英特爾的智能建筑可提升節能性、運營效率和使用舒適度。2016年，英特爾在印度班加羅爾打造了其首棟支持物聯網（IoT）的智能建筑。這棟辦公大樓共有10層，建筑面積630,000平方英尺，配有大約9,000個傳感器用于跟蹤和優化室內的溫度、燈光、能耗和住用情況，其中70%位于天花板中。這些傳感器可全天候提供實時數據。通過對傳感器收集數據進行分析，英特爾設施團隊能夠獲得切實可行的洞察。

　　挑戰

減少資源使用。普通的英特爾辦公大樓使用靜態建筑管理系統（BMS），對水電相關系統的智能控制能力非常有限。

提高運營效率。英特爾希望引入移動隔間模式，以容納更多員工。

提升使用舒適度。室內溫度波動經常導致員工抱怨他們的辦公區域要么太熱，要么太冷。

解決方案

高級建筑分析。使用基于傳感器數據的自動化規則，加強對建筑系統的控制，從而實現節能節水。

空間優化。利用占用傳感器數據幫助員工查找空閑的隔間，以提高隔間的利用率。

機器學習算法。關注更多環境因素，確保所有建筑區域保持恒溫。

影響

節能/節水。每年節省的成本預計為645,000美元，投資回報周期不到4年。

高效辦公空間。英特爾將員工容納能力提高了約30%。

高效的員工。個性化溫度控制可顯著提升工作場所的舒適性，將員工滿意度提高83%。

許多建筑采用了專有系統，相互之間無法進行通信。

專有解決方案缺乏靈活性

許多建筑和設施經理缺乏關鍵信息，無法做出明智決策。盡管建筑系統生成了海量數據，但這些數據的捕捉和呈現方式難以理解。主要原因在于建筑一般采用大量獨立的專有接口，導致全面分析建筑性能所需的數據無法進行共享。

以今天的標準來衡量，這類系統中有許多都不合格、缺乏靈活性，而且會產生高昂成本，部分原因在于這些系統采用的是特定廠商的專有技術。許多廠商的解決方案基于硬件，相比注重軟件的解決方案而言，部署新功能和升級更為復雜。因此，改造傳統BMS經常需要制造商進行定制，這一過程會耗費大量的時間和財力。使用物聯網技術打造的智能建筑能夠克服靈活性和功能方面面臨的問題。

智能建筑還有助于滿足監管要求和提升運營效率。鑒于2016年《巴黎氣候協定》把降低二氧化碳排放列為重要目標，我們必須將減少建筑能耗作為首要任務。舉例來說，在歐盟（EU），建筑的能耗和二氧化碳排放量分別占到了40%和36%。2歐洲有大約75%的建筑在節能性方面不符合要求。3通過提升建筑能效，歐盟的總能耗和二氧化碳排放量可下降約5%。

此外，我們還需要改善樓宇使用體驗。例如，相比上一代人，進入職場的千禧一代期望建筑能夠提供更多服務，能否滿足這一期望將直接影響員工滿意度和流失率。

智能建筑解決方案

為改進建筑節能性、運營效率和使用舒適度，英特爾設計了一套基于其物聯網參考架構的智能建筑解決方案。物聯網技術大幅簡化了從暖通空調（HVAC）、供水、發電、占用情況統計和電氣等各種建筑系統中收集數據并進行分析的任務。建筑還配有基于以太網供電（PoE）的智能照明系統，燈具中嵌入了傳感器以監控樓宇使用情況、溫度和其他環境因素。

數據收集

圖1所示為這種物聯網架構的基本結構。基于英特爾處理器的物聯網網關充當建筑的“中央神經系統”，安全連接各種監控建筑系統并確保系統間數據不間斷傳輸的智能傳感器。本質上，整個解決方案的互操作性和數據集成有賴于這些物聯網網關提供支持。這些網關具有內置的企業級安全特性，如邁克菲嵌入式控制*，這些特性可為網絡、建筑系統和數據提供端到端安全保護。

　　圖1.面向智能建筑的物聯網架構

數據分析

建筑還配有內部BMS，可處理建筑內各種子系統（如HVAC和照明）的日常自動化任務。英特爾還引入了L&TTechnologyServices提供的集成建筑能源管理系統（iBEMS*），從而增加了高級建筑分析和規則功能。iBEMS軟件運行在分布式計算環境中，包括圖2所示的網關軟件組件。在網關中，它對傳感器數據和連接英特爾企業網絡的服務器執行相關規則，并分析來自網關的過濾數據。

使用案例

到目前為止，英特爾智能建筑已經成功應用于40個不同的使用案例。本部分介紹四個可提升節能性、運營效率和住戶滿意度的使用案例。在圖3和圖5中，藍線表示輸入，紅線表示啟動或輸出。

1.節能

會議室HVAC控制

在英特爾智能建筑中，會議室等封閉區域大約占到總面積的18%。4這些區域非常節能，當無人使用時，其中的HVAC和照明系統通常會進入省電模式。然而，許多靜態BMS會在封閉的房間內始終保持恒溫，無論房間是否有人使用或訂購。

　　圖2.網關技術堆棧

成效

照明系統通常會進入省電模式。然而，許多靜態BMS會在封閉的房間內始終保持恒溫，無論房間是否有人使用或預訂。

解決方案

IT和物聯網數據可用于創建節能解決方案，如圖3所示。每個會議室的預訂狀態信息可通過IT公司日歷系統收集，每個房間的使用狀態信息可通過上述支持物聯網的PoE燈具獲得。這些參數可與傳統的“回風溫度”輸入參數集成，從而更高效地調節會議室的變風量（VAV）箱。

通過提升VAV箱的運行效率，英特爾預計可節省4%的總HVAC成本，并在不到兩年的時間內實現解決方案的投資回報。此外，通過利用自然光、日光傳感器和LED，每平方英尺的實際照明功耗低至0.39瓦，遠低于英特爾基準設計的1.08瓦。

成效并不局限于節能。該使用案例以直觀方式提供了其他的重要數據，如會議室利用率，該數據可為建筑空間規劃師提供確保辦公室配置滿足使用者需求的信息。

　　圖3.會議室HVAC控制使用案例的解決方案

2.運行效率

自動需求響應

為避免意外服務中斷（如停電），電力公司實施需求響應計劃，鼓勵客戶在總需求可能超過供應能力時減少電力使用。參與客戶通常可以通過降低電價和用電信用額度的形式獲得補償。

解決方案英特爾的智能建筑解決方案可控制四個電力來源：柴油發電、太陽能發電、燃料電池和電網，支持設施團隊遠程讀取連接不同電力來源的電表，并通過按動按鈕改變整個建筑的用電情況。通過監測和控制能耗與發電，確保能源負荷滿足電力公司的需求響應要求。借助該功能，英特爾的智能建筑可在超過90%的允許負荷閾值時采取自動措施降低能耗，如圖4的運行邏輯所示。

成效該使用案例促進了可再生能源的高效使用，避免因能耗超過公用電網的許可負荷而繳納罰款。照明、HVAC、風扇等主要建筑子系統的能耗均已下降，滿足了需求。當需求增加或太陽能電池的發電能力在陰天下降時，設施團隊還可增加燃料電池的使用。

　　圖4.自動需求響應使用案例的業務邏輯

　　3.樓宇使用舒適度

各建筑區域保持恒溫

樓宇使用者經常抱怨一天內的室內溫度不斷變化。

解決方案為確保各個建筑區域保持恒溫，英特爾實施了一種機器學習算法，用以預測建筑HVAC的合適設定點。該算法不僅考慮了典型參數（如回風溫度），而且考慮了許多其他參數，包括樓宇使用情況和環境溫度。

這一算法每兩分鐘運行一次，以及時更新設定點預測。

成效該使用案例提高了員工和設施團隊的效率。一項研究顯示，鳳凰城FederalBuildingandU.S.Courthouse的個性化HVAC提升了工作場所溫度的舒適性，員工滿意度提高了83%，1從而提高了工作效率，設施團隊不再需要頻繁處理使用者抱怨溫度過高或高低的問題。

　　圖5.樓宇使用舒適度使用案例的系統交互圖

4.運行效率

移動隔間預訂

在其他英特爾辦公大樓，員工面臨的一個主要問題是很難找到并確定未被占用和可供使用的移動隔間。

解決方案英特爾智能建筑解決方案可幫助員工查看和預訂某天可使用的房間。通過組合每個移動隔間安裝的占用傳感器（圖6）的數據和隔間預訂系統的數據，該解決方案創建了這一視圖。

成效該移動隔間預訂應用可幫助英特爾保持一定比例的未分配和已分配隔間，并將約20%的隔間指定為移動隔間。因此，相比為每個員工分配一個固定隔間，英特爾可以將建筑可容納的員工數量提升約30%。僅該使用案例每年就可節省數百萬美元的運營費用。而且，員工只需按動按鈕，便可做好一天的座位安排。

　　圖6.移動隔間預訂使用案例的系統用戶界面

物聯網技術概述

以下部分更詳細介紹了英特爾智能建筑解決方案采用的物聯網技術，包括有關通信協議、規則、數據集成、網絡和網關安全性及解決方案供應的更多信息。這些功能涉及所有基于物聯網的建筑解決方案。

通信協議、規則和數據集成對于建筑控制而言，橋接各種建筑系統使用的不同通信協議是一項不小的挑戰。基于英特爾處理器的物聯網網關可作為中央協調程序提取各個協議（Modbus*TCP/IP和BACnet-IP）中的消息，從而克服這一挑戰。

該網關還可根據一套預定義規則（如在照明占用傳感器檢測到有人時開啟VAV箱）處理消息，可以處理時間敏感型而非計算密集型的規則，較為復雜的規則可以在云服務器上運行。

英特爾智能建筑解決方案共有約5,000個規則，分配給網關和兩個后端冗余服務器。數據在網關上經過評估后，需要進一步處理的部分以JSON格式通過MQTT通信協議傳輸至云。傳感器每天產生約50GB的數據，這一數據集分布于60個物聯網網關。約40%的傳感器數據在云中進行分析。可以通過備份和歸檔機制清除云中的原始數據。

網絡和網關安全性為了保障網絡和網關安全，英特爾采用了網絡拓撲結構和專為防范黑客通過傳感器網絡侵入自身企業網絡而設計的安全策略。其中拓撲結構中采用網關橋接兩個網絡，而且網絡分別使用獨立的接口，從而可以將傳感器網絡和企業網絡隔離。在安全策略方面，iBEMS軟件在公司網絡服務器上運行，并受到防火墻的保護。禁止通過互聯網從防火墻外部連接iBEMS。

為保證數據傳輸安全，該網關使用OpenSSL對消息進行加密，并通過安全套接層（v2/v3）和安全傳輸層（TLSv1）網絡協議連接客戶端。這一網關使用可信平臺模塊（TPM）芯片對應用進行加密并保護其分發安全。

網關自身受到安全啟動和應用白名單軟件的保護。安全啟動可檢查確認網關的操作系統處于已知良好狀態，且未經篡改。應用白名單可確保網關上僅運行特定的預定義應用和中間件。

調配

網關預裝了客戶端軟件，并允許其與iBEMS服務器通信。公司網絡上的服務器可管理網關軟件變更，包括操作系統、驅動程序和應用升級。唯一需要在現場執行的配置操作就是輸入托管iBEMS應用的升級服務器的URL。網關上的代理會不斷檢查服務器上存儲的硬件配置變更。一旦檢測到變更，代理就會從服務器中獲取新軟件更新，并安裝在系統中的所有網關上。獲取、安裝和重啟的時間一般不超過2分鐘。

總結

位于班加羅爾的英特爾智能建筑實施了約40個使用案例，其中約55%旨在提升節能性和運行效率，其余45%旨在提高員工滿意度。多項研究表明，相比節能性和運行效率提升帶來的盈利改善，員工工作效率的提升對于頂線增長的影響要大很多，這也是員工滿意度使用案例數量較多的原因。此外，智能建筑還有助于改善公司的形象，幫助企業吸引人才。

業主需要淘汰封閉的專有BMS系統，轉而采用開放系統，以利用最新技術帶來的優勢。英特爾智能建筑在這方面邁出了一大步，將BMS作為一種服務，并提供大量解決方案廠商中供業主靈活選擇。