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智慧化开启建筑新世纪
自动技术纷呈

【作者: 王明德】2016年12月07日 星期三

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自动化控制向来以工业环境为主要使用对象,其他领域虽也多有应用,但无论在导入时程或使用深度,都不若工业环境,然而在其技术发展成熟、工厂环境逐渐饱和之后,自动化设备厂商开始将脚步跨出,探寻各种可能的新应用,智慧交通与智慧建筑就是广受业界瞩目的两项,其中智慧建筑又因这两年房地产一片荣景,建商为强化竞争优势,将之纳入以提升建案附加价值,而成为建筑领域新趋势。



图一
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不过即便大举导入IT设备,使建物具智慧功能的趋势已成,但由于智慧建筑必须整合建筑与IT两项截然不同的产业,而这两者之间专业鸿沟甚深,加上IT产业因长久以来作为台湾经济发展骄子,另一方面两者合作时日未久,运作模式尚未成形,因此IT业者目前不是放不下身段,就是无法完全站在对方角度设计产品,成为其发展隐忧。


智慧建筑虽然必须仰赖建筑业与IT业两者的合作,不过就产业供需关系来看,建筑业无疑是需求者而IT业者是供给者,简​​单来说,就是建筑业者是IT业者的客户,如果IT业者想做建筑业者的生意,虽不必说无条件全面配合客户需求,但在两者互动中,IT业者不可避免配合程度要远高于对方,因为毕竟IT设备只是一栋建物的附加价值,建物本身才是主要价值,少了前者,顶多成为一件没有差异化的建案而已。


智慧化只是附加 建筑本身才是主体价值


拿一个实际案例来看,智慧建筑概念在豪宅阶层刮起旋风之后,台湾烨隆钢铁某高层主管有意在新购置住宅中导入智慧概念,因此找了系统厂商进行规划,然而当系统厂商完成产品后,却被业主要求重新设计,其实在整体架构上,这套系统的功能十分完整,该企业主管所在意的是外观部分。


购置一栋豪宅所花费的金额都在数千万元以上,屋主必会对其内部装潢风格斤斤计较,而该厂商所设计的系统操作介面,未注重工业设计,结果整个介面与室内装潢格格不入,若安装在墙面会显得十分突兀,因此系统厂商遭退货后,在介面外观设计特意加强,并配合其住宅室内装潢风格,方才验收完成。


从这个案例可以探讨供需两方对智慧建筑的定位与看法,如前文所叙,对屋主来说,智慧化对建物本体提供的是附加价值,也就是加分效果,但若设计不良,影响到住宅的主体价值,反而会带来负分,这时住户就宁舍弃便利的IT设备,以保持完整的住宅风格。


操作介面的外观设计只是建筑对IT设备的要求之一,在系统整体规划上,IT业者需要有更大更多的配合,从刚开始建商提出规格后,两造之间开始相互沟通,到施工阶段线路的埋设、设备的安装,乃至于系统完成后的持续维修,都需要IT厂商的倾力配合,而其中一个环节的疏忽,都可能造成建商对仍处萌芽阶段的智慧建筑缩手。


两者概念仍待磨合成为发展隐忧,不过若从技术面来看,智慧建筑却有着正面而长足的发展,智慧建筑系统所需的产品技术、架构概念源自工业领域,然而技术难度却远低于该领域,在技术不成问题的情况下,系统厂商不需如其他应用系统将大部分资源、时间耗费在内部架构研究上,而得以将这些资源转移出来,进行更多其他技术的整合,提升系统附加价值。


自动化在智慧建筑的现况与创意


从自动化控制技术来看,目前由三大系统以鼎足之势分占,PLC占最大比例45%,DCS次之,为36%,PC-Based居末,不过也有19%,这三个系统各有其市场定位,PLC属于中型或中大型应用,DCS多为重工业如石化、造船厂使用,至于PC-Based则锁定复杂的控制系统,这三种系统在控制市场均已存在多时,并完成市场区隔,至于新崛起的PAC虽然号称稳定与整合性兼具,仍难在短时间内打开市场。 不过在智慧建筑兴起后,PAC可望在此大展身手, PAC为开放式架构,采用COTS(Com-mercial of the shelf)概念,这种选用市面上已经成熟可用的产品来组成平台的方式,让控制系统极具相容性,在智慧建筑中,未来可能面对各种家电、IT设备,PAC的高相容性将对使用者产生莫大魅力。


尤其是建筑物的使用年限都在50年以上,这也意味着其内配置的控制系统必须面临长时间的维修服务,在这段期间内若所使用的设备停产,而该设备又属于特殊规格的话,将对系统维修业者带来困扰,采用COTS的PAC便可解决这方面问题,由于智慧建筑市场刚起,仍未被PLC或PC- Based控制器任一类型系统所寡占,在群雄并起之际,业界认为PAC若乘时切入,可望让智慧建筑成为其第一个主流应用领域。


自动化控制除了作为安全、节能等功能外,现在还有国外厂商将系统中的感测器资料纪录备分,以供事后查询,其功能就像飞机上的黑盒子一样。由于安全是智慧建筑的第一道防线,也是最重要的设备需求,智慧建筑的保全设备从过去旧系统「监而不控」的摄影机、录影带等,进化成「监控并具」的中控设备,而这些新旧设备必须依赖网路来加以串连,国外系统整合厂商已经有利网路的备份功能,将意外事件记录起来,例如火灾发生时,建筑物内的烟雾感测器与温度感测器将会是第一个获知事件发生的设备,当感测器侦测到状态异常时,会将讯息经由网路传送到控制中心,并启动自动化防灾设备如灭火器、警报装置来控制灾害的扩散。


控制中心的人员在接到讯息时也会经由各种连结于网路的设备作出处置,这些动作都可被网路另一端的纪录器加以储存,这些纪录在事后除了可以厘清责任归属外,更可作为日后改善灾害处理的依据。


这种智慧家庭黑盒子所需的技术为资料的撷取与储存,并不需要控制,因此功能较为简单,主要的需求并不在于效能,而是产品的强固性,意外事件的发生往往是环境的强烈变动,例如火灾或是地震等,为了完整留下纪录,这些产品必须要能耐高热与抗震,而不能轻易随之与建物付之一炬。


此外建物的黑盒子的储存技术也相当重要,安全监控必须不分时日,24小时纪录,对储存容量的要求相当严苛,而且就算有再大的容量,也不可能无止尽的纪录,因此保全人员必须定期将记录转制为光碟或其他载体,另外黑盒子也必须有警示功能,当自身设备故障或容量快满时,告知保全人员更换,这种系统算是自动化控制在智慧建筑的延伸应用。


无线通讯加速 智慧建筑普及


如果说自动控制促成了建筑与IT两个产业的结合,让建筑物的智慧从「有」到「无」,那无线通讯的导入,就是延伸了广度,让它从全面整合。自动化控制进入建筑内部,让住宅内的各种家电用品得以依屋主所需做出各种设定,目前系统厂商在系统内所建入的功能模组,其目标按重要性依序为「安全」、 「节能」、「舒适」,而住户也会依此目标顺序设定功能,例如瓦斯外泄遮断阀优于光线感应电灯开关,而光线感应开关又优于室内气氛情境设定,而导入不久的无线通讯,其功能目标为将之全面整合。


无线通讯整合了自动化系统,现在系统厂商多以新建案作为建筑自动化系统导入第一步,原因即在于布线方便,在建物兴建时便可一并完成,但面对数量庞大的旧建筑,旧有线路都以深埋在水泥墙中,重新铺设几乎不可能,此时若仍有意导入自动化建筑,就必须以无线取代有线。


现在市场上较成熟的无线技术包括WiFi、蓝牙、Zigbee等,其中WiFi被设定成无线上网使用,传输速率较快,蓝芽被设定为个人区域网路(PAN)使用技术,而Zigbee传输速率较低,刚好适合指令简单的自动化设备所使用,因此成为目前自动化系统的无线传输主流,而从产品技术面来看,建筑自动化所使用的设备规格不会高于工业等级,其导入瓶颈在于应用上的创意,现在多数自动化厂商的Zigbee产品,都可为建筑自动化所使用,指出,如果企业有意建置e-Office,可选择先从不需布线的无线设备开始,如此在建构成本与难度,都会大幅降低。


智慧建筑所使用的无线通讯,还延伸到M化端,3G的开通使得大频宽让影像得以顺畅传输,新一代的智慧建筑架构,是将住宅内的影像感测器与行动通讯技术结合,让屋主可以从手中的行动通讯设备看到家中环境,并做出简单的远端控制。


创意与内容将是竞争要件


M化后的智慧建筑将有哪些应用?例如将手机与门铃系统结合,当屋主在公司上班,家中门铃响起,手机便会同步通知屋主,并透过与门铃系统中影像感测器的结合,将来访者的影像显示在手机萤幕上,屋主除可辨识来访者身分外,也可透过手机与来访者在门铃对讲机上对谈,若有需要,屋主可利用手机开启大门,让客人进入。


这套系统也可与安全监控结合,住宅若遭侵入,手机会与监控系统同步发出警讯,告知屋主,屋主同样可用手机将住宅门窗反锁困住歹徒,并通知治安机关前去处理。智慧住宅M化的另一应用是远端医疗照护,将家中需要照护的人员身上的医疗设备与手机连线,屋主除可从远端看见家中病患影像外,也可读取医疗设备上的数据,于必要时对该设备进行简单控制。


与其他系统相比,行动通讯与智慧建筑的整合不但快,所遇到的技术瓶颈并不多,这当然归因于自动化控制系统技术上原本的成熟,在行动通讯之后,下一个被整合的技术为何?目前仍不可知,不过就目前IT技术的发展来看,整合困难即使有,也都不高,因此智慧建筑在技术方面所遭遇的困难,还是在技术之外,也就是异业结合的人为因素,但如果从长期来看,智慧建筑现在仍处萌芽阶段,初期的磨合不良属正常状态,当发展日久,双方将会找到共处之道,智慧建筑的未来商机仍然可期。


就发展现况来看,现在智慧建筑所使用的技术,无论是自动化或通讯都已在原有领域发展成熟,在建筑中使用只是应用对象不同,稍作调整即可使用,最大的问题与3G一样,都来自于内容(Content)的不足,目前智慧建筑的内容都是由软体开发商构思,硬体提供者(目前大多为工业电脑厂商)辅助开发,并没有大厂推动,造成先天有余、后天失调的窘境,对此,有业者建议台湾智慧家庭平台厂商可参考国外的物业管理做法,将智慧化社区与服务业如快递、超市超商、金融机构等,连线提供各种服务,扩大使用面。


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