BIM低碳的分配能量 低碳机场设计

疫情对交通业构成了直接打击。2022年9月，中国国家铁路集团负债总额已累计突破6万亿。民航局综合司发布的《关于2021年民航盈利企业经营状况的调研报告》显示，2021年，中国民航全年行业亏损达843亿元。四大上市机场无一盈利。在美元加息，全球经济放缓，国家倡导内循环，推动碳达峰目标，人口下滑等内外部因素影响下，预计未来大型机场必须实施开源节流以保证自己的生存。

大型机场一方面是资金亏损，另一方面是耗能不减。北京大兴国际机场年用电量约8亿千瓦时，相当于现在首都机场的1.6倍。大型机场的电力消耗，设备维护，产生了巨大的碳排。所以现在开始，规划和实施低碳机场设计，对现有大型机场进行低碳升级计划，是必然选择。

BIM是建筑物的大脑，所有设备的监控和管理都通过BIM进行，已经部署了BIM的建筑物，要达到低碳目标，必然要通过BIM配合进行。新建的建筑物也要通过BIM来实现低碳目标。

在经济放缓的背景下，新开工建筑物减少，BIM公司应该将市场扩展到规模更大的现有建筑物的低碳升级上来。在大趋势驱动下，一旦成功一个案例，就可以通过推行标准等措施，获取低碳这个万亿市场的主导权，占据未来数十年的优势地位。

BIM是系统的大脑，需要传感器和执行器的配合才能完成功能。传统的BIM开发方式，是将现有系统和设备接入BIM，使用3d等方式进行展现。比如说：电梯，温控。BIM开发者并不设计执行机构本身，也不能定义执行机构提供的API接口。BIM开发者相当于执行机构的客户。接口协议众多，BIM单一项目的接入工作更像是中间层开发工作。这一现状使得BIM开发团队无法在低碳这个目标的升级改造中获得充分的自由度，限制发挥。

实现低碳这一目标无非是将能量更有效的利用，将能量用在正确的位置，精确的减少无效能量。这需要传感器提供信息，执行器可以关闭设备或者将设备设置于低功耗模式下。现有的设备多以功能性为导向，缺乏智慧的收集使用者人的信息和细节功能的开关选项、能耗模式选项。故此，BIM开发者需与硬件开发者协同，在现有的系统上加入物联网传感器和物联网开关等执行器实现低碳的目标。下面以细分的功能部分进行说明。

疫情导致机场旅客人数大幅减少，这是前所未见的。在现有的低碳榜样机场中，多使用了光伏板等绿色发电设施用于减低碳排。但是增加这一设施对已经运行的建筑物而言，是一个新的项目，无法包含在BIM中。我们更希望包含在BIM的微升级项目中，以便可以规模化推广到已经上马BIM的大量建筑物。

我们观察在2021年实现盈利的30家机场的共同特征：体量小。千万级机场有5家，占盈利机场总数的16.7%，500-1000万级机场有1家，占盈利机场总数的3.3%，200-500万以下中小机场有7家，占盈利机场总数的23.3%，200万以下机场有17家（100万以下的10家），占盈利机场总数的56.7%。

为什么体量越小的机场越容易盈利呢？疫情期间旅客减少，就看机场的运营成本支出，机场越小，运行的设备就越少，单人能耗就越小就越容易盈利。大型机场为什么运营成本高呢？因为灯光、空调、人员、车辆这些设备一点都不能少，都要处于开启状态，旅客少了运营成本降低不多，就亏损了。

让大型机场的设备能够自动的根据人流多少，按需开启关闭，就可以将单人能耗降下来。设备包括灯光，空调，网络等设备。这里一一说明低碳升级方法。

机场属于公共场所，一般的，公共空间灯光都是按照常开设计的。针对大型机场，登机等候区有多大数十个区域，在夜间可以根据有无旅客候机来开启或者关闭灯光。大型机场拥有数目较多的洗手间，大量洗手间在夜间很少人使用，可以检测到人员后再开启灯光和换风等设备。

这一升级需要安装物联网毫米波人员存在传感器和物联网直流开关和能耗计量器。关于网络的低碳升级部分见下。BIM系统将直接检测到登机等候区有多少人，洗手间是否在使用，灯光耗电多少，这一班飞机在机场单人能耗多少等数据。

单单的降低灯光开启的数量在整体能耗表上不会有太显著的表现。其原因主要是系统的静态功耗导致的。静态功耗类似笔记本电脑待机状态不进行任何工作也消耗电能。任何设备运行都会有一个通电后的功耗，当整个系统设备很多时，设备的静态功耗会占很大一部分比例，此时，降低了应用端的能耗也不会大幅度改变整体数据。这时就需要整体的调频设计。将照明系统增加储能，使其能耗独立成一个模块。关于这一部分后续在储能部分再做说明。这里要指出的是：为每个单独的区域照明，卫生间照明增加独立的储能设备，并按照计算冲入预定的电量，然后将这一部分独立到系统之外，独立运行，这种模式将降低能耗。这个改进中需要增加独立的储能电池组，物联网充放电管理和计量硬件。

WiFi覆盖整个建筑物需要多个路由器实现。路由器的特点是静态功耗较高，即，即使无人使用也会有十多瓦的能耗，因为无线监听和操作系统的运行需要消耗一定的电能。传统的工程部署采用PoE集中供电，因为转换器的效率，层层耗散后，有效能量运用比较小，所以大型建筑物的整个网络运行依然要消耗显著的电能。

另外，网络工程施工方不考虑日后电费的问题，所以设计系统时也多未有考虑低碳问题。依附网络的各种应用也未有考虑能耗优化问题，所以整体浪费较大，有较大优化空间。

低碳升级策略：

（1） 要求路由器供应商提供低功耗模式。夜间或者无人使用时，BIM可以发送命令设置其进入低功耗模式，低功耗模式应该类似关闭，几乎不耗能。

（2） 检测人存在此区域后才开启路由器

（3） 物联网设备应使用专用的低功耗路由器（时间同步策略等），并使用定向天线来减低干扰。

对于视频监控网络等依赖于WiFI网络的大流量设备，应根据其特点进行针对性优化，并单独计算能耗。

网络供电依然可以采用储能装置将其独立成小单元，以便减少电压转换器等工作时长，从而省去静态功耗。

六，视频监控的低碳升级

视频监控系统消耗流量大，加之视频存储分析需要单独的设备，耗能较大。摄像头厂家为了提升自己价值，增加了多种算法，比如说静态图片检测等，这些算法都运行在CPU上，加大了耗能。

改进方法：

（1） 要求摄像头厂家提供低功耗模式，几乎相当于关闭。或者直接增加物联网开关。

（2） BIM根据其它传感器判断区域内有无人等有价值目标，再下达命令开启摄像头。

（3） BIM根据其他传感器（毫米波等）判断区域内无人等有价值目标后，下达指令关闭摄像头。

（4） 摄像头图像实时传输到中心数据库，但是中心机房监控存储部分也是经过优化可以低功耗模式并唤醒的。只有摄像头启用了中心机房的监控存储部分才在BIM控制下唤醒。

（5） 视频的传输通道，不应使用通用wifi网络而应使用专线，相关路由器也只有在摄像头开启后，在BIM管理下开启。

这些措施将大大降低能耗。

八，地下车库库的低碳升级

地下车库作为一个场景非常确定的情况，可以针对性优化。车库耗能主要在：灯光，通风。灯光可以使用调光加人员车辆检测与路径规划来智能化规划灯光，充当指示作用。通风则可以根据传感器检测的CO2浓度等指标进行运作。达到最优化。

（可参考演示视频）

九，办公室建筑物照明的低碳升级

BIM根据环境光来调整办公区LED补光策略的设计。参考视频。

十，光伏一体化筑物的低碳升级

这个设计了众多领域，包括光伏板的种类，选择，直流电系统，储能等。如有新装项目可以单独作为一份说明提供。这里不进行论述。

十一，物联网产品设计优势与现状简介

系统的目标达成不仅仅需要PCB级产品的设计，还需要与上下游从芯片供应商到光伏板一类项目级产品供应商的交流协作。我在2012年设计第一款以太网转串口产品，同年获得物联网服务器类专利拥有较好的行业经验。在市面上，能提供物联网产品从设计图纸到量产过程的个人，少之又少。这里大体说明下与此项目相关的行业情况。

2019年开始，整个芯片行业开始大并购，行业走向垄断。2020年后开始出现了因为疫情导致的芯片短缺，最近，中美技术脱钩又导致大批先进芯片（比如说UWB定位模块）无法采购。从供货安全的角度考虑，只能使用已经大量使用的，开发环境改变较小的进口芯片，和支持较好的小团队公司设计的国产芯片。流行使用的芯片，多半是我不推荐的。以意法半导体ST的ARM芯片为例，因为使用人数较多疫情期间价格飞涨。整个ARM体系都在向网络IDE转型，就是编写代码都会传输到美国直接或者间接控制的服务器上。所以ARM体系都是我不大建议的。MCU部分使用了siliconlab的8051，而复杂的wifi部分目前使用了珠海泰芯的TX80X芯片，使用了早期杭州中天微从摩托罗拉处购买的一款内核，自行开发了开发环境。但是国产复杂wifi芯片只能支持到wifi4，无法支持到wifi6。

本文件中涉及的物联网传感器和开关等，建议采用8051加专用射频芯片加定向天线的方式实现，一次安装长久使用，功耗的控制也可以做到最佳。

产品可以进行设计和量产，可以使用BIM的品牌作为配套产品销售。