建築科技的未來：智慧建築的興起
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Klacci 凱樂奇 iF系列行動生物辨識智慧門鎖 |
— Po-Shuo Chiu，電氣與儀表部工程師，CTCI SEC 集團智慧解決方案業務CTCI GISB 目的在成為「一流的智慧解決方案和服務提供商」，以先進的技術和創新思維，為全球客戶提供客製化的智慧解決方案。本報導將展示智慧建築狀和發展，然後以 CTCI 第二總部為例，在建築施工智慧創新的新範式中，以人與環境和設施進行交互的智慧建築為例。
智慧營造的發展
隨著時間的推移和技術的發展，人類對地球資源的過度消耗，導致了氣候和環境的變化。隨著國際環境保護浪潮的興起，永續發展的理念應運而生。1984 年，世界上第一座智慧建築「City Place」在美國哈特福德誕生，「智慧建築」的概念逐漸傳遍全球。 智慧建築的興起，與樓宇機電和通訊設備的自動化控制和智慧化密切相關。隨著資訊通信技術（ICT）的不斷演進，智慧建築出現了新的解讀，大致分為三個階段：
1. 自動化在發展初期，5A 光流系統（通信自動化-CA、樓宇自動化-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 年以後，不僅智慧建築規範逐步完善，系統整合技術也日趨成熟。尤其是 2010 年，以資訊整合、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，智慧建築內部和之間的資訊交換和共享，變得更加人性化和智慧化。在此前提下，5A 光流系統與物業管理（PM）組成了所謂的樓宇管理系統（BMS），是智慧樓宇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。
智慧營造的技術演進
1. 物聯網物聯網（IoT）使物對物和物對人的通信成為可能。它具有綜合感知、可靠傳輸和智慧處理三大特點。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之間，以及物與人之間無縫通信。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 智慧家居照明為例。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，它還整合了通信協議，無需使用閘道器即可連接不同的系統。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，主要介面是乙太網電纜（Cat-5e/6/6a）、雙絞線、和光纖；主要的通訊協議有 Modbus、BACNet 和 TCP/IP。
(2) 感知密度增加 在智慧建築的 AI 越來越多的今天，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，用戶將能夠透過型動應用 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，使設備能夠以最佳狀態運行。 (3) 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，是人工智慧技術與物聯網在實際應用中的結合，不同於傳統的雲端的人工智慧應用，可以讓你進行機器學習或人工智慧運算在物聯網設備上，無需將數據返回到雲端。物聯網感測器串流數據，可直接應用於機器學習模型推理；即使在網路斷開的情況下，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，運算任務會轉移到終端設備，或就近的網路設備，這將有效提高網路品質。
2. 行動網路技術透過通信技術，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 熱點接入物聯網。以類似的方式， IP 寬頻網路可用於語音、數據和多媒體服務的開放式電信網路。因此，智慧樓宇利用行動通信網路技術，將樓宇內的系統和人進行互聯，實現人機協作。 (1) 低功耗廣域網 近 20 年來，無線通信技術發展迅速，從手機的誕生，到現在眾多網路供應商都在考慮的 5G 型動通信。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（長距離） )、Sigfox 等，它們使用未授權頻段。 LPWAN技術具有以下優勢： ．延長電池壽命並降低維護成本：LPWAN 技術基於低傳輸和低功耗的前提。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，在低頻特性下具有更好的繞射能力和更低的路徑損耗，適合遠距離傳輸，因此覆蓋範圍廣。 (2) 5G 5G 是成熟的 4G 通信技術衍生的下一代通信技術。應用包括：物聯網、自動駕駛、智慧城市、智慧工廠、AR/VR。5G 標準預計 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：
．增強型行動寬頻：專注於寬頻傳輸速度，以人為本的更高速度，為用戶提供無縫的沉浸式體驗，例如觀看超高清 (4K/8K) 影片，或 VR/AR 應用。 ．海量機器類通信：5G 技術提供了連接密度，可以互連大量需要廣覆蓋、低功耗和傳輸速度、對時延要求低的設備，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的要求非常嚴格，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 技術普及後，未來各行業的發展將有以下驅動：
CTCI 第二總部
結合 CTCI 多年來累積的專業工程知識和創新發展，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。除了在該建築中應用智慧監控、5G 等智慧化先進技術外，CTCI 還整合了三大智慧解決方案：CTCI 創新研究中心開發的智慧解決方案平台（iSP）、CTCI ASI 開發的能源先生 50001 能源管理系統、和 CTCI SEC 的 BIM 7D 智慧維護系統。它們協同工作，在智慧建築內提供安全健康、方便舒適、節能和永續的人性化環境，實現人、環境和設施之間的對話。2021 年建成後將成為智慧創新的典範。1. 智慧監控系統將在樓宇中實施的智慧監控系統的運算組件，將分為前端和後端。簡單但即時的反應處理程序，將主要利用邊緣運算，而需要強大運算能力的算法，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) 人數統計：透過門禁卡和辦公區探測器，確定每個區域的座位數。進出人流量與門禁座椅資訊進行對比。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、設備互聯等優勢。此外，還計劃預留 NB-IoT 模組用於 5G 佈署，為 LPWAN 後續規劃做好準備，如智慧停車管理、智慧電錶等。 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，可以使能智慧馬桶、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 的三大智慧樓宇綜合解決方案(1) 能源先生 50001 Mr. Energy 50001 是一個專為建築能源管理設計的平台，使用能源績效指數 (EnPI) 進行分析和比較。它透過四個能源管理階段，來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。除了簡化維護流程外，它還主動提供設備資訊，讓用戶輕鬆搜索設備歷史記錄，讓他們在短時間內確定最佳解決方案。 (3) iSP iSP 是實施 CTCI 未來物聯網應用的智慧平台。可應用於智慧樓宇、智慧工廠、智慧園區、智慧城市等，對樓宇進行資訊採集、數據分析、系統應用開發。該平台利用各種數據和外部大數據數據庫，為樓宇營運提供最高效的模式，實現樓宇智慧化思維的目標。 大樓的樓宇管理系統（BMS）將使用 MQTT（消息隊列遙測傳輸），一種為物聯網而設計的即時通訊通信標準，作為三種智慧 CTCI 解決方案之間資訊交換的通訊格式。它允許 BMS 收集狀態並控制建築系統。能源先生50001 接收到的能源數據，以及BIM 7D 讀取的設備運行狀態和維護歷史記錄，也是通過 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對比，提供最佳的建築節能數據和舒適度。
建設永續的智慧城市
在政府的長期推動下，台灣智慧樓宇的發展步伐加快。ICT 技術的優勢不僅限於設施管理、安全和節能等領域的單個建築物的自動化和服務。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技術和建築三要素。政府和社會各界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。透過政府和私營部門的合作，從點到面，智慧社區將與多元化的智慧產業園區、智慧醫院等建築相結合，成為一個永續發展的智慧社區。城市在循環經濟和共享經濟理念下，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、智慧樓宇、智慧產業園區等。此次涉足，結合公司的工程實力和創新能量，使 CTCI 成為智慧城市的最佳推動者。CTCI 致力於以「最可靠」的工程服務繼續為創造永續生活做出貢獻，成為推動世界進步和地球永續發展的力量之一！
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