ما المقصود بالمباني الذكية؟

بالاعتماد على التطورات في إنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI)، تعمل منصات المباني الذكية على أتمتة العمليات اليدوية، وتحسين أداء المباني، وزيادة الراحة، والمساعدة على تقليل تكاليف الطاقة.

بدأ مصطلح "المبنى الذكي" بالظهور لأول مرة في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين لوصف كيف أثَّر صعود البنية التحتية الشبكية (وفي وقت لاحق، استخدام أجهزة إنترنت الأشياء) في تصميم المباني التجارية.

على الرغم من أن هذه التقنيات لا تزال تدعم المباني الذكية اليوم، فإنها تطورت لتكتسب قدرات جديدة ترتبط في المقام الأول بخوارزميات التعلم الآلي (ML).خوارزميات التعلم الآلي هي مجموعات من القواعد التي تسمح لأنظمة الذكاء الاصطناعي بالتعرُّف على الأنماط في بيانات التدريب واستخدام تلك الأنماط لإجراء تنبؤات دقيقة على البيانات الجديدة.

مع استمرار تطوُّر تقنيات الشبكات وإنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، يستمر الطلب على المباني الذكية التي يمكنها استخدام أحدث التطورات في النمو. وفقًا لتقرير حديث، من المتوقع أن ينمو السوق العالمي للمباني الذكية بمقدار 76.8 مليار دولار أمريكي خلال السنوات الخمس المقبلة. وتعني هذه الزيادة معدل نمو سنوي مركَّبًا يبلغ 11.3%. ¹

تعتمد المباني الذكية على شبكة متطورة من الأجهزة وأجهزة الاستشعار التي يمكنها أتمتة المهام اليدوية، وتبسيط العمليات، ومساعدة الفِرق على تقليل استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل. فيما يلي نظرة فاحصة على العناصر وعناصر التصميم التي تدعم وظائف المباني الذكية.

• الشبكات: تُتيحالشبكات، والمعروفة أيضًا باسم شبكات الكمبيوتر، قدرات الاتصال ومشاركة البيانات التي تعتمد عليها المباني الذكية. عادةً ما تستخدم المباني الذكية شبكة مركزية واحدة لنقل البيانات في الوقت الفعلي بين الأنظمة والتطبيقات والأجهزة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأنظمة إدارة المباني.

• أنظمة إدارة المباني (BMS): أنظمة إدارة المباني (BMS) هي أنظمة تحكُّم تعمل على توحيد جوانب إدارة المباني مثل الإضاءة والصيانة وتكييف الهواء والسلامة على منصة برمجية. في المباني الذكية، تُعَد أنظمة إدارة المباني (BMS) ضرورية لتبسيط وأتمتة العمليات بشكل فعَّال، ما يجعل المباني الذكية ذات قيمة كبيرة. تساعد أنظمة إدارة المباني (BMS) المديرين على تنسيق أنظمة فرعية متعددة في المبنى والتحكم فيها من خلال واجهة واحدة سهلة الاستخدام.

• أنظمة أتمتة المباني (BAS): أنظمة أتمتة المباني، اختصارًا BAS، هي منصات برمجية تشبه أنظمة BMS ولكنها تركِّز بشكل أكبر على القدرة الأساسية للأتمتة. بالاعتماد على قدرات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي المتقدمة، تعمل أنظمة أتمتة المباني على تحويل عمليات تشغيل المباني اليدوية التقليدية مثل التدفئة والصيانة والتهوية إلى مهام مؤتمتة بالكامل وعالية الكفاءة يتم تنفيذها بواسطة البرامج.

• أجهزة إنترنت الأشياء (IoT): هي أجهزة مادية، مزوَّدة بأجهزة استشعار وبرامج واتصال بالشبكة، يمكنها جمع البيانات ومشاركتها عبر الإنترنت. في المباني الذكية، تساعد أجهزة إنترنت الأشياء منصات البرامج مثل BMS وBAS على مراقبة مجموعة من الظروف داخل المبنى والتحكم فيها، مثل درجة الحرارة والإشغال وجودة الهواء واستخدام الطاقة.

• خوارزميات التعلم الآلي:تعمل خوارزميات التعلم الآلي على أتمتة تحليل التوجهات من بيانات المباني وتساعد المديرين على اتخاذ قرارات أكثر استنارة بشأن استخدام الطاقة والإشغال والأمن.

• أدوات الأمن الإلكتروني: تعتمد المباني الذكية بشكل كبير على الإنترنت والشبكات الأخرى لنقل المعلومات الحساسة، وهي سمة تجعلها أهدافًا جذابة للمجرمين الإلكترونيين. تستخدم تقنيات المباني الذكية المتقدمة اليوم مجموعة من أدوات الأمن الإلكتروني، مثل جدران الحماية، وأنظمة اكتشاف الاختراق ومنعه (IDPS) وبروتوكولات الاتصال الآمنة (SCPs)؛ لحماية البيانات الحساسة.

هندسة المباني الذكية هي ممارسة تصميم تستفيد من الأنظمة المترابطة (أو الطبقات) التي تشارك البيانات في الوقت الفعلي عبر الشبكات من أجل زيادة كفاءة المباني الحديثة وأمنها. يشتمل تصميم المباني الذكية على خمس طبقات رئيسية: الطبقة المادية، وطبقة الشبكة، وطبقة البيانات، وطبقة التطبيقات، وطبقة المستخدم.

• الطبقة المادية:تتكون الطبقة المادية للمبنى الذكي من عناصر مادية مثل الجدران والغرف والأبواب والأنظمة الميكانيكية والكهربائية. وبينما كانت الطبقة المادية تتطلب في السابق إدخالًا يدويًا، فإن المباني الذكية الحديثة تعمل على أتمتة العديد من جوانبها، مثل التحكم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والإضاءة والمراقبة الأمنية.

• الشبكة:تتكون طبقة الشبكة في المبنى الذكي من عناصر البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات التي تُتيح مشاركة البيانات في الوقت الفعلي بين المستخدمين والأجهزة. وتشمل الأمثلة على ذلك عناصر الشبكات السلكية واللاسلكية مثل كابلات الإيثرنت وأجهزة توجيه الواي فاي والبروتوكولات التي تعزز أمن الشبكة.

• البيانات: طبقة البيانات في المبنى الذكي هي المكان الذي يتم فيه جمع البيانات وتخزينها وإدارتها ومعالجتها. تُتيح ممارسات حوسبة الحافة معالجة البيانات بالقرب من مصدرها بدلًا من مركز البيانات، بينما يتم استخدام المنصات القائمة على السحابة للتخزين والتحليل.

• التطبيق: تدعم طبقة التطبيقات وظائف المباني الذكية الرئيسية مثل تقديم المعلومات وتحسين العمليات وأتمتة المهام. تم دمج وظائف BMS وBAM في طبقة التطبيقات، ما يُتيح قدرات مثل الصيانة التنبؤية والتحكم في الراحة والمراقبة في الوقت الفعلي لظروف المبنى.

• واجهة المستخدم:تُعَد طبقة واجهة المستخدم في المبنى الذكي المكان الذي يعمل فيه مديرو المباني وفِرق العمليات على تتبُّع البيانات في الوقت الفعلي حول استخدام الطاقة وجودة الهواء واستخدام المساحة. عادةً ما تكون واجهات المستخدم عبارة عن منصات برمجية تعرض المعلومات على لوحة معلومات، وتُتيح للفِرق اختيار الجوانب التشغيلية لإدارة المباني التي يريدون أتمتتها.

من خلال استخدامها المكثف لتقنية إنترنت الأشياء والأتمتة، تساعد المباني الذكية المؤسسات على تحسين العمليات، وتقليل استهلاك الطاقة، وخفض التكاليف المرتبطة بإدارة المباني. وفيما يلي نظرة على بعض أهم فوائد المباني الذكية على مستوى المؤسسات.

تساهم المباني الذكية في زيادة كفاءة الطاقة للشركات التي تديرها، ما يساعد على تحسين التدفئة والإضاءة والتحكم في جودة الهواء. ومن خلال ربط أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وأنظمة الإضاءة وأجهزة استشعار الإشغال، يمكن لأنظمة المباني الذكية أن تكتشف تلقائيًا المساحات المستخدمة في المبنى. كما يمكنها تعديل درجة الحرارة والإضاءة في تلك الغرف للحفاظ على الموارد.

يساعد هذا النهج المؤسسات الكبيرة على أن تصبح أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وتقليل التكاليف والنفايات حتى تتمكن من تحقيق أهدافها المتعلقة بالاستدامة. وفقًا تقرير حديث، تستهلك المباني 30% من الطاقة العالمية وأكثر من نصف الكهرباء المستخدمة.² يساعد تصميم المباني الذكية على التخفيف من هذه المشكلة.

بفضل أنظمة التدفئة والتبريد وتحسين جودة الهواء المؤتمتة، تساعد المباني الذكية على توفير بيئة عمل مريحة لجميع الموظفين. وتُتيح منصات المباني الذكية الحديثة للمستخدمين تخصيص تفضيلاتهم فيما يتعلق بدرجة الحرارة والإضاءة وتدفق الهواء داخل كل غرفة على حدة. يُتيح هذا النهج القابل للتخصيص بدرجة عالية تغيير ظروف الغرفة وفقًا لاحتياجات شاغليها. 

من خلال الاستفادة من البيانات في الوقت الفعلي، يمكن لبعض أنظمة المباني الذكية الأكثر تطورًا ضبط تدفق الهواء وأنظمة الترشيح للحفاظ على مستويات ثاني أكسيد الكربون والجسيمات ضمن المعدلات الصحية. ويمكن لهذه الأنظمة أيضًا ضبط الإضاءة في الغرف بحيث تحاكي الضوء الطبيعي بطريقة تدعم الإيقاع اليومي للمستخدم.

تمنح المباني الذكية مديري المرافق رؤية موحَّدة لعمليات المبنى، ما يسمح لهم باكتشاف المشكلات ومعالجتها بشكل استباقي. في الماضي، كان مديرو المرافق يمارسون الصيانة التفاعلية، ما يسمح بتعطُّل العناصر قبل إصلاحها. لكن مع توفُّر البيانات في الوقت الفعلي وقدرات المراقبة المؤتمتة في منصات المباني الذكية الحديثة، يتم تطبيق الصيانة التنبؤية.

تساهم الصيانة التنبؤية، التي تستخدم البيانات في الوقت الفعلي لاكتشاف ومعالجة مشكلات الصيانة قبل تعطُّل العناصر، في زيادة دورات حياة الأصول وتساعد المؤسسات على تجنُّب فترات التعطل المكلِّفة.

تساعد قدرات الأتمتة في منصات المباني الذكية الحالية المؤسسات على تقليل تكاليف الطاقة والتشغيل، واكتشاف فرص تحسين العمليات. وتعمل أنظمة إدارة المباني والطاقة على جمع وتحليل البيانات التاريخية حتى يتمكن المديرون من تحسين استخدام الطاقة بناءً على الوقت من السنة أو اليوم، والإشغال، وعوامل أخرى.

تتحكم الأنظمة الآلية في أنظمة الإضاءة والتهوية وتكييف الهواء، ما يقلل من هدر الطاقة عندما تكون المساحات غير مشغولة، والحاجة إلى العمل اليدوي، والتكلفة الإجمالية لإجراءات الصيانة.

تساعد المباني الذكية المؤسسات على مراقبة الانبعاثات واستخدام الطاقة عن كثب حتى تتمكن من تتبُّع التقدم المحرز نحو أهداف الاستدامة. من خلال تحليل البيانات التي تجمعها أجهزة إنترنت الأشياء مثل منظِّمات الحرارة الذكية وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، توفِّر أنظمة إدارة المباني وأنظمة أتمتة المباني للأطراف المعنية صورة في الوقت الفعلي عن كيفية أداء مبانيهم. وتساعد البيانات الفورية التي توفِّرها أنظمة إنترنت الأشياء الأطراف المعنية على اتخاذ خيارات حاسمة بشأن تحديث المباني القائمة بعناصر وعمليات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

أيضًا، بالنسبة إلى المؤسسات العالمية التي تحتاج إلى الامتثال للوائح في أكثر من منطقة، فإن المباني الذكية تعمل على أتمتة الامتثال من خلال جمع البيانات والمراقبة. علاوةً على ذلك، يمكنها أيضًا إنشاء التقارير.

على مستوى المؤسسات، تعمل تكنولوجيا المباني الذكية على تغيير طريقة إدارة الشركات لمبانيها التجارية وغيرها من المرافق. وفيما يلي خمس حالات استخدام للمباني الذكية يجب مراعاتها عند تقييم التكنولوجيا لتلبية احتياجات العمل.

1. تحليل العمليات: يمكن لمنصات المباني الذكية تحليل بيانات المباني ومساعدة المؤسسات على تحسين عملياتها التشغيلية الأساسية. يساعد جمع وتحليل كميات هائلة من البيانات التي تجمعها أجهزة إنترنت الأشياء على تسريع الحصول على رؤى حول كيفية عمل أنظمة BMS وBAS والكشف عن فرص التحسين.
2. السلامة والأمن: تساعد أنظمة BMS وBAS وغيرها من أنظمة المباني الذكية المؤسسات على تعزيز تدابير السلامة والأمن التي تحمي مبانيها. تعمل الأنظمة الذكية والمتكاملة بعمق على مراقبة ضوابط الوصول وتعديلها، ما يضمن وصول الأفراد المصرح لهم فقط. وتعمل أنظمة الأمن المدعومة بالذكاء الاصطناعي على مراقبة التهديدات المحتملة واكتشافها ويمكنها أيضًا أتمتة الاستجابات الطارئة.
3. مراقبة استخدام الطاقة في الوقت الفعلي: يمكن للمباني الذكية المتقدمة والأنظمة التي تشغِّلها أتمتة العديد من جوانب استخدام الطاقة. كما يمكن لقدرات الاستجابة المؤتمتة للطلب أن تقلل من أحمال الطاقة خلال أوقات ذروة الاستخدام وتوفِّر مصادر الطاقة المتجددة للحد من تأثير المناخ.
4. إدارة الإشغال: العديد من المؤسسات التي تمتلك المباني الذكية وتديرها تعمل على تجهيزها بأجهزة استشعار الإشغال، وهي أجهزة إنترنت الأشياء التي توفِّر صورة في الوقت الفعلي لمكان وجود الأشخاص في المبنى. تُتيح هذه العملية لمديري المرافق اتخاذ قرارات أكثر استنارة بشأن كيفية تخصيص الموارد واكتساب رؤى قيّمة حول كيفية تفاعل شاغلي المباني مع المساحات التي يديرونها.
5. مراقبة جودة الهواء: تساعد أجهزة استشعار جودة الهواء في المباني الذكية المشرفين على مراقبة جودة الهواء وتعديلها بناءً على الإشغال والحاجة. بل ويمكن للأنظمة المتقدمة أن تربط بين هذه العوامل، ما يساعد على تحديد كيفية ووقت صيانة أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء التي تُعَد صيانتها ضرورية لجودة الهواء.

لقد ساهمت التطورات في مجال الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء في جعل المباني الذكية أكثر استقلالية وانسيابية، وهو توجُّه لا يُظهر أي مؤشر على التباطؤ. وقد أدَّى نمو الحوسبة الحافة والروبوتات وشبكات إنترنت الأشياء إلى إضافة قدرات جديدة، ما جعل منصات المباني الذكية من بين أكثر التطبيقات المتاحة تقدُّمًا.

فيما يلي نظرة على ثلاثة مجالات ستكون حيوية لاستمرار تطوير الصناعة.

يستمر تطوير أنظمة الذكاء الاصطناعي في إحداث تأثير عميق في تكنولوجيا المباني الذكية. ويتحقق ذلك من خلال تحويل هذه الأنظمة - من آلات بسيطة قادرة على أداء مهمة واحدة إلى منصات متقدمة ومتعددة الأوجه يمكنها القيام بمهام متعددة سعيًا وراء هدف واحد.

مع ازدياد استقلالية أنظمة الذكاء الاصطناعي، تصبح المهام التي يمكنها القيام بها أكثر تعقيدًا، ما يقلل الحاجة إلى العمل اليدوي في عمليات البناء.

لا تقتصر التطورات التكنولوجية على المباني فحسب، بل تشمل أيضًا مدنًا بأكملها. مع استمرار هذا التطور، توقَّع أن تتشارك المناطق التجارية في المناطق الحضرية الشبكات والموارد وأن تصبح أكثر تكاملًا مما هي عليه الآن.

من المرجّح قريبًا أن تتشارك عدة مبانٍ ذكية بنية تحتية رقمية موحَّدة يمكن التحكم بها من خلال منصة واحدة، بهدف تحسين العمليات، وتقليل استهلاك الطاقة، وخفض التكاليف.

تواكب التطورات في القدرات التقنية زيادة في المخاطر إلى جانب العوائد المحتملة؛ فكلما أصبحت المباني أكثر اعتمادًا على التقنيات الرقمية، أصبحت أكثر عرضة إلى الهجمات الإلكترونية.

سيصبح الأمن الإلكتروني -وهو ممارسة حماية الأفراد والأنظمة والبيانات من الهجمات الإلكترونية- أولوية أكبر من أي وقت مضى لدى المؤسسات التي تستثمر في المباني الذكية.