物聯網(Internet of Things)是什麼?
從 20 世紀早期開始,人們對於物聯網一直保持極高的興趣且不斷炒作相關議題,這種情況就像當初 BIM 對 AEC 產業的衝擊一樣,大家都聽過這個名詞,卻沒人知道該怎麼應用這項技術。根據維基百科,物聯網一詞的是由一個英國企業家首先使用於描述 1999 年中以 RFID 連結裝置的全球網絡,後來人們談的就不限於 RFID 連結的裝置本身了,進而延伸到該應用裝置的位置,如汽車、建築甚至是海底底層這種較寬廣的自然環境,而現在人們普遍對於物聯網的定義則如下所述「包含不同的資料傳輸協定和方法與任何裝設感測器且能透過單一網路於外部傳輸資料的裝置」。這些交互連接裝置的應用範圍從提升生命安全和防護到建築物自動化設備管理系統控制與回報,其產生的巨量資料通常需要被收集、彙整和分析以實現它們的益處。針對這篇文章提出的問題如下,由於建築物是這些類型裝置的安裝實際位置,那麼 BIM 在物聯網中是否佔有一席之地?
 
 
BIM 與物聯網的可能性
因為建築物內部或表面能裝設許多這類型的裝置,問題的答案是肯定的,BIM 的確佔有一席之地,但是,這個議題值得我們更深入地去探討到底實際上該如何結合 BIM 與物聯網或是該從什麼角度開始探討兩者的關聯性。在眾多議題中,我們可以從其中的一個問題開始「我們該如何定義 BIM」,曾聽過許多說法像是 BIM 就是 Revit,只是一個 3D 建模工具,到 BIM 是一種設計到施工的協同作業程序。另外一個問題,BIM 以單一設計模型取代了互不關聯的平面設計圖,而談到物聯網則聯想到智慧溫控計等等裝置,當我們結合 BIM 與物聯網會發生什麼事?或是說它將如何幫助建築物的營運管理作業呢?
實際上,對於物聯網來說,模型 3D 幾何資訊為其次,重要的是模型中夾帶的建築生命週期營運相關資料,如空間和資產資訊,此兩類資訊可以用於針對營運維護階段,組織和分析物聯網資料的主要架構,進而作為定義物聯網、BIM 與建築物的相關性的基礎。圖二呈現可被考量的各種廣泛議題,而物聯網的概念不只是應用於建物營運考量的區域,且展示了各種裝置和可被傳輸的資料類型。然而,倘若少了資料分析的彙整要素和實際工作流程觀點,從不同系統收集的資訊就失去了價值。



圖二 – 建築與物聯網

實際的感測器安裝範例則如下圖所示,設定的需求第一個為收集人員的移動資訊,以依照人員聚集的位置調整暖氣的層級,第二個為因應太陽位置的變化和進入建築物自然光,監控能源使用,圖四和圖五分別為人員活動和熱分布的監測結果。



圖三 – 監控建築光、活動和 CO2 表現的感測器



圖四 – 透過感測器偵測人員活動顯示活動頻繁的區域



圖五 – 探索建築物營運時期的熱分布

 
 
作為物聯網的協作系統
對於想透過可操作與分析的方法,從建築系統獲得有意義資料的業主和設施管理人員來說,發展一個以建築中心的物聯網並配合協作資料系統方法將會是成功的關鍵。有許多應用垂直特定雲端應用程式整合感測器資料和與建築自動化和控制、能源和永續管理相關儀表板的例子。這些方法很好,但是作法不夠完整,筆者相信最佳的解決方案是發展一個全面,且以 BIM 為基礎的建築生命週期方法來管理建築產業的物聯網,此方法連結模型和以雲端為基礎的整合工作場所管理系統(Integrated Workplace Management System, IWMS)用以協助管理空間、維護計畫和其他相關議題。
真正的建築生命週期整合為在整個生命週期中動態整合整個建築模型、感測器和系統,使其能呈現完整的建築履歷。這樣的方法始於施工階段後期的安裝設備與感測器到營運維護階段,最終於建物拆除後停止。
 
 
應用物聯網的智慧建築案例
智慧建築綠能屋,此三棟建築分別為:
一、穆爾西亞大學化學系建築:此實驗著重資料收集與資料分析,探討能源消耗與建築物人員跟環境兩大因素之間的影響關係。由資料收集與分析結果得到-建築人員數跟環境因素,是建築能源管理策略的重要參數。



應用實例一:穆爾西亞大學化學系建築

 
二、穆爾西亞大學實驗室:此實驗透過上述智能建築管理系統運作模式能夠有效節省能源平均消耗 20%。



應用實例二:穆爾西亞大學實驗室

 
三、穆爾西亞城市商用建築:此實驗透過上述智能建築管理系統運作模式能夠有效節省能源消耗平均為 23%。第二實驗建築與第三實驗建築主要地點不同,一個在大學內部,一個是商用建築。
 
 
結論
建築物、BIM 與物聯網的結合並不僅是在建築物安裝不同的感測器並蒐集一堆資訊而已,以建築物的生命週期來談,從規劃設計到施工階段,我們利用 BIM 和資訊系統整合資訊並透過對應的工作流程改善傳統營建產業的作業成本、品質和效率,到了營運維護階段,目前以交付的 BIM 模型和 COBie 表單等等營運維護資訊配合電腦化維護管理系統,輔助後續的設施管理作業,物聯網應從施工至營運管理階段切入,以設施維護管理需求與作業流程、BIM 模型與資訊系統提供的建物空間和設備資訊作為資訊收集和分析的規劃基礎,最後在營運維護端發展一個整合竣工模型和營運維護資訊的雲端管理系統,以利分析並利用感測器收集的資訊回饋至運維階段甚至是下次建案的設計參考,最後,智慧建築即為物聯網於建築的應用的具體產物。
 
 

引用連結 | Does BIM have a role in the Internet of Things?What happens when BIM meets the IoT?How can We Tackle Energy Efficiency in IoT Based Smart Buildings?物聯網對節能措施之影響分析期末報告

編譯整理 | 簡翊亘(Justin Chien)