人工智慧在建築產業的運用發展

人工智慧的發展自早始於1950年代，在近年成為各界顯學，主要 得力於物聯網與硬體設備的發展。

物聯網是透過在物品上嵌入無線電子標籤與感應器，通過網路的 方式將其發送到訊息處理的平台，而各訊息處理平台可互相連結形成 一個龐大的網路，從而對物品進行跟蹤、監控等智慧化管理與分析的 目的，實現人與物之間的訊息溝通。在早期主要為運用各種感測裝置 記錄資訊，供使用者判讀分析物品現況。

隨著資通訊技術的進步，過去物聯網所提供的資料可以由電腦進 行分析，除了加速判讀外，更增加人與物、物與物的互動性。根據ITU 和歐洲物聯網研究計畫小組等機構針對物聯網的定義與概念，物聯網 的架構主要可分為三層：

下層為「感知層」：由各種資訊擷取、識別的感知元件所組成。

中間為「網路層」：即各類傳輸技術。

上層為「應用層」：即物聯網的各種應用領域。

物聯網是技術依賴於技術創新，無線射頻識別技術、傳感器技術 (transducer)、智慧型嵌入技術、雲端運算技術(cloud computing)、奈 米等技術，將使物聯網更廣泛的應用。

物品識別：利用無線射頻識別技術隨時隨地獲取物體的識別。

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感測傳遞：透過傳感器的感測(sensor)與觸動執行(actuator)，將 訊息得以透過與網際網路的結合方式即時準確地傳送與接收。

運算分析：利用雲端運算對龐大的數據和訊息進行即時的分析和 處理。

智慧型傳感技術(Smart Transducer)：傳感器具備探測和記錄物體 物理狀態改變的能力，也可觸發周圍環境的變化。一般而言，感測器 和執行器是常見到的傳感器。傳感器在連接物理世界和資訊虛擬世界 上有界接的作用，感測器從環境中收集資料、生成資訊，並提高對周 圍環境的意識；執行器使得物體能夠對周圍物理環境的改變做出反應。

傳感器的範圍廣泛，包含溫濕度計等感應裝置、指紋與聲紋生物本身 識別特質等位置感測技術等。

雲端運算技術(Cloud Computing)：國際主要的資訊服務業者如 Google、IBM、Microsoft、Amazon等，大力推動並提供強大雲端運算 能力與完善的應用服務環境。雲端運算的分散式運算技術，讓開發人 員很容易開發出全球性的應用服務，雲端運算技術可以提供自動管理 大量標準化(非異質性)電腦間溝通、任務分配和分散式儲存等服務。

人工智慧指的是能夠通過圖靈測試(Turing test)，1950年代圖靈提 出判斷機器是否能夠思考的著名試驗，其目的在於完成一個機器可以

「像人一樣思考」、「像人一樣行動」、「理性地思考」和「理性地行動」，

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發展至今尚難有一個真正符合前述能力的人工智慧，而佔據個新聞版 面的深度學習(deep learning)等演算法，即是過程中所發展出來的技 術，其主要透過大量人工知識(大數據)的輸入，藉由思考過程或試誤 的方式，引導出電腦於類似環境下可提出相似之過程步驟來解決問題，

尚難稱為可完全獨立思考的「人工智慧」，較類似於「人工知識庫」，

目前AI的技術己經應用在以下重要的範圍：

專家系統(Expert System)。

自然語言處理(Natural Language Understanding)。

電腦視覺(Computer Vision)。

語音辨識(Speech Understanding)。

機器人應用(Robotic Application)。

類神經網路(Artificial Neural Network)。

智慧型代理人(Intelligent Agent)。

其中，最具有突破性及實用性當以專家系統為代表，目前己有許 多的實際應用。一個專家系統由知識庫(knowledge base)和推論引擎 (inference engine)等機構所組成。人工智慧在未來對各領域的技術開 發或應用服務都將扮演一個關鍵且重要的角色，傳統機器人或電腦沒 有學習能力無法應付突變狀況，未來以人工智慧技術所驅動的自主化 機器，將能夠自主學習、分析歸納，對突發狀況提出可能的解決方案。

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國內外推動智慧建築也已近20年，從早期的BAS等系統，到現在 的許多廠商推出的智慧化建築管理系統，其趨勢也朝著藉由自動控制 乃至於人工智慧技術，減少人力與管理成本。其中在建築節能管理方 面於近年已開始在人工智慧領域有所突破，又以照明與空調發展最為 迅速。

本所亦於108年就分就照明與空調辦理協同研究「物聯網與人工 智慧於建築照明之應用調查研究」與委託研究「機器學習於建築溫熱 環境感測大數據分析應用之研究」，探討二者的在建築空間的應用成 效。

在照明部分，依據本所「物聯網與人工智慧於建築照明之應用調 查研究」報告指出照明技術現除了提供傳統光照與感應或定時點滅外，

亦開始發展如傳送資料及影像的附加價值技術，以工研院開發的「LED 可見光通訊系統」為例，將可見光通訊模組裝置在LED燈具上，透過 LED照明，在傳輸距離約3公尺時能達到每秒約100Mbps 的傳輸容量，

讓LED燈兼具節能照明與智慧通訊的特性，提供寬頻上網、室內導航、

服務人員位置管理。與手機結合後，還能協助賣場進行定位服務等商 業應用。

此外，由於透過可見光傳輸資料，加上LED光波具有指向性、有 一定發光角度，只要接收端一離開發光範圍，或是LED可見光被遮蔽，

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就會立即斷訊、中止傳輸，不像Wi-Fi等通訊技術可以廣域使用。「可 見光通訊系統」更具備資料及網路安全的特性，可用於需要保密的會 議室通訊系統等。同時也因為LED的照明範圍有限，只要經過燈光下 就可有效辨識位置，還可當成精準室內定位的工具。這項技術的多種 特性，能帶來廣泛應用。例如在餐廳中提高調度人員效率，以便就近 服務有需求的客人，或確保大樓保全人員在各重要地點都有巡視等。

而在各類商店及賣場中，也可以藉由「可見光通訊系統」傳送商品優 惠或促銷資訊，消費者只需透過手機就可接收訊息。其他較特別的應 用場域，包含用在水中的訊號傳輸，讓潛水人員之間可以透過光來傳 遞聲音等訊息、進行水中導覽，同時也提高安全性。或是對於海域狀 況的監控、水中工程的施作等，也能先將影像等資料儲存後，再派水 下無人載具將資料收集回來，這時就能透過可見光來傳輸，並減少佈 建網路線的成本。

智慧照明亦積極與AI結合，利用AI協助照明控制，發揮節能、舒 適、健康及安全的效益。

另因應全球節能減碳、綠色設計概念的發展趨勢，再加上資、通 訊產業技術的快速發展，智慧照明之技術與應用已逐漸受到關注；我 國自1989年開始推展智慧建築、1992年制定智慧型建築指標與基準，

並於2003年內政部建築研究所訂定之智慧建築評估指標中，將智慧照

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明歸納於健康舒適指標中，明確表達目的為：「應用智慧化的手法來 提升使用者空間的健康性與舒適性，為達目的將空間環境中之各種物 理項目納入評估指標。」，2016年版在節能管理指標中，亦將智慧照 明納入節能管理的手法之一。

因應節能的目標，智慧照明應用係以各種控制手段，滿足照明舒 適並減少照明耗能，以達省能之核心目的；智慧照明應用系統開發逐 漸成熟，北美照明學會IES (Illuminating Engineering Society) 亦訂定照 明控制專章，並定義智慧照明應用系統為：「可依據人類的心理/生理 需求或被照物體之需求，自動調整最舒適的色溫及亮度之照明。此系 統藉由感控之量測資訊，進行視覺照明最佳化或生理照明最適化控制，

並可結合遠端遙控系統進行監控。」

綜合上述之說明，智慧照明係於使用區域內進行佈線，透過資、

通訊系統，運用設備之感知判斷、使用者身、心理要求，整合並調整 空間使用情境，使照明設備在滿足量化需求外，亦因應使用需求調整，

藉由遠端監控達到安全、健康、便利與節能之目標。

在智慧照明應用，除了以人員感知、晝光感應等方式調光使提升 光環境品質外，也逐漸延伸至室內定位、可見光通訊與動線導引等加 值服務，提升產業價值。

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圖 4 GE 公司利用 VLC 進行智慧照明連網服務架構(拓墣產業研究所，2019)

有關人工智慧在空調應用部分，Google於其機房空調導入AI控制 技術使其能耗上獲得了大幅度的削減。透過建立機器學習模型對於機 房的PUE(Power Usage Effectiveness，為一種衡量數據中心能耗的指標，

PUE越高則表能耗越高，1.0為能耗最小值)趨勢進行預測，盡可能地 減少製冷設備的閒置狀況，進而達到電力節省的目的，依該公司公布 的資料顯示，這項技術為Google減少了15%數據中心的整體耗電量。

除了如Google機房等級的大規模應用，許多人工智慧技術也被應 用於消費電子產品，包括了家用冷氣、智慧助理等等。LG就透過自身 開發的深度學習技術–Deep ThinQ應用於家用冷氣–Whisen Dual Air Conditioner，當冷氣運轉時，冷氣上裝設的鏡頭會自動地對周圍環境 以及人體行為進行偵測，透過此主動式的偵測以及智能化的控制能夠

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檻與培訓時間等優勢。

國內半導體產業大廠台積電亦將人工智慧應用於該公司辦公大 樓的管理中，該公司運用其自身長期收集所得之辦公廳舍大數據，用 運人工智慧模組分析，導入設備系統，完成空調自動控制、照明與自 動窗簾整合、停車導引等功能。

圖 6 台積電人工智慧應用於建築管理流程

在前述的3項研究中顯示，透過大數據分析與機器學習等人工智 慧技術確實可有效地完成辦公區域的整體環境控制，然而其終究是參 考感應器回傳的客觀數值進行調整，所蒐集的數據是否能代表其內部 使用人的反應呢？又或者符合每一位使用的需求？

本所於2019年8月曾拜訪日本清水建設位於東京都的總部大樓，

本所於2019年8月曾拜訪日本清水建設位於東京都的總部大樓，