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科技, 房地产
作者:黄晴淇
2021-08-30 09:43
[亿欧导读]

以“节能减碳,绿’建’未来”为主题,由亿欧EqualOcean携手北航投资共同企划的论坛活动已经圆满落幕。融合物联网技术的出现助力建筑智能化的进程,加速实现商业建筑碳中和的宏伟目标。

商业建筑碳中和

题图来自“原创图片”

本次活动于8月25日线上线下同步举办,以“商业建筑碳中和实施路径”为核心延展,汇聚了相关领域多位专家及优秀企业,从理论与实际出发,发表重磅观点,洞察行业趋势。

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孙长征先生的核心观点如下:

1. 当前建筑智能化程度进展缓慢,许多楼宇设备仍以独立的子系统运行,设施仍需人工手动操作。

2. 融合物联网采用去中心化的末梢网络,在各个设备之间通过自治协同方式实现无感智能。

3. 智能建筑采用融合物联网分布式协同架构,可以大大降低建筑全生命周期运行能耗及成本。这项技术生逢其时,恰好迎合了社会走向碳中和的过程。

4. 融合物联网智能化方案同时适用于新建及存量建筑,使得应用全流程更安全、更经济、更简单。

演讲正文如下:

今天跟各位分享一下优势科技在智能建筑和物联网方面做的工作。融合物联网技术契合了中国的双碳战略,迎合了低碳商业建筑的发展需要。

当前建筑智能化发展现状:

智能建筑发展了将近30年,但是当前行业非常尴尬的一个现状是智能建筑不智能,这是我们整个智能建筑从业者的一个心头的隐痛,甚至说是耻辱。智能建筑简称5A,信息化技术发展了30年,和网络、通讯相关的CA或OA部分进展迅速,但是涉及到设备部分,比如说安防SA、消防FA,特别是楼宇设备自动化BA,这些涉及设备的管理却进展缓慢。一个很典型的例子如BAS,包括暖通、供配电、给排水、电梯照明等等这些设备,目前还都是以独立的子系统运行,操作基本上仍然以人工手动操作为主,比如说我们今天所在的会议室的照明、空调这些设施仍然以人工手动操作为主。

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过去的“智能”主要停留在建设项目的楼书上、给业主汇报的PPT上,而普通使用者往往感受不到智能建筑的应用,我们分析一下它的原因:信息技术发展的30年,也是以互联网技术为核心高速发展的30年,主要是以IP技术为主,而互联网解决的是虚拟世界、信息世界的问题。但是智能化它一个重要的特征就是面对大量的设施设备管理,面对的是大量物理空间、原子空间这些设施设备管理的问题。想试图用互联网技术或者虚拟空间技术来解决物理空间的问题,显然有些力不从心。可以夸大一点来讲,到目前为止,全球范围内还没有见到一个真正意义上的智能建筑,当前仍然以独立的子系统运行,以人工操作为主。

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融合物联网技术发展的核心驱动力

为了解决这个问题,我们研发了融合物联网技术。它的全称是“中高速广域融合物联网技术”,简称WF-IoT。这个技术最早来自于军事、国防需求。以海湾战争为例,在指挥中心被敌人攻击、通讯被敌方干扰之后,如何让分布在广域范围内的各种军兵种、各种设施设备实现极限生存?答案是去IP化、去中心化、全功能融合,使得中央系统、网络通讯失效的时候仍能保持作战能力。融合物联网就是在这个背景下提出来的,也就是说只有把所有智能化的要素全部高度融合在一个单一的设备上,才能够摆脱对中心的依赖而能够自主运行。

目前我们的商业建筑、公共建筑或工业建筑的连接仍以有线网络为主。但有线网络建设成本高,维护困难,我们希望往无线网络发展。但是无线网络,我们日常所说的蜂窝物联网是以运营商为主的,如3G、4G、5G网络,显然对现有的大量设备来说这种连接不合适,除了安全问题,最主要是每个节点要持续的付费,建筑物的生命周期有的长达几十年甚至上百年。所以我们希望有一个私有网络,但是我们目前所熟知的WiFi、蓝牙、Zigbee,这些无线网络都是短距离专网,或者是说局域网络,应用以家庭或者会议室大小的局域环境为主,但是我们的商业建筑、工业建筑往往都是广域环境。当前也有一种广域物联网技术,如LoRa,但是它是以牺牲速率为代价,只能支持一些频度低、数据量小的应用。

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那么有没有一种物联网技术,既能够实现无线,又是私有网络,还能实现中高速的广域连接呢?那就是WF-IoT技术。这个技术它是全无线的,可以实现数万个目标之间去中心化的自主连接,并且他是全免费的,还可以达到中高速传输。这个技术恰好迎合了商业建筑在智能化中的技术空白。

以传统的云管端架构来说,各种有线、无线的通讯方式,我们都是把它当成一个管道,所有前端的传感器设备都是通过各种管道送到云端,这就是所谓的AIoT的思路,这种方法就是最典型的中央化架构。但是当发生任何通讯管道的故障、平台故障、软件故障,都会导致整个系统失效。

过去大家认为物联网的核心是感知,但是感知不是我们的目的,感知仅仅是我们需要控制的数据或者判据,我们的目的是:对所有的高能耗设备,在满足最佳舒适度的情况下做最佳的自适应控制。当前很多设备都在上云,但云不是实时系统,而我们现场的照明、空调、门禁安防设施往往需要实时控制,所以现在的AI技术还承载不了大规模场景下的实时控制需求。

融合物联网技术的核心架构设计

所有采用互联网技术的物联网都是物跟云联,而在物联网最朴素的意义上,需要物物相连或者物物协同,它是实现不了的。所以这个图表示的就是WF-IoT的核心架构,它使所有的设施设备,不分种类,实现近距离的万物互联。比如今天我们这个会议室这几十个人,在互联网云时代,我们近在咫尺却不能直接交流,而是依靠远在天边的云实现信息转发;到万物互联的时代,这种方法显然不适用了。我们更应该采用去中心化的末梢网络,在各个设备之间通过自治、协同方式实现无感智能,然后以物理空间为单位,通过边缘计算技术,一个空间只需要一个IP就可以把整个区域的设施的状态、位置、身份甚至是控制策略等,用以降低两个数量级以上的代价跟云实现协同。这是WF技术使得商业建筑智能化的整个体系结构发生了一个非常巨大的变化:从过去的云集中智能,过渡到云、边、端协同智能。

在传统的智能建筑方案中,一个子系统都是由单一功能设备完成的,同一类的设备构成一个子系统,再通过BMS平台构成一个更大的系统,靠平台之间实现跨系统连接。融合物联网是把所有这些智能化的功能,从身份识别,到区域定位,再到网络传输、数据采集、安防报警,甚至最主要的决策、控制、执行,包括智能照明功能,都浓缩集成在一颗低功耗芯片上,同时芯片上内置了类似鸿蒙的一个WF微操作系统。只要植入了这个物联网芯片的设备,就可以实现彼此中间的自治、协同。

这里我们提出一个“3C融合”的概念:它是第一次把计算决策Computer、通讯communication和采集控制Control功能同时集成在一颗芯片上,或者是一个设备的智能节点上。这也是业界第一次实现了 信息空间 和 物理空间 的融合,这也是业界讲的CPS系统。有了这个3C融合芯片之后,通过它的大规模自治、协同,就实现了建筑物理空间各种异类设备之间的自适应实时控制。有了这个技术的支撑,才可以重新定义建筑智能。

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我这里有个简单的一个示意图,左边这个图是我们目前沿用的架构,每个烟囱是一个独立的子系统,比如说照明系统、空调系统、安防系统、门禁系统等等。烟囱或大或小、或高或低,彼此离得再近也是没有直接联系的,它是靠天上的云才能实现烟囱之间的连接。所以目前的整个业界发展的态势是云越来越重,我们称之为“黑云压城”。当云应用越来越复杂的时候,一般的业主、用户或者一般的系统集成公司是难以驾驭的,往往只有头部的云平台厂商才有可能去运维这种模式。右边是应用融合物联网时代的一种分布式协同架构。云是我们的宝贵财富,但是它变轻了;末端设备不再是通过子系统中间的系统集成连接,它是在设备的物理端口、边缘接口层直接连接、协同。通过连接云或雾中间的这一块,也就是我们所说的边缘计算部分。所以相对云计算而言,这种末端计算我们把它称之为“雾计算”,也就是每个建筑内部的任何一个强电、弱电、机电设备节点级的计算。这样整个智能建筑的架构就发生了非常大的变化。

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过去的架构,最下边都是若干个独立的子系统,很多项目里面甚至多达几十个子系统,每个子系统是由一类厂商去实现的。但是要做一个大的平台,想要打通所有的子系统,难度是很大的,需要极强的项目、软硬件协调能力。采用这种方式把一栋建筑物的所有系统完全打通,实现智能、协同的案例非常少。当然也有人做了非常大的努力,比如说万达集团曾经花了5亿做了一套慧云系统,但是为什么它停掉了?因为这种架构不适应变化。任何一个物理空间的变化,设备的升级,都会导致子系统的升级;子系统升级又会引发整个平台的升级;平台升级又可能会引发其他子系统的升级。在建筑的全生命周期中,这个迭代升级是看不到尽头的。所以从长远上看,这种方式,即使是很多建筑早期完成了BMS的综合集成,在运行3-5年之后,基本上还是陆陆续续的退回到独立子系统运行。也就是说靠跨系统集成这种方式难以适应长达几十年的建筑运行期中的应用需求,设备升级的变化。而采用融合物联网分布式协同架构之后,它带来的效果使得建筑全生命周期的成本获得了极大的下降。

融合物联网技术的核心优势

在成本方面,一套物联末梢网络就解决了过去很多套子系统才能完成的功能;它在使用上实现了无感智能,可以节约大量管理人员、使用人员,同时它让设备的运维变得极简:因为你可以知道每个设备的状态,包括变化的信息。所以有了这个技术支撑之后,融合物联网技术生逢其时,契合了社会走向碳达峰、碳中和的过程。


这种方案除了适应各种新建建筑之外,也同时适用于大量的存量建筑。它不再是按照子系统建设,它以物理空间进行升级。一个物理空间里面的所有设施、设备都放在一个末梢网络,以实现全自动的无感智能。对于存量市场来讲,它可以在不影响装修、不改线路、不换设备的情况下,一步就实现了全自动运行的无感智能。这个是目前全球都迫切需要的一种技术。这种解决方案同时把这些机电类、照明、空调、新风、电梯以及各种计量设备、安保设备,包括消防类的设备融到一个末梢网络上,不再采用复杂的各种子系统集成,而采用一个物理空间内的所有设备自身构成一个私有化、大规模的协同网络,使得整个系统架构获得了极大的简化。

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融合物联网智能化方案同时适用于新建及存量建筑

特别是在中国,大量的三高建筑采用这种全无线、无感、自适应控制的系统,可以在满足舒适度的同时,让整个建筑的使用能耗、管理运营的成本获得极大的下降。这里我们提出一个无感智能:运维人员什么都不用做,所有的设备都以全自动的方式运行。这样就可以在舒适、高效和节能中间取得一个比较完美的平衡:它综合天气状态、现场的人流,实时对周围设备实施控制。这与传统的预测式,或基于数据统计的方式完全不一样。因为基于预测的方式不能解决突发状况,或者根据现场真实的状况。而采用这种方法,可以在商业建筑、公共建筑的公共空间实现全自动的无感智能,也就是说可以没有任何现场控制器。在很多功能空间,根据应用的需要,做成极简的一键式智能。而末梢网络的应用,同时提供了现场设备的所有信息,又可以对能源中心的优化运行提供了一些实时控制的数据。所以简单来说采用这个融合物联网技术,比过去更安全、更可靠:独立于IP网络,任何设备的故障都不会导致整个系统的失效;更经济:让整个智能化升级或者建设成本有极大的下降;同时它让一切变得更简单,从设计、使用和管理、运维,都变得更简单了。

所以融合互联网技术,比较完美的同时实现了建筑智能、便捷、舒适、节能的需求。

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