白皮書 | 智慧系統(tǒng)在商業(yè)照明的應(yīng)用

　　肖鵬

　　村田(中國(guó))投資有限公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理

　　《2018阿拉丁照明產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》

　　智慧照明與物聯(lián)網(wǎng)科技 顧問

　　商業(yè)照明是相對(duì)于家用照明的概念，場(chǎng)所一般是公共場(chǎng)所，比如寫字樓，酒店，超市，商場(chǎng)，學(xué)校，停車庫(kù)，博物館等，采購(gòu)主體一般是機(jī)構(gòu)而非個(gè)人，一般以工程施工的方式進(jìn)行安裝。商業(yè)照明所要達(dá)到的目標(biāo)往往取決于應(yīng)用的場(chǎng)合，比如對(duì)照度，色溫的要求，以及對(duì)節(jié)能的要求等。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，智慧系統(tǒng)賦予了商業(yè)照明以動(dòng)態(tài)的，可變幻的，有特定程序的方式與用戶進(jìn)行交互，并能達(dá)到節(jié)能的效果，在商業(yè)照明中發(fā)揮著越來越大的作用。

　　智慧商業(yè)照明的發(fā)展相對(duì)家用領(lǐng)域落地更早，發(fā)展更快。具有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)和預(yù)計(jì)，2017年全球智慧照明市場(chǎng)規(guī)模46億美金，其中智慧商業(yè)照明占比60%左右，未來幾年會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2020年全球智慧照明市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到134億美金，相對(duì)于智慧戶外、家用和公共照明，智慧商業(yè)照明份額依然最高，占一半以上。

　　智慧系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

　　在商業(yè)照明里，一些場(chǎng)合存在著智控的需求，這也是智慧系統(tǒng)能落地的前提。目前的智慧系統(tǒng)，在商業(yè)照明的應(yīng)用主要是節(jié)能，場(chǎng)景控制以及集中監(jiān)控等。

　　在節(jié)能場(chǎng)合，一般用到的控制方式是時(shí)間表控制，人感傳感器控制以及照度控制。比如倉(cāng)庫(kù)照明，一個(gè)有上萬平方米的倉(cāng)庫(kù)，貨架依次排列，傳統(tǒng)方式是燈一直亮著，送取貨的人員或者叉車從過道進(jìn)出，但其實(shí)并不是一天里每時(shí)每刻每個(gè)過道都有人，很多過道大部分時(shí)間都沒有人，因此沒有必要保持所有的燈常亮。這樣的結(jié)果就是電費(fèi)很昂貴，一個(gè)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)的公司，全國(guó)的倉(cāng)庫(kù)加在一起，一年下來的電費(fèi)是一筆非常巨大的開銷。同樣的場(chǎng)合有地下停車場(chǎng)，寫字樓等，這些場(chǎng)合的一個(gè)共同特點(diǎn)是人不是一直在的，沒必要燈一直開在那里。

　　智慧系統(tǒng)就提供了一個(gè)方案，感知人的存在，從而在需要的時(shí)間打開燈，比如倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)合感知人或叉車的存在，打開相應(yīng)過道上的燈，其他沒有人活動(dòng)的區(qū)域燈光關(guān)閉;又如地下車庫(kù)感知人和車輛，打開相應(yīng)區(qū)域的照明等。在辦公樓領(lǐng)域除了探測(cè)人的存在，還可以加上時(shí)間表控制來節(jié)能，比如圖1的村田東京辦公樓無線系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用案例，就綜合使用了人體探測(cè)，時(shí)間表控制來達(dá)到節(jié)能，跟之前沒有安裝控制系統(tǒng)比較，能源消耗降低了63%。 這樣的智慧系統(tǒng)不但為企業(yè)提高了經(jīng)濟(jì)效益，也符合全球控制溫室氣體以及保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。

　　圖1 村田東京辦公樓節(jié)能控制案例，能源消耗降低63%

　　在場(chǎng)景控制的場(chǎng)合，比如宴會(huì)廳就是一個(gè)很典型的應(yīng)用。大型酒店的宴會(huì)廳又稱作多功能廳，會(huì)舉辦各種各樣的活動(dòng)，比如行業(yè)論壇會(huì)議，產(chǎn)品發(fā)布，企業(yè)培訓(xùn)，生日宴會(huì)，婚禮宴會(huì)等，每個(gè)活動(dòng)對(duì)燈光的效果要求都不一樣，在同一活動(dòng)中，不同的階段也對(duì)燈光有著不同的要求。比如產(chǎn)品發(fā)布，在嘉賓入場(chǎng)階段，產(chǎn)品宣講階段，中場(chǎng)休息階段等燈光就有不一樣的要求。會(huì)議室也有類似的場(chǎng)景，比如設(shè)置開會(huì)討論模式，PPT演示模式，中場(chǎng)休息模式，離開模式等。

　　場(chǎng)景控制帶來了燈光能動(dòng)態(tài)適應(yīng)當(dāng)前的主題活動(dòng)，取得很好的活動(dòng)效果。在集中監(jiān)控的場(chǎng)合，主要是一些大型的公共場(chǎng)所，比如寫字樓，大型商場(chǎng)的公共區(qū)域等等，在主控平臺(tái)上對(duì)燈光控制，節(jié)省人力和時(shí)間;同時(shí)對(duì)燈光工作的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如看有沒有哪個(gè)燈工作不正常，系統(tǒng)及時(shí)主動(dòng)上報(bào)。相關(guān)管理工作人員可以收到信息，有問題馬上派人維修。燈光的集中管理帶來了省時(shí)，省力和高效。

　　智慧系統(tǒng)的技術(shù)和方案

　　目前的智慧系統(tǒng)是怎么實(shí)現(xiàn)以上功能的呢，主要是通過連接技術(shù)，感知技術(shù)，以及前后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)的。另外大數(shù)據(jù)，云計(jì)算，以及人工智能等，正在越來越多地與智慧照明結(jié)合，目前在家用照明方面趨勢(shì)比較明顯，相信在以項(xiàng)目應(yīng)用為基礎(chǔ)的商用照明方面，未來也會(huì)找到更多契合點(diǎn)。

　　既然是智慧系統(tǒng)，連接是第一步，也是最基礎(chǔ)的一步，把所有的燈具連接起來能進(jìn)行通信，才能在此基礎(chǔ)上施以智慧手段進(jìn)行調(diào)光，調(diào)色，監(jiān)測(cè)能耗以及查看燈具狀態(tài)等。連接技術(shù)主要存在有線和無線，目前市場(chǎng)應(yīng)用中大部分是有線連接。有線技術(shù)包括各類總線標(biāo)準(zhǔn)，比如RS485，DALI，BACNet，KNX等;無線連接主要包括ZigBee，BLE mesh, EnOcean, 私有射頻協(xié)議等。有線通信相對(duì)無線優(yōu)勢(shì)是穩(wěn)定，信號(hào)不易受到干擾;但安裝麻煩，特別是在后裝改造市場(chǎng)，需要施工布線，如果場(chǎng)所空間比較大，那么施工量也是一筆巨大開銷。無線的優(yōu)勢(shì)是安裝方便，在后裝改造市場(chǎng)有著巨大優(yōu)勢(shì)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家就比較明顯，在做施工時(shí)會(huì)考慮人工成本的問題，人工費(fèi)用所占的項(xiàng)目總成本比較高，包括后期維護(hù)更換等，所以在這個(gè)層面來說，無線是一個(gè)價(jià)值比較大的地方。如圖2，目前的無線技術(shù)有很多，簡(jiǎn)單的可以按照傳輸距離和傳輸速率進(jìn)行區(qū)分。

　　圖2 各種無線通訊技術(shù)傳輸距離及速率

　　目前智慧路燈領(lǐng)域的無線一般采用低功耗廣域網(wǎng)的技術(shù)，比如NB-IOT等，那么適應(yīng)商用照明的無線技術(shù)應(yīng)該具有哪些特點(diǎn)呢?根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，一般認(rèn)為應(yīng)該有以下特點(diǎn)，組網(wǎng)規(guī)模大，組網(wǎng)方式方便、功耗低、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠、抗干擾性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、低延遲、安全性高、標(biāo)準(zhǔn)化等。

　　由于是商用項(xiàng)目，業(yè)界選擇一般比較慎重，主要是從穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)性能，成本以及施工方便度考慮。無線有其安裝便利和成本優(yōu)勢(shì)，但還沒有占目前的市場(chǎng)主流主要還是對(duì)其在大網(wǎng)絡(luò)下的可靠性和穩(wěn)定性的顧慮，一些國(guó)際大公司以及有獨(dú)特技術(shù)的企業(yè)在此領(lǐng)域深耕做了不少努力。比如其中村田研發(fā)的無線商用智慧照明系統(tǒng)，采用的方式是對(duì)mesh網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，采用特定的機(jī)制防止同頻干擾，在節(jié)點(diǎn)數(shù)量多的商用照明環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模燈具組網(wǎng)，并保持網(wǎng)絡(luò)的可靠穩(wěn)定。在全球市場(chǎng)越來越多的大型寫字樓，博物館等場(chǎng)合應(yīng)用。

　　以連接為基礎(chǔ)，智慧系統(tǒng)的控制手段包括感知技術(shù)，前后臺(tái)軟件等。目前應(yīng)用的比較多的感知技術(shù)是被動(dòng)紅外(PIR)傳感器，照度傳感器，超聲波傳感器等。PIR傳感器可以檢測(cè)人的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅，應(yīng)用在上面提的倉(cāng)庫(kù)以及車庫(kù)等場(chǎng)合就比較合適，有些場(chǎng)景可以配合超聲波傳感器的應(yīng)用，檢測(cè)人的存在。照度傳感器檢測(cè)當(dāng)前的光線強(qiáng)度，比如在白天建筑物靠窗的位置，自然光線比較強(qiáng)，可以通過照度傳感器調(diào)節(jié)燈具的亮度，實(shí)現(xiàn)恒照度應(yīng)用，從而節(jié)省能耗。后臺(tái)軟件可以在后臺(tái)服務(wù)器里實(shí)現(xiàn)一些特定的邏輯，比如自動(dòng)定時(shí)開關(guān)的邏輯，在辦公室的不同時(shí)段，上班時(shí)間，午休時(shí)間，下班時(shí)間等控制不同區(qū)域燈光的開關(guān)和亮度。后臺(tái)軟件也可以根據(jù)記錄的燈具能耗情況，統(tǒng)計(jì)總體的能耗;也可以根據(jù)其他的系統(tǒng)里監(jiān)測(cè)的變量，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的功能，創(chuàng)造數(shù)據(jù)的價(jià)值。前臺(tái)軟件一般實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，比如場(chǎng)景控制，單燈控制，狀態(tài)顯示等。

　　當(dāng)然技術(shù)是不斷發(fā)展的，商用智慧系統(tǒng)正是由于不斷加入新的技術(shù)而變得越來越智慧， 性能越來越好。有些技術(shù)是很早就存在的，現(xiàn)在隨著各方面條件的成熟在商用照明這個(gè)領(lǐng)域得到了新的應(yīng)用，比如各類傳感器，村田就研發(fā)很多類型的傳感器，有用在汽車上的，有用在醫(yī)療健康領(lǐng)域的，還有用在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的等等，其中一些傳感器也可以應(yīng)用到商用照明系統(tǒng)里來，比如監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度，煙霧探測(cè)等，為商用照明系統(tǒng)帶來更多的價(jià)值。有些技術(shù)是近年來的新技術(shù)，比如人工智能，在家用領(lǐng)域語(yǔ)音控制已有應(yīng)用，也取得了很好的市場(chǎng)效果，相信也會(huì)在商用照明領(lǐng)域取得很好的結(jié)合。在連接方面，一方面已有的協(xié)議本身在不斷演進(jìn)，比如ZigBee演進(jìn)到目前的3.0版本，其中一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能是Green Power，進(jìn)一步降低設(shè)備的功耗;另一方面近年來又有很多新的連接技術(shù)增加進(jìn)來，比如標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)牙m(xù)esh, NB-IOT，LoRa等，當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用層面還要平衡成本，應(yīng)用場(chǎng)景和商業(yè)模式。能量采集技術(shù)也是商業(yè)照明的一大技術(shù)亮點(diǎn)，目前的傳感器設(shè)備，控制面板等都是需要用電池的，而且需要定期更換電池，對(duì)于大型商用場(chǎng)合，更換數(shù)量眾多的設(shè)備電池是很耗時(shí)耗力的事情，能量采集技術(shù)就提供一種方式，從環(huán)境中采集能量。圖3就是一個(gè)村田的能量采集通信系統(tǒng)應(yīng)用在智慧社區(qū)的例子。主要是利用的光發(fā)電來給設(shè)備提供能量。其他的能量采集還包括機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存供電，將環(huán)境的溫差變化產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能等，這些新的能量采集以及儲(chǔ)能材料可以用在商用智慧系統(tǒng)的產(chǎn)品里，替代電池供電，節(jié)省人力物力。

　　圖3 村田能量采集系統(tǒng)助力智慧社區(qū)

　　智慧系統(tǒng)當(dāng)前的問題及對(duì)策

　　盡管商照領(lǐng)域相對(duì)家用來說，有比較能夠落地的智慧化的應(yīng)用場(chǎng)景，但從整個(gè)商照市場(chǎng)來說，智慧系統(tǒng)的應(yīng)用比例只是很小一部分，目前來看，要更多的普及智慧商照，主要需要關(guān)注以下幾個(gè)方面。

　　一是成本問題，即評(píng)價(jià)用戶的購(gòu)買成本是否匹配智慧照明創(chuàng)造的價(jià)值，一個(gè)例子是節(jié)能場(chǎng)合，這個(gè)場(chǎng)景就較容易評(píng)估，測(cè)算購(gòu)買系統(tǒng)以及安裝維護(hù)的成本，與節(jié)省的能耗相比，是否值得做。又比如場(chǎng)景控制，如果購(gòu)買的成本很高，用戶的購(gòu)買動(dòng)力就會(huì)顯著下降，鑒于目前的成本，智慧商照?qǐng)鼍翱刂埔话愦嬖谟谥懈叨松陶帐袌?chǎng)。在目前市場(chǎng)的實(shí)際方案中，一套智慧照明方案是以系統(tǒng)的形式出現(xiàn)的，或是作為樓宇自控的一個(gè)子系統(tǒng)的形式出現(xiàn)，即由樓宇控制廠商提供一套樓宇控制系統(tǒng)，照明控制部分涵蓋在內(nèi);或是專注于照明控制的廠商提供單獨(dú)的一套照明控制系統(tǒng)。其實(shí)商照可以再細(xì)分到具體的垂直應(yīng)用，比如車庫(kù)節(jié)能，宴會(huì)廳或會(huì)議室場(chǎng)景控制等，針對(duì)不同的商照垂直應(yīng)用，提供最經(jīng)濟(jì)適合的方案，靈活選擇集成不同的設(shè)備和軟件方案，而不是用同一套大而全的系統(tǒng)覆蓋所有場(chǎng)景，這樣也會(huì)顯著降低成本。在這方面最近市場(chǎng)也涌現(xiàn)了不少公司，有針對(duì)性的對(duì)某些垂直商照領(lǐng)域提供性價(jià)比最優(yōu)的方案，顯著降低了成本。

　　二是用戶體驗(yàn)，功能和性能是否真實(shí)達(dá)到理想的效果，比如車庫(kù)里檢測(cè)人或車的傳感器，其準(zhǔn)確度是很重要的指標(biāo)。又比如前面提到的商照垂直應(yīng)用，針對(duì)某個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)合結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)和當(dāng)前產(chǎn)品的主要問題，提供最優(yōu)的方案，而不是用統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)適應(yīng)所有的商照領(lǐng)域，這樣也會(huì)顯著提高用戶體驗(yàn)。

　　三是產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同和更多價(jià)值的創(chuàng)造。目前提供智慧商照系統(tǒng)方案的主要還是控制廠商，也有一些大的照明公司發(fā)展自己的控制系統(tǒng)，不管是哪種方式，跨界融合是大趨勢(shì)。IT企業(yè)與照明企業(yè)的跨界聯(lián)合，為智慧照明帶來更多的新技術(shù)新方案，創(chuàng)造更多的價(jià)值應(yīng)用。包括系統(tǒng)集成商和施工承包商也是重要的一環(huán)，將新方案落地需要不斷更新原來的弱電集成技能，這也是一個(gè)需要培育的過程。智慧系統(tǒng)在商業(yè)照明的應(yīng)用未來會(huì)快速發(fā)展，隨著物聯(lián)網(wǎng)，人工智能等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)照明企業(yè)會(huì)不斷跨界融合，未來也將會(huì)有更多的新公司參與這個(gè)產(chǎn)業(yè)，智慧系統(tǒng)會(huì)變得普遍，為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造巨大的價(jià)值。