本文作者：PatrickDonovan-施耐德电气科学中心的高级研究分析师
摘要
在本文中，我们解释了推动BMS发展的因素，并描述了解决当今和未来管理挑战所必需的三个基本要素。我们还将解释这些元素如何让您走上正确的道路，从未来新兴的数字技术中受益。
楼宇管理系统(BMS)简介
尽管出现了这些新变化，我们发现许多业内人士对BMS的看法仍然非常狭隘，认为BMS主要是关于HVAC控制的。这种传统观点认为BMS仅由现场和楼宇控制器以及内部BMS软件界面组成。这种范围狭窄的BMS实施在应对建筑管理挑战方面的能力有限，并且无法利用更新的技术进步。现代的下一代BMS连接到范围更广的系统，并且可以通过这种集成做比以前更多的事情。随着建筑物变得更加智能，这是必要的。
图1突出显示了BMS实施的范围和系统集成的深度如何随着需求和能力的变化而演变。有时，传统BMS与其他系统集成，但这通常只是意味着从系统中提取数据点并显示在BMS软件中，以增加情景或态势感知。我们将这种集成级别称为“松散耦合”。下一代BMS将这种集成更进一步。它不仅与更多系统交互，而且连接更紧密地集成在一起，因为数据与其他系统数据相结合，用于分析、人工智能和数字服务，使运营更具前瞻性和预测性。
图1：BMS实施的范围和与其他系统的集成深度随着压力的提升变得高效、可持续、能够满足不断变化的租户需求以及能够使用新兴技术并不断发展。
在本文中，我们将首先讨论当今建筑设施管理人员面临的三个因素，这些因素对管理系统施加压力以使其发展和适应。接下来，我们将描述下一代BMS的三个关键属性，以及这些新兴功能如何最好地解决当今的建筑挑战。最后，我们提供了关于BMS在未来可能如何发展的想法。
推动BMS演进的3个因素
因此，建筑业主变得完全依赖于经验丰富的专业设施经理，他们拥有丰富的知识，以确保一切正常运转。维护是基于日历和被动式的。租户和居住者无法控制或洞察他们在建筑物中可能会经历的实际体验。所有投诉、请求和服务订单都来自设施经理。每个建筑物都独立于其他建筑物进行管理，这些建筑物可能是组织的房地产投资组合的一部分。这种传统模式正在消失。社会和技术因素都在推动BMS从主要的HVAC控制系统演变为更多的智能建筑系统集成平台，用于主动监控、控制和自动化。
所以，变化主要是由以下三个基本因素驱动的：
1、对效率和可持续性的需求不断增加
2、不断变化的租户/入住者要求和期望
3、更新的IT、物联网和智能建筑技术的出现
第三个扩展了范围并提高了BMS系统的能力，以更好地解决前两个因素。下面我们简要对每个因素进行描述。
对效率和可持续性的需求不断增加
如今，BMS不仅需要控制HVAC系统，还需要能够监视和控制建筑物中的所有供电系统，以充分优化整个站点的能源使用。传统的BMS系统无法很好地做到这一点。现代化的下一代BMS提供了充分优化能源使用并遵守日益增长的社会压力和政府气候法规所需的工具。
租户/居住者不断变化的要求和期望
住户和租户的期望正在发生变化，这促使BMS需要做得更多。租客和在建筑物中工作的人们越来越意识到气候变化和可持续性问题，并且出于环境和经济原因都希望节能。人们希望在高效的建筑中租房或在其中工作。与前几代人相比，今天的人们也更可能关心他们的个人健康、心理健康以及他们的直接环境对这些事情的影响。需要使建筑物不仅安全，而且使居住者感到满意和愉快。最重要的是，人们对家庭消费技术、IT和智能手机的日常体验正在影响他们对工作场所的期望和工作模式。
我们相信，人们期望IT服务始终可用。建筑服务弹性现在是一个关键属性。智能家居技术的盛行和“有一个应用程序”的心态让人们期待或至少想要能够轻松地与建筑物及其环境交互以定制他们的个人空间，在建筑物周围导航，发出资源请求，以更少的麻烦通过安全检测等等。这些新的要求和期望不仅对建筑设计有很大影响，而且对运营也有很大影响。注重租户健康、安全、福祉和生产力的高效、可靠的建筑对业主来说具有明显的竞争优势。
租户需求和期望的变化正在改变设施经理的范围。这意味着BMS的范围也必须改变。FM仍然负责暖通空调的运行和实现能源目标。但现在，他们也必须提供居住舒适度，提供互动和健康的空间，连续的系统可用性，安全性，连通性和遵守公司和政府法规。职场策划师等新兴的商业建筑领导人物正在对设施经理施加新的期望，以影响员工敬业度、生产率和整体健康分数等指标。新一代的工人、居民和酒店客人希望与周围的人和系统超连接，并通过数字工具影响周围的环境。
在今天的商业建筑中，人们仍然很大程度上依赖设施经理来处理他们在舒适、清洁和通信方面的要求，就像他们在过去几十年所做的那样。有效的现代BMS将拥有一些数字个人助理的属性，这将使使用者更强大，使他们更少地依赖设施经理，并使实施经理们能够满足不断扩大的期望、满足标准和法规。要满足这些需求，就需要智能建筑技术，并为移动性而设计，可以被BMS管理和控制的技术。传统的BMS系统并不能很好地解决这些问题。
更新的IT、物联网和智能建筑技术的出现
“物联网”(IoT)的爆炸式发展意味着，对于建筑技术的制造商和系统集成商来说，将基于微处理器的控制、传感器和IP网络连接添加到越来越多的设备和系统中更容易、更便宜。Zigbee和蓝牙等低功耗等无线网络技术的成熟，使现场控制器和各种物联网传感器与建筑控制器之间的连接变得更加简单，无需布线。使用标准IP协议连接设备和系统的便利性意味着BMS不仅可以进行更多的监控和控制，还将BMS从只服务于设施管理人员转变为现在能够直接帮助租户。BMS的业务范围不断扩大，可以为居住者提供直接访问维护请求、导航、客房预订和个人移动舒适控制等服务。
传感器和物联网设备的快速增长意味着数据的爆炸式增长。我们有机会利用“大数据”分析和人工智能(AI)技术来处理这些数据，使建筑运营和管理更加自动化、高效、可靠和主动。分析和人工智能正在成为成熟的行业，在IT和数据中心应用中有成熟的使用案例，在商业建筑中也越来越多。
三大基本要素
一个有效的下一代楼宇管理系统是一个集成楼宇、业务、设备物联网数据和特定细分市场的专业系统的平台，例如医院的空气质量监测或酒店的房间预订系统。BMS的最终目的是从这些数据中提取价值，以安全、可靠和高效地操作和维护建筑系统，同时最大限度地提高其居住者的生产力和福祉。与ASHRAE最初设想的传统BMS系统相比，下一代系统的范围和功能要广泛得多。它们也更易于使用、编程、扩展和更新。现代的下一代BMS实施涵盖从设备传感器到构建控制器（即边缘）再到带有应用和服务的云（参见图2）。下一代系统可从任何地方访问，支持知识报告、分析/人工智能应用、预测性维护和自我诊断。
图2：下一代BMS系统的高级架构图，不同于传统的BMS实现，它从设备延伸到云端。
实现更广泛、更强大的BMS的愿景需要具有3个关键属性的架构：
#1：基于开放的集成平台
第一个基本属性是系统足够开放，可以与其他建筑子系统、物联网设备、传感器、业务流程、数据库和应用集成。从历史上看，由于传统的、有限的范围，BMS本质上是相对封闭和专有的。但显然，如果BMS要做的不仅仅是控制HVAC系统，其需要能够从传统上还未与BMS集成的系统和设备收集数据并将数据发送到系统和设备。BMS的设计必须具有一定程度的开放性，以便做到这一点并在智能建筑技术出现时从中受益。毕竟，BMS连接的所有不同事物都不太可能由同一个BMS供应商制造，且所有事物都使用相同的专有语言和协议。
如果BMS要在整个建筑的运营中发挥核心作用，那么连接的便利性就变得很重要。与其他事物集成的具体过程可能因供应商而异。因此，这可以作为选择解决方案时的一个比较点。
请注意，开放性的概念存在于BMS架构的所有级别。开放性存在于三个层面：数据采集/共享、系统集成和构建编排。对于每个级别，然后可以跨互操作性、工程复杂性以及能够执行集成和维护的人员来考虑解决方案的开放程度。就本文而言，我们只关心整个BMS与其他设备和系统集成以从交互中提取价值的能力。
集成涉及在运营(OT)、物联网和信息技术(IT)中实施标准的开放协议。
OT协议
BACnet（楼宇自动化和控制网络）是一种用于计算机化楼宇子系统交换信息的标准机制。这种协议的实现意味着来自不同供应商的不同系统可以互操作并且可以共享信息。以这种方式通信的系统类型包括暖通空调、照明控制、访问控制和火灾探测。其他流行的开放OT协议包括Modbus（在工业环境中流行）和LON（本地操作网络）。
在解决方案中要寻找的一个属性是在架构的所有层中本地结合BACnet/IP。IP是一种熟悉的互联网协议，它允许不同楼宇系统的楼宇控制器通过以太网网络相互通信。与替代通信标准（例如更传统的解决方案使用的串行总线）相比，它速度更快、带宽更大。请注意，随着越来越多的数据被聚合和共享以支持高级分析，通信带宽是一个关键考虑因素。将传统OT协议置于IP之上是当今如此盛行的“OT/IT融合”趋势的一个方面。
IT协议
图3：当今的下一代BMS作为一个聚合器，使用从设备到云的各种标准开放协议。
不仅应该支持开放协议，而且供应商应该使BMS能够在所有者需要时合并不支持开放协议的遗留系统和设备。对于偶尔出现的不支持的设备，有效的BMS供应商提供了一种方法，通过这种方法可以开发驱动程序或“编译器”，从而可以监控和控制使用不支持协议的系统或设备。这一功能尤其有助于当有旧的遗留设备没有被替换。更多的开放供应商维护和共享一个公共库的验证应用和驱动。它们是预先存在并经过测试的，提供了在不同语言的系统之间创建新的集成的简单方法。
一个开放的集成平台不仅需要如上所述将数据整合在一起，还需要通过赋予数据上情景来理解数据。这对于实现更好的分析、流程优化和人工智能至关重要。理想的情况是BMS会自动将称为语义标记的概念应用于构建数据，从而使信息易于解释和编排。语义标记是将情景信息附加到一段原始数据的过程。例如，BMS系统内的传感器可能会被“标记”，其中包含有关其在建筑物中的位置、其所在设备类型以及测量的传感器输出可用的信息。这些附加信息允许在数据类之间进行更复杂的关联和查询。
#2：利用云计算进行分析和人工智能驱动的数字服务
云计算已经彻底改变了IT行业，带来了更低的成本、无限的可扩展、更好的弹性、移动性、管理和维护的方便性等等。它是当今世界整体计算体系结构的核心组成部分。下一代建筑管理系统也从中受益。我们提出，下一代BMS的一个基本要素是使用公有或私有的云计算技术和服务。
对于提供一些重要的建筑管理功能和能力，云要么是必要的，要么是首选的方法，包括:
尽管我们仅处于人工智能在建筑管理中应用的早期阶段，但预测分析功能今天已经可用。可以在虚拟环境中创建HVAC系统的数字模型（或“数字孪生”），并将其用于与您的实际HVAC性能进行实时比较，以识别可能导致最终故障的异常行为。
今天可用的另一个例子是一种预测性维护仪表板或记分卡。BMS软件界面显示受监控设备的列表，这些设备按健康状况或根据系统可用性风险检测到的问题进行排序。如果有问题的系统脱机，它可以显示存在风险或可能受到影响的内容。如果未解决，它甚至可以计算风险的财务价值，从而帮助证明设备维护或升级的合理性。
#3：专为移动而设计
如今，雇主和业主希望与“移动优先”的租户、住户和客户进行更深入的互动。例如，员工、酒店客人和大学生都希望能够轻松访问信息并能够与之互动。他们希望并期望某种程度的控制和更简单的方法来完成任务。下一代楼宇管理系统应提供移动应用和服务来满足这些需求。
住户希望获得一种简单的移动体验，既可以为他们提供信息，也可以对周围环境进行一些控制。例如，支持BMS的工作场所移动应用程序可以使用户请求新的舒适设置（温度、灯光、窗帘）、使用他们的设备进行区域访问控制、预订会议室、与IT服务台交流，并通过他们选择的移动设备提交需求。
移动应用程序可以提高维护的操作效率。例如，设施管理人员的长期需求是能够访问具有可视化更新和实时状态与关键绩效指标的有效仪表板。他们应该能够在任何地方、任何设备上访问这些信息。这些仪表板可以仅用于单个本地站点，也可以位于云级别——可从任何Web浏览器访问——提供跨所有站点的单独或总和视图。
另一个例子是技术人员在建筑物内调试设备。她将受益于移动应用程序，这些应用程序允许她通过移动界面调整设置点，而无需在每个站点都使用计算机。技术人员可以通过移动设备远程检查设备的健康状况，因为它减少了进入建筑物的需要，并减少了拖出梯子和爬上天花板来完成相同任务的手动过程。图4显示了BMS现场控制器的移动调试应用程序示例的屏幕截图。
图4：施耐德电气eCommissionSmartXControllers移动应用程序的屏幕截图
如前所述，下一代楼宇管理系统将基于开放的集成平台。这为移动BMS应用开发提供了手段。这个开放的应用程序平台允许为许多不同的建筑角色提供移动服务，并通过支持第三方应用程序开发创造创新机会。BMS的核心作用是聚合所有数据、安全存储、规范化和分析数据。正是基于这一点——无论是在云中的数据湖还是在本地的建筑控制器级别——应用程序开发都在此完成。
最后，BMS应该能够轻松地将信息扩展到托管移动应用框架，根据不断变化的组织需求不断改进服务。像任何应用程序一样，这些BMS应用程序应该可以通过Apple、Google或私人应用程序商店获得，以便用户使用。建筑物和移动解决方案之间的数据流必须通过使用数据加密来确保安全并符合GDPR。
移动界面是实现建筑数字化转型的必要步骤。它们使关心建筑物的人们的工作更轻松，与建筑物居住者建立更密切的联系，并在所有角色之间创建更有效的沟通方法。它们允许设施经理或建筑物所有者按角色、位置、服务和设备访问使用数据。这种“人类体验数据”是对本文前面讨论的数据集成的丰富补充。
专为移动性设计的BMS从根本上简化了楼宇管理。当您使用自助式建筑应用程序为住户提供支持时，您可以让设施运营团队的工作更轻松。远程监控应用程序等数字服务使人们可以随时随地进行操作，同时仍然可以控制操作。将此与云分析相结合，楼宇管理变得更加主动和直观。
支持未来的技术演进
1、数字孪生是建筑物中设备和物理空间的软件表示。它们在建设和运营中对于更好的维护和变更管理都很有价值，但由于从建筑系统孤岛中聚合数据传统上很麻烦，因此获得牵引力的速度很慢。建筑管理系统旨在成为具有本地云连接的开放式集成系统，为数字孪生的更具可扩展性的创建和动态维护铺平了道路。
2、人工智能可以产生有价值的见解，甚至可以实现建筑系统的完全自动化。例如，先进的模型可以允许对建筑物进行自主控制，这已被证明比基于规则的HVAC控制更有效。自然语言处理将使FM和居住者能够以全新的方式与建筑系统进行交互。数据编排将不断优化流程，实现建筑系统的自适应，以满足人/环境的需求。像数字孪生一样，人工智能在当今的建筑中并不是主流，一个重要的原因是难以规范化和访问训练和实施它所需的许多不同数据源。具有本文所述特征的楼宇管理系统是迈向开启人工智能未来的一大步。
3、美国能源部将电网高效建筑定义为具有“下一代传感器、控制、连接和通信”的建筑。这些建筑的愿景是为居住者提供更好的体验，同时也使电网受益并平衡可再生能源的供应。下一代建筑管理系统已准备好满足这一需求，并与其他复杂的基于云的软件（如ADMS）协调以优化整个社区生态系统。
本文认为，几十年来，楼宇管理系统的属性变得越来越复杂，这主要是社会压力和可用技术的结果。在这里，我们强调设计为开放式集成平台的BMS，具有本地云连接和移动可访问性，是解锁对其他新兴数字技术的访问的关键。当然，追求所有这些的最终目标是使建筑物的运营和管理更简单、更主动并最终更自动化。
总结
BMS的发展受到提高能源效率的压力、不断变化的居住者期望以及更新的IT和智能建筑技术的存在的推动。从简单的暖通空调控制扩展到智能建筑集成平台，下一代BMS是安全、高效、可靠地操作整个建筑，甚至是一批建筑的关键工具，并以人为中心。下一代BMS使您能够利用强大的新技术，通过更主动并最终实现自动化，简化和提高管理和控制能力。选择一个支持本文中所列出的架构和愿景的供应商，其产生的BMS如下: