浅谈开源架构探讨智能建筑的开发方法

周柏庆，李芝瑜

（湖南大学）

1 建筑工具与计算器编程之密切关系

建筑数字辅助工具与编程学习之关系，建筑参数建模常用的Grasshopper、BIM能大幅减少建筑建模所需花费的时间成本，总归来探讨，随可视化图形GUI的出现，使现今的数字建模门坎降低，但其实现原理仍然离不开计算器与编程，在绘图软件中的每一个功能背后即是计算器的一串代码，其中Rhino更开放Python、C/C++、C#等语言的开发方法如：Python Script能提供用户自行创造新功能。由此可预想一个具编程能力的建筑从业者能更有效率的使用工具与整合资源，也影响着产业的产能与效能。

从此角度来探讨智能建筑智能建筑的开发应用，本研究认为涵盖以下七项内容，因篇幅有限，本文章仅探讨②，③，⑥项。

①建筑与数字技术之进程；

②开源文化的影响；

③世界编程之趋势探讨；

④了解计算机芯片种类如：MCU、MPU、SOC等；

⑤芯片相关开发板之市场占有率、销量及价格；

⑥现有开发板硬件与框架比较。

2 开源文化分析

2010年的调查显示，98%的企业使用开源软件[3]。因此在探讨智能建筑的开发应用时，必须先了解如何取得技术资源，从一较宏观的角度我们能从开源社群开始认识。“开源”于现代互联网平台中处处可见，其起源的关键人物Richard Stallman与Eric Raymond两人，Stallman认为“社会真正需要的是为公民提供信息。”1998年Raymond顺利创立了开放源代码计划（Open Source Initiative）来发展开源社群。直到20年过去到今天，“开源运动”的定位已变成了现今主流的技术取得管道。如今有越来越多的开源机构出现，“开源运动”渐变成了一种地球公民精神，更有开源精神(Open source attitude)、自造者文化(Maker culture)这些名词的产生，强调着“社群资源最大化”、“技术共享”、“技术平民化”的精神，因此能有效利用开源平台者等同于能有效技术资源。

3 编程趋势分析

拜于今日“开源文化”的盛行，技术取得相较于20世纪容易，3D打印机即为一开源产物的例子，现今之3D打印技术其开源多为Marlin架构与RepRap架构为主，因其开发者不仅公开了开源码，更提供详细的备注与教学，从而降低其开发成本与市场价格，并带动了周遭的产业与其他技术的结合与延伸，这也是3D打印机能够在极短时间于国内成熟的原因之一，总结于此，其条件是使用者必须具备一定的编程基础，因建筑的开发领域种类万千，故对未来想从事智能建筑的开发族群而言，编程与开源技术的活用已是必不可少的能力之一。

4 智能建筑硬件分析

以智能建筑的开发探讨其需求多为嵌入性开发为主，针对目前较为主流的嵌入式开发板做分析并归纳出以下四项必须满足的特性

1）小体积

小体积有助于其开发板对于装置设备的嵌入。

2）具有Wi-Fi或无线传输之机能

目前智能化系统中常用的无线通信协议主要有：蓝牙、WiFi、GPRS等，以上通讯方式在不同的应用中各有优劣[4]，对于建筑应用开发中应考虑到线路配置之问题，在大建筑量体中，会有大量的传感器来接收不同的物理信息，为避免数据传输线路繁杂之问题首先应使用具有Wi-Fi或无线传输之机能之开发板。

3）模块化

模块化是一种强调嵌入的一种概念，其设计过程是为满足通用性为目的，减少如组拆成本、生产成本、运输成本等。

4）市场取得性高

如商品价钱、货运运费、运送工作天、商品售后保障、是否提供技术支持等，这些因素皆影响市场取得性与易用性，因开源风气与抄板技术的成熟，目前国内“改进板”、“自制板”盛行，使我们能以较低的价格购买到开发板，但其质量相对较难保证。

以上述条件为例，举列出目前市场较易取得的开发板，分别为Arduino、乐鑫、意法半导体三司其下的开发板型号。(数据源：本研究整理, 纪录时间2018/7/30,单位∶美元)

由表1可知，现今嵌入式开发板的价钱介于1.4美元至5.1美元之间，其硬件成本相当低，故对于想进入智能建筑的开发者而言，软性的开发框架选择才为真正无形的成本。

表1 Arduino、乐鑫、意法半导体三司其下的开发板型号

5 ESP8266系统芯片之发展未来

2014与2016年时，乐鑫以极具竞争力的价格推出ESP8266芯片与ESP32片上芯片，被广泛地用于平板计算机、摄像头、智能建筑设备等物联网产品中。虽ESP8266之开发板周边数量仍低于Arduino与易法半导体公司，但目前持续增多。以目前开发的成熟度而言低仍于其他开发板。据Techno Systems Research的2017 Wireless ConnecTIvity Market Analysis报告中，乐鑫在全球嵌入式Wi-Fi领域市场排名第一。截至2017年12月，乐鑫芯片累计出货量突破一亿片。随ESP8266 Opensource Community社团整合推动渐走向成熟，其价格低廉、内置Wi-Fi、开源社群的特性使其成为目前智能建筑开发成本效益比较高的选择之一。

6 后续研究讨论

建筑是一门综合学科，需藉由广泛地结合不同专业来扩充与发展自身领域，面对现今技术的多样化与通用性，研发人员已不依赖同一种技术、方法、语言来解决问题，现今之资源量非常惊人，未来，技术积量将会更多，对于建筑专业的学生、从业人员除具备优秀的学习能力、跨领域的学识之外，首要具备的应是对资源的“拣选能力”。本研究认为以现况环境探讨，产生了技术不易消化与资源选择问题，故间接导致跨领域应用的障碍，“现在所缺乏的并不是开发资源的人，而是整合资源的人”，对于庞大的的技术信息要如何订定统一标准，藉此标准能有效增加开发人员对于技术了解，并解决其使用门坎问题、资源整合问题，增加其技术使用率与开发效率为未来的趋势之一。若能解决此问题将能更有效率增加跨领域技术的整合，强化各行业的效能与产能。