人口持續往大都市集中，城市中的建築消耗掉超過40%的能源。其實智慧化建築物只要提供能源消費資訊，即可減少5~10%的能源使用，若再藉由網路或訂立相關規則進行自動化控制，更能降低超過30%，顯見節能與智慧建築必須納入未來的都市規畫。
人類曾有250萬年的時間是以狩獵採集做為主要的生活方式，此時每個人類個體，除了需要石頭製作的武器、尋找適合的洞穴來居住，還需要相對優秀的智慧，才能一步一步地生存下來。
大約在1萬年前，人口快速增加、世界各地紛紛出現半定居和農業文明，人類開始建造屋舍、馴化動物和各式植物，各種動植物如綿羊、野豬以及小麥、豌豆、稻米、亞麻等等，人類開始發展畜牧業和農業，這些地區生活習慣也慢慢轉換成定居的型態，人類投入了極大的心力在這少數幾種動植物上。
西元1994年發現了在這個時期的建築物，哥貝克力石陣(Göbekli Tepe)又名為「哥貝克力山丘」(圖1)，位於土耳其東部市郊，這個遺跡有1萬2千年的歷史，甚至比埃及金字塔早了8千年出現，這個建築是發現最早的文明遺跡之一，而最近的發現顯示馴化的小麥就起源於附近的山脈。
圖1 古老的人類建築：哥貝克力石陣
資料來源：國家地理雜誌
對於史前人類而言，想要蓋起像「哥貝克力石陣」這樣的建築物，就算是大家通力合作，還是必須花上相當多的人力、時間和精力，而這時候小麥的發現給了合理的解釋，有「新創產業」的產生，證明人們發展出農業和畜牧業定居在當地，並且已經累積足夠的經驗，可以使用現有的「農業知識」來做正確的判斷，如何成功地種植(馴化)野生的作物和動物，並將其作為主要的糧食供應的來源之一，並且與建築上的工法智慧交相考量，形成一個人類群居的美好文明。同時，直接或是間接地促使了人類現代科學中最基礎的數學和統計學的發展，在沒有文字的史前時代，智慧建築中所需的決策知識的一部分就起源於此時，並且累積在人們的群體智慧和漫漫歷史塵埃當中。
人口大量集中城市建物 智慧建築寄予節能重責
根據聯合國資料庫顯示，2018年世界人口已經超過76億，其中有55.3%的人口居住在都市當中，且人口持續往大都市集中，未來城市大樓將會是人類活動和居住的重要核心。
在所有能源消耗中，有超過40%的能源是由大都市中的建築物使用，而一棟建築物動輒使用30~50年，因此在新建或改造建築中，如何針對節能設計成為重要而值得的投資。據統計，智慧化的建築物只要有提供能源消費資訊，就可有效減少5~10%的能源使用，假如進一步藉由網路或訂立相關規則進行自動化的控制，則更可以達到有效減少超過30%的能源使用，顯見節能和智慧建築將會是一項長遠的都市規畫。
人類是由大腦將所接收到的資料翻譯成可用的資訊，而對於物聯網(IoT)來說，則需要有將原始的資料翻譯為資訊的步驟。除了必備的網路和通訊基礎建設外，感測器(資料來源)、收集資料、顯示資訊以及資料分析(提煉知識)則構成了智慧物聯網中的四大基礎要素。
經由這些步驟，智慧物聯網希望能藉由「資料→資訊→知識→決策」的過程，建構資料驅動決策。想要設計一個完整的智慧建築物聯網，通常基於上述四大基礎要素來作延伸及發展。
現今的智慧建築中，安裝各種感測器，負責收集各方面的相關資料，其中包含一個人在住宅方面的各種需求，例如一般家用電力、家庭用水、煮飯洗澡用的瓦斯、室內外溫度與濕度的量測等等，除了瞭解目前使用的能耗外，更可以對設備進行手動遠端控制，甚至是達到自動化的控制。
常見的做法是，將收集起來的資料進行比對，顯示出各時期或整個社區平均的使用數據，研究顯示可以達到自我提醒並且節約能源的效果，或是進一步經由數據分析挖掘其中隱藏的知識，達到設備自動化管理的結果，冀望利用科技和數據的輔助完成節約能源的目標。
台灣政府政策計畫未來提升綠色能源的供應量，達到占總能源供應的20%，綠能發電包括太陽能、水力發電和風力發電等，這類型的發電會有一定季節週期和其不穩定性，此時這些建築物的數據，則會成為未來台電需量反應預測和相關建設計畫的基礎之一。
對於一棟建築物，其中會須要設置感測器的設備，包含一個人關於住宅方面的各種需求，例如電力、水、瓦斯、光照、溫度濕度等等現代人居住的基礎元素，以及這些居家基礎建設資料的顯示、甚至控制等等，而資料收集之後，除了可以顯示各個設備的能源用量外，在圖表上可以看到電力、瓦斯等個別能源的用量以推估帳單費用，用電與其他用戶、上一期或是去年的比較，可以達到提醒用戶節約能源的效果。
經由後續的經營和營運，時間足以累積足夠的住戶或是區域相關資料後，還可以進一步做數據資料分析，建立控制能源浪費的策略，藉由科技與數據的輔助達到更加節約能源的結果。
全力打造智慧城市 加快改造既有建築
對於智慧建築，進一步擴大到智慧城市的範疇來說，後續的經營和營運是不可或缺的一部分。擁有基礎建設後，這些基礎建設必須很平順地與現有生活方式配合，才能將收集到的資料做有效果的運用。這些配合包含分散四處的各個設備與感測器在故障維運時的處理、各個硬體設備自己的通訊協定、資料儲存方式、取得資料所需的代碼和控制設備的方式，以及工程的設計、施工和住戶的配合。
這些設計、工項、溝通在個別的建築物都會不一樣，並且設備提供製造商之間，這些也沒有一個統一的標準可以依循，因此沒有單一廠商擁有可以完整涵蓋整個智慧化都市和建築的知識。所以，雖然物聯網等議題已經發燒了許多年，在網路速度和連結方式不穩定，各個通訊協定分散無統一標準，在在都增加了建置系統並且進行相關應用的難度，經歷複雜的溝通、設計與整合流程後，最終希望能解決在其中生活的痛點。
這些新的策略和概念都是相對新穎的，但是一棟建築物動輒必須使用30至40年以上，由於時代背景、社會觀念、相關技術和建置價格等各種因素，導致建造於20年前絕大多數的建物都缺少現代智慧建築(都市)的設計以及各種相關概念，當然也不可能完整具備智慧建築的基礎建設，對於居住其中或是使用這些建築物的人來說，由於其購買和建造的成本極高，短短的20年並不足以使其淘汰或是放棄任何一棟建築物。
為了成就智慧都市，既有建築的改造已是勢在必行，世界各國都須要能夠降低改造流程複雜度，簡易使用的系統產品與其相關研發創新就相當有價值。由於改造必須針對目前整體的設備和現有通訊方式做整合，運用都市改造能量而設計出的系統產品，如果具有相當的出口價值與方便性的話，對於經濟上的價值與國家經濟發展方面，此類系統產品也能提供相當的貢獻。
Google母公司Alphabet期望能在加拿大多倫多濱海地區建置一座智慧城市，其中將使用高層木造建築技術(Tall Timber Technology)以木構作為其中各個建築物的結構體，並計畫建置高五十層樓的木造摩天大樓(圖2)。這種木製建材得以建置高樓，主要得益於CLT(Cross-Laminated-Timber)技術的發展，可讓木材堅固程度甚至超越傳統鋼構、鋼筋混凝土所建造的大樓。
圖2 Heatherwick Studio所設計之多倫多市區更新計畫的庭院示意圖
CLT屬於「牆版系統建材」使用CLT技術所建置的木構建築有耐火、防蛀、耐強震等基礎要求，並且具備冬暖夏涼、吸濕抗噪、木製芬芳等傳統建材所沒有的優點。CLT建築物在建造過程中不會產生粉塵，並且施工相當快速，以加拿大18層樓、高53米的Brock Commons為例，主結構體只花了不到10周即完工。這種新型建材的發明讓建築工程和生活品質有一個質量上完全不同的改變。
這類新型態的智慧建材研發是匯集化學、物理、材料、電子電機、資通訊和自動控制等領域的知識專長，開發出創新的材料和控制方式，讓建材有感測、主動感知、判斷、辨識、處理、致動乃至預警、自我修復、刺激反應等。
具體來說，智慧建材應是聰明的材料加上邏輯的控制，使其能依使用者、環境或時間的需求產生適當的對應，所以智慧城市和建築的發展需要國家與環境擁有相當的專業素養和研發能量，並持續地投入相當的資金和時間，才能夠提升國家的競爭能力。
務必積極制定更新策略 打好智慧基礎建設根基
為了國家發展，台灣也有對應智慧城市更新發展的相關政策，台北市資訊局於2016年成立「台北智慧城市專案辦公室(Taipei Smart City Project Management Office, TPMO)」協助推動智慧城市，根據「Smart Taipei智慧城市成果手冊」，其主要目標為協助創新產業、強化公私協力及改變政府文化，以政府作為平台，開放都市場域作為生活實驗室，持續不懈地注入更多的創新能量，以提升市民生活品質。
對於台北智慧城市辦公室計畫而言，網路的普及、資安防護、道路管線智慧化管理、智慧路燈，都是智慧城市的基礎建設，而智慧交通、智慧公宅、智慧健康照護、智慧教育、智慧支付等等則是五大目標。從成果手冊中可以看到，有了基礎的硬體建設和所收集的相關資訊，根據目標與所收集的資料所做出的決策，才是讓市民「生活有感」改善生活痛點的實際產出，這些政策須要隨時調整和營運，考慮人們生活中的各個層次，並且設計出安全、環保、智能、友善等等適合市民生活的空間，進一步提升在地的生活品質和文化。
就現狀而言，在較為中古的華廈或大樓等建築物中，聯網的區域範圍是有所限制的，如果在建設的同時沒有特別設計，在電梯中或地下室時，有可能訊號非常差甚至是連不到網路。在現在智慧型手機相當普遍，對於網路品質的要求比過去更高，而建築物內的網路因為時代的因素，並沒有考慮並做出符合現代需求的設計。網路作為建築物智慧化的基礎，不只是提升生活品質，為了後續的智慧生活鋪路，需要將網路系統鋪設範圍和品質，以現代社會的標準重新設計，並且重新施工翻新。
有了穩固的網路系統為基礎，後續智慧建築的設備和相關服務才有發展的可能，以智慧家庭改造為例，確保了家中有線和無線網路的品質穩定，後續購入家電以及各式聯網設備的時候，才有一個穩定的運行環境，可以定時地收集相關資料，或者在遠端做設備的開關控制。
家庭系統產品中，除了必須具備的硬體感測器與接收訊息的傳輸方式外，使用者操作和顯示的介面也是不可或缺的，目前的顯示和操作介面主要分成手動操作控制與顯示資訊、語音控制和螢幕數據顯示、影音傳輸溝通等三種。
這些人機操作介面的共同點，在於會將所收集到的資訊給予居住於其中的居民，只是透過各種不同的方式提供。而研究顯示，光是資訊的提供方式，就可以調整消費者的行為，降低4~7%的全屋能源使用。假如利用感測器監控房間的照明開關，並建立區域照明系統，則可節省最多高達41%的能源使用，各個單一的監控設備技術整合起來，成為管理、監控和自動化等多功能控制系統，能夠節省將近30%的能源使用量。
對於家庭的智慧化技術可以有這麼高的節能潛力，假若能夠將此技術跨大區域範圍至整棟建築物、工廠，甚至是整座城市的話，藉由這類型的能源管理系統，將可以節省相當可觀而龐大的能源。表1是為建築智慧化策略與節能潛力的整理。
建築智慧化勢不可擋 政府必須居間積極協調
新的產業創新勢必會對現有的產業造成一定影響，但也會有新的就業機會以及投資挹注，政府應創造友善的環境，協助現有產業轉型，建立創新的生態系統，以透明和可預期的法案吸引國內外廠商。目前空氣污染的環境議題以及夏日供電不穩定的能源議題等等，已經是民眾們相當關心的許多議題之一，社會觀念和人們更加關心環境與整體政策，所以相關的產業轉型的需求都已經相對明確。
為了收集更多的資料以達到智慧化的目標，除了網路基礎建設是基本之外，顯而易見地，政府會設置更多相關的感測器和攝影監視系統。以空氣議題來說，會增設更多的溫度、濕度、PM 2.5、二氧化碳等等不同的感測器，這些資訊透過政府開放資料系統開放給民眾和相關的民間產業、廠商，可以重新挖掘資料中隱藏的資訊，並且開發出各式的創新運用。
由於已有居住民眾和舊有的建築物，需要硬體的施工和各方技術、人員的配合，因此現有城市更新和智慧化的發展較為緩慢，都市的重新設計更新所須考慮的面向比新建都市還要複雜。政府在各地設置感測器，並且培育創新產業的同時，假如沒有適當的資訊安全規畫，相關的個人資料和家庭資訊、聲音和影像檔案，甚至是相關資料呈現頁面和控制權限，有可能會在不知不覺中暴露給第三者，因此不完整的規畫甚至會是一個災難，所以未來在相關規畫中，需要以資訊安全為基礎，提升產業動能、生活品質為目標，在其中取得具有價值的實質成果。
(本文由台灣資通產業標準協會提供，作者任職於大同公司智慧系統處)