宇。

以太網是一種常見協議，它通過高數據率助力我們的日常生活和業務，但在支持的距離和拓撲結構方面能力有限。如果我們能在簡單的電纜上運行以太網和IP，比如使用支持1公里距離的單條雙絞線，結果會怎樣？這將提供從云端到邊緣節點的全程無縫連接，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，可能會收集數據，但無法采取行動，也不能產生有價值的洞察。

10BASE-T1L是實現邊緣連接的一項關鍵技術；該協議支持從云端一直到邊緣節點的無縫連接，支持可尋址的IP邊緣節點，從而允許從任何地方進行實時可操作控制。當網絡簡化了，安裝和維護也隨之簡化，我們將能夠輕松匯總和解讀數據，通過如此強大的無縫控制降低擁有成本。在那些過去可能只具備簡單模擬傳感功能的地方，我們現在可以增添智能。通過數字化邊緣以及生成更多的智能數據，我們可以使整個建筑實現數字化。

2019年，10BASE-T1L經IEEE批準成為802.3cg標準。ADI是該委員會的成員，在推動這一新標準方面發揮了重要影響力。該標準的關鍵要素是通過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，支持的傳輸距離為1公里。值得注意的是，在建筑物內部進行改造時，可以使用現有的雙絞線電纜。

與某些現有基礎設施（如RS-485）相比，我們可以看到一些切實有效的改進。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支持無限的數據節點，而RS-485限于256個。10BASE-T1L的一個核心優勢是通過相同的單條雙絞線提供高達52 W電源，與POE（以太網供電）類似，而RS-485僅限于所謂的工程電源。

然而，我們都知道，RS-485在樓宇自動化中對于特定用例仍然占有一席之地。我們也明白，樓宇不會在一夜之間全面完成數字化轉型，所以在可預見的未來，10BASE-T1L需要與現有系統一起共存協作。在這里，我們可以看到10BASE-T1L提供可延伸到邊緣的無縫IP連接，并與RS-485以及通過軟件配置的IO協作，為傳統架構服務。

雖然該標準提供了確保達到1公里距離的指導原則，但對使用其他類型的電纜沒有做出任何限制，而這些電纜可能無法達到全距離要求。該標準允許采用屏蔽和非屏蔽電纜，這意味著在大多數情況下，我們可以改造現有的布線系統。如果能在1公里布線系統中明確指出問題所在，將具有明顯優勢。任何BMS系統運營商都很清楚，安裝、調試和維護一個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、鏈路質量以及布線安裝和維護過程進行測試。

結論

在我們居住的這個星球上，全球變暖已經導致多個物種滅絕，因此，推行智能化建筑對于減少過量碳排放意義重大。如果我們不小心應對，那么下一個面臨生存危機的物種可能就是我們自己。7 智能BMS提供所需的相關數據，幫助我們就以下方面做出決策：可持續性和效率、通信、樓宇控制和自動化、勞動力健康和安全以及安保。這反過來提高了建筑市場的健康和安全水平、可持續性、彈性和經濟效益。

審核編輯：郭婷