เทคโนโลยีอาคารอัจฉริยะ

อาคารอัจฉริยะ (Intelligent Building)

อาคารอัจฉริยะคืออะไร
อาคารอัจฉริยะ มีชื่อเรียกได้หลายชื่อ ตั้งแต่ ตึกฉลาด (Smart Building) อาคารเทคโนโลยีชั้นสูง (High Tech Building, High Tech RealEstate) แต่ชื่อ ที่ฮิตที่สุด คงเป็น “Intelligent building” ซึ่งคนไทยนำมาแปลเป็นคำว่า อาคารอัจฉริยะ จริงๆแล้วคำว่า “Intelligent” ไม่ถึงขั้นฉลาดเป็นอัจฉริยะ แต่ เป็นแค่ ฉลาด-รู้จักคิด เท่านั้น คนไทยคงเห็นว่าไม่ขลังเลยยกฐานะให้เป็นอัจฉริยะเสียเลยให้ดูสูงส่งหน่อย ไม่แน่ว่าฝรั่งมาเห็น คนไทย ใช้คำแบบนี้ อาจ เปลี่ยนมาเรียกเป็น “Genius Architectural” ก็ได้
ความหมายของอาคารอัจฉริยะมีหลายแง่ แต่คำจำกัดความง่ายๆที่เคยลงในนิตยสาร New York Time มีใจความว่า อาคารตึกฉลาดคือ“อาคารที่มี เครื่องคอมพิวเตอร์ เป็นสมองส่วนกลาง มีระบบประสาทที่เป็นสายไฟฟ้าและสายสัญญาณ พร้อมอุปกรณ์ตรวจจับอิเล็กทรอนิกส์(Electronic Sensors) อยู่ ตามบริเวณ ต่างๆ ทั่วอาคาร คอยเป็นหูเป็นตาให้กับระบบคอมพิวเตอร์ที่จะสามารถตรวจสอบ,รายงานและควบคุมอุปกรณ์ของอาคารได้ตลอดเวลา
คำจำกัดความอื่นๆ เช่น “อาคารอัจฉริยะคืออาคารที่ได้รับการออกแบบโดยใช้เทคนิคการก่อสร้างที่ก้าวหน้า มี ความแตกต่าง จาก อาคารธรรมดา ในทุกๆแง่ มีการติดตั้งอุปกรณ์ ที่รับรู้ ข้อมูลต่างๆ ของอาคาร โดยข้อมูลนั้นจะถูกส่งไปยังระบบประมวลกลาง จะว่าไปแล้ว อาคารอัจฉริยะ จะต้องทำงานได้คล้ายสิ่งมีชีวิตคือมีการรับรู้และสามารถตอบสนองกับสิ่งเร้าทั้งจากภายในและภายนอก อีกทั้ง สามารถปรับตัว ให้เข้ากับสิ่งแวดล้อม เพื่อให้ตนเองมีการใช้ชีวิตได้อย่างปรกติสุขนั้นเอง

แนวความคิดในการพัฒนาและออกแบบอาคารให้เป็นอาคารอัจฉริยะมีมาตั้งแต่ราวปี พ.ศ. 2524 (ค.ศ.1981) โดยในทศวรรษที่ 80 เริ่มมีการนำระบบควบคุมแบบอัตโนมัติมาใช้ใน ระบบรักษาความปลอดภัย, ระบบไฟฟ้าแสงสว่างของอาคาร แต่ในสมัยแรกระบบต่างๆมักถูกออกแบบให้ทำงานอย่างอิสระ ขาดการประสานและทำงานร่วมกันตัวอย่างของอาคารที่ได้รับการยอมรับว่ามีระบบที่เป็นอาคารอัจฉริยะในอดีตถึงปัจจุบันมีดังนี้

อาคารในยุคต้นทศวรรษที่ 80

รูปที่ 1 อาคาร Lloyds Building ออกแบบโดย Richard


อาคารยุคปลายทศวรรษที่ 90

รูปที่ 2 อาคาร IBM Century Tower ออกแบบโดย Foster
Norman Foster


อาคารที่กำลังอยู่ในระหว่างการออกแบบ
อาคารยุคต้นทศวรรษที่ 90

รูปที่ 4 อาคาร Twin 21 Building อาคารนี้ตั้งอยู่ ณ.เมือง โอซาก้า ประเทศญี่ปุ่น

องค์ประกอบของอาคารอัจฉริยะ
องค์ประกอบใหญ่ๆของอาคารอัจฉริยะนั้นต้องประกอบด้วยส่วนต่างๆ สี่ส่วนคือ
1. ระบบบริหารอาคาร (Building Management System)
2. งานระบบอาคาร (Building System)
3. ระบบโครงสร้างอาคาร (Building Structure)
4. ส่วนให้บริการลูกค้า (Tenants Service)
โดยรายละเอียดของแต่ละส่วนมีดังนี้
1.ระบบบริหารอาคาร (Building Management System )
ระบบบริหารอาคาร มาจากแนวความคิดที่ว่า การใช้ระบบอัตโนมัติในการบริหารระบบและทรัพยากรของอาคารจากส่วนกลาง จะสามารถช่วย สร้างประสิทธิภาพในการทำงานของอาคารโดยรวม

รูปที่ 7 ตัวอย่างห้องควบคุมอาคารกลาง

ปัจจุบัน การที่มีเทคโนโลยีการสื่อสารและความก้าวหน้าของซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ทำให้ระบบนี้มีการทำงานได้เป็นอย่างดี ทั้งการเฝ้าดูและควบคุมได้จากจุดๆเดียว ระบบบริหารอาคารยังแบ่งออกได้หลายอย่างดังนี้

การบริหารสิ่งอำนวยความสะดวกและการบริหารงานซ่อมบำรุง (Facility & Maintenance Management)
งานส่วนนี้ทำหน้าที่ควบคุมและตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงานของระบบต่างๆเช่น ระบบปรับอากาศ, ระบบ ระบายอากาศ, ระบบป้องกันเพลิงไหม้, ระบบ รักษา ความปลอดภัย ระบบ สุขาภิบาล และ ระบบอื่นๆ โดยเน้นเกี่ยวกับการวางแผนด้านการซ่อมบำรุง

โปรแกรมที่ใช้ในระบบนี้เรียกว่า “โปรแกรมช่วยเหลือการบริหารส่วนสนับสนุน หรือ Computer Aided Facility Management (CAFM)โปรแกรมนี้ ประกอบด้วย ฐานข้อมูล ขนาดใหญ่ ที่เก็บข้อมูล ของอาคารทั้งหมด สามารถ กำหนดแผนการซ่อมบำรุงอุปกรณ์ ทำแผนการซ่อมแซมด่วนในกรณีฉุกเฉิน เก็บข้อมูลค่าใช้จ่าย ในการ ซ่อมแซม และ ประวัติ การซ่อมบำรุง

1.1 ระบบควบคุมการใช้พลังงาน (Energy Management)
ระบบนี้ทำหน้าที่วางแผนและควบคุมการใช้พลังงานของอาคาร โดยจะบริหารการใช้พลังงานให้ได้ประโยชน์สูงสุดโดยใช้ค่าใช้จ่ายต่ำที่สุดตัวอย่างที่มีประโยชน์มากสำหรับระบบนี้ในประเทศไทยคือการบริหารการใช้ไฟฟ้าของอาคารเพื่อหลีกเลี่ยงการจ่ายค่าใช้ไฟฟ้าสูงสุดของแต่ละเดือน (Demand Charge)
1.2 ระบบรักษาความปลอดภัย (Security Management)
ระบบ รักษาความปลอดภัยใน อาคารอัจฉริยะ จะคอยตรวจตรา และ ตรวจสอบ การเข้า-ออกอาคารของ บุคคลประเภทต่างๆ โดยอุปกรณ์ที่ใช้มีตั้งแต่ ระบบ ควบคุม ทางเข้า-ออก (Access Control) อุปกรณ์ตรวจสอบความร้อน, กล้องวงจรปิด, ระบบตรวจสอบการเคลื่อนไหว เป็นต้นโดยอุปกรณ์ เหล่านี้ จะต่อ สายสัญญาณ เข้าสู่ อุปกรณ์รับผลส่วนกลาง ซึ่งควบคุมด้วย ระบบคอมพิวเตอร์ ทำให้สามารถกำหนดตำแหน่งของการบุกรุก ที่เกิดขึ้นได้ในทันที
1.3 ระบบบริหารสายสัญญาณ(Cable Management)
ในอาคารอัจฉริยะ นั้นต้องใช้สายสัญญาณเป็นจำนวนมากในการส่งสัญญาณเสียง,ภาพ,ไฟฟ้ากำลัง,รวมทั้งสัญญาณคอมพิวเตอร์ มีผู้กล่าวว่าสายสัญญาณ นั้น เปรียบเสมือน เส้นเลือด และ เส้นประสาทของระบบ อาคารอัจฉริยะ เลยทีเดียว

2. งานระบบอาคาร (Building System )
แม้ว่างานระบบของอาคารอัจฉริยะจะถูกเฝ้าดูและควบคุมจากส่วนกลาง แต่ในระบบย่อยๆนั้นมักจะสามารถควบคุมการทำงานด้วยตนเองอยู่ ด้วยเสมอ ส่วนประกอบของงานระบบอาคารมีดังนี้คือ
2.1 ระบบควบคุมกลาง (Direct Digital Control หรือ DDC)
ระบบนี้จะช่วยตรวจสอบ,ดูแลและถ่วงดุลให้ระบบทั้งหมดทำงานอย่างประสานกัน เช่น ระบบเครื่องทำน้ำเย็นหลัก, ระบบเป่าลมเย็น, ระบบไฟฟ้ากำลัง, ระบบลิฟต์, ระบบตรวจจับเพลิงไหม้ ฯลฯ ระบบย่อยๆ เหล่านี้ได้รับการดูแล ให้ทำงานได้อย่าง กลมกลืน และ สามารถตอบสนองกับ สภาพแวดล้อมภายใน และ ภายนอก ที่เปลี่ยนไป ผ่านระบบควบคุมกลาง ระบบนี้ จะทำงานร่วมกับ ระบบบริหารอาคารอย่างใกล้ชิด
2.2 ระบบจ่ายไฟฟ้ากำลัง (Electric Power Supply System)
ระบบนี้เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้ากำลังทั้งหมดของอาคาร รวมทั้งระบบจ่ายไฟฟ้าในกรณีฉุกเฉินเช่น ระบบไฟฟ้าจาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง,แบตเตอรี่สำรอง, ระบบจ่ายไฟของ คอมพิวเตอร์, ระบบจ่ายไฟฟ้าสำรองของลิฟต์ และระบบป้องกัน ไฟกระชาก และ ระบบไฟฟ้า ในกรณีเกิดเพลิงไหม้ เป็นต้นระบบนี้จะคอย ควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า ทั้งหมด ทั้งในกรณีปกติและกรณีฉุกเฉิน การเดินสายทั้งหมด ต้องถูกควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ระบบ
นี้ อาจ รวม ระบบไฟฟ้า แสงสว่าง เข้าไว้ในการควบคุมด้วย

รูปที่ 12 ระบบไฟฟ้าสำรอง และ UPS

2.3 ระบบเตือนเพลิงไหม้ (Fire Service System)
ระบบนี้เป็นมักเป็นระบบอัตโนมัติ 100% ทำหน้าที่ส่งสัญญาณเตือนไฟไหม้ จากระบบตรวจจับควัน, ระบบตรวจจับความร้อน รวมทั้ง ควบคุมระบบ จ่ายน้ำดับเพลิง อัตโนมัติ ฯลฯ
2.4 ระบบระบายอากาศ และระบบปรับอากาศ (Ventilation and Air-conditioning System) ระบบนี้จะควบคุม เครื่องทำน้ำเย็นกลาง (Chiller plants) เครื่องพัดลมปรับอากาศแยกส่วน(Air handing units) ส่วนปรับลมเย็น (VAV box)ฯลฯ โดยจะเฝ้าดูและคอยควบคุม ระดับของอุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสม รวมทั้งจ่ายอากาศบริสุทธิ์ที่เหมาะสมกับผู้ที่ใช้งานในอาคาร
2.5 ระบบช่องทางติดต่อสื่อสารกับภายนอก (Gate Way)
หมายถึงการเชื่อมต่อการสื่อสารระหว่างภายนอกกับภายใน ซึ่งได้แก่ อย่างแรกคือ สายสัญญาณโทรศัพท์ ขององค์การโทรศัพท์ ซึ่งบางส่วนบางพื้นที่ของ กรุงเทพมหานคร ได้รับการปรับปรุง เป็นระบบ ISDN (Integrated Services Digital Network) ส่งสัญญาณเป็น ระบบดิจิตอล ทำให้สามารถส่งภาพ และเสียงด้วยสายสัญญาณชนิดนี้ในเวลาเดียวกัน ในความเร็วสูงอย่างที่สองคือ
2.6 การใช้สัญญาณดาวเทียม (Satellite) โดยใช้รับและส่งโดยผ่านทางจานดาวเทียม ปัจจุบัน เรามีดาวเทียมไทยคมเป็นความหวังใหม่ ในการติดต่อสื่อสารของไทย ในอนาคต และสุดท้ายคือ ระบบไมโครเวฟ ซึ่งสามารถ ส่งสัญญาณโดยผ่านจานไมโครเวฟ
2.7 ระบบรักษาความปลอดภัย (Security System) ประกอบด้วยสองส่วนคือ การควบคุมเข้าออก และการบุกรุกจากคนภายนอก
2.8 ระบบสายสัญญาณสื่อสารหลัก (Telecommunication Backbone System)ส่วนใหญ่แล้วสายสัญญาณหลักในอาคารอัจฉริยะมักเป็นใยแก้วนำแสง เพื่อให้สามารถรองรับการส่งข้อมูลในปริมาณมาก ที่มีคุณภาพและความเร็วสูง
3. โครงสร้างอาคาร (Building Structure)
ในการออกแบบอาคารอัจฉริยะนอกจากการพิจารณาระบบวิศวกรรมเครื่องกลแล้ว ต้องคำนึงถึงการออกแบบโครงสร้างให้เหมาะสมอีกด้วยโดยมีส่วนประกอบต่างๆดังนี้
3.1 การออกแบบโครงสร้างที่มีความยืดหยุ่นสูง (Structure Design with Flexibility)
โครงสร้างของอาคารอัจฉริยะที่ดีควรให้สามารถปรับเปลี่ยนการใช้งานได้ง่ายโดยเฉพาะการเดินท่อเพื่อร้อยสายสัญญาณเพิ่มในภายหลังต้องสามารถทำได้โดยไม่มีความลำบากมากนัก
3.2 ระบบผนังอาคารภายนอก (External Skin System)
ระบบผนังอาคารที่ดีควรตอบสนองและสามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเช่นการใช้ที่บังแดดที่สามารถปรับเปลี่ยนการบังแดดตามองศาของดวงอาทิตย์ สามารถทำให้อาคารประหยัดพลังงานได้เป็นอย่างดี
3.3 ระบบพื้นยก (Raised Floor System หรือAccess Floor System)
การเดินสายสัญญาณและงานระบบต่างๆในอาคารอัจฉริยะมักจะมีจำนวนมากกว่าอาคารปกติหลายเท่าดังนั้นการใช้พื้นแบบยกสองชั้น จึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

4. ส่วนบริการผู้ใช้งานอาคาร (Tenant Service)
เป็นส่วนที่ใกล้ชิดกับผู้ใช้อาคารมากที่สุดและเป็นส่วนที่สามารถสร้างจุดขายทางการตลาดของอาคารได้มากที่สุด โดยมีองค์ประกอบย่อยๆดังนี้
4.1 ระบบเสาอากาศโทรทัศน์รวม (Communal Antenna Broadcast Distribution System)
เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้เช่าในการรับสัญญาณโทรทัศน์โดยไม่ต้องติดตั้งระบบของตนเอง
4.2 ระบบโทรศัพท์ (Private Automatic Branch Exchange)
โดยให้ผู้เช่าเลือกได้ว่าจะใช้ระบบตู้สาขาโทรศัพท์เป็นของตนเองหรือใช้บริการจากอาคารก็ได้อาคารต้องจัดเตรียม สายสัญญาณหลัก ให้มีคู่สาย ที่เพียงพอต่อ ความต้องการของ ผู้เช่า หรือ ออกแบบให้ สามารถ ขยายเครือข่ายได้ในกรณีที่จำเป็น
4.3 ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม (Satellite Service)
ให้บริการสื่อสารผ่านดาวเทียมตามที่ผู้ใช้ต้องการ เช่นการสื่อสารในระบบไมโครเวฟ
การประชุมผ่านทางจอภาพ (Video Conferencing)
สามารถให้ผู้ใช้ติดตั้งระบบการประชุมผ่านจอภาพทางไกลได้โดยอาคารต้องจัดเตรียมระบบส่วนกลางที่สามารถรองรับบริการดังกล่าวไว้ล่วงหน้า

รูปที่ 19 แสดงภายในห้อง Video Conferencing

4.4 ระบบสายสัญญาณอินเตอร์เน็ต (Internet Service)
ปัจจุบันการใช้งานอินเตอร์เน็ตกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการทำธุรกิจ ถ้า อาคารใด สามารถให้บริการแก่ผู้ใช้งานในเรื่องนี้ ย่อมเป็น จุดขายของ อาคาร ที่น่าสนใจมาก
การจัดลำดับความเป็นอาคารอัจฉริยะ
การกำหนดความฉลาดของมนุษย์นั้นเราใช้วิธีวัดเป็น ไอคิว ส่วนความฉลาด ของอาคารอัจฉริยะ นั้น เราสามารถ แบ่งระดับความฉลาด ของอาคาร ออกเป็น ห้าระดับ (Level)โดยอ้างอิงจากหนังสือ “The Intelligent Building Sourcebook” มีรายละเอียดของแต่ละระดับดังนี้

ระดับที่ 0 (Level 0)
เป็นอาคารที่ถือว่าไม่มีความฉลาดเลย ไม่มีระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมการใช้พลังงานและระบบลิฟต์ และอาจไม่มีระบบควบคุมความปลอดภัยอาคารระดับนี้ไม่ถือว่าเป็นอาคารอัจฉริยะ
ระดับที่ 1 (Level 1)
อาคารในระดับนี้ จะมีระบบคอมพิวเตอร์ช่วยควบคุม การใช้พลังงานของระบบปรับอากาศ ระบบลิฟต์ ระบบรักษาความปลอดภัย อาคารส่วนใหญ่ในประเทศไทยที่เรียกตัวเองว่าเป็นอาคารอัจฉริยะจะอยู่ในระดับนี้
ระดับที่ 2 (Level 2)
เหมือนในระดับที่ 1 แต่เพิ่มการให้บริการส่วนกลางต่างๆ เช่น ห้องประชุม ระบบทำสำเนาเอกสารกลาง และมีบริการระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้งานจากส่วนกลาง
ระดับที่ 3 (Level 3)
เหมือนระดับที่ 2 แต่เพิ่มระบบสื่อสาร ระบบสื่อสารทางไกลด้านข้อมูลและเสียง และระบบโทรศัพท์ที่มีมาตรฐาน
ระดับที่ 4 (Level 4)
เหมือนระดับที่ 3 แต่เพิ่มระบบสำนักงานอัตโนมัติแบบเต็มรูปแบบ เช่น คอมพิวเตอร์ในสำนักงาน ระบบสื่อสารที่ทันสมัย การประชุมทางวีดีโอทางไกล ระบบสื่อสารทางไกลความเร็วสูงที่สามารถส่งข้อมูลและเสียง ระบบอินเตอร์เน็ต


ประโยชน์ที่ได้จาการเป็นอาคารอัจฉริยะ
นอกจากการที่อาคารที่ได้รับการออกแบบเป้นอาคารอัจฉริยะจะได้ภาพพจน์ที่เป็นอาคารนำสมัยแล้ว ยังส่งผลให้อาคารนั้นๆมีจุดขายที่แตกต่างจากอาคารอื่นๆและจากการประเมินของ ศูนย์อนุรักษ์พลังงานแห่งประเทศไทยได้ประเมินว่า อาคารที่ติดตั้งระบบ BAS ซึ่งถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบอาคารอัจฉริยะนั้น สามารถทำให้ผู้ดูแลอาคาร ทำการทดสอบและปรับแต่งระบบย่อยต่างๆให้ทำงานสัมพันธ์กันนอกจากนั้นระบบนี้ยังช่วยประหยัดพลังงานได้ โดยปริมาณพลังงานที่ประหยัดได้จากการใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับการใช้งานในสภาพต่างๆในอาคาร

สรุป
ในการออกแบบอาคารทั้งหลายไม่ว่าจะมีวัตถุประสงค์ที่จะให้เป็นอาคารอัจฉริยะหรือไม่ก็ตาม สิ่งที่สถาปนิกและผู้ที่เกี่ยวข้องต้องไม่ลืม คืออาคารนั้นต้องตอบสนองต่อการใช้งานของผู้ใช้อย่างสมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะทำได้การออกแบบโดยลืมวัตถุประสงค์หลักดังกล่าว และมุ่งเน้นการใช้แต่เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด กลับกลายเป็นการสร้างความหายนะให้กับโครงการนั้นๆ มีผู้กล่าวว่า ในการเลือกใช้เทคโนโลยีใดๆให้กับอาคารอัจฉริยะ อย่าเลือกเพียงเพราะมันเป็น”เทคโนโลยีชั้นสูง”หรือ”เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด”แต่ให้เลือกใช้”เทคโนโลยีที่เหมาะสม”กับการใช้งาน จึงถือว่าได้ว่าเราได้ออกแบบอาคารอัจฉริยะในแนวทางที่ถูกต้อง

ข้อมูลอ้างอิง
• Giovannini, joseph. “Civic Readings.” Architecture,(July 1996):pp.80-89.
• Lipman, Andrew D., Sugarman, Alan D. and Cushman, Robert F. Teleports and the Intelligent City. Illinois: Dow Jones-Irwin, 1986.
• Lipman, Andrew D., Sugarman, Alan D. and Cushman, Robert F. High Tech Real Estate. Illinois: Dow Jones-Irwin,1985.Matsushita Electric Works and Crss. Officing. Osaka: LibroPort , 1988
• Neubauer & Fair. The Intelligent Building Sourcebook. Public Hall Professional Technical Reference. USA 1988
• Sullivan, ann C. ”Library Intelligence.” Architecture,(July 1996):pp.109-115.
• เกชา ธีระโกเมน. Intelligent Building. กรุงเทพฯ:(เอกสารถ่ายสำเนา),2541.
• สัญญา ตุลาธร “Intelligent Building ขนมเค็กก้อนใหญ่ของธุรกิจไอที.” นิตยสารคู่แข่ง Business User. ฉบับที่ 6:2536.
• ศูนย์อนุรักษ์ พลังงานแห่ง ประเทศไทย. ระบบการจัดการพลังงานในอาคาร Building Automation System. กรุงเทพฯ: ศูนย์อนุรักษ์ พลังงาน แห่ง ประเทศไทย, 2541.
• วิญญู วานิชศิริโรจน์. “หอสมุดไฮเทคแห่งนครซานฟรานซิสโก.” Arch & Idea. ปีที่ 1(5)ฉบับที่2(57) กรกฎาคม-สิงหาคม2541:34-41
• วิญญู วานิชศิริโรจน์. “ออกแบบอย่างไรให้ตึกฉลาด”. วารสารอาษา. ฉบับ44 (กรกฎาคม-สิงหาคม 2538): หน้า50-53
• http://www.arch.hku.hk/CIA/94/IB
• http://www.ecyber.com
• http://www.eng.tp.ac.sg/courses/ibt/Ibthome.htm
• http://www.mpce.mq.edu.au/~ssmith/aipm/sld001.html
• http://www.vtt.fir/rte/ais/projects/rtemie