通過智能和高效的建筑為城市賦能

要了解建筑如何為城市做出貢獻，就必須考慮城市中的各種利益相關(guān)者，包括居民、地方政府、能源供應(yīng)商以及汽車和路燈等物體。

通過規(guī)劃每個利益相關(guān)者的需求和能力，可以確定潛在的合作，例如交換數(shù)據(jù)和能源和停車位等物理資源。

建筑是自然生態(tài)系統(tǒng)的一部分

一般的商業(yè)建筑需要能源、水、環(huán)境數(shù)據(jù)和維護。同時，借助智能建筑技術(shù)，可以提供來自傳感器和電動汽車充電站、停車位等設(shè)備和資源的數(shù)據(jù)。

通過規(guī)劃其他利益相關(guān)者(如地方政府和能源網(wǎng)絡(luò))的需求和能力，合作的潛力變得更加清晰。

智慧城市背景下的智能建筑示例

什么是智能建筑?

智能建筑是一種利用先進技術(shù)優(yōu)化其運營并改善居住者體驗的結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)包括使用物聯(lián)網(wǎng)(IoT)傳感器、樓宇管理系統(tǒng)和數(shù)字孿生等等。這些技術(shù)協(xié)同工作，幫助建筑有效地利用能源、水和照明等資源，同時也為居住者保持安全舒適的環(huán)境。

現(xiàn)實世界的智慧城市應(yīng)用

智能建筑通過優(yōu)化資源使用和改善居住者的體驗，在智慧城市的運作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

智慧城市應(yīng)用的一個例子是建筑和汽車的集成。建筑物可以在其停車位或可用的電動汽車(EV)充電器中提供額外容量供車輛使用。同時，汽車可以與附近的建筑物共享外部溫度、雨量檢測和空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)，以優(yōu)化其運行。

建筑物之間的資源和知識共享

另一個例子是相鄰建筑之間的資源和知識共享。例如，一座建筑中由太陽能電池板產(chǎn)生的多余電能可以轉(zhuǎn)移到附近的建筑或返回到當?shù)仉娋W(wǎng)或儲能系統(tǒng)。

通用和特定數(shù)據(jù)也可以共享，例如許多設(shè)施用于其加熱和冷卻控制算法的外部溫度傳感器值。例如，通過將該建筑物的本地傳感器值與鄰近建筑物或同一位置附近汽車中的類似傳感器進行比較，可以更容易地檢測到該傳感器可能存在的問題，并且可以將不正確的值替換為鄰近建筑物中傳感器的平均值，直到問題得到解決。從而避免不必要的能源消耗和居住者的不適。

城市利益相關(guān)者之間的協(xié)作與協(xié)調(diào):利用智能建筑的互聯(lián)性

交換數(shù)據(jù)還可以幫助建筑展示“社會行為”，尤其是在與其他城市利益相關(guān)者共享資源時。例如，如果一個區(qū)域供熱廠為一個有許多建筑物的地區(qū)供暖，其中一個是“高優(yōu)先級”建筑，例如醫(yī)院，那么連接到同一供熱網(wǎng)絡(luò)的其他建筑物可以自動降低自己的熱用水量——如果醫(yī)院急需的話。這可以應(yīng)用于醫(yī)院設(shè)備、區(qū)域供熱站設(shè)備故障的情況下，或者如果有更普遍的危機要求優(yōu)先考慮某些建筑而不是其他建筑，比如能源危機或自然災害。

這些示例要求建筑物以標準化的方式表達需求、提供城市級服務(wù)并交換數(shù)據(jù)，以標準化方式組織、溝通并與其他城市利益相關(guān)者保持一致。

提高建筑智能，共創(chuàng)美好未來

提高建筑智能化勢在必行

目前的建筑狀態(tài)，尤其是較新的建筑，它們的系統(tǒng)可能是內(nèi)部連接的，但無法充分利用智能建筑技術(shù)的潛力，從宏觀城市層面來看，它們?nèi)匀惶幱谧约旱墓聧u中。

盡管建筑物有一套標準化的通信協(xié)議，但它們主要是為系統(tǒng)集成商和專家設(shè)計的，以便在建筑物的施工階段連接不同的系統(tǒng)，特別是在供暖、通風、空調(diào)、照明、門禁和火災報警等領(lǐng)域。這些協(xié)議能夠在本地化級別上為特定目的交換精確的數(shù)據(jù)，但在整個運行階段不用于與建筑物外部的第三方系統(tǒng)通信。

因此，這些建筑缺乏必要的“溝通技能”，無法在更抽象的層面上與其他城市利益相關(guān)者交換信息和協(xié)作。

這就造成了智能建筑技術(shù)的能力與建筑本身的當前狀態(tài)之間的脫節(jié)。建筑內(nèi)外系統(tǒng)之間缺乏開放性和互操作性，限制了智能建筑技術(shù)在更有效地利用資源，以及改善建筑和城市居住者體驗方面的潛力。從本質(zhì)上講，相互連接的建筑將提高效率和利用率。

增強建筑智能:數(shù)據(jù)洞察和通信策略

通用語言和語義的重要性

涉及多個城市利益相關(guān)者的場景需要互操作性和開放性。從技術(shù)角度來看，所有參與者必須使用相同的語言，并擁有相同的一組通信技能和數(shù)據(jù)格式，同時，他們不應(yīng)該為了實現(xiàn)某個用例而需要了解每個參與者的所有細節(jié)。

建筑物不必瀏覽不同系統(tǒng)的復雜性以及汽車、路燈或其他建筑物的所有技術(shù)細節(jié)來獲取所需的數(shù)據(jù)。相反，它應(yīng)該能夠提出一般性查詢，比如“誰可以為我提供某個位置的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)?”或者宣布其“需要”更多的熱水，并得到回應(yīng)。

為此，它需要一種事物及其關(guān)系(語義)的通用語言，以及一種理解其他參與者的需求和服務(wù)的方法。

智能建筑中對抽象層的需求

這就是為什么明確需要在這些利益相關(guān)者中的大量技術(shù)之上設(shè)置抽象層的原因。對于建筑而言，使用語義建模和基于開放標準構(gòu)建的建筑操作系統(tǒng)(BOS)可以幫助實現(xiàn)這一目標。

目前的語義建模項目包括:

房地產(chǎn)核心

干草堆計劃

磚架構(gòu)

用例:減少能源消耗、空氣污染和交通擁堵

為了使抽象層更清晰，讓我們關(guān)注一個潛在的用例。可以說，減少汽車造成的能源消耗、空氣污染和交通擁堵符合城市的利益。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，汽車在街道上保持流動并導致這些問題的一個原因是缺乏停車位，這導致司機在尋找停車位時以較低的速度行駛更長的時間。

與此同時，其他建筑物的停車位在一天中的不同時間可能會有額外的容量。例如，辦公樓的車庫在高峰時段可能會有相當大的閑置容量，因為許多員工都在家辦公。

下班后，整個車庫可能是空的，可以用來為居住在附近的人停放汽車或自行車。這也適用于晚上沒有車庫的零售店或工作日沒有車位的房子。其中一些車庫甚至可能有電動汽車充電器，大部分時間都處于空閑狀態(tài)。想象一下，若車能告知去哪里可以得到一個免費的停車位。

免費停車位的困境:解決方案是什么?

有一家雄心勃勃的X企業(yè)，想成為停車位領(lǐng)域的Airbnb，讓任何人都可以在網(wǎng)上提供停車位。那，如何確定免費停車位的可用性和數(shù)量，以及如何與外界溝通?

對于只有一個停車位的房主來說，答案可能很簡單，因為這可以在X企業(yè)開發(fā)的“應(yīng)用程序”上手動完成，設(shè)置車庫的GPS位置，并在應(yīng)用程序中手動設(shè)置停車位為“可用”，當車位不被使用時。

對于零售商店或辦公樓的企業(yè)主而言，可能有很大比例的停車位是空置的，因此需要更自動化的方法。辦公樓可能有一個地下車庫，業(yè)主或運營商可以選擇為每個停車位安裝單獨的傳感器。相比之下，零售店可能有一個配備單攝像頭系統(tǒng)的室外停車場，可以從流媒體視頻中檢測出空置停車位的數(shù)量和位置。

可擴展性在智能建筑連接中的重要性

對于X企業(yè)來說，要實現(xiàn)可擴展性，其技術(shù)(例如用于停車管理的“應(yīng)用程序”)應(yīng)該具有適應(yīng)性，并且可以輕松地集成到各種建筑物中，而無需考慮使用的具體停車技術(shù)。如果該企業(yè)必須手動調(diào)查每棟建筑中停車技術(shù)的可用性，然后將每臺設(shè)備的必要數(shù)據(jù)連接到其應(yīng)用程序中使用，那么與每棟建筑的連接將成為一個獨特的項目。而由于時間和成本的限制，該企業(yè)及其應(yīng)用程序很難規(guī)?；⒊蔀橹髁骱瞳@得廣泛采用。

在房地產(chǎn)行業(yè)，目前就是這種情況。X企業(yè)將不得不單獨連接到每一棟建筑，并適應(yīng)可用的技術(shù)，這限制了其可擴展性和成功。

為了實現(xiàn)可擴展性，x企業(yè)需要在其應(yīng)用程序和建筑物之間建立一個標準化的獨立抽象層，以使其解決方案能夠與各種建筑物中可用的不同停車技術(shù)無縫交互。

智能建筑技術(shù)使城市更宜居

如果X企業(yè)的停車應(yīng)用程序不受適應(yīng)性和集成到每棟建筑的需求的限制，那么該企業(yè)就可以將精力集中在其他創(chuàng)新領(lǐng)域。這可能包括在不同時間和地點停車的成本，平衡可供公眾使用的停車位數(shù)量與為建筑物居住者和游客保留的停車位數(shù)量，增加電動汽車(EV)和電動自行車充電等額外服務(wù)，增強整體用戶體驗，實現(xiàn)在線支付和其他功能。

反過來，這將吸引更多的建筑業(yè)主，增加采用率，并使所有相關(guān)者受益。

在智能建筑設(shè)計中利用用戶友好的技術(shù)

創(chuàng)造無縫體驗:將用戶友好的設(shè)計原則應(yīng)用于智能建筑

如果將建筑和手機或筆記本電腦進行比較，可能會想，為什么應(yīng)用程序可以在筆記本電腦和手機上無縫運行，即使它們可能有不同的硬件組件，比如不同的處理器、不同的攝像頭、不同的音箱和語音?

簡而言之，筆記本電腦或手機上的操作系統(tǒng)會處理這些臟活累活，而不是應(yīng)用程序本身。操作系統(tǒng)的目標之一是將應(yīng)用程序與硬件功能連接起來，而不需要軟件公司為所有可能的硬件組合定制應(yīng)用程序，并為每種類型的硬件包含特定的代碼。例如，這就是為什么插入筆記本電腦的任何鼠標都可以在運行的任何應(yīng)用程序中正常工作，而無需思考的原因。

具有操作系統(tǒng)的建筑物

按照這個例子，如果建筑具有操作系統(tǒng)，X企業(yè)將不必直接處理建筑中可用的硬件，而是將操作系統(tǒng)作為中間的抽象層，從而使該應(yīng)用程序在具有相同BOS(建筑操作系統(tǒng))的大樓之間實現(xiàn)無縫可移植性。

然而，BOS的一個重要方面是其必須建立在真正的開放標準之上。否則，我們最終會遇到相同的供應(yīng)商鎖定的老問題。如果市場上有很多供應(yīng)商，都有自己專有的做事方式，那么X企業(yè)將不得不為每個BOS重新編寫其應(yīng)用程序，并且隨著每個BOS應(yīng)用程序成為其自己的開發(fā)項目而遇到可擴展性問題。

釋放商業(yè)潛力:為房地產(chǎn)業(yè)主和應(yīng)用開發(fā)商提供智能建筑機會

經(jīng)過一些努力，從技術(shù)角度來看，上述所有建議的示例都是可行的，但為什么房地產(chǎn)業(yè)主或運營商無論如何都要投資這些技術(shù)呢?

房地產(chǎn)業(yè)主和應(yīng)用開發(fā)商能否從這些投資和努力中獲利?簡短的回答是肯定的。有些事情可以在短期內(nèi)完成，有些則需要中長期。我們只是需要在“如何”這部分更有創(chuàng)意。

智能建筑技術(shù)在許多領(lǐng)域都對房地產(chǎn)業(yè)主和運營商具有吸引力。這包括：

減少能源消耗

遵守ESG(環(huán)境，社會和治理)法規(guī)

降低運營和維護成本

提高居住者和員工的生產(chǎn)力

為房地產(chǎn)業(yè)主爭取更高的租金

創(chuàng)造新的收入來源

通過專門的建筑應(yīng)用程序直接盈利

想象一個生態(tài)系統(tǒng)，里面有不同的專業(yè)應(yīng)用程序，可以在建筑上運行，實現(xiàn)直接盈利。例如，建筑可以參與容量市場，在幫助電網(wǎng)運營商平衡網(wǎng)絡(luò)的同時節(jié)省/賺錢。專門用于能源優(yōu)化算法的應(yīng)用程序可以更高效地運行建筑物的設(shè)備。例如，暖通空調(diào)設(shè)備可以受益于溫度設(shè)定值的智能重置，以避免加熱/冷卻過度，基于天氣數(shù)據(jù)的智能調(diào)度，以及類似的算法。應(yīng)用程序也可以是垂直特定的，比如酒店的客人體驗應(yīng)用程序或辦公室的員工體驗應(yīng)用程序。

應(yīng)用開發(fā)商可以一次性收費或通過SaaS(軟件即服務(wù))模式銷售這些應(yīng)用程序。房地產(chǎn)業(yè)主和運營商可以通過在這些應(yīng)用程序上獲得的直接收益來變現(xiàn)，比如節(jié)省能源和運營成本，或者創(chuàng)造新的收入流，就像停車應(yīng)用程序的例子一樣。

利用數(shù)據(jù)優(yōu)化建筑性能和收入流

另一種可能的數(shù)據(jù)變現(xiàn)方式，雖然更具前瞻性，但是在數(shù)據(jù)市場上出售或交換匿名建筑數(shù)據(jù)。如今已經(jīng)有了數(shù)據(jù)市場，有些甚至專門從事物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。這還需要一個應(yīng)用程序在BOS上運行，以便為對此數(shù)據(jù)感興趣的各方提供不同的目的。例如，暖通空調(diào)設(shè)備(鍋爐、冷水機組等)的制造商可能有興趣了解其設(shè)備在實時生活場景中的使用情況。這些數(shù)據(jù)可以用來告知他們的產(chǎn)品線，并更好地滿足客戶的需求。這已經(jīng)在現(xiàn)今實現(xiàn)了。一個例子是機器人吸塵器，在征得客戶同意的情況下，機器人正在共享地圖數(shù)據(jù)。這導致了更好的創(chuàng)新，因為大數(shù)據(jù)的可用性關(guān)于產(chǎn)品如何被使用的大數(shù)據(jù)。

利用建筑數(shù)據(jù)增強業(yè)務(wù)

建筑數(shù)據(jù)還可以通過了解現(xiàn)實生活中而非受控工廠環(huán)境中設(shè)備故障的原因來提高產(chǎn)品質(zhì)量。機器學習和人工智能專家還可以將建筑數(shù)據(jù)用作算法的訓練數(shù)據(jù)集，如能源優(yōu)化算法、預測性維護、傳感器和數(shù)據(jù)點分類。火災報警系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)可以幫助建筑規(guī)劃者了解火災是如何蔓延，以及如何改進新的建筑設(shè)計以創(chuàng)建更好的安全系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)變現(xiàn)不一定是直接的，比如賣數(shù)據(jù)賺錢，而是用服務(wù)來交換。例如，能耗優(yōu)化企業(yè)可以提供免費的應(yīng)用程序?qū)?，收集建筑?shù)據(jù)并與感興趣的企業(yè)共享，以換取智能優(yōu)化算法。這些企業(yè)可能會以直接銷售或EPC（能源績效合同）等商業(yè)模式的方式提供更節(jié)能的設(shè)備，他們可以用更新的、更高效的設(shè)備替換舊的、效率低的設(shè)備，以換取部分的節(jié)省。

優(yōu)化和節(jié)能對環(huán)境更有利

這是建筑業(yè)主在節(jié)能方面的勝利，另一方面，它為這些企業(yè)提供了可靠的數(shù)據(jù)，以鎖定可以從此類設(shè)備更改中受益的客戶，而無需花費昂貴的現(xiàn)場訪問或自行收集和分析數(shù)據(jù)，只是為了證明是否有節(jié)能潛力，這大大降低了此類商業(yè)模式的風險。

建立數(shù)據(jù)共享和服務(wù)交流機會

當然，這些只是使用建筑物中孤立的數(shù)據(jù)和容量，并與城市中的其他利益相關(guān)者共享以獲取利潤的許多可能場景的示例。每個用例必須通過市場力量來證明其有用性和可取性。最重要的是，擁有一種標準化的與建筑物溝通的方式，可以鼓勵企業(yè)更加雄心勃勃。這反過來又會激勵軟件企業(yè)投資開發(fā)新的應(yīng)用程序，并促使業(yè)主/運營商投資建筑技術(shù)。

遠離直接的商業(yè)變現(xiàn)，且從長遠來看，政府可能會為更多的“數(shù)字化”建筑提供補貼或稅收優(yōu)惠，這可以滿足某些標準，如共享某些數(shù)據(jù)的能力或提供不同類型的服務(wù)，如停車位、電動汽車充電器，以及按需降低能源消耗的能力，積極地為實現(xiàn)城市或國家更廣泛的ESG(環(huán)境、社會和治理)目標做出積極貢獻。要實現(xiàn)ESG和可持續(xù)發(fā)展議程，必須對這些活動進行分類，并與其他倡議保持一致。歐洲的一個例子是歐盟可持續(xù)活動分類法。“數(shù)字建筑”認證方案也可能是必要的，遵循諸如LEED(能源與環(huán)境設(shè)計領(lǐng)導力)或BREEAM(建筑研究機構(gòu)環(huán)境評估方法)等證書的例子，但更側(cè)重于設(shè)計和功能的“數(shù)字”方面。

建筑操作系統(tǒng)和語義建模:實現(xiàn)智能建筑的未來

建筑物內(nèi)的抽象問題正在通過語義建模計劃來解決，例如RealEstateCore和Brick Schema，它們正在建筑操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序中實施。這種語義建模實現(xiàn)了一種透明和標準化的方式，來描述建筑的空間、設(shè)備、傳感器和利益相關(guān)者。與幾年前相比，這是一個巨大的進步。然而，僅靠語義建模，主要是在專注于建筑物的內(nèi)部操作時，還不足以了解智慧城市的全局。

這些計劃和標準的以下步驟是為了擴大這些工作，以與在城市級模型和規(guī)范工作的其他小組保持一致，如ETSI NGSI-LD規(guī)范，以匹配這些標準中的通用公共定義。

第二步，同樣與其他標準化小組保持一致，將添加定義和分類的服務(wù)和建筑物內(nèi)可能從外部世界看到的需求，以幫助從建筑物的微觀層面轉(zhuǎn)移到城市的宏觀層面。當然，這應(yīng)該包括在這些計劃和BOSs中的標準化標簽、本體和API中。

這將使建筑物能夠與其他城市利益相關(guān)者無縫通信，并有助于驗證特定應(yīng)用程序是否適用于特定建筑物。定義建筑配置文件，其中每個配置文件定義了建筑的一組服務(wù)和需求，可以進一步加強這一點，并作為“數(shù)字化就緒”認證計劃的基礎(chǔ)。

未來展望:智能商業(yè)建筑的演變

關(guān)于智慧城市的樣子和運作方式，人們有各種各樣的想法和愿景。然而，現(xiàn)實是智能建筑是任何智慧城市愿景的重要組成部分。智慧城市依賴于智能建筑，這些建筑通常是自動化的，但不了解自身或周圍環(huán)境的能力和需求。建筑服務(wù)于非常廣泛的功能和行業(yè)，如酒店、醫(yī)療保健、零售、辦公室、住宅等，為了使智能建筑成為現(xiàn)實，既需要標準化建筑內(nèi)的數(shù)據(jù)，也需要標準化其與外部世界的通信方式，并為每個建筑的獨特挑戰(zhàn)和機遇定制體驗。

通過RealEstateCore、Brick Schema、Haystack和ETSI NGSI-LD規(guī)范集等舉措，標準化部分已經(jīng)在進行中，但仍需要跨領(lǐng)域進行協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)智慧城市的更大圖景。

定制部分可以通過用戶友好和蓬勃發(fā)展的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序生態(tài)系統(tǒng)來解決，從而降低軟件企業(yè)參與智能建筑和智慧城市市場的進入門檻。這將允許業(yè)主或運營商靈活地選擇功能和應(yīng)用程序，以鏈接或下載到他們的建筑操作系統(tǒng)，就像他們使用智能手機一樣容易。