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智慧建築與智慧農業

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

智慧建築依其定義其具體實現則是必須包括結構,系統,管理與服務等四要素。依其內容又可再分成許多子系統,例如中央電腦系統,辦公室自動化系統,建築物內部設備為自動化系統,安全管理系統,火災警告系統,內部通信系統,停車管理系統等。但是有個最重要的關鍵問題,智慧"在哪裡?哪些內容能夠顯現了建築物的智慧居次?

內政部建築研究所ㄧ份資料:智慧建築之意涵,介紹國外智慧建築定義:       

                   (http://www.ctci.org.tw/public/Attachment/2430114931838.pdf)

1.  美國(IBI):透過結構,系統,服務和管理等四個基本要素及其間相互關係的優化設計,提供一個具備高效及成本經濟效益的建築空間環境。

2.  歐洲(EIBG):創造一種使用戶效益最大化的建築,同時以最低生命週期成本、最有效率地管理本身資源。應具備快速反應、高效率和彈性應變的條件,使用戶能達到實現其工作上的目的。

3.  新加坡:具備三個條件:(1)保安、消防與環境控制等先進自動化控制系統,及自動調節溫度、濕度、照明等的各種設施,以創造舒適安全的環境; (2)良好的通信網路設施,使資料能在大廈內流通;(3)能提供滿足使用者需求的對外資訊通信設施能力。

4.  中國:利用系統集成方法,將智慧型計算機技術、通信技術、信息技術與建築藝術有機結合,通過對設備的自動監控、對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建築的優化組合,所獲得的投資合理、適合信息社會需要並且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建築物。

5.  日本:智慧建築是高功能大樓,方便有效地利用現代資訊與通信設備,採用自動化技術,使其具高度綜合管理功能。並以追求經濟性、功能性、可靠性與安全性為目的之的建築物。

6.  亞洲智能建築學會(AIIB):基於適當的環境品質參數(Quality Environment Modules, QEMs)與建築關鍵因素(key elements)選擇搭配來滿足使用者的需求,並在塑造長期價值效益的前提下所設計及建造的。

國立台北科技大學建築系周鼎金教授其智慧建築理念與規劃設計的演講:http://www.space-fort.com.tw/upload/download/145440009125230400.pdf。介紹台灣智慧建築之定義:

1996年之定義:係指建築物及其基地設置建築自動化系統(BAS),配合建築空間與建築體元件,從人體工學、物理環境、作業型態及管理型態角度整合,將建築物內之電氣、電信、給排水、空調、防災、防盜及輸送等設備系統與空間使用之運轉、維護管理予以最佳化整合,使建築物功能與品質提昇,以達到建築之安全、健康、節能、便利與舒適等目的。其基本之構成要素需包括

1)建築智慧化系統裝置

2)建築使用空間

3)建築運轉管理制度

2011年之定義:藉由導入資通訊系統及設備之手法,使空間具備主動感知之智慧化功能,以達到安全健康、便利舒適、節能永續目的之建築物。建築系統包括:1. 建築空間系統,2. 建築構造系統,3. 建築設備系統,建築管理系統。設計手法與功能如下:

1.  建築自動化 - 自動化系統以增進建築設施之管理、控制之效率。

2.  建築資訊化 - 整合、集中管理資通訊基礎設施與系統,提高工作效率。

3.  建材與系統智慧化 - 達成可調整的建築環境性能,減少建材與系統的更換。

4.  空間使用智慧化 - 空間使用可適應各種需求改變。

5.  設施管理智慧化 - 整合管理建築服務、資訊服務、空間管理、建築構造等之效率化。

國外的實例介紹,以施德奈(Schneider)公司為例,其智慧型大樓包括四個系統:1.能源管理,2.電力管理,3.照明控制,4.空調,門禁與監視系統。其智慧控制著重於節省能源與居家舒適及安全性。

西門子公司的智慧建築,其智慧項目包括四大系統:

1.  冷凍空調與照明:

具有溫度,相對濕度,大氣壓力等環境感測器與火焰感測器。可以控制各種控制閥,電磁閥等以驅動空調設備,將室內溫度,濕度與氣壓調至最舒適狀態。

2.  節能與綠建築:

具有Navigator雲端平台,監控樓房系統內運作狀態與耗能狀態。此平台可估算營運成本,預測分析與錯誤診斷,達到節能要求。

3.  消防安全系統:

藉由火警探測系統,氣體偵測系統,自動滅火系統與中央防災管理系統相結合,達到消防安全功能。

4.  安全防護系統:

具有智慧影像分析系統,防入侵偵測系統,生物辨識及智慧門禁管理系統,訪客管理系統與廣域3D預警系統。

 

在中國阿里巴巴集團的2017年智慧建築白皮書有更深入介紹,對於智慧建築提出了四個維度:環境、經濟、用戶、與社會文化及技術創新。

1.  環境:

建造低耗能的建築結構設計,使用非破壞環境之建材,避免能源浪費,水資源有效設計,低廢棄物排放與生態策略。

2.  經濟:

低電力與水資源成本,相對高價格之建造成本,高投資回報。

3.  用戶及社會文化:

更高效率之空調與照明,更高效能之辦公環境,更方便之健康設計及服務,完善的安全保護,環保設計,高空間利用率等。

4.  技術與創新:

巨大的感測網路,集中或分離式綜合控制系統,使用新材料,辦公室新技術設備,創新管理模式等。

 

由上述資料可知,智慧建築之主要範圍為節能(綠建築),安全,舒適。但是所有的理念與目標還是要以技術面加以達成。以周鼎全教授之室內環境能源管理模式為例,其提出技術面有四個階段。

1.  智慧感知:量測環境數據,包括室內與室外的溫度,濕度,風速,光量等。

2.  最適化判斷:依據人體生理,心理行為與環境因子之關係模式,進行最佳化判斷。

3.  智慧控制:依據上述兩項資訊,對於空調系統與照明系統進行調節控制。

4.  資訊技術:由智慧系統使用者之回饋資訊,進行最適方案之調節。

對於其他能源節省系統,安全管理系統等其技術內涵也是相同。先有感測器量測所需資料,經過通訊系統傳輸至中央電腦。中央電腦內部之決策模式進行比對判斷,再發佈命令,指揮控制設備進行控制動作。但是智能建築之使用對象是人類,人類的感知又因個人狀況而有所不同。因此智能建築涉及了建築設計,材料科學,空調原理,人體生理等,系統工程學等多樣學門。

由於智慧難以定義,智能建築也可以做得很簡單。在建築物各層裝置攝影機,在保全警衛室有一些螢幕,有保全人員監看,這也可自稱是一種智慧建築。因此台灣內政部定出智慧建築標準,共有八大項。有這些標準容易,定出評定項目進行檢查,這是一種客觀,也容易執行,但又衍生出一些問題。

這些問題由國立成功大學建築系鄭泰昇教授在臺灣建築學會會刊雜誌(2012.07,P.33-38),有篇精闢的文章智慧建築

http://www.architw.org.tw/ftp/magazine/mag67/67th33.pdf。內容引述如下:

大家要問的是:為什麼是『智慧建築』?最近流傳一個笑話,就是一個行政院高階顧問獲邀到一棟獲得內政部智慧建築標章的建築物訪視,從頭到尾巡視過一遍之後,突然發問:『我怎麼感覺不到智慧在哪裡?』這事件凸顯 了一個基本問題:智慧建築,人民無感!不管是『智慧生活』、『智慧建築』、『智慧台灣』、『智慧城市』、『智慧星球』,大家只聽到不同的名詞,到底核心價值是什麼?

鄭泰昇教授提出台灣推動智慧建築標章的挑戰與問題包括:

1 缺乏核心價值:

基本上推動智慧建築或是執行評定建築標章,應該要先了解智慧建築的核心價值,一些基本的問題:包括推動智慧建築的目的是為了提昇資訊產業、還是建築產業?還是為了台灣的資通訊科技產業尋找升級出路?如果是要提昇資通訊產業,建築本體的價值何在? 如果目的要提昇建築產業,只是將資通訊設備置 入現有建築物,如何算是智慧建築?

2 產業無法升級:

過去因為缺乏對於智慧建築的核心價值的了解,以致於在智慧標章的制定上,缺乏對於產業升級的要求與誘因,例如現有的智慧建築配備有多項的智慧型設備,卻都是資通訊市場現有的產品,更甚者是業者逐步引進或是購買外國的技術設備,直接安裝在完成的建築體上,目前普遍所有的智慧建築申請案,大多是仿照過去通過的案例設備大部分照單全收,缺乏創新研發的結果,導致全部的智慧建築都安裝相同或類似的設備,即使智慧建築標章勉強達成 異業整合的初步階段性目標,台灣的產業轉型依舊停留在原點。

3 智慧建築標章偏重設備項目,缺乏創新設計應用:

目前的智慧建築標章,包括八大項:1.綜合佈線指標、2.資訊通訊指標、3.系統整合指標、4.設施管理指標、5.安全防災指標、6.健康舒適指標、7.便利貼心指標、8.節能管理指標。超過三分之二的指標是指向設備應有的項目。

4 標章規定太細項,評定作業繁瑣,廠商缺乏創新的誘因。

5. 缺乏因地制宜、因人(使用者)而異的評定機制,導致虛耗成本。

6. 智慧只是噱頭?不符合使用者需求:

果智慧建築只是噱頭,用來提昇 房屋的價值以招攬買主,這樣的智慧建築是不會永續的。

 7. 資源浪費,形成產業空轉:

如果使用者不需要,卻又為了得到智慧標章而安裝一些不必要的設備,相當於資源浪費。

 8. 人民無感

 一棟房屋如何讓人們進後,或是在外觀上,讓人立即感受到『智慧』?

 

依據鄭教授的以上評論,台灣發展智慧建築的問題最重要是無核心價值,不知為何要發展智慧建築,是為了增加資訊產業之銷售量,還是要提昇建築產業。如果只是將資訊設備置入現有建築物,那算是智慧建築?由於缺乏對於智慧建築之瞭解,許多所謂智慧建築之智慧設備,都只是資通市場現有產品。

鄭教授2012年對於智慧建築之評論,不也是在智慧農業一再重演嗎?將資通設備置於現有農業生產設備,即稱之智慧農業。將溫室內溫度訊號傳送在手機顯示,稱為先進智慧溫室環控。這種作秀的下場就是增加一些資通設備銷售量。智慧建築並未有創新技術,因此也無法帶動建築業之創新與競爭力。智慧農業演變至今,也同樣如此。智慧農業如果未有創新技術,當然也無法帶動農業之創新與競爭力。

自智慧建築至智慧農業,在台灣其結局都是相同。不同的產業,相同的思維,最後是一樣的結局。