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智慧化開啟建築新世紀
自動技術紛呈

【作者: 王明德】   2016年12月07日 星期三

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自動化控制向來以工業環境為主要使用對象,其他領域雖也多有應用,但無論在導入時程或使用深度,都不若工業環境,然而在其技術發展成熟、工廠環境逐漸飽和之後,自動化設備廠商開始將腳步跨出,探尋各種可能的新應用,智慧交通與智慧建築就是廣受業界矚目的兩項,其中智慧建築又因這兩年房地產一片榮景,建商為強化競爭優勢,將之納入以提升建案附加價值,而成為建築領域新趨勢。



圖一
圖一

不過即便大舉導入IT設備,使建物具智慧功能的趨勢已成,但由於智慧建築必須整合建築與IT兩項截然不同的產業,而這兩者之間專業鴻溝甚深,加上IT產業因長久以來作為台灣經濟發展驕子,另一方面兩者合作時日未久,運作模式尚未成形,因此IT業者目前不是放不下身段,就是無法完全站在對方角度設計產品,成為其發展隱憂。


智慧建築雖然必須仰賴建築業與IT業兩者的合作,不過就產業供需關係來看,建築業無疑是需求者而IT業者是供給者,簡單來說,就是建築業者是IT業者的客戶,如果IT業者想做建築業者的生意,雖不必說無條件全面配合客戶需求,但在兩者互動中,IT業者不可避免配合程度要遠高於對方,因為畢竟IT設備只是一棟建物的附加價值,建物本身才是主要價值,少了前者,頂多成為一件沒有差異化的建案而已。


智慧化只是附加 建築本身才是主體價值


拿一個實際案例來看,智慧建築概念在豪宅階層颳起旋風之後,台灣燁隆鋼鐵某高層主管有意在新購置住宅中導入智慧概念,因此找了系統廠商進行規劃,然而當系統廠商完成產品後,卻被業主要求重新設計,其實在整體架構上,這套系統的功能十分完整,該企業主管所在意的是外觀部分。


購置一棟豪宅所花費的金額都在數千萬元以上,屋主必會對其內部裝潢風格斤斤計較,而該廠商所設計的系統操作介面,未注重工業設計,結果整個介面與室內裝潢格格不入,若安裝在牆面會顯得十分突兀,因此系統廠商遭退貨後,在介面外觀設計特意加強,並配合其住宅室內裝潢風格,方才驗收完成。


從這個案例可以探討供需兩方對智慧建築的定位與看法,如前文所敘,對屋主來說,智慧化對建物本體提供的是附加價值,也就是加分效果,但若設計不良,影響到住宅的主體價值,反而會帶來負分,這時住戶就寧捨棄便利的IT設備,以保持完整的住宅風格。


操作介面的外觀設計只是建築對IT設備的要求之一,在系統整體規劃上,IT業者需要有更大更多的配合,從剛開始建商提出規格後,兩造之間開始相互溝通,到施工階段線路的埋設、設備的安裝,乃至於系統完成後的持續維修,都需要IT廠商的傾力配合,而其中一個環節的疏忽,都可能造成建商對仍處萌芽階段的智慧建築縮手。


兩者概念仍待磨合成為發展隱憂,不過若從技術面來看,智慧建築卻有著正面而長足的發展,智慧建築系統所需的產品技術、架構概念源自工業領域,然而技術難度卻遠低於該領域,在技術不成問題的情況下,系統廠商不需如其他應用系統將大部分資源、時間耗費在內部架構研究上,而得以將這些資源轉移出來,進行更多其他技術的整合,提升系統附加價值。


自動化在智慧建築的現況與創意


從自動化控制技術來看,目前由三大系統以鼎足之勢分佔,PLC佔最大比例45%,DCS次之 ,為36%,PC-Based居末,不過也有19%,這三個系統各有其市場定位,PLC屬於中型或中大型應用,DCS多為重工業如石化 、造船廠使用,至於PC-Based則鎖定複雜的控制系統,這三種系統在控制市場均已存在多時,並完成市場區隔,至於新崛起的PAC雖然號稱穩定與整合性兼具,仍難在短時間內打開市場。 不過在智慧建築興起後,PAC可望在此大展身手, PAC為開放式架構,採用COTS(Com-mercial of the shelf)概念,這種選用市面上已經成熟可用的產品來組成平台的方式,讓控制系統極具相容性,在智慧建築中,未來可能面對各種家電、IT設備,PAC的高相容性將對使用者產生莫大魅力。


尤其是建築物的使用年限都在50年以上,這也意味著其內配置的控制系統必須面臨長時間的維修服務,在這段期間內若所使用的設備停產,而該設備又屬於特殊規格的話,將對系統維修業者帶來困擾,採用COTS的PAC便可解決這方面問題,由於智慧建築市場剛起,仍未被PLC或PC- Based控制器任一類型系統所寡佔,在群雄並起之際,業界認為PAC若乘時切入,可望讓智慧建築成為其第一個主流應用領域。


自動化控制除了作為安全、節能等功能外,現在還有國外廠商將系統中的感測器資料紀錄備分,以供事後查詢,其功能就像飛機上的黑盒子一樣。由於安全是智慧建築的第一道防線,也是最重要的設備需求,智慧建築的保全設備從過去舊系統「監而不控」的攝影機、錄影帶等,進化成「監控並具」的中控設備,而這些新舊設備必須依賴網路來加以串連,國外系統整合廠商已經有利網路的備份功能,將意外事件記錄起來,例如火災發生時,建築物內的煙霧感測器與溫度感測器將會是第一個獲知事件發生的設備,當感測器偵測到狀態異常時,會將訊息經由網路傳送到控制中心,並啟動自動化防災設備如滅火器、警報裝置來控制災害的擴散。


控制中心的人員在接到訊息時也會經由各種連結於網路的設備作出處置,這些動作都可被網路另一端的紀錄器加以儲存,這些紀錄在事後除了可以釐清責任歸屬外,更可作為日後改善災害處理的依據。


這種智慧家庭黑盒子所需的技術為資料的擷取與儲存,並不需要控制,因此功能較為簡單,主要的需求並不在於效能,而是產品的強固性,意外事件的發生往往是環境的強烈變動,例如火災或是地震等,為了完整留下紀錄,這些產品必須要能耐高熱與抗震,而不能輕易隨之與建物付之一炬。


此外建物的黑盒子的儲存技術也相當重要,安全監控必須不分時日,24小時紀錄,對儲存容量的要求相當嚴苛,而且就算有再大的容量,也不可能無止盡的紀錄,因此保全人員必須定期將記錄轉製為光碟或其他載體,另外黑盒子也必須有警示功能,當自身設備故障或容量快滿時,告知保全人員更換,這種系統算是自動化控制在智慧建築的延伸應用。


無線通訊加速 智慧建築普及


如果說自動控制促成了建築與IT兩個產業的結合,讓建築物的智慧從「有」到「無」,那無線通訊的導入,就是延伸了廣度,讓它從全面整合。自動化控制進入建築內部,讓住宅內的各種家電用品得以依屋主所需做出各種設定,目前系統廠商在系統內所建入的功能模組,其目標按重要性依序為「安全」、「節能」、「舒適」,而住戶也會依此目標順序設定功能,例如瓦斯外洩遮斷閥優於光線感應電燈開關,而光線感應開關又優於室內氣氛情境設定,而導入不久的無線通訊,其功能目標為將之全面整合。


無線通訊整合了自動化系統,現在系統廠商多以新建案作為建築自動化系統導入第一步,原因即在於佈線方便,在建物興建時便可一併完成,但面對數量龐大的舊建築,舊有線路都以深埋在水泥牆中,重新鋪設幾乎不可能,此時若仍有意導入自動化建築,就必須以無線取代有線。


現在市場上較成熟的無線技術包括WiFi、藍牙、Zigbee等,其中WiFi被設定成無線上網使用,傳輸速率較快,藍芽被設定為個人區域網路(PAN)使用技術,而Zigbee傳輸速率較低,剛好適合指令簡單的自動化設備所使用,因此成為目前自動化系統的無線傳輸主流,而從產品技術面來看,建築自動化所使用的設備規格不會高於工業等級,其導入瓶頸在於應用上的創意,現在多數自動化廠商的Zigbee產品,都可為建築自動化所使用,指出,如果企業有意建置e-Office,可選擇先從不需佈線的無線設備開始,如此在建構成本與難度,都會大幅降低。


智慧建築所使用的無線通訊,還延伸到M化端,3G的開通使得大頻寬讓影像得以順暢傳輸,新一代的智慧建築架構,是將住宅內的影像感測器與行動通訊技術結合,讓屋主可以從手中的行動通訊設備看到家中環境,並做出簡單的遠端控制。


創意與內容將是競爭要件


M化後的智慧建築將有哪些應用?例如將手機與門鈴系統結合,當屋主在公司上班,家中門鈴響起,手機便會同步通知屋主,並透過與門鈴系統中影像感測器的結合,將來訪者的影像顯示在手機螢幕上,屋主除可辨識來訪者身分外,也可透過手機與來訪者在門鈴對講機上對談,若有需要,屋主可利用手機開啟大門,讓客人進入。


這套系統也可與安全監控結合,住宅若遭侵入,手機會與監控系統同步發出警訊,告知屋主,屋主同樣可用手機將住宅門窗反鎖困住歹徒,並通知治安機關前去處理。智慧住宅M化的另一應用是遠端醫療照護,將家中需要照護的人員身上的醫療設備與手機連線,屋主除可從遠端看見家中病患影像外,也可讀取醫療設備上的數據,於必要時對該設備進行簡單控制。


與其他系統相比,行動通訊與智慧建築的整合不但快,所遇到的技術瓶頸並不多,這當然歸因於自動化控制系統技術上原本的成熟,在行動通訊之後,下一個被整合的技術為何?目前仍不可知,不過就目前IT技術的發展來看,整合困難即使有,也都不高,因此智慧建築在技術方面所遭遇的困難,還是在技術之外,也就是異業結合的人為因素 ,但如果從長期來看,智慧建築現在仍處萌芽階段,初期的磨合不良屬正常狀態,當發展日久,雙方將會找到共處之道,智慧建築的未來商機仍然可期。


就發展現況來看,現在智慧建築所使用的技術,無論是自動化或通訊都已在原有領域發展成熟,在建築中使用只是應用對象不同,稍作調整即可使用,最大的問題與3G一樣,都來自於內容(Content)的不足,目前智慧建築的內容都是由軟體開發商構思,硬體提供者(目前大多為工業電腦廠商)輔助開發,並沒有大廠推動,造成先天有餘、後天失調的窘境,對此,有業者建議台灣智慧家庭平台廠商可參考國外的物業管理做法,將智慧化社區與服務業如快遞、超市超商、金融機構等,連線提供各種服務,擴大使用面。


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