城市转型：智能建筑的影响
通过智能和高效的建筑为城市赋能
要了解建筑如何为城市做出贡献，就必须考虑城市中的各种利益相关者，包括居民、地方政府、能源供应商以及汽车和路灯等物体。
通过规划每个利益相关者的需求和能力，可以确定潜在的合作，例如交换数据和能源和停车位等物理资源。
建筑是自然生态系统的一部分
一般的商业建筑需要能源、水、环境数据和维护。同时，借助智能建筑技术，可以提供来自传感器和电动汽车充电站、停车位等设备和资源的数据。
通过规划其他利益相关者(如地方政府和能源网络)的需求和能力，合作的潜力变得更加清晰。
智慧城市背景下的智能建筑示例
什么是智能建筑?
智能建筑是一种利用先进技术优化其运营并改善居住者体验的结构。这些技术包括使用物联网(IoT)传感器、楼宇管理系统和数字孪生等等。这些技术协同工作，帮助建筑有效地利用能源、水和照明等资源，同时也为居住者保持安全舒适的环境。
现实世界的智慧城市应用
智能建筑通过优化资源使用和改善居住者的体验，在智慧城市的运作中发挥着至关重要的作用。
智慧城市应用的一个例子是建筑和汽车的集成。建筑物可以在其停车位或可用的电动汽车(EV)充电器中提供额外容量供车辆使用。同时，汽车可以与附近的建筑物共享外部温度、雨量检测和空气质量等数据，以优化其运行。
建筑物之间的资源和知识共享
另一个例子是相邻建筑之间的资源和知识共享。例如，一座建筑中由太阳能电池板产生的多余电能可以转移到附近的建筑或返回到当地电网或储能系统。
通用和特定数据也可以共享，例如许多设施用于其加热和冷却控制算法的外部温度传感器值。例如，通过将该建筑物的本地传感器值与邻近建筑物或同一位置附近汽车中的类似传感器进行比较，可以更容易地检测到该传感器可能存在的问题，并且可以将不正确的值替换为邻近建筑物中传感器的平均值，直到问题得到解决。从而避免不必要的能源消耗和居住者的不适。
城市利益相关者之间的协作与协调:利用智能建筑的互联性
交换数据还可以帮助建筑展示“社会行为”，尤其是在与其他城市利益相关者共享资源时。例如，如果一个区域供热厂为一个有许多建筑物的地区供暖，其中一个是“高优先级”建筑，例如医院，那么连接到同一供热网络的其他建筑物可以自动降低自己的热用水量——如果医院急需的话。这可以应用于医院设备、区域供热站设备故障的情况下，或者如果有更普遍的危机要求优先考虑某些建筑而不是其他建筑，比如能源危机或自然灾害。
这些示例要求建筑物以标准化的方式表达需求、提供城市级服务并交换数据，以标准化方式组织、沟通并与其他城市利益相关者保持一致。
提高建筑智能，共创美好未来
提高建筑智能化势在必行
目前的建筑状态，尤其是较新的建筑，它们的系统可能是内部连接的，但无法充分利用智能建筑技术的潜力，从宏观城市层面来看，它们仍然处于自己的孤岛中。
尽管建筑物有一套标准化的通信协议，但它们主要是为系统集成商和专家设计的，以便在建筑物的施工阶段连接不同的系统，特别是在供暖、通风、空调、照明、门禁和火灾报警等领域。这些协议能够在本地化级别上为特定目的交换精确的数据，但在整个运行阶段不用于与建筑物外部的第三方系统通信。
因此，这些建筑缺乏必要的“沟通技能”，无法在更抽象的层面上与其他城市利益相关者交换信息和协作。
这就造成了智能建筑技术的能力与建筑本身的当前状态之间的脱节。建筑内外系统之间缺乏开放性和互操作性，限制了智能建筑技术在更有效地利用资源，以及改善建筑和城市居住者体验方面的潜力。从本质上讲，相互连接的建筑将提高效率和利用率。
增强建筑智能:数据洞察和通信策略
通用语言和语义的重要性
涉及多个城市利益相关者的场景需要互操作性和开放性。从技术角度来看，所有参与者必须使用相同的语言，并拥有相同的一组通信技能和数据格式，同时，他们不应该为了实现某个用例而需要了解每个参与者的所有细节。
建筑物不必浏览不同系统的复杂性以及汽车、路灯或其他建筑物的所有技术细节来获取所需的数据。相反，它应该能够提出一般性查询，比如“谁可以为我提供某个位置的空气质量数据?”或者宣布其“需要”更多的热水，并得到回应。
为此，它需要一种事物及其关系(语义)的通用语言，以及一种理解其他参与者的需求和服务的方法。
智能建筑中对抽象层的需求
这就是为什么明确需要在这些利益相关者中的大量技术之上设置抽象层的原因。对于建筑而言，使用语义建模和基于开放标准构建的建筑操作系统(BOS)可以帮助实现这一目标。
目前的语义建模项目包括:
房地产核心
干草堆计划
砖架构
用例:减少能源消耗、空气污染和交通拥堵
为了使抽象层更清晰，让我们关注一个潜在的用例。可以说，减少汽车造成的能源消耗、空气污染和交通拥堵符合城市的利益。人们已经发现，汽车在街道上保持流动并导致这些问题的一个原因是缺乏停车位，这导致司机在寻找停车位时以较低的速度行驶更长的时间。
与此同时，其他建筑物的停车位在一天中的不同时间可能会有额外的容量。例如，办公楼的车库在高峰时段可能会有相当大的闲置容量，因为许多员工都在家办公。
下班后，整个车库可能是空的，可以用来为居住在附近的人停放汽车或自行车。这也适用于晚上没有车库的零售店或工作日没有车位的房子。其中一些车库甚至可能有电动汽车充电器，大部分时间都处于空闲状态。想象一下，若车能告知去哪里可以得到一个免费的停车位。
免费停车位的困境:解决方案是什么?
有一家雄心勃勃的X企业，想成为停车位领域的Airbnb，让任何人都可以在网上提供停车位。那，如何确定免费停车位的可用性和数量，以及如何与外界沟通?
对于只有一个停车位的房主来说，答案可能很简单，因为这可以在X企业开发的“应用程序”上手动完成，设置车库的GPS位置，并在应用程序中手动设置停车位为“可用”，当车位不被使用时。
对于零售商店或办公楼的企业主而言，可能有很大比例的停车位是空置的，因此需要更自动化的方法。办公楼可能有一个地下车库，业主或运营商可以选择为每个停车位安装单独的传感器。相比之下，零售店可能有一个配备单摄像头系统的室外停车场，可以从流媒体视频中检测出空置停车位的数量和位置。
可扩展性在智能建筑连接中的重要性
对于X企业来说，要实现可扩展性，其技术(例如用于停车管理的“应用程序”)应该具有适应性，并且可以轻松地集成到各种建筑物中，而无需考虑使用的具体停车技术。如果该企业必须手动调查每栋建筑中停车技术的可用性，然后将每台设备的必要数据连接到其应用程序中使用，那么与每栋建筑的连接将成为一个独特的项目。而由于时间和成本的限制，该企业及其应用程序很难规模化，并成为主流和获得广泛采用。
在房地产行业，目前就是这种情况。X企业将不得不单独连接到每一栋建筑，并适应可用的技术，这限制了其可扩展性和成功。
为了实现可扩展性，x企业需要在其应用程序和建筑物之间建立一个标准化的独立抽象层，以使其解决方案能够与各种建筑物中可用的不同停车技术无缝交互。
智能建筑技术使城市更宜居
如果X企业的停车应用程序不受适应性和集成到每栋建筑的需求的限制，那么该企业就可以将精力集中在其他创新领域。这可能包括在不同时间和地点停车的成本，平衡可供公众使用的停车位数量与为建筑物居住者和游客保留的停车位数量，增加电动汽车(EV)和电动自行车充电等额外服务，增强整体用户体验，实现在线支付和其他功能。
反过来，这将吸引更多的建筑业主，增加采用率，并使所有相关者受益。
在智能建筑设计中利用用户友好的技术
创造无缝体验:将用户友好的设计原则应用于智能建筑
如果将建筑和手机或笔记本电脑进行比较，可能会想，为什么应用程序可以在笔记本电脑和手机上无缝运行，即使它们可能有不同的硬件组件，比如不同的处理器、不同的摄像头、不同的音箱和语音?
简而言之，笔记本电脑或手机上的操作系统会处理这些脏活累活，而不是应用程序本身。操作系统的目标之一是将应用程序与硬件功能连接起来，而不需要软件公司为所有可能的硬件组合定制应用程序，并为每种类型的硬件包含特定的代码。例如，这就是为什么插入笔记本电脑的任何鼠标都可以在运行的任何应用程序中正常工作，而无需思考的原因。
具有操作系统的建筑物
按照这个例子，如果建筑具有操作系统，X企业将不必直接处理建筑中可用的硬件，而是将操作系统作为中间的抽象层，从而使该应用程序在具有相同BOS(建筑操作系统)的大楼之间实现无缝可移植性。
然而，BOS的一个重要方面是其必须建立在真正的开放标准之上。否则，我们最终会遇到相同的供应商锁定的老问题。如果市场上有很多供应商，都有自己专有的做事方式，那么X企业将不得不为每个BOS重新编写其应用程序，并且随着每个BOS应用程序成为其自己的开发项目而遇到可扩展性问题。
释放商业潜力:为房地产业主和应用开发商提供智能建筑机会
经过一些努力，从技术角度来看，上述所有建议的示例都是可行的，但为什么房地产业主或运营商无论如何都要投资这些技术呢?
房地产业主和应用开发商能否从这些投资和努力中获利?简短的回答是肯定的。有些事情可以在短期内完成，有些则需要中长期。我们只是需要在“如何”这部分更有创意。
智能建筑技术在许多领域都对房地产业主和运营商具有吸引力。这包括：
减少能源消耗
遵守ESG(环境，社会和治理)法规
降低运营和维护成本
提高居住者和员工的生产力
为房地产业主争取更高的租金
创造新的收入来源
通过专门的建筑应用程序直接盈利
想象一个生态系统，里面有不同的专业应用程序，可以在建筑上运行，实现直接盈利。例如，建筑可以参与容量市场，在帮助电网运营商平衡网络的同时节省/赚钱。专门用于能源优化算法的应用程序可以更高效地运行建筑物的设备。例如，暖通空调设备可以受益于温度设定值的智能重置，以避免加热/冷却过度，基于天气数据的智能调度，以及类似的算法。应用程序也可以是垂直特定的，比如酒店的客人体验应用程序或办公室的员工体验应用程序。
应用开发商可以一次性收费或通过SaaS(软件即服务)模式销售这些应用程序。房地产业主和运营商可以通过在这些应用程序上获得的直接收益来变现，比如节省能源和运营成本，或者创造新的收入流，就像停车应用程序的例子一样。
利用数据优化建筑性能和收入流
另一种可能的数据变现方式，虽然更具前瞻性，但是在数据市场上出售或交换匿名建筑数据。如今已经有了数据市场，有些甚至专门从事物联网数据。这还需要一个应用程序在BOS上运行，以便为对此数据感兴趣的各方提供不同的目的。例如，暖通空调设备(锅炉、冷水机组等)的制造商可能有兴趣了解其设备在实时生活场景中的使用情况。这些数据可以用来告知他们的产品线，并更好地满足客户的需求。这已经在现今实现了。一个例子是机器人吸尘器，在征得客户同意的情况下，机器人正在共享地图数据。这导致了更好的创新，因为大数据的可用性关于产品如何被使用的大数据。
利用建筑数据增强业务
建筑数据还可以通过了解现实生活中而非受控工厂环境中设备故障的原因来提高产品质量。机器学习和人工智能专家还可以将建筑数据用作算法的训练数据集，如能源优化算法、预测性维护、传感器和数据点分类。火灾报警系统的历史数据可以帮助建筑规划者了解火灾是如何蔓延，以及如何改进新的建筑设计以创建更好的安全系统。
数据变现不一定是直接的，比如卖数据赚钱，而是用服务来交换。例如，能耗优化企业可以提供免费的应用程序层，收集建筑数据并与感兴趣的企业共享，以换取智能优化算法。这些企业可能会以直接销售或EPC（能源绩效合同）等商业模式的方式提供更节能的设备，他们可以用更新的、更高效的设备替换旧的、效率低的设备，以换取部分的节省。
优化和节能对环境更有利
这是建筑业主在节能方面的胜利，另一方面，它为这些企业提供了可靠的数据，以锁定可以从此类设备更改中受益的客户，而无需花费昂贵的现场访问或自行收集和分析数据，只是为了证明是否有节能潜力，这大大降低了此类商业模式的风险。
建立数据共享和服务交流机会
当然，这些只是使用建筑物中孤立的数据和容量，并与城市中的其他利益相关者共享以获取利润的许多可能场景的示例。每个用例必须通过市场力量来证明其有用性和可取性。最重要的是，拥有一种标准化的与建筑物沟通的方式，可以鼓励企业更加雄心勃勃。这反过来又会激励软件企业投资开发新的应用程序，并促使业主/运营商投资建筑技术。
远离直接的商业变现，且从长远来看，政府可能会为更多的“数字化”建筑提供补贴或税收优惠，这可以满足某些标准，如共享某些数据的能力或提供不同类型的服务，如停车位、电动汽车充电器，以及按需降低能源消耗的能力，积极地为实现城市或国家更广泛的ESG(环境、社会和治理)目标做出积极贡献。要实现ESG和可持续发展议程，必须对这些活动进行分类，并与其他倡议保持一致。欧洲的一个例子是欧盟可持续活动分类法。“数字建筑”认证方案也可能是必要的，遵循诸如LEED(能源与环境设计领导力)或BREEAM(建筑研究机构环境评估方法)等证书的例子，但更侧重于设计和功能的“数字”方面。
建筑操作系统和语义建模:实现智能建筑的未来
建筑物内的抽象问题正在通过语义建模计划来解决，例如RealEstateCore和Brick Schema，它们正在建筑操作系统和应用程序中实施。这种语义建模实现了一种透明和标准化的方式，来描述建筑的空间、设备、传感器和利益相关者。与几年前相比，这是一个巨大的进步。然而，仅靠语义建模，主要是在专注于建筑物的内部操作时，还不足以了解智慧城市的全局。
这些计划和标准的以下步骤是为了扩大这些工作，以与在城市级模型和规范工作的其他小组保持一致，如ETSI NGSI-LD规范，以匹配这些标准中的通用公共定义。
第二步，同样与其他标准化小组保持一致，将添加定义和分类的服务和建筑物内可能从外部世界看到的需求，以帮助从建筑物的微观层面转移到城市的宏观层面。当然，这应该包括在这些计划和BOSs中的标准化标签、本体和API中。
这将使建筑物能够与其他城市利益相关者无缝通信，并有助于验证特定应用程序是否适用于特定建筑物。定义建筑配置文件，其中每个配置文件定义了建筑的一组服务和需求，可以进一步加强这一点，并作为“数字化就绪”认证计划的基础。
未来展望:智能商业建筑的演变
关于智慧城市的样子和运作方式，人们有各种各样的想法和愿景。然而，现实是智能建筑是任何智慧城市愿景的重要组成部分。智慧城市依赖于智能建筑，这些建筑通常是自动化的，但不了解自身或周围环境的能力和需求。建筑服务于非常广泛的功能和行业，如酒店、医疗保健、零售、办公室、住宅等，为了使智能建筑成为现实，既需要标准化建筑内的数据，也需要标准化其与外部世界的通信方式，并为每个建筑的独特挑战和机遇定制体验。
通过RealEstateCore、Brick Schema、Haystack和ETSI NGSI-LD规范集等举措，标准化部分已经在进行中，但仍需要跨领域进行协调，以实现智慧城市的更大图景。
定制部分可以通过用户友好和蓬勃发展的操作系统和应用程序生态系统来解决，从而降低软件企业参与智能建筑和智慧城市市场的进入门槛。这将允许业主或运营商灵活地选择功能和应用程序，以链接或下载到他们的建筑操作系统，就像他们使用智能手机一样容易。
