建築擁有數個不同的系統，例如監控、火災警報、暖通空調(HVAC)及照明系統。自21世紀初開始，開發人員開始企圖將這些系統整合，並部署建築自動化系統(BAS)。每個系統擁有個別控制器，而透過一個網路將這些系統連線至電腦，以利設施管理員擁有這些系統的中控管理能力。
雖然這些建築可以稱為「聰明」建築物，但卻不夠「智慧」。這些建築共用管理介面，但相互之間卻無法溝通，並且缺乏預測能力。若讓建築擁有真正的智慧能力，可以進一步節省成本，提高住戶的居住便利性。透過邊緣運算技術與管理軟體，就可以相對輕鬆地實現此轉型與變革。
HVAC系統耗費建築管理中最多的營運費用。若要降低成本，管理員一直以來都是在冬天夜晚調低暖氣溫度，並在夏天夜晚調高冷氣溫度。辦公大樓的基本自動化系統，要能清楚知道一天當中的時間並每天調整設定；稍微聰明一點的系統，則會知道今天是一週中的星期幾，並在週末使用較低成本的設定；再更聰明點的系統，則可以知道今天是該年度的哪一天，並將程式設定延伸到假期適合的設定。
系統整合使智慧建築更進步
然而，若是試著將HVAC與其他系統整合，則可能獲得其他益處。例如，辦公室照明系統一般都會搭載動作偵測器，以感測是否有人員在場。聯網的照明系統則可以將這則資訊傳送到HVAC系統，如此一來就可以在建築內部有人員使用時，以一般設定來運轉其系統。這個方法卻有一個瑕疵，那就是系統並無法分辨夜間清潔人員、警衛，和辦公室滿滿都是辦公人員之間的差別。此外，HVAC系統要達到穩定運作狀態需要一段時間：系統必須調整風門、啟動風扇，或是啟動暖氣。
一座位在荷蘭，名為「The Edge」的建築則更加聰明。這座建築會讀取進入停車場之車輛的車牌號碼，透過車號連結到對應的員工，並在員工驅車抵達辦公園區時就啟動該員工工作區域的HVAC系統，在員工進入辦公室前就完成這項任務，另一套類似的系統則從監控系統利用人臉辨識。
一座更加聰明的建築則可以清楚知道，一名特定員工若固定比其他同仁更早來到辦公室，依此調整溫度。系統可以判斷這名員工是否僅是特例，並維持整夜的空調設定點，或將其判斷為首先抵達辦公室的員工，並針對其他人也將抵達辦公室，來為整棟大樓調整溫度。其他在控制HVAC系統時可以納入的資料包括天氣預報以及未來的電價波動(針對採用一天中不同時段差異計價或負載計費的部分)。系統便可以在早晨依據這些預報資料調整溫度，也就是事先規畫而不是依據狀況作出被動回應。
整合雲端/邊緣資源 提升建築管理效率
除了辨識人臉及車號外，以上的例子並不需要複雜的機器學習技術，只需要相對簡單的規則制定或分析。然而，採用邊緣運算節點是較建議的做法，因為可以隨時取得建築系統的所有資訊，也不會像雲端系統，容易受到WAN網路中斷，還能保有隱私。
一般都可以接受讓建築管理員及住/租戶知道建築來往進出人員分別有誰，但是這資訊若因為雲端而變得眾所皆知，則會有一定風險存在。
然而，機器學習在其他方面卻能夠為HVAC系統帶來助益。HVAC系統包含許多設備，而由於每一棟建築個別的架構及居住占用模式都不盡相同，因此每一棟建築的情況都屬獨一無二。
系統及建築感測器會產生龐大資料，透過分析這些資料可以預測設備行為，接著再利用預測結果來找出並預示可能出現問題的異常狀況，或藉此了解如何有效地控制系統，以利在最低成本取得想要的設定點。
這類的機器學習也是建議在邊緣端中執行，一方面有利保護隱私，二來考量到傳送至異地分析的資料規模，邊緣系統是更好的選擇。雲端可以用於管理控制台，特別適用於一次管理多個地點的設施或物業管理員。雲端也可以用於分析，例如從多個地點擷取的資料分析作業；根據多個建築觀察得來的行為模式，所建立的模型，有時會比根據單一建築得來的模型還要有幫助。此外，雲端也可以是取得巨集資料的來源，例如氣候、道路封閉狀況以及主要水管破裂等資訊。
一般來說，結合邊緣及雲端資源混合式方法，是最佳的選擇。系統開發人員將判斷，如何在內部部署邊緣資源和雲端資源之間分配不同的建築系統功能。
另一個可以結合多個建築系統的例子，則是火災警報。這當中大多數的應用都相當簡單。熱氣或煙霧觸發警報，並可能觸發灑水器。不過，在這個階段火災已經發生。更聰明的方法則是預測火災可能發生，並防患未然。例如，透過訓練監控系統，來讓系統可以辨識隔壁建築的攝影機所捕捉到的縱火犯臉孔。偵測到縱火犯現身時，系統可以警告警衛留意犯人行動，直到縱火犯離開。相同的安全攝影機也可以用來偵測過熱的咖啡壺及熱水器，以免這些設備起火。此外，電表或瓦斯表也可以偵測異常能源使用(代表這類前述設備可能出現異常)。
建築自動化系統過去時常仰賴非常基本的電腦。邊緣運算時代則是一個非常好的機會，能讓建築不再使用10年前老舊的米色機盒，電源供應器風扇旁堆積灰塵，而且是運行老舊的作業系統。理想的系統應具備低成本、體型精巧、可提供遠端控管功能、安全性極高，此外，還須具備通訊連線性，而且強大無比以利分析作業。硬體本身可以稍微老舊(或是採用與過去的設備安裝一致的舊版設計)，但是軟體必須定期更新，以確保電腦安全性，並適時更新演算法或新增新的應用程式。
可以想像一次採用多個系統，例如控制HVAC系統的可程式邏輯控制器(PLC)，在經過升級後可以處理部分邊緣運算工作，為中央邊緣系統優先處理資料分析。而針對人機介面及系統控制，高整合性的處理器則是較佳的選擇，如恩智浦為建築自動化及其他工業用途所設計的處理器，即整合兩個CPU、乙太網路交換器，時效性網路(TSN)功能、圖形處理器(GPU)以及標準I/O，例如USB以及PCIe，以利連接藍牙、ZigBee、802.11與其他無線模組。
系統軟體亦是建築自動化關鍵
系統軟體也是重要的環節。針對執行分析及人機介面的邊緣節點，一個包含標準Linux發行版(例如Ubuntu與Debian)的豐富生態系統，能為處理器帶來支援。開發人員可以採用標準發行版或推出自己的版本來安裝應用程式二進位檔，並在其中利用軟體開發套件(SDK)的個別元件功能。
而針對執行控制功能的邊緣節點，開放式工業Linux(Open Industrial Linux；OpenIL)計畫是社群建構的工業用Linux發行版，此計畫支援其系統單晶片(SoC)通訊處理器並提供即時功能。開放式工業Linux涵蓋網路堆疊(包括TSN支援)、網頁伺服器(用於配置管理)以及Linux發行版常見的工具及公用程式，此外開放式工業Linux支援Ubuntu使用者環境、SELinux安全性增強功能以及Buildroot計畫，以利OEM廠商設計自己的韌體。
未來，晶片業者也可與大型雲端運算公司聯手，針對其邊緣運算作業進行合作。由雲端運算公司提供IoT SDK、端點架構以及邊緣節點，藉此加快OEM進入市場的時間，並促進混合式邊緣及雲端系統的發展，混合式系統將在未來主宰建築自動化，同時協助管理邊緣裝置上執行的應用程式。
為了與雲端運算公司推出的軟體形成相輔相成之勢，晶片業者推出邊緣運算軟體協助開發人員完整利用這些架構。結合內部部署硬體及雲端中安裝的軟體，該軟體可以針對設施管理員布建及管理硬體時提供協助。利用處理器內建的信任架構幫助管理員安全地部署、升級及新增軟體(包含單一應用程式及容器)。
建築自動化面臨技術變革，這一切都要歸功於邊緣運算。此技術可以有效連結由建築自動化系統管理的獨立子系統，並為這些系統添加真正的智慧效能。子系統之間建立更完善高效的連結，有助於讓各個系統支援其他系統的運作目標。更多的系統智慧，則可以讓系統不斷學習，不斷預測。未來的系統將可以節省成本、節能，並大幅提升住戶安全性。
(本文作者為恩智浦半導體數位網路事業部資深策略行銷經理)