Future Smart Buildings 未來智慧建築

IDVIEW 最佳工地管理解決方案

CTCI GISB 目的在成為「一流的智慧解決方案和服務提供商」，以其先進的技術和創新的思維，為全球客戶提供客製化的智慧解決方案。本文將展示智慧建築的現狀和發展，然後以 CTCI 第二總部為例，以人與環境、設施交互的智慧建築為例，開創建築施工智慧化創新的新範式。

智慧建築的發展

隨著時間的推移和科技的發展，人類對地球資源的過度消耗導致了氣候和環境的變化。隨著國際環保浪潮的興起，永續發展的概念應運而生。1984年，世界上第一座智慧建築「城市廣場」在美國哈特福德創建，「智慧建築」的概念逐漸傳遍全球。

智慧建築的興起，與建築機電、通訊設備的自動化控制和智慧化密切相關。隨著資訊和通信技術（ICT）的不斷發展，智慧建築出現了新的詮釋，主要分為三個階段：

1.自動化

在開發初期，5A小電流系統（通信自動化-CA、建築自動化 - BA、辦公自動化 - OA、家庭自動化 - HA和安全自動化 - SA）是自動化的一部分。這些是單獨的系統，而不是智慧建築中的整合系統。

2.資訊化

隨著網路的普及，建築資訊化應運而生。2000年後，不僅智慧建築的規範逐步完善，系統整合技術也日趨成熟。尤其是 2010 年，以資訊整合化、平台化為特徵的網路和資訊技術的實施，給智慧建築帶來了巨大的衝擊。

3、智慧化

隨著智慧城市的興起，智慧建築內部和建築物之間的資訊交換與共享，正變得更加人性化和智慧化。在此前提下，5A 小電流系統與物業管理（PM）形成所謂的建築管理系統（BMS），是智慧建築安全有效管理，不可或缺的整合系統。發展智慧建築的關鍵技術，包括物聯網、BIM、大數據、人工智慧、5G和雲/邊緣運算。這些共同為智慧建築提供了無限的可能性。

智慧建築的演變

智慧建築的技術演進

物聯網

1. 物聯網

物聯網或物聯網使物對物，和物對人的通信成為可能。它具有三個特點：全面感知、可靠傳輸和智慧處理。隨著技術的發展，物聯網已經在智慧建築中實施。主要趨勢如下：

(1) 開放式架構
物聯網必須能夠在物與物，以及物與人之間進行無縫通信。在這樣的應用場景中，需要一個開放的架構，來簡化不同系統的介面和通信協議。基於 IP 的物聯網架構，是未來的趨勢。以飛利浦 Hue 智慧家庭照明為例。它使用乙太網電纜為照明設備供電和監控，從而簡化了介面並提高了佈線效率。此外，它整合了通信協議以連接不同的系統，而無需使用閘道器。這降低了成本並提高了系統通信的效率。因此，介面簡化和通信協議整合，將是開放物聯網架構的未來趨勢。目前，主要接口是乙太網電纜（Cat-5e/6/6a）、雙絞線、和光纖；主要的通信協議是 Modbus、BACNet 和 TCP/IP。

(2) 感知密度增加
隨著智慧建築的人工智慧越來越多，需要建立一個龐大而多樣的數據庫，作為分析決策的基石，以實現節能效益和服務人性化的目的，如預維護服務、態勢感知服務等。感測器的安裝密度也將是未來的趨勢。環境感測器網路密度增加後，累積的大量數據可以完善數據庫，使系統做出更可靠的決策。例如，用戶將能夠透過行動應用 app，更靈活地監控不同區域的照明和空調系統，從而更好地控制建築環境，使設備能夠以最佳水準運行。

(3) 人工智慧物聯網
連接設備的探索性成長，將大大增加傳輸的數據量，這將影響網路品質。 AIoT（AI+IoT），顧名思義，就是 AI 技術與物聯網在實際應用中的結合，不同於傳統的雲端 AI 應用，讓你進行機器學習，或 AI 運算在物聯網設備上，無需將數據返回到雲端。物聯網感測器流數據，可直接應用於機器學習模型推理；即使在斷網的情況下，系統也能正常運行。在數據安全、網路頻寬、通信延遲等條件下，將運算任務轉移到終端設備，或就近的網路設備，將有效提高網路品質。

2. 行動互聯技術

透過通信技術，用戶可以使用手機、平板電腦等便攜式行動終端，透過行動網路（3G、4G、5G）或 WiFi 熱點連接到物聯網。以類似的方式，寬頻網路 IP 可用於語音、數據和多媒體服務的開放式電信網路。因此，智慧建築利用行動網路技術，將建築內的系統和人進行互聯，實現人機協同。

(1) 低功耗廣域網
無線通信技術在過去的 20 年裡發展迅速，從手機的誕生，到現在許多網路提供商都在考慮的 5G 行動通信。隨著 5G 技術的成熟，許多低功耗廣域網 (LPWAN) 技術已經被提出，包括使用許可頻段的 NB-IoT（窄頻物聯網）、LTE-M（長期演進機器類型通信）和 LoRa（遠端)、Sigfox 等，它們使用未經許可的頻段。 LPWAN技術具有以下優勢：


．延長電池壽命，降低維護成本：LPWAN 技術以低傳輸、低功耗為前提。大多數設備使用電池作為主要電源，電池能量至少可以維持 10 年。這不僅節省了能源，還降低了設備維護成本。

．覆蓋廣：使用的頻段主要是 Sub-1G，在低頻特性下具有較好的繞射能力和較低的路徑損耗，適合遠距離傳輸，因此覆蓋範圍廣。

(2) 5G
5G 是從成熟的 4G 通信技術，衍生出來的下一代通信技術。應用包括：物聯網、自動駕駛、智慧城市、智慧工廠、AR/VR。5G 標準已於 2020 年完成。目前的共識是 5G 至少要滿足幾個能力：10Gbps 以上的數據傳輸速率、大規模連接和感測器網路佈署，在頻譜效率、覆蓋範圍上遠優於 4G 和低延遲。其三大應用場景如下：

．增強的行動寬頻：專注於寬頻傳輸速度，以人為中心的使用案例的更高速度，為用戶提供無縫的沉浸式體驗，例如觀看超高清（4K/8K）影像或 VR/AR 應用。

．海量機器類通信：5G 技術提供了連接密度，可以互連海量需要廣覆蓋、低功耗、低傳輸速度、低時延要求的設備，如可穿戴設備、智慧電錶、智慧城市.

．超可靠低時延通信：該應用場景對低時延和傳輸可靠性，有非常嚴格的要求，以確保提高響應能力。例子包括智慧電網、遠端手術和車聯網。

5G 的三種應用場景。來自 ITU-R 的參考：ITU-R M.2083-0 建議書

5G 技術普及後，未來各行業發展將受到以下驅動：

5G 對行業的影響（來源：5G America，KT）

CTCI 第二總部

CTCI 多年來累積的專業工程專業知識和創新發展，是建設智慧城市的最佳工具。以公司利用自有資源建設的 CTCI 第二總部為例。除了在這座建築中應用智慧監控、5G 等智慧先進技術外，CTCI 還整合了其三大智慧解決方案：CTCI 創新研究中心開發的智慧解決方案平台（iSP）、CTCI ASI 開發的 Mr. Energy 50001 能源管理系統、 CTCI SEC 的 BIM 7D 智慧維護系統。這些協同工作，在智慧建築中提供了一個安全健康、方便舒適、節能擁續的人性化環境，實現了人、環境和設施之間的對話。預計 2021 年建成後將成為智慧創新的典範。

1. 智慧監控系統

將在建築物內實施的智會監控系統的計算組件，將分為前端和後端。簡單但即時的反應程序將主要利用邊緣計算，而需要強大計算能力的算法將由後端平台處理。此外，該建築在建築周圍設計了虛擬圍欄，以增強安全系統的警報能力。其功能包括：

(1) 虛擬圍欄系統：無需使用實體屏障即可設置虛擬保護區。當有可疑人員進入保護區時，智慧監控系統啟動報警系統通知管理人員。

（2）智慧辨識系統：人臉辨識系統佈置在大廳入口、地下室和特定區域，並與停車管理系統的車牌辨識系統相結合。

(3) 人工計數：透過門禁卡和辦公區域探測器，確定每個區域的座位數量。進出的人流與門禁座位的資訊進行比較。面積數加減計算面積值，最後回饋給 BMS，進行外部用氣需求、大數據運算、機器學習等智慧運算。

2. 5G 佈署

CTCI 的第二個總部大樓將採用 5G 技術。這將帶來設備靈活佈署、人、樓、設備互聯互通等優勢。此外，NB-IoT 模組也計劃預留給 5G 佈署，為 LPWAN 後續規劃，如智慧停車管理、智慧電錶等做準備。

未來 5G 技術成熟時，結合物聯網，可以規劃無線感測器設計，彌補有線設計的不足。Z-Wave、Zigbee、LoRa、BLE 等無線技術，可以實現智慧
馬桶、智慧辦公、室內定位等智慧應用，讓智慧建築更接近以人為本的核心價值。

3、CTCI 三大智慧建築綜合解決方案

(1) 能源先生 50001
為建築能源管理設計的平台，能源先生 50001 使用能源績效指數 (EnPI) 進行分析和比較。它透過能源管理的四個階段，實現能源管理和成本節約：監控、分析、規劃和檢查。

(2) BIM 7D 
這種整合的應用，使維修管理和維護服務更加方便和高效。除了簡化維護過程外，它還主動提供設備資訊，讓用戶輕鬆搜索設備歷史，讓他們在短時間內確定最佳解決方案。

(3) 網路服務提供商
iSP 是實現 CTCI 未來物聯網應用的智慧平台。可應用於智慧建築、智慧工廠、智慧園區、智慧城市等，為建築收集資訊、分析數據、開發系統應用。該平台利用各種數據和外部大數據數據庫，為建築營運提供最高效的模式，實現建築智慧思維的目標。

大樓的建築管理系統（BMS）將使用 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport），一種專為物聯網設計的即時消息通信標準，作為三種智慧 CTCI 解決方案之間交換消息的通信格式。它允許 BMS 收集狀態並控制建築系統。能源先生 50001 收到的能源數據，和 BIM 7D 讀取的設備運行狀態和維護的歷史記錄，也是透過 MQTT 從 BMS 獲取的。最後，iSP 智慧解決方案平台，將對上述系統的數據進行分析比較，以提供最佳的建築節能數據和舒適度。

建設永續智慧城市

在政府的長期推動下，台灣智會建築的發展步伐加快。 ICT 技術的優勢不僅限於單個建築物在設施管理、安全和節能等領域的自動化和服務。它延伸到根據不同的建築特點，提供不同的基礎設施服務。目前，台北有很多智慧社區正在建設中。每一個都必須以資源系統和生活場景為基礎，融合人、ICT 技術和架構三要素。政府和私人部門積極推動的智慧社區創新示範計劃，以節能減碳為基礎，結合智慧安控、防災等不同服務，智慧交通、智慧醫療、智慧物流等，透過政企合作，從點到面，將智慧社區與多元化的智慧產業園區、智慧醫院等建築相結合，成為永續的智慧循環經濟、共享經濟理念下的城市，實現智慧建築的永續發展。

CTCI 深耕智慧科技領域多年，已成功將業務領域拓展至智慧製造、智慧交通、智慧建築、智慧產業園區等。此次涉足，結合公司工程實力「最可靠」的工程服務，繼續為創造可持續生活做出貢獻，成為推動世界進步和地球可持續發展的力量之一！