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详述工程与电子商务相结合的全新应用——城市农场，以期加速信息通信技术在我国农业中的应用，促进农业大发展
在大多数国家，建筑是能源消耗和二氧化碳排放的最大的驱动者。以欧盟为例，其建筑消耗了大约40%的能源，造成超过40%的二氧化碳排放。而根据美国能源情报署（Energy Information Administration）的数字，美国与建筑相关的能源和温室气体排放所占的比重更大，其中能源使用量占72%，温室气体排放量占到48%。虽然发展中国家中建筑的能源使用和温室气体排放所占比重相对要小得多，但是，随着快速的工业化和城市化，这一比重正在迅速增加。如果世界范围内的能源使用趋势一直继续下去的话，那么到2025年，建筑将成为全球能源最大的消费者，甚至超过运输和工业部门的能源消费总合。同时，建筑也会是最大的温室气体排放者。因此，减少新建筑和现有建筑的能源消耗和温室气体排放，是应对全球变暖的关键挑战和机遇。另一方面，建筑总运营成本的30%左右用于能源。因而，随着能源成本的上涨，减少能源消费和总建筑费用是当务之急。
在最基本的层面上，智慧建筑提供实用的建筑服务，在建筑的整个生命周期内，以最低的成本让业主或使用者更有效益（例如照明、热舒适性、空气质量、人身安全、卫生等）。但是，智慧建筑不是止步于它周围的四面墙壁，更重要的是要考虑如何与其周围环境相互影响，如何与之进行交互，即要考虑外部因素。因此，在未来，智慧建筑必须以集成的、动态的和功能性的方式将各部分及外部因素连接起来，持续地履行其使命。现在全世界已经迅速达成一种共识，即随着城市人口的增长和自然资源的减少，智慧建筑对维持生活质量至关重要。
随着越来越广阔的市场意识到了部署智慧建筑解决方案所能带来的巨大商业价值，经过几年慢于预期速度的增长，预计智慧建筑技术市场将会迅速增长。根据全球首屈一指的市场情报和信息技术市场活动的供应商国际数据公司（International Data Corporation，IDC）的预测，全球智慧建筑技术的花费到2018年将达到219亿美元。并且，技术的采用率会因地区而不同，未来几年最积极的采用地区将会是北美、西欧和亚洲/太平洋地区。
本文首先阐述智慧建筑带来的好处以及相关技术，随后介绍国外智慧建筑的典型案例，最后指出未来智慧建筑可能的发展趋势及面临的挑战，以期为我国智慧建筑的发展提供一定的借鉴作用。
智慧建筑的好处
智慧建筑首要的是在建筑的整个生命周期内提供实用的建筑服务，以最低的成本让业主或使用者更有效益，同时尽可能减少其对环境造成的影响。虽然各个国家要发展扩大智慧建筑的动机不尽相同，比如美国主要是因为业主和管理者要设法减少和控制能源成本，德国主要是政府驱动的环境和能源效率目标，而日本主要是为了应对能源供应的挑战，但是，毋庸置疑的是，智慧建筑能让我们的社会实现更可持续的发展，生活/居住条件更舒适，工作更有效率。有数字显示，智慧建筑可以减少多达40%的能源消耗，有时甚至更多。源于有效利用的较低维护成本还会额外再减少10%到30%的能源消耗。图1中清晰地展示了智慧建筑所产生的社会效应。
随着过去十多年间智能传感器和控制系统的空前扩散，许多传统建筑和绿色建筑中都包含许多涉及机器对机器的通信的复杂的机械设备、先进的控制系统和整套的功能，从而让其自身具有强大的能力，能够测量、感知和了解在当中发生的所有事情的确切情况，以提高住户的安全性、舒适性和生产力。但是，通常这些系统有不同的协议和传输机制，通过不同的供应商独立运作，并且各个系统的发展和成熟速度也不尽相同。如果说，绿色建筑是要尽量采用可持续的材料来构建，那么智慧建筑则是从设计上就要让建筑更高效地运行。智慧建筑从整体的角度出发，在一个崭新的高度上专注于设施和IT组织之间的协作，并且要求组织或企业中具有新的转型技能。更重要的是，智慧建筑能将所有的设备和系统都连接起来，让建筑同内外部的各种系统进行交流与沟通，从而实现高效率的运作。在运营过程中，智慧建筑使用信息技术来连接通常独立运作的各种子系统，从而这些系统之间能够共享信息，以便优化整个建筑的性能。同时，智慧建筑考虑的不仅仅是四面围墙之内的建筑设施，相反，它们与智慧电网连接并进行响应，与建筑运营商及使用者互动，使他们拥有更高水平的可视化的、可操作的信息。例如，要对冷冻机厂进行优化，就需要纳入关于外部天气和建筑内住户的信息，才能提高冷冻机的运转效率；使用大厦安防系统中的数据，就可以在住户不在时把灯都关掉，减少冷却。
智慧建筑有多种节省资金方式，其中大多涉及操作优化和效率提高（见表1）。可以说，智慧建筑是应对极其复杂的能源挑战的一项智能解决方案。
智慧建筑的意义不仅仅是节约能源，它还可以促进可持续发展目标的实现。它们可以延长资本设备的使用寿命，并影响人力和资本的安全和保障；它们可以通过创建可访问的信息平台实现创新。同时，智慧建筑解决方案能够让组织以新的方式管理自己的不动产投资组合，从而能够改善碳效率、减少设备停机时间、提高租户舒适性并降低能源成本。例如使用预测故障检测系统，智慧建筑解决方案能够让建筑管理变得积极主动，而不是像过去那样被动等待。该系统能让用户查看全公司所有不动产投资组合中的缺陷故障，并根据轻重缓急进行优先排序。这就意味着，通过向管理者提供不动产中设备和建筑的详细视图，甚至能够让维修团队在去故障点查看之前就了解故障的性质，从而减少故障发生的频率，降低故障造成的损失。
另外，智慧建筑的优点大大扩展到建筑的四壁之外：电网变得更强大、更可靠；随着利用可再生能源提供电力，并且通过信息网络，时时刻刻将需求与可变的供给相匹配以取得平衡，从而让整个社会的碳足迹最小化；电动汽车作为智慧系统中的移动电池，让人们在家庭和工作场所之间移动；通过用新方法使用数据，将本来完全相互独立的系统连接起来，使得商业运作效率达到新的水平。更值得注意的是，这些好处不是暂时的，相反，它们贯穿建筑整个生命周期，从建模、设计到装修以及之后的各个阶段。智慧建筑是这一愿景的核心，它不仅仅是提供一个屋顶，而是要提供信息基础设施，从而构建一个智能的世界。未来要实现强大的低碳经济，智慧建筑这一信息技术与人类智慧的结合将是其中一个非常关键的组件。 智慧建筑技术
过去，建筑曾经只是由混凝土、电线和钢铁组成的简单的物理基础设施，但现在的建筑中还包括各种各样相互连接的传感器和系统，不断地产生与建筑物有关的数据。
让建筑变得更智慧的最佳途径之一就是要让业主和管理者将能源和运营指标收集到一个单独的集中位置，并应用公司范围的分析和优化能力，从中获得独到的见解。这种实时的数据收集和分析的能力能让建筑管理者在服务问题发生前就主动地发现并处理，并且实现其管理之下的地面空间的能源、环境和组合性能指标的可视化。这样，就可以通过增强对采暖、空调和能源消耗的管理来帮助降低成本和排放。通常来说，收集建筑数据不是问题，关键的挑战来自于对数据的整合、诠释以及优先排序。智慧建筑技术或者智慧建筑解决方案正是部署能源管理战略的重要技术，它们能够提高运作效率，控制成本，并带来可持续发展的效益，这对大厦管理链上的各利益相关者都非常具有吸引力。
到2020年，预计全世界范围内将有大约500亿的网络设备和传感器，构成一个庞大的数据生成设备的全球网络。越来越多的传感器被安装在楼宇中，用以收集有关运动、热、光和空间使用的数据。在过去的几十年中，建筑及其系统的设计、运行和控制方式都发生了巨大的变化，数据收集和分析的最新发展为智慧建筑技术开辟了新的可能性，对数字控制的采用让复杂的控制决策得以实现。同时，无线网络的不断扩展和升级，以及计算能力的飞跃，意味着今天的智慧建筑设计师拥有强大的工具来使用数据的，从而让建筑环境更舒适，同时减少碳足迹。目前，实时建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM）和建筑管理系统（Building management systems，BMSs）就是两种比较有代表性、并且应用相对广泛的工具。
实时建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM）
从物理环境的角度考虑，好的设计估计可以将能源成本降低25%。而通过降低能源支出，总成本也会降低。建筑信息模型（BIM）是整个楼宇及其组件的几何、空间关系、数量和性能的信息库，它可以纳入由传感器收集到的各种数据，包括运动、热、光和空间使用等。这也就意味着，信息库的数据结构中包含有现场数据，能够直接用于描述建筑设计。建筑信息模型（BIM）能够通过三维计算机建模让建筑师、工程师和设计师在同一个平台上工作。确定下来的空间关系可以确保各种服务之间没有冲突，并且新元素可以方便准确地产生并更换。同时，它也是一个为用户提供数据的平台。从某种程度上说，它将建筑看成一个系统，具有互操作性的元素能够在其中有个适应过程，这其实是在制造业中已经使用了几十年的思想及方法。
建筑管理系统（Building management systems，BMSs）
使用信息和通信技术硬件和软件来收集建筑中的各种信息，包括供暖、通风和空调（heating， ventilation and air conditioning，HVAC）、照明、电力、安全、访问控制和消防管理等等，并其进行监测、控制和优化，以提高能源利用效率，同时不影响建筑内住户的舒适性。所有这些信息能够让建筑管理系统（BMS）做出反应来实时改变楼宇环境以满足住户。同时，建筑管理系统（BMS）具有学习能力，甚至能够预测其住户对光照、温度和其他服务的偏好，从而有针对性地节能。因此，建筑管理系统可以做出有预期性，甚至是个性化的反应。更值得一提的是，这些数据也可以被用于住户的用后分析评价，从而提醒以后在建筑和系统设计方面应当注意哪些问题。目前，这一技术不仅应用在商业楼宇中，也被大量应用于住宅建筑中。
建筑住户，尤其是在其中工作或生活的住户，可能没有时间或知识去创造具有最佳效率的环境条件。这正是智慧建筑技术介入的时候，因为它可以学习和预测用户的喜好，并改变条件来更加精确、灵活地满足用户的需求。因此，在越来越多的智慧建筑技术涌现之时，不能忽略的一点是，建筑应当不断进化并调整，来适应它们的用户。也就是，要在建筑设计过程的初始阶段就去与用户进行协商，在其中融入用户的需求，这一点至关重要。另一方面，当为提供某些特定的服务而需要改造现有的建筑时，需要密切地观察住户的行为。建筑师和安装者需要牢记，人们需要感觉到对自己眼前环境的控制，他们想要参与到控制过程中，而不是感觉自己正在受技术这一上帝之手摆布。因此，在智慧建筑中，建筑设计师应该担当好服务提供者的角色，更密切、更有创造性地与客户合作，以创建出更具有创新性的建筑，让建筑能够对用户的行为或要求做出反应，以不断改善他们的生活/居住状态。
智慧建筑的关键在于系统集成，即将建筑系统连接在一起，并将楼宇自动化连接到企业系统。集成能够产生巨大的质量效益，并带来相当数量的成本节约，不论新建筑还是现有建筑都是如此。2013年前，全球智慧建筑市场的增长比预期的要慢，这主要是由于受一些外部性因素的影响，比如一些市场中相对低廉的电价，再比如由于经济复苏缓慢而导致延迟资本投资等。预计在未来几年，随着经济的复苏，加之能源成本仍然是建筑运营中一项巨大而又可变的组成部分，因此智慧建筑技术的采用率必然会越来越高。虽然由于地区、商业部门和方案类型的不同，对智慧建筑技术的采用率会有所不同，但毋庸置疑，在全球范围内，需求仍在不断增长。
智慧建筑典型案例
不论已经建成了多少年，几乎所有的建筑（包括办公楼、酒店、医院、工厂和零售商店等）都在浪费能源。美国绿色建筑委员会（U.S. Green Buildings Council，USGBC）估计，商用办公大楼使用的能源比其必要所需的能源平均高20%。因此，实施可持续建筑运营为优化能源效率和减少温室气体排放量提供了机会。为此，各国都在着力推广智慧建筑，以促进可持续发展。比如欧洲就有历时三年（从2012年2月到2015年1月）“智慧建筑（Smart Build）”项目。该项目在意大利、希腊和斯洛文尼亚的九个公共示范点（包括学校、公共建筑和医院）引入了智慧信息和通信技术（smart ICT）概念，其目标是实现20%～35%的能源节约，并向楼宇使用者、楼宇管理者、公共部门和网络运营商提供社会-经济效益。 智慧建筑技术不仅能够让建筑内的住户/用户以及建筑的管理者受益，它还能通过与其他产业相结合，让对方受益。例如，可以将智慧建筑技术与城市服务体系整合起来。未来，如果将智慧建筑与医疗系统和能源系统相连，那么如果一个老人在冬天连续三天都没有用电取暖，当地的医疗机构就会接到警示并去看他，或许就可以防止体温过低。事实上，智慧建筑在医疗部门的应用可以相当广泛。例如通过建筑中的传感器可以进行对楼宇内的老年住户进行远程血压监测和心脏监测，了解其健康状态，注意其行为模式，并且系统能在任何表明可能有问题的情况发生时发出警示，从而延长老人留在自己家中的时间，改善他们的生活质量，同时节约国家医疗系统的开支。
IBM的智慧Ehningen项目
这一项目在IBM位于德国斯图加特市附近的Ehningen的新行政总部中进行。在这座行政总部大楼中，IBM几乎已经配备了示范楼宇管理所需的所有的东西。建筑中有两个数据中心，3000个工作岗位和一个会议中心，楼层总面积大约为6.15万平方米。IBM想要在此展示其在智慧建筑方面的主要成就，即证明，在不影响舒适性的情况下，通过使用基于现有技术的智能化的概念和解决方案，可以大大减少建筑的运营和维护成本，同时还要保护环境。为此，IBM强化地面空间的使用，安装传感器，对能源的产生及优化、基础设施及技术服务等实施智能解决方案，提高员工的环保意识。所有的这些使得建筑的运营成本削减了35%以上。这一系列的成就可以说，就是智慧建筑的一个整体设计和运营思路。
第一步，IBM通过减少地板空间节约20%的成本。在设计阶段，IBM就对建筑进行了优化。在IBM这样一个以销售为导向的公司，通常只有70%～80%的员工需要有固定的工作场所。使用创新性的工作场所管理方法，在可变的基础上分配办公桌，不仅可以优化办公室的容量，还会降低成本。而对工作站的需求下降为休闲区、餐厅、浴室设施和停车位留下了更多的空间。
第二步，在基础设施和技术服务方面节省5%的开支。在IBM位于Ehningen的大楼中的各个位置上有数百个传感器，用来测量当前的室内和室外温度，各种设备的运作状态，能源和水的消耗，楼内湿度，穿过大楼的阳光量，二氧化碳排放，风的强度，以及大楼的供暖和冷却效率等。这些数据通过数字控制系统实时发送到中央能源优化系统，进行整合、处理和自动评估。通过分析趋势，并将当前数据与以前的数据进行比较，系统会注意到不正常的消耗，尽早发现问题。相关的工作人员会因此收到详细的任务清单，让他们能够非常迅速地带着适当的备用零件到达故障地点。同时，系统地分析供暖和冷却系统、电梯、照明系统和其他技术设备的消费数据和使用周期，能够让IBM确定理想的更换或维修间隔，从而优化维护管理。这样可以最大限度地减少停机时间并降低成本。
第三步，将能源消耗削减20%，同时保护环境。由于化石燃料越来越贵，因此公司可以通过优化能源消耗来节省资金并减少二氧化碳排放量。因此，大楼采用所有可用的技术来优化能源消耗。通过集中记录电力使用，控制所有与解决方案相连的IT、空调和照明系统，IBM能方便快速的识别故障并维修有缺陷的设备。通过自动监测室内温度、湿度和二氧化碳水平，该公司为员工提供了最佳的工作环境。同时，在这里，IBM还有一个单独的热电厂。热电厂的余热用于给IBM大厦供暖和制冷，使得电厂的效率高达90%。热电厂的设计目标是要满足大厦总用电量的1/3，并满足大约3/4的供暖需求。与传统发电厂相比，这个电厂非常环保，因为其中燃烧的是沼气，因此建筑几乎是碳中性的。在白天的高峰时候，热电厂主要产生电能来满足大厦的电力需求。分散的发电机与优化软件相连，为IBM园区计算和选择最便宜和最环保的能源结构。多余的能源会被直接传送到电网供大众消费，并使用这一利润来抵消发电厂的初始投资。
第四步，提高员工的认识和参与，因为即使看起来很小的措施也可能会显著降低能源成本。IBM开发了专门的插件，在屏幕上向全公司员工显示当前整座建筑的能耗。在高峰时间，当电力特别昂贵的时候，IBM鼓励员工使用笔记本的电池作为电源，而电池可以在电价相对低的非高峰时候进行充电。这一插件还用来确定工作站是否启用了Windows的电源管理，并仅仅通过点几下鼠标就可以选择最优的节能设置。同时，该插件还可以向员工发送特定环境下的节能提示，提醒员工在哪些情况下要特别注意，并鼓励他们节约能源。仅单独实施这项措施就将电力消耗削减了一至两个百分点。
第五步，倡导使用电动车辆来保护环境，同时抵消能源高峰。IBM正准备用智慧建筑的概念迎接电动汽车的蓬勃发展。当IBM的员工需要来往于斯图加特机场的接送服务时，他们可以使用内部电子预订系统预定出租车。将来，将会有电动汽车取代这些出租车。IBM正计划安装两个新的电动汽车充电站，使员工能够更容易地给电动汽车充电。随着越来越多的IBM员工选择使用电动汽车作为公司车或私家车，将来还会建立更多的电动汽车充电站。另外，由于电动车的电池中含有智能充电技术，这些车辆中的电池还可以用来为大厦存储能量。IBM正在考虑在用电高蜂时段使用电池储存的能量为大厦供电，因为这一时候电网中的电价非常昂贵。然后，可以使用内部产生的能源或是在电网中电价较低时为这些电池充电。IBM预计这一概念会额外降低三到五个百分点的能源成本。增加电动汽车的使用通常也会提高能源效率，同时减少二氧化碳排放量。
智慧建筑的未来趋势及存在的挑战
目前，一座建筑的使用寿命大约是50年到100年，而数字技术的变化周期要短得多，只有两到五年。智能手机及其应用程序之间的关系，与智慧建筑及其智慧系统之间的关系具有相似之处。智能手机可以被分解为很多传感器（如GPS）、以应用程序为表现形式的软件，以及屏幕和扬声器这类输出部件。而一座建筑中的元素可以用相同的方式将聚焦在楼宇中的服务与楼宇的基本结构分开。我们可以把建筑看作是核心基础设施，而将一个个“应用程序”插入其中。
在大多数国家，建筑是能源消耗和二氧化碳排放的最大的驱动者。以欧盟为例，其建筑消耗了大约40%的能源，造成超过40%的二氧化碳排放。而根据美国能源情报署（Energy Information Administration）的数字，美国与建筑相关的能源和温室气体排放所占的比重更大，其中能源使用量占72%，温室气体排放量占到48%。虽然发展中国家中建筑的能源使用和温室气体排放所占比重相对要小得多，但是，随着快速的工业化和城市化，这一比重正在迅速增加。如果世界范围内的能源使用趋势一直继续下去的话，那么到2025年，建筑将成为全球能源最大的消费者，甚至超过运输和工业部门的能源消费总合。同时，建筑也会是最大的温室气体排放者。因此，减少新建筑和现有建筑的能源消耗和温室气体排放，是应对全球变暖的关键挑战和机遇。另一方面，建筑总运营成本的30%左右用于能源。因而，随着能源成本的上涨，减少能源消费和总建筑费用是当务之急。
在最基本的层面上，智慧建筑提供实用的建筑服务，在建筑的整个生命周期内，以最低的成本让业主或使用者更有效益（例如照明、热舒适性、空气质量、人身安全、卫生等）。但是，智慧建筑不是止步于它周围的四面墙壁，更重要的是要考虑如何与其周围环境相互影响，如何与之进行交互，即要考虑外部因素。因此，在未来，智慧建筑必须以集成的、动态的和功能性的方式将各部分及外部因素连接起来，持续地履行其使命。现在全世界已经迅速达成一种共识，即随着城市人口的增长和自然资源的减少，智慧建筑对维持生活质量至关重要。
随着越来越广阔的市场意识到了部署智慧建筑解决方案所能带来的巨大商业价值，经过几年慢于预期速度的增长，预计智慧建筑技术市场将会迅速增长。根据全球首屈一指的市场情报和信息技术市场活动的供应商国际数据公司（International Data Corporation，IDC）的预测，全球智慧建筑技术的花费到2018年将达到219亿美元。并且，技术的采用率会因地区而不同，未来几年最积极的采用地区将会是北美、西欧和亚洲/太平洋地区。
本文首先阐述智慧建筑带来的好处以及相关技术，随后介绍国外智慧建筑的典型案例，最后指出未来智慧建筑可能的发展趋势及面临的挑战，以期为我国智慧建筑的发展提供一定的借鉴作用。
智慧建筑的好处
智慧建筑首要的是在建筑的整个生命周期内提供实用的建筑服务，以最低的成本让业主或使用者更有效益，同时尽可能减少其对环境造成的影响。虽然各个国家要发展扩大智慧建筑的动机不尽相同，比如美国主要是因为业主和管理者要设法减少和控制能源成本，德国主要是政府驱动的环境和能源效率目标，而日本主要是为了应对能源供应的挑战，但是，毋庸置疑的是，智慧建筑能让我们的社会实现更可持续的发展，生活/居住条件更舒适，工作更有效率。有数字显示，智慧建筑可以减少多达40%的能源消耗，有时甚至更多。源于有效利用的较低维护成本还会额外再减少10%到30%的能源消耗。图1中清晰地展示了智慧建筑所产生的社会效应。
随着过去十多年间智能传感器和控制系统的空前扩散，许多传统建筑和绿色建筑中都包含许多涉及机器对机器的通信的复杂的机械设备、先进的控制系统和整套的功能，从而让其自身具有强大的能力，能够测量、感知和了解在当中发生的所有事情的确切情况，以提高住户的安全性、舒适性和生产力。但是，通常这些系统有不同的协议和传输机制，通过不同的供应商独立运作，并且各个系统的发展和成熟速度也不尽相同。如果说，绿色建筑是要尽量采用可持续的材料来构建，那么智慧建筑则是从设计上就要让建筑更高效地运行。智慧建筑从整体的角度出发，在一个崭新的高度上专注于设施和IT组织之间的协作，并且要求组织或企业中具有新的转型技能。更重要的是，智慧建筑能将所有的设备和系统都连接起来，让建筑同内外部的各种系统进行交流与沟通，从而实现高效率的运作。在运营过程中，智慧建筑使用信息技术来连接通常独立运作的各种子系统，从而这些系统之间能够共享信息，以便优化整个建筑的性能。同时，智慧建筑考虑的不仅仅是四面围墙之内的建筑设施，相反，它们与智慧电网连接并进行响应，与建筑运营商及使用者互动，使他们拥有更高水平的可视化的、可操作的信息。例如，要对冷冻机厂进行优化，就需要纳入关于外部天气和建筑内住户的信息，才能提高冷冻机的运转效率；使用大厦安防系统中的数据，就可以在住户不在时把灯都关掉，减少冷却。
智慧建筑有多种节省资金方式，其中大多涉及操作优化和效率提高（见表1）。可以说，智慧建筑是应对极其复杂的能源挑战的一项智能解决方案。
智慧建筑的意义不仅仅是节约能源，它还可以促进可持续发展目标的实现。它们可以延长资本设备的使用寿命，并影响人力和资本的安全和保障；它们可以通过创建可访问的信息平台实现创新。同时，智慧建筑解决方案能够让组织以新的方式管理自己的不动产投资组合，从而能够改善碳效率、减少设备停机时间、提高租户舒适性并降低能源成本。例如使用预测故障检测系统，智慧建筑解决方案能够让建筑管理变得积极主动，而不是像过去那样被动等待。该系统能让用户查看全公司所有不动产投资组合中的缺陷故障，并根据轻重缓急进行优先排序。这就意味着，通过向管理者提供不动产中设备和建筑的详细视图，甚至能够让维修团队在去故障点查看之前就了解故障的性质，从而减少故障发生的频率，降低故障造成的损失。
另外，智慧建筑的优点大大扩展到建筑的四壁之外：电网变得更强大、更可靠；随着利用可再生能源提供电力，并且通过信息网络，时时刻刻将需求与可变的供给相匹配以取得平衡，从而让整个社会的碳足迹最小化；电动汽车作为智慧系统中的移动电池，让人们在家庭和工作场所之间移动；通过用新方法使用数据，将本来完全相互独立的系统连接起来，使得商业运作效率达到新的水平。更值得注意的是，这些好处不是暂时的，相反，它们贯穿建筑整个生命周期，从建模、设计到装修以及之后的各个阶段。智慧建筑是这一愿景的核心，它不仅仅是提供一个屋顶，而是要提供信息基础设施，从而构建一个智能的世界。未来要实现强大的低碳经济，智慧建筑这一信息技术与人类智慧的结合将是其中一个非常关键的组件。 智慧建筑技术
过去，建筑曾经只是由混凝土、电线和钢铁组成的简单的物理基础设施，但现在的建筑中还包括各种各样相互连接的传感器和系统，不断地产生与建筑物有关的数据。
让建筑变得更智慧的最佳途径之一就是要让业主和管理者将能源和运营指标收集到一个单独的集中位置，并应用公司范围的分析和优化能力，从中获得独到的见解。这种实时的数据收集和分析的能力能让建筑管理者在服务问题发生前就主动地发现并处理，并且实现其管理之下的地面空间的能源、环境和组合性能指标的可视化。这样，就可以通过增强对采暖、空调和能源消耗的管理来帮助降低成本和排放。通常来说，收集建筑数据不是问题，关键的挑战来自于对数据的整合、诠释以及优先排序。智慧建筑技术或者智慧建筑解决方案正是部署能源管理战略的重要技术，它们能够提高运作效率，控制成本，并带来可持续发展的效益，这对大厦管理链上的各利益相关者都非常具有吸引力。
到2020年，预计全世界范围内将有大约500亿的网络设备和传感器，构成一个庞大的数据生成设备的全球网络。越来越多的传感器被安装在楼宇中，用以收集有关运动、热、光和空间使用的数据。在过去的几十年中，建筑及其系统的设计、运行和控制方式都发生了巨大的变化，数据收集和分析的最新发展为智慧建筑技术开辟了新的可能性，对数字控制的采用让复杂的控制决策得以实现。同时，无线网络的不断扩展和升级，以及计算能力的飞跃，意味着今天的智慧建筑设计师拥有强大的工具来使用数据的，从而让建筑环境更舒适，同时减少碳足迹。目前，实时建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM）和建筑管理系统（Building management systems，BMSs）就是两种比较有代表性、并且应用相对广泛的工具。
实时建筑信息模型（Building Information Modelling，BIM）
从物理环境的角度考虑，好的设计估计可以将能源成本降低25%。而通过降低能源支出，总成本也会降低。建筑信息模型（BIM）是整个楼宇及其组件的几何、空间关系、数量和性能的信息库，它可以纳入由传感器收集到的各种数据，包括运动、热、光和空间使用等。这也就意味着，信息库的数据结构中包含有现场数据，能够直接用于描述建筑设计。建筑信息模型（BIM）能够通过三维计算机建模让建筑师、工程师和设计师在同一个平台上工作。确定下来的空间关系可以确保各种服务之间没有冲突，并且新元素可以方便准确地产生并更换。同时，它也是一个为用户提供数据的平台。从某种程度上说，它将建筑看成一个系统，具有互操作性的元素能够在其中有个适应过程，这其实是在制造业中已经使用了几十年的思想及方法。
建筑管理系统（Building management systems，BMSs）
使用信息和通信技术硬件和软件来收集建筑中的各种信息，包括供暖、通风和空调（heating， ventilation and air conditioning，HVAC）、照明、电力、安全、访问控制和消防管理等等，并其进行监测、控制和优化，以提高能源利用效率，同时不影响建筑内住户的舒适性。所有这些信息能够让建筑管理系统（BMS）做出反应来实时改变楼宇环境以满足住户。同时，建筑管理系统（BMS）具有学习能力，甚至能够预测其住户对光照、温度和其他服务的偏好，从而有针对性地节能。因此，建筑管理系统可以做出有预期性，甚至是个性化的反应。更值得一提的是，这些数据也可以被用于住户的用后分析评价，从而提醒以后在建筑和系统设计方面应当注意哪些问题。目前，这一技术不仅应用在商业楼宇中，也被大量应用于住宅建筑中。
建筑住户，尤其是在其中工作或生活的住户，可能没有时间或知识去创造具有最佳效率的环境条件。这正是智慧建筑技术介入的时候，因为它可以学习和预测用户的喜好，并改变条件来更加精确、灵活地满足用户的需求。因此，在越来越多的智慧建筑技术涌现之时，不能忽略的一点是，建筑应当不断进化并调整，来适应它们的用户。也就是，要在建筑设计过程的初始阶段就去与用户进行协商，在其中融入用户的需求，这一点至关重要。另一方面，当为提供某些特定的服务而需要改造现有的建筑时，需要密切地观察住户的行为。建筑师和安装者需要牢记，人们需要感觉到对自己眼前环境的控制，他们想要参与到控制过程中，而不是感觉自己正在受技术这一上帝之手摆布。因此，在智慧建筑中，建筑设计师应该担当好服务提供者的角色，更密切、更有创造性地与客户合作，以创建出更具有创新性的建筑，让建筑能够对用户的行为或要求做出反应，以不断改善他们的生活/居住状态。
智慧建筑的关键在于系统集成，即将建筑系统连接在一起，并将楼宇自动化连接到企业系统。集成能够产生巨大的质量效益，并带来相当数量的成本节约，不论新建筑还是现有建筑都是如此。2013年前，全球智慧建筑市场的增长比预期的要慢，这主要是由于受一些外部性因素的影响，比如一些市场中相对低廉的电价，再比如由于经济复苏缓慢而导致延迟资本投资等。预计在未来几年，随着经济的复苏，加之能源成本仍然是建筑运营中一项巨大而又可变的组成部分，因此智慧建筑技术的采用率必然会越来越高。虽然由于地区、商业部门和方案类型的不同，对智慧建筑技术的采用率会有所不同，但毋庸置疑，在全球范围内，需求仍在不断增长。
智慧建筑典型案例
不论已经建成了多少年，几乎所有的建筑（包括办公楼、酒店、医院、工厂和零售商店等）都在浪费能源。美国绿色建筑委员会（U.S. Green Buildings Council，USGBC）估计，商用办公大楼使用的能源比其必要所需的能源平均高20%。因此，实施可持续建筑运营为优化能源效率和减少温室气体排放量提供了机会。为此，各国都在着力推广智慧建筑，以促进可持续发展。比如欧洲就有历时三年（从2012年2月到2015年1月）“智慧建筑（Smart Build）”项目。该项目在意大利、希腊和斯洛文尼亚的九个公共示范点（包括学校、公共建筑和医院）引入了智慧信息和通信技术（smart ICT）概念，其目标是实现20%～35%的能源节约，并向楼宇使用者、楼宇管理者、公共部门和网络运营商提供社会-经济效益。 智慧建筑技术不仅能够让建筑内的住户/用户以及建筑的管理者受益，它还能通过与其他产业相结合，让对方受益。例如，可以将智慧建筑技术与城市服务体系整合起来。未来，如果将智慧建筑与医疗系统和能源系统相连，那么如果一个老人在冬天连续三天都没有用电取暖，当地的医疗机构就会接到警示并去看他，或许就可以防止体温过低。事实上，智慧建筑在医疗部门的应用可以相当广泛。例如通过建筑中的传感器可以进行对楼宇内的老年住户进行远程血压监测和心脏监测，了解其健康状态，注意其行为模式，并且系统能在任何表明可能有问题的情况发生时发出警示，从而延长老人留在自己家中的时间，改善他们的生活质量，同时节约国家医疗系统的开支。
IBM的智慧Ehningen项目
这一项目在IBM位于德国斯图加特市附近的Ehningen的新行政总部中进行。在这座行政总部大楼中，IBM几乎已经配备了示范楼宇管理所需的所有的东西。建筑中有两个数据中心，3000个工作岗位和一个会议中心，楼层总面积大约为6.15万平方米。IBM想要在此展示其在智慧建筑方面的主要成就，即证明，在不影响舒适性的情况下，通过使用基于现有技术的智能化的概念和解决方案，可以大大减少建筑的运营和维护成本，同时还要保护环境。为此，IBM强化地面空间的使用，安装传感器，对能源的产生及优化、基础设施及技术服务等实施智能解决方案，提高员工的环保意识。所有的这些使得建筑的运营成本削减了35%以上。这一系列的成就可以说，就是智慧建筑的一个整体设计和运营思路。
第一步，IBM通过减少地板空间节约20%的成本。在设计阶段，IBM就对建筑进行了优化。在IBM这样一个以销售为导向的公司，通常只有70%～80%的员工需要有固定的工作场所。使用创新性的工作场所管理方法，在可变的基础上分配办公桌，不仅可以优化办公室的容量，还会降低成本。而对工作站的需求下降为休闲区、餐厅、浴室设施和停车位留下了更多的空间。
第二步，在基础设施和技术服务方面节省5%的开支。在IBM位于Ehningen的大楼中的各个位置上有数百个传感器，用来测量当前的室内和室外温度，各种设备的运作状态，能源和水的消耗，楼内湿度，穿过大楼的阳光量，二氧化碳排放，风的强度，以及大楼的供暖和冷却效率等。这些数据通过数字控制系统实时发送到中央能源优化系统，进行整合、处理和自动评估。通过分析趋势，并将当前数据与以前的数据进行比较，系统会注意到不正常的消耗，尽早发现问题。相关的工作人员会因此收到详细的任务清单，让他们能够非常迅速地带着适当的备用零件到达故障地点。同时，系统地分析供暖和冷却系统、电梯、照明系统和其他技术设备的消费数据和使用周期，能够让IBM确定理想的更换或维修间隔，从而优化维护管理。这样可以最大限度地减少停机时间并降低成本。
第三步，将能源消耗削减20%，同时保护环境。由于化石燃料越来越贵，因此公司可以通过优化能源消耗来节省资金并减少二氧化碳排放量。因此，大楼采用所有可用的技术来优化能源消耗。通过集中记录电力使用，控制所有与解决方案相连的IT、空调和照明系统，IBM能方便快速的识别故障并维修有缺陷的设备。通过自动监测室内温度、湿度和二氧化碳水平，该公司为员工提供了最佳的工作环境。同时，在这里，IBM还有一个单独的热电厂。热电厂的余热用于给IBM大厦供暖和制冷，使得电厂的效率高达90%。热电厂的设计目标是要满足大厦总用电量的1/3，并满足大约3/4的供暖需求。与传统发电厂相比，这个电厂非常环保，因为其中燃烧的是沼气，因此建筑几乎是碳中性的。在白天的高峰时候，热电厂主要产生电能来满足大厦的电力需求。分散的发电机与优化软件相连，为IBM园区计算和选择最便宜和最环保的能源结构。多余的能源会被直接传送到电网供大众消费，并使用这一利润来抵消发电厂的初始投资。
第四步，提高员工的认识和参与，因为即使看起来很小的措施也可能会显著降低能源成本。IBM开发了专门的插件，在屏幕上向全公司员工显示当前整座建筑的能耗。在高峰时间，当电力特别昂贵的时候，IBM鼓励员工使用笔记本的电池作为电源，而电池可以在电价相对低的非高峰时候进行充电。这一插件还用来确定工作站是否启用了Windows的电源管理，并仅仅通过点几下鼠标就可以选择最优的节能设置。同时，该插件还可以向员工发送特定环境下的节能提示，提醒员工在哪些情况下要特别注意，并鼓励他们节约能源。仅单独实施这项措施就将电力消耗削减了一至两个百分点。
第五步，倡导使用电动车辆来保护环境，同时抵消能源高峰。IBM正准备用智慧建筑的概念迎接电动汽车的蓬勃发展。当IBM的员工需要来往于斯图加特机场的接送服务时，他们可以使用内部电子预订系统预定出租车。将来，将会有电动汽车取代这些出租车。IBM正计划安装两个新的电动汽车充电站，使员工能够更容易地给电动汽车充电。随着越来越多的IBM员工选择使用电动汽车作为公司车或私家车，将来还会建立更多的电动汽车充电站。另外，由于电动车的电池中含有智能充电技术，这些车辆中的电池还可以用来为大厦存储能量。IBM正在考虑在用电高蜂时段使用电池储存的能量为大厦供电，因为这一时候电网中的电价非常昂贵。然后，可以使用内部产生的能源或是在电网中电价较低时为这些电池充电。IBM预计这一概念会额外降低三到五个百分点的能源成本。增加电动汽车的使用通常也会提高能源效率，同时减少二氧化碳排放量。
智慧建筑的未来趋势及存在的挑战
目前，一座建筑的使用寿命大约是50年到100年，而数字技术的变化周期要短得多，只有两到五年。智能手机及其应用程序之间的关系，与智慧建筑及其智慧系统之间的关系具有相似之处。智能手机可以被分解为很多传感器（如GPS）、以应用程序为表现形式的软件，以及屏幕和扬声器这类输出部件。而一座建筑中的元素可以用相同的方式将聚焦在楼宇中的服务与楼宇的基本结构分开。我们可以把建筑看作是核心基础设施，而将一个个“应用程序”插入其中。