作者：Bill Dykas

疫情期间的居家办公时代揭示了一些企业值得关注的趋势——最引人注目的是，维护建筑、园区和设施的成本高昂。这些与建筑相关的费用通常位居企业成本类别的前列，其他费用还包括清洁、维修、人员配备、安保，以及能源和租赁费用。疫情结束后，少数公司完全远程办公，彻底放弃了实体办公室，以消除这些开支。然而，大多数企业并没有这种优势，必须找到创造性的方法来降低与建筑相关的开支。除了削减成本之外，由于工厂、仓库、学校、办公园区和其他设施内部的遗留系统和手动流程，企业还面临着其他挑战。这些挑战包括能源浪费、设备停机、室内空气质量差以及日益严重的安全威胁。

意识到这些挑战，许多建筑管理人员正在寻求将其设施和工作场所转变为智能建筑或结构，并根据业主或管理人员的要求实现自动化功能。智能建筑的核心是物联网 (IoT)、边缘人工智能 (AI) 和私有连接解决方案等技术。智能基础设施重新定义了企业管理和优化物理环境的方式，从而提升效率并节省成本。这些技术还使企业能够实现日常流程的数字化、关键系统的自动化，并生成实时洞察，从而降低运营成本，同时提高安全性、舒适度和资源利用率。本文将探讨推动智能建筑革命的三大技术及其实现的一些最显著的用例。

智能建筑的三大核心技术：物联网、边缘人工智能和专用网络

在智能建筑中，互联的物联网传感器、设备和系统监控和管理建筑运营，例如照明、暖通空调、安防和能源使用。这些物联网设备收集实时数据，实现自动化和更高效的决策。用户可以使用物联网连接技术自动化和简化耗时的任务；这些任务可以提前安排、远程调整或重新安排，并通过相关技术进行监控。虽然物联网无疑是智能建筑中最知名、最流行的技术，但其他技术可以与其协同工作，使管理人员能够取得更令人印象深刻的成果。

例如，基于微控制器的边缘人工智能正在赋能智能建筑，使其变得更加智能。边缘人工智能是指将人工智能转移到网络边缘的设备（例如传感器和物联网系统）。将人工智能转移到边缘可以实现本地数据处理；例如，使用人工智能和机器学习算法的边缘人脸识别摄像头将在设备本地而不是远程服务器上执行数据编译。边缘人工智能的其他示例包括传感器分析、传感器融合和通过音频进行事件检测。在更靠近数据源的地方进行数据分析，无需将大量数据发送到云服务器。因此，边缘人工智能 (Edge AI) 能够实现本地决策和更快的响应，同时功耗和运行时间都显著低于传统微控制器。此外，即使通信中断，使用边缘人工智能的创新楼宇应用仍能对环境变化做出反应。

支持智能楼宇用例的另一个值得关注的技术趋势是私有网络——更具体地说是 5G 标准化，它允许企业部署专用蜂窝资源。私有网络是一种独立于广域宏网络的专用无线网络。这种与公共基础设施的分离可以提高数据安全性和控制力，这对于必须管理数百或数千台物联网设备的大型智能楼宇或园区尤其有用。与公共网络或基础设施相比，私有网络具有更高的弹性和灵活性，包括更高的带宽连接性和数据吞吐量。同样，私有网络是可定制的，这意味着楼宇管理人员可以根据特定的延迟、覆盖范围和可靠性要求进行定制。

提升能源和资源节约

物联网、边缘人工智能和专用网络对于帮助企业更高效地利用能源和其他资源至关重要。例如，供暖和制冷占建筑总能耗的很大一部分，因此在年度电费中占比显著。管理人员可以使用连接到专用网络并由边缘人工智能支持的物联网传感器和恒温器来优化暖通空调系统，从而降低电费，实现快速自动化决策。例如，与边缘人工智能协同工作的物联网传感器可以根据实际需求而非固定时间表自动调节供暖、制冷和通风系统，例如在电价较低的非高峰时段改变无人区域的温度或预冷区域。同样，由物联网和边缘人工智能驱动的占用管理系统甚至可以检测建筑物何时无人居住，并将其关闭以节省电力，就像关闭电脑一样。此外，分析平台将帮助管理人员识别用电趋势，以便进行更精确的调整，从而降低水电费并实现更可持续的建筑运营。

美国的商业建筑每年也会浪费大量的水。美国能源信息署 (US Energy Information Administration) 曾估计，大型商业建筑（超过 20 万平方英尺）每年耗水 3590 亿加仑。在智能建筑中，运营商将卫生设备与物联网传感器连接起来，以监测用水情况并创建有助于节约用水的报告。联网的边缘人工智能 (Edge-AI) 水表可以将异常情况通知建筑管理人员，使他们能够发现并阻止漏水和其他管道问题失控。

智能建筑内的供水系统（以及照明和暖通空调系统）也将利用物联网、边缘人工智能和专用网络来支持预测性维护。具体来说，物联网传感器实时监测设备的状况和性能，收集振动、温度和使用模式等数据。边缘人工智能会在本地分析这些数据，以检测异常或磨损的早期迹象，例如过滤器堵塞或组件故障，从而使系统能够预测潜在故障的发生。专用网络提供安全、高速的连接，以确保数据可靠地传输和处理。这种结合带来了更智能、更主动、更环保的维护策略，从而减少了停机时间，最大限度地减少了昂贵的更换成本，并延长了设备使用寿命。

提升用户体验、生产力和安全

智能建筑的另一个强大优势在于，它们使用物联网设备、边缘人工智能和私有网络，可以提升用户体验，从而提高生产力。这些技术协同工作，实时调整室内环境参数，从而影响用户的舒适度和满意度。虽然调节温度或增加光照似乎无关紧要，但研究表明，这些措施可能会对员工生产力产生积极或消极的影响。在智能建筑可以检测和调节的各种环境参数中，例如湿度、风速或空气流动、光照、二氧化碳浓度等，温度是影响工作场所生产力最重要的室内物理环境参数之一。

遍布整个建筑的物联网设备和传感器持续收集环境数据，例如照明、温度、空气质量和房间占用率。这些数据随后由边缘人工智能 (AI) 在本地处理，从而避免云端延迟，并实现即时调整，提升人员舒适度。例如，这些技术可以在人们进入会议室时自动调节供暖和照明，在节省能源的同时提高工作效率。基于 AI 的占用率管理技术还可以在边缘执行人脸和物体检测以及图像分类，以实时确定人员是否存在。如前所述，私有网络可确保设备之间安全、可靠且低延迟的通信，从而支持更具适应性且以用户为中心的建筑环境。

对人员体验和生产力而言，安全性更为关键。智能建筑中的物联网空气质量传感器和边缘人工智能工具可以检测不断上升的一氧化碳水平和挥发性有机化合物的存在，从而帮助改善空气质量并最大限度地减少病原体的传播，最终保障人员的健康。除了保障居住者的健康之外，企业还可以通过互联的物联网安防系统增强物理安全，这些系统利用摄像头、运动探测器、数字识别设备、门禁管理站、非接触式访客门禁系统等技术。边缘人工智能 (Edge AI) 通过快速的本地数据处理进一步增强了安防系统，可以过滤掉无关的噪音，只关注有意义的威胁。网络安全是智能建筑的另一个关注点——更多互联的系统和设备会扩大攻击面，使智能建筑容易受到网络攻击。值得庆幸的是，私有网络可以帮助企业保护其系统和设备免受恶意攻击。

智能建筑：一项有意义的投资

从大学到企业办公室，各行各业的组织都面临着在不增加成本的情况下保持运营效率的压力。在通货膨胀、劳动力短缺和可持续发展法规的背景下，如今的后疫情经济使这种压力尤为巨大。由物联网、边缘人工智能和私有网络驱动的智能建筑正在成为应对这些挑战的有效手段。由于这类基础设施不再局限于新建建筑或财力雄厚的企业，它必将持续受到欢迎。利用先进的技术解决方案改造现有环境现在是一种快速、经济有效的方式，可以控制以前效率低下的系统并确保其面向未来。