文 | 秦明；編輯 | 石亞瓊

(資料圖)

降低建筑運營能耗，是碳中和的必行之路。

建筑節(jié)能自控技術(shù)——群智能建筑系統(tǒng)，誕生于清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心，由江億院士領(lǐng)銜。作為十三五期間建筑智能化系統(tǒng)平臺方向，國家唯一支持的大型科研項目，它被專家評價為智能建筑領(lǐng)域的“兩彈一星”工程。

在廣州微信總部辦公樓智能化改造項目中，8天完成2萬平方米的安裝調(diào)試工作，實現(xiàn)暖通控制系統(tǒng)上線運行，目前已運行5年，風(fēng)機能耗費用下降50%。

作為最佳案例被寫入《中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報告2022》的華潤置地吳江萬象匯與濟南萬象城，使用了群智能建筑系統(tǒng)后，每年節(jié)省電量約189萬度，減少CO2排放量1330噸，分別實現(xiàn)了34%、21%的節(jié)能率。

將縮短調(diào)試時間80%以上，將建筑整體能耗平均降低30%，是它的建設(shè)速度與節(jié)能效果。

近期，36氪專訪了群智能建筑系統(tǒng)的發(fā)明人，鄰元科技CEO姜子炎，清華大學(xué)博士，暖通專業(yè)背景，本科階段就跟著江億院士進入實驗室，從事建筑節(jié)能領(lǐng)域研究。20多年來，他經(jīng)歷了建筑節(jié)能領(lǐng)域從一個不被重視到被重視、再到如今熱門產(chǎn)業(yè)的過程。

他談到，將建筑物理場與分布式計算相融合，扁平化、去中心、自組織的新型計算架構(gòu)，將給行業(yè)帶來一場全新的技術(shù)革新。

鄰元科技CEO姜子炎

01 傳統(tǒng)建筑智能化系統(tǒng)，難以復(fù)制推廣

36氪：過去20余年，智能建筑領(lǐng)域的市場狀態(tài)與運轉(zhuǎn)邏輯是怎樣的？

姜子炎：早在千禧年前，不少新建公共建筑中都有安裝建筑智能化系統(tǒng)的預(yù)算，實現(xiàn)所謂3A、5A級建筑。剛開始比如清華同方、太極等國產(chǎn)公司從事此項服務(wù)工作。2000年以來，江森自控、西門子、霍尼韋爾等國外品牌進入市場，PLC、DDC等核心硬件產(chǎn)品逐漸占到中國市場的60%-70%；加上后續(xù)的施耐德與其他若干國外品牌，占比達到90%以上，國產(chǎn)控制器硬件產(chǎn)品的市場份額寥寥無幾。

然而，此賽道的中國企業(yè)數(shù)以千計，僅在智能建筑行業(yè)協(xié)會中，就有超2000家的集成商、建設(shè)單位注冊。一直以來，他們往往從國外企業(yè)購買硬件產(chǎn)品，針對工程項目進行系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)，并交付給甲方使用。

36氪：近30年來，智能建筑領(lǐng)域發(fā)展背后有哪些遺留至今的問題？

姜子炎：近三十年，因地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，建筑智能化產(chǎn)業(yè)也不斷發(fā)展。起初安裝建筑智能控制系統(tǒng)的初心是實現(xiàn)樓宇的自動化運行，減少人工成本與運營費用，不過至今，相當(dāng)多項目的智能化系統(tǒng)并沒有真正發(fā)揮預(yù)期的作用和能力。

首先，過去開發(fā)商將建筑賣給使用者，標(biāo)榜“智慧樓宇”提高售價更為重要，過程中使用國外品牌也更容易貼標(biāo)簽，反而建筑交付后運行實用效果不那么重視。

其次，每個項目需要針對空調(diào)、照明、給排水、安防等功能，由建筑機電+IT專業(yè)跨學(xué)科專業(yè)工程師進行定制化開發(fā)，過程中包含較高的調(diào)試成本、系統(tǒng)開發(fā)成本，尤其完成后的成果不具備復(fù)制性，難以把好的控制策略和管理經(jīng)驗推廣，這是由傳統(tǒng)技術(shù)帶來的瓶頸問題。

36氪：如何理解傳統(tǒng)樓宇自控技術(shù)的瓶頸問題？

姜子炎：一個建筑內(nèi)部有多個系統(tǒng)，比如暖通空調(diào)、照明、消防、安防、電梯等。在傳統(tǒng)樓宇自控技術(shù)應(yīng)用過程中，每個系統(tǒng)包含多個可編程控制器，每個控制器內(nèi)部又存在數(shù)十根線對應(yīng)著不同的設(shè)備。

要實現(xiàn)樓宇的智能化控制，傳統(tǒng)技術(shù)需要通過編程定義每條線所屬的設(shè)備及位置；由于同一子系統(tǒng)內(nèi)多個被控設(shè)備又相互影響，也需要通過中控來管理，中控也得需要通過軟件編程進行詳細的被控系統(tǒng)建模，這本身需要大量的系統(tǒng)軟件開發(fā)工作。

除此之外，不同系統(tǒng)之間存在一定的耦合關(guān)系。比如當(dāng)拉上窗簾進行遮陽后，熱輻射變少，空調(diào)也會受影響，這就導(dǎo)致需要基于實際情況去層層建模。

如此下來，整棟樓的控制信息點數(shù)以萬計，且散布在數(shù)萬乃至十幾萬平米的各個建筑環(huán)境空間，很多相關(guān)設(shè)備還是隱蔽安裝，想把物理世界的設(shè)備和測點與各級軟件模型中的數(shù)據(jù)信息對應(yīng)準(zhǔn)確，將帶來超大的工作量。

反映到實際效果中，就是調(diào)試成本特別高，調(diào)試周期長，通常需要半年到一年，甚至更長時間還沒有調(diào)試完成的案例也比比皆是。

總之，傳統(tǒng)技術(shù)是各個子系統(tǒng)各自為戰(zhàn)、分層中控、中央集成的架構(gòu)。在這樣的架構(gòu)下，本身沒有建筑及其被控機電設(shè)備系統(tǒng)的信息，需要大量的綁點、建模工作。物理世界和信息系統(tǒng)脫節(jié)，是傳統(tǒng)技術(shù)帶來的瓶頸問題。

當(dāng)然，技術(shù)確實在發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)也都在智能建筑領(lǐng)域有所應(yīng)用，比如工業(yè)以太網(wǎng)、SaaS、AI算法、大數(shù)據(jù)、AIoT等，都在慢慢使用，但都沒有改變傳統(tǒng)技術(shù)分級控制的架構(gòu)，依然沒有辦法解決上述過程帶來的問題。

36氪：目前市場上不同玩家處于怎么樣的狀態(tài)？

姜子炎：在建筑智能化市場，目前智能建筑系統(tǒng)的主流供應(yīng)商，大多來自工業(yè)自動化控制巨頭，比如霍尼韋爾、施耐德、西門子、江森自控等，也是我們的直接競品，它們把流程工業(yè)的智能化應(yīng)用到了建筑業(yè)，但是卻沒有解決實現(xiàn)建筑智能化系統(tǒng)的建設(shè)調(diào)試過程的智能化問題，造成普遍存在的預(yù)期功能不落地問題。

對建筑節(jié)能市場，新建建筑，國內(nèi)仍有不少集成商做辛苦的調(diào)試工作，開發(fā)一些節(jié)能算法和軟件交付，但大部情況效果一般；對于既有建筑節(jié)能改造，前兩年很多服務(wù)商的做法是通過前期調(diào)研，交付一個節(jié)能分析報告給甲方，結(jié)果帶來的問題是難以落地而真正實現(xiàn)節(jié)能效果。

02 群智能系統(tǒng)，縮短調(diào)試時間80%，能耗平均降低30%

36氪：如何理解您提到的建筑群智能技術(shù)嗎？

姜子炎：群智能技術(shù)的研究背后最早來源于江億院士的一次發(fā)問。

有一堆蘋果與一個筐，如何將盡可能多地把蘋果放到筐內(nèi)？一種辦法是將每個蘋果編號，并按尺寸大小建模，再給筐建模，利用一系列優(yōu)化算法進行放置，這可能得到最優(yōu)的方案；另一種是將蘋果一股腦無序放置進去，在快裝滿之時，不斷搖晃騰出空隙，再進行放置。雖然第二種方法可能得到的不是理論上的最優(yōu)解，但能實現(xiàn)目標(biāo)且實現(xiàn)的成本非常之小，這是市場中非常需要的。

目前建筑智能化技術(shù)提供的是第一種方式，能不能用第二種方式來實現(xiàn)建筑智能化？

在這個思路之下，這一筐蘋果是一種扁平化、沒有中心、即插即用、自組織的系統(tǒng)。我們希望將建筑智能化也變成這樣即插即用、能夠與建筑綁定在一起的自組織系統(tǒng)，這是我們最初的想法。

36氪：所以我們的技術(shù)怎么解決這個問題？

姜子炎：既然傳統(tǒng)技術(shù)問題在于“中央控制”，我們就想，能不能取消中央，將傳統(tǒng)思路上集中在中央的智慧和算力散布在建筑的各個單元，讓建筑基本單元變成智能單元，類似鳥群、魚群中的個體，通過簡單個體的自組織實現(xiàn)系統(tǒng)整體的復(fù)雜控制和優(yōu)化功能？

傳統(tǒng)思路是從工業(yè)控制和互聯(lián)網(wǎng)等信息學(xué)科直接拿來成熟技術(shù)用到建筑領(lǐng)域，造成建筑知識和信息技術(shù)脫節(jié)，我們應(yīng)該從建筑本身的特點出發(fā)，反過來重新定義適合建筑的信息系統(tǒng)架構(gòu)。

36氪：您提到的建筑基本單元具體指的是什么？

姜子炎：以往認為傳感器、執(zhí)行器、控制器是自動化系統(tǒng)的組成單元。但是，這些構(gòu)件并不是建筑的組成部分，用它們作為基本單元組成建筑控制系統(tǒng)，并不能跨過對建筑系統(tǒng)定義這一門檻。

建筑基本單元是反映某種共性的完整建筑功能、可以在不同建筑項目中復(fù)制的最小單元。建筑基本單元可以反映建筑及其機電設(shè)備的屬性，通過少數(shù)幾類基本單元，就能完整地拼接建筑及其設(shè)備系統(tǒng)，并僅僅通過改變拼接方式，就能得到針對不同建筑項目的建筑自動化系統(tǒng)，具體如下圖所示。

建筑基本單元列表（來源：企業(yè)供圖）

為了找到能夠支撐新架構(gòu)構(gòu)想的基本單元，我們從建筑設(shè)計院提供的100余套實際建筑平面和設(shè)備圖紙中，分析空間分布特征，總結(jié)機電設(shè)備的共性特征，并且通過一系列工作進行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，定義出20多種“建筑基本單元信息模型”，并成為中國節(jié)能協(xié)會認可的團體標(biāo)準(zhǔn)。

任何復(fù)雜的建筑，都可以看作是這20多種基本單元的組合。我們進一步開發(fā)一種智能硬件，我們叫計算節(jié)點（CPN，Computing Processing Node），將各種建筑基本單元的信息特征預(yù)先植入到CPN中。

具體在工程中，我們將CPN安裝在不同的建筑單元內(nèi)，使其代表各個建筑單元，并按照單元所在空間位置，將CPN連接成與建筑空間結(jié)構(gòu)相似的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，這構(gòu)成了群智能系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。由于建筑空間是網(wǎng)格狀、無中心的，各個空間關(guān)系相對平等，因此群智能系統(tǒng)也是去中心、扁平化的。

36氪：技術(shù)原理層面該如何理解呢？

姜子炎：從運行管理、自動控制需求角度看，辦公室、酒店客房、會議室等建筑空間在各個建筑中其實相差不大。由于空調(diào)、照明、配電等建筑相關(guān)專業(yè)在設(shè)計時有標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則，在50-100m2的空間內(nèi)各種功能的建筑空間內(nèi)設(shè)備個數(shù)以及控制管理相關(guān)的信息種類比較容易標(biāo)準(zhǔn)化。

反映在一定建筑空間內(nèi)部，燈與空調(diào)的個數(shù)是有限的。基于這樣的認識，前面我們提到，通過對建筑單元類型的歸納分析后，可以定義出能夠在不同的建筑中復(fù)制移植的基本單元。

這些單元如何實現(xiàn)像鳥群、魚群那樣的自組織控制呢？

在傳統(tǒng)的理解下，相互耦合的東西需要一個上級的控制區(qū)來解決。但我們不喜歡中央控制，因為中央控制意味著綁點、建模等大量的工程工作。能否實現(xiàn)扁平化、無中心的全局優(yōu)化控制呢？

我們還是從建筑物理專業(yè)找答案：建筑控制是在控制空調(diào)、通風(fēng)、供熱、照明、人群移動等，但更深層次是在控制各種物理場。物理場本身就是沒有中央的，物理場的任何一點變化都可以激發(fā)漣漪，引起整個物理場的變化，但這種變化是從激發(fā)點開始由近及遠、由強變?nèi)醯摹?/p>

既然本質(zhì)是在控制物理場，我們就可以按照物理場的變化規(guī)律重新設(shè)計計算機制：讓安裝在建筑單元中的CPN代表對應(yīng)的局部物理場，通過CPN與鄰居之間的迭代計算模擬物理場的變化過程，進而可以基于對機電設(shè)備不同執(zhí)行狀態(tài)下全局物理場的模擬結(jié)果，找到既滿足控制要求能耗又最低的可行方案，最終實現(xiàn)控制。

上述類似于有限元的思路，只不過將單元劃分的顆粒度放大到建筑空間單元尺度上，每個單元都圍繞著自己的邊界與其他單元拼接起來，相互影響，最終實現(xiàn)系統(tǒng)整體優(yōu)化控制。

其中，背后按照物理場變化規(guī)律而設(shè)計的分布式計算，是建筑空間單元協(xié)作的靈魂。

對于各種各樣建筑控制管理需求，我們把從簡單數(shù)學(xué)計算，到常用數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，再到物理場分布求解算法在內(nèi)的多種全局算法拆解成能夠即插即用、完全一致的分布式“算子”，固化在CPN里面，從而可以用這些多種分布式算子拼接出未來所有可能的控制管理邏輯。

36氪：所以我們提供的是一套封裝好底層技術(shù)的硬件產(chǎn)品？

姜子炎：是的，我們提供的CPN是一個內(nèi)置分布式操作系統(tǒng)的獨特硬件產(chǎn)品。我們在每個房間中會放置一個CPN盒子，相鄰房間的盒子之間會通過網(wǎng)線連接，從而將整棟建筑的所有空間構(gòu)成一個網(wǎng)格狀的模型。

所有CPN都內(nèi)置相同的LynkrOS。這是我們自己開發(fā)的面向分布式計算的分布式操作系統(tǒng)，它負責(zé)實現(xiàn)CPN計算網(wǎng)絡(luò)自動構(gòu)建、進行分布式計算調(diào)度和多線程管理，在一秒時間內(nèi)，每個CPN盒子與鄰居之間會完成幾百次的迭代計算，從而支持上層應(yīng)用軟件可以靈活下載運行在CPN計算網(wǎng)絡(luò)中。

在用戶的視角下，CPN硬件產(chǎn)品背后有應(yīng)用軟件商城。

這類似于手機App的應(yīng)用商店。其中有能夠覆蓋大部分建筑控制管理功能的應(yīng)用軟件，比如空調(diào)與各種機電的節(jié)能控制，能耗統(tǒng)計，照明控制，安防門禁管理，設(shè)備故障診斷等，建筑管理用戶可以根據(jù)具體項目需求，靈活即下載即應(yīng)用到本建筑的CPN計算網(wǎng)絡(luò)上。我們的技術(shù)可以保證這些標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用軟件，自動適配不同建筑中、不同規(guī)模和結(jié)構(gòu)的CPN網(wǎng)絡(luò)，下載即運行。

36氪：咱們的壁壘在哪，如何保持競爭力？

姜子炎：一是面向建筑物理場的全新的分布式計算系統(tǒng)架構(gòu)，是江森自控、西門子、霍尼或者其他競品沒有的東西；二是LynkrOS操作系統(tǒng)內(nèi)嵌了上百種分布式算法，且有強大調(diào)度和多線程管理功能，通過不斷落地案例，吸引上層的技術(shù)應(yīng)用開發(fā)者，逐漸將技術(shù)壁壘轉(zhuǎn)化生態(tài)壁壘。

03 從實驗室到商業(yè)化，技術(shù)與市場逐漸成熟

36氪：與傳統(tǒng)案例相比，咱們服務(wù)案例的效果有哪些實際提升？

姜子炎：目前我們已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超過共計600萬平方米的公共建筑之中，包括體育館、商場、酒店、寫字樓等。

在華潤置地萬象城的多個項目中，經(jīng)過專家評審與工程公司做測算，前期從200人天減少到35人天，調(diào)試時間從8個月減少到4周，實現(xiàn)了開業(yè)即運行，開業(yè)當(dāng)天預(yù)期功能實現(xiàn)率95%以上，相對傳統(tǒng)技術(shù)大幅提前了智能化系統(tǒng)的交付時間。

在運行過程中，通過智能化算法每年節(jié)省幾十到百余萬能源費用；同時自動運行和自動故障診斷功能，大幅提高人工效率，運行過程中一年省10個人工，等效于一百多萬的運行費用。

36氪：如何看待目前咱們的競品與市場的成熟度？

姜子炎：在產(chǎn)業(yè)鏈上，我們對霍尼韋爾、西門子這些國外廠商的PLC/DDC等產(chǎn)品是直接的替代和競品關(guān)系。節(jié)能服務(wù)商、集成商、云服務(wù)商等都不是競品，而是合作伙伴關(guān)系，我們可以為合作伙伴直接提供低成本、可快速落地的節(jié)能策略和服務(wù)軟件，也可以開放LynkrOS操作系統(tǒng)API，支持合作伙伴開發(fā)更好的應(yīng)用軟件。

就市場而言，過去中國大部分的建筑都是靠手動運行的，原因是人工成本相對較低。如今地產(chǎn)行業(yè)開始轉(zhuǎn)型到經(jīng)營自持型的物業(yè)，用智能化系統(tǒng)實現(xiàn)運營成本的降本增效變得重要，尤其建筑節(jié)能是實現(xiàn)碳中和特別重要的一塊。

36氪：咱們的商業(yè)模式如何設(shè)置的？

姜子炎：第一階段盈利模式很簡單，就是售賣內(nèi)嵌的LynkrOS的自控系統(tǒng)硬件CPN，以及搭載在LynkrOS上運行的實現(xiàn)節(jié)能低碳、降本增效功能的配套算法軟件包。

第二階段，發(fā)展基LynkrOS建設(shè)生態(tài)系統(tǒng)，和中國建筑運維產(chǎn)業(yè)大多數(shù)企業(yè)合作，為大家提供開發(fā)成本低、可快速落地、軟硬件一體化的技術(shù)底座。作為操作系統(tǒng)提供商，我們在支持、推廣合作伙伴應(yīng)用軟件產(chǎn)品的同時收取一定服務(wù)費。

36氪：請您介紹一下咱們團隊目前的情況？

姜子炎：公司目前擁有60多人，其中大部分是研發(fā)人員。公司的研發(fā)團隊是一個跨專業(yè)的研究型團隊，包括硬件研發(fā)、操作系統(tǒng)研發(fā)、應(yīng)用軟件研發(fā)、算法開發(fā)、交互軟件開發(fā)、設(shè)計和工程落地支持等各個部門，融合了計算機、自動化、電子、軟件，與暖通、照明、電氣、建筑節(jié)能、物業(yè)管理等各個專業(yè)。

鄰元科技產(chǎn)品架構(gòu)（來源：企業(yè)供圖）

36氪：如何理解建筑智能化系統(tǒng)與建筑低能耗運營的關(guān)系？

姜子炎：我們跟著江老師做建筑節(jié)能近20年，其實行業(yè)對建筑節(jié)能技術(shù)的認知是一點點加深的。

最早，提到建筑節(jié)能想到的就是更換LED燈，改造外保溫，更換高效機電設(shè)備。2005年左右，江老師提出“用數(shù)據(jù)說話”，行業(yè)開始推行“分項計量”，就是在建筑各個用電回路安裝電表，計量各個用電系統(tǒng)的細分能耗。

這樣可以清楚的知道什么系統(tǒng)能耗高，從而執(zhí)行針對性的節(jié)能改造，避免盲目更換高效設(shè)備。當(dāng)時，國家和地方政府都有補貼，很多企業(yè)加入到這個行業(yè)。

但是到2012年前后，建筑業(yè)主逐漸意識到，光拿到這些能耗數(shù)據(jù)并不能實現(xiàn)節(jié)能。能耗高的系統(tǒng)未必就有節(jié)能潛力，還可能是建筑運行就需要這些能耗。

所以，只做分項計量，已經(jīng)不滿足行業(yè)的需求了，一些企業(yè)開始轉(zhuǎn)向能耗分析業(yè)務(wù)，通過計算能效，并與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)相比，為業(yè)主發(fā)現(xiàn)那些地方存在節(jié)能潛力，甚至提出節(jié)能改造方案。

到2018年，只做節(jié)能分析也逐漸難以滿足用戶需求。雖然根據(jù)節(jié)能報告可以做一些管理節(jié)能、行為節(jié)能，但建筑能耗與運行管理密切相關(guān)，是一個動態(tài)的過程，人工管理難以實現(xiàn)高水平的節(jié)能效果。

這時候，建筑智能化系統(tǒng)就成為行業(yè)迫切需要的技術(shù)手段。其實，在“十一五”期間，江老師負責(zé)的一個“大型公共建筑節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”項目就已經(jīng)給出公建節(jié)能的三個關(guān)鍵技術(shù)“分項計量”、“節(jié)能診斷”、“控制改造”。

然而，行業(yè)對這些技術(shù)的認知和接受是由淺入深，逐漸接受的，到如今已經(jīng)跨越了10多年的時間。

（完）

關(guān)鍵詞： 建筑節(jié)能 智能建筑 傳統(tǒng)技術(shù)