產品服務系統視角下建筑能源管理系統的設計介入路徑與策略研究

摘要：在雙碳目標與建筑運行走向電氣化智慧化的背景下，推廣和應用能源管理系統已成為一種實現節能降耗、降本增效的有效途徑。現有建筑能源管理系統研究多以節能技術創新為主，缺乏以用戶為中心、兼顧用戶舒適度等價值的視角，同時也面臨場景差異化應用的挑戰。本研究針對能源管理系統這種典型的B端設計問題，借助設計學科的產品服務系統視角研究面向B/C端應用層、采集感知層的設計介入路徑，據此提出涉及勸導式設計、服務體驗流程和系統創新等設計介入策略。通過典型能源管理系統案例分析驗證上述策略，并探討其相關設計方法，以提升能源管理系統的用戶體驗和節能目標。

關鍵詞：產品服務系統；用戶體驗；設計策略；能源管理系統；公共建筑；建筑運行

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）19-0058-05

引言

雙碳目標下推動建筑運行節能愈發緊迫。2024 年3 月15 日，在國務院辦公廳轉發的國家發展改革委與住房城鄉建設部《加快推動建筑領域節能降碳工作方案》通知中，強調了強化建筑運行節能降碳管理與推動建筑用能低碳轉型的重點任務。在建筑生命周期中，運行階段相較于建筑物化階段碳排量更大，其中用能結構的電氣化轉變使我國每年仍排放總計20 億噸以上的二氧化碳[1]，用能設備的使用正成為建筑運行階段的主要耗能來源[2]。本研究將以建筑運行階段的能源管理系統為研究對象，探索產品服務系統視角下設計從用能、管能等角度優化體驗并實現節能的路徑，結合案例分析提出相應設計策略。

一、能源管理系統研究現狀與設計介入機會

能源管理系統（Energy Management System）是應用在公共建筑運行中的一種監控、分析與管理能源以提升用能效率、實現經濟效益與節能減排的綜合管理平臺[3，4]。在當下智慧化發展趨勢中，能源管理系統相關研究愈發整合大數據、云計算、物聯網、人工智能等新興技術，在辦公、零售、教學、醫療等不同公共建筑場景中開發基于智慧終端的產品服務系統方案。

（一）能源管理系統當前設計問題：能源管理系統的技術研究分為數據采集、數據處理、數據分析、控制設備[5] 4 方面，其中以用戶為中心的設計問題主要體現在倫理隱私、需求閉環與技術適應力（如圖1 所示）。（1）在倫理隱私上，數據采集相關研究中用戶僅被視作數據采集的被動對象，面臨隱私侵犯的風險。例如有研究通過攝像頭、紅外傳感器網絡與圖像算法監測用戶在室情況以動態調節終端用能設備[5]；（2）在需求閉環上，數據處理與數據分析相關研究中的算法優化難以直觀回饋于用戶需求。例如涉及用戶的“室內環境舒適度”“熱舒適”等相關概念，在實際研究中僅用作模型指標進行數據建模與預測[6] 以指導用能設備的適應性調節，用戶的實時舒適需求接入權限有限；（3）技術適應力上，設備控制相關研究忽視了用戶對自上而下技術創新的接受度。例如為終端用戶設計基于智能插座的能源管理系統方案[7]，若系統方案開發路徑未從用戶需求出發，終端產品與其系統存在因用戶黏性不足而無法可持續運營的風險。

（二）能源管理系統的細分應用場景：由于雙碳政策背景下節能趨勢影響節能行業市場競爭加劇，能源管理系統方案的開發與應用隨場景需求差異而愈加細分化。在方案開發過程中，例如需要考慮辦公場景下基于下屬分支的多層次分布式監測需求、教育場景下與校園系統的整合潛力與集中用能需求、商用場景下基于經濟效益考量的集中控制需求、醫療場景下特殊病房的持續供能需求等。上述不同公共建筑用能場景的能源密集程度不同，能源管理系統的應用與落地需基于場景分析能源成本差異。

（三）產品服務系統設計思維：在踐行雙碳目標的公共建筑運行實踐中，為了應對技術研究中涌現的設計問題，并應對場景細分帶來的挑戰，產品服務系統設計思維可以為能源管理系統的相關研究提供分析視角與方法。

產品服務系統設計作為一種應對可持續發展而提出的“非物化”創新策略[8]，發展了以產品、使用、結果為導向的3 種策略類型[9，10]（如圖2 所示）。對比各類型帶來的價值，用戶產品所有權依次遞減而服務功能性價值愈發凸顯。在本研究語境中，能源管理系統是一種典型的結果導向型產品服務系統，其中的能源服務隨能源設備綁定營銷，為B 端管理者提供能源審計等功能性服務，按次結算能耗金額[11]。

能源管理系統的多終端、多鏈路、多場景特征決定在分析中需運用產品服務系統設計的多維度視角與方法。在分析視角上，產品服務系統設計思維中的服務鏈路與系統商業模式視角，可以拓寬當前能源管理系統研究中單一的產品導向分析維度；在分析方法上，由于能源管理系統產品觸點在B 端之外，也會牽及C 端用能服務，服務藍圖作為一種流程性且整合前中后臺服務行為的方法，可以綜合性探查能源管理系統中用能行為與服務鏈路、終端產品觸點等，而通過客戶與用戶價值網絡分析利益相關者關系，運用商業畫布分析商業模式，可以為能源管理系統設計方案的落地提供支撐。

二、基于系統架構的設計介入路徑分析

（一）能源管理系統架構分析：關于能源管理系統架構，不同研究者基于實踐經驗、項目或課題目標給出了本質相似的詮釋，通過梳理分析其構成層次[3，4，7，12]，研究將5 個主要的層次分別定義為：B/C 端應用層、采集感知層、網絡通信層、平臺功能層、基礎設施層（如表1 所示）。

由于能源管理系統架構層次基于產品邏輯而構建，產品服務系統視角可以為研究提供在終端產品觸點之外，從服務維度與系統維度展開分析的可行性：在“結果導向型”的分類依據上，基于終端產品觸點，服務維度有面向B 端應用層的管能服務與面向C 端應用層的用能服務，系統維度支撐B 端應用創造營收并維持運營背后的商業模式。該綜合性視角將貢獻于下文的設計介入路徑分析。

（二）產品服務系統視角下的設計介入路徑：經上述文獻分析得到能源管理系統架構與其數據信息流向[3，4，7，12]，以及對設計問題的反映（如圖3 所示）。基于表1 能源管理系統架構中所體現的產品服務系統視角，設計可介入路徑是B/C 端應用層（其中B 端應用層包括平臺功能層）、采集感知層。

根據左側與中部的映射關系，通過產品服務系統視角理解上述設計介入路徑：從終端產品觸點出發，產品軟硬形式與功能的多樣性決定了在B/C 端應用與采集感知層的適應力，有潛力通過定義產品需求并開發以應對各類針對性的設計問題；從服務鏈路出發，其應用層次主要為B/C 端衍生的管能與用能服務，服務流程中的需求可通過場景體驗下的任務流轉完成閉環，并應對C 端用能側的技術適應力問題；從系統商業模式出發，其應用層次為B 端應用層，關注于商業利益相關者的協同并為能源管理系統的持續運營提供基礎。

根據右側與中部的映射關系，理解以用戶為中心的設計研究特征——面向B 端管理者與C 端終端用能用戶開展需求洞察與產品服務系統方案開發；場景作為人機交互的媒介也是設計研究所要考量的因素，由于不同公共建筑中在室場景的差異化，不同B/C 端用戶的差異化需求驅動設計挖掘針對性解決方案，以實現不同系統終端的節能目標與經濟效益。

三、基于產品服務系統設計方法的設計策略分析

為應對基于能源管理系統技術現狀的設計問題并實現產品服務系統視角下設計的節能價值，通過服務藍圖方法，映射用戶行為、服務鏈路觸點、服務后臺與支持行為，系統性呈現能源管理系統架構中面向B、C 端用戶的差異化設計介入策略（如圖4 所示）。

研究將采用江森自控、思科兩家注重設計價值的企業能源管理系統案例支撐論述上述設計策略，其中江森作為產品服務系統的垂域集成策略代表（例如策略一、策略三），思科作為服務體驗鏈路的線性策略代表（策略二）。企業案例的篩選以國際綠色、可持續建筑組織與可持續企業排名機構（CorporateKnight、Earth.Org 等）認證為參考，篩選維度包括環境層面所實現的節能目標、經濟層面的商業成就與影響力、社會層面對消費者可持續行為習慣的引導與改變。

（一）C 端應用層：軟件產品中的節能勸導式設計：為應對設計問題（3）中用戶對設備節能技術的適應力，勸導式設計可以通過人機交互觸點牽引用戶完成特定設備控制任務，理解節能要求，改變用能行為習慣。在C 端應用層，由于建筑運行過程中用戶規模龐大，尤其在醫院、教學樓等場景中有效引導其規范化使用能源可以控制能源成本。

具體而言，勸導式設計主要通過軟件產品中的可視化引導降低用戶行為難度、提升潛在行動能力，或通過更多節能自主權限增強用戶行動意愿[13]。例如在江森為用戶開發的用能端App 產品中（圖5），設計策略主要體現在產品的信息可視化、視覺指引與激勵措施上。在信息可視化方面，會議室預定功能采用了樓層可視化的平面圖，用戶可以直觀獲知會議室占用情況與空余房間，降低了用戶選擇會議室并規劃用能時段的行為實現難度；在視覺指引方面，溫度調節表盤高亮了節能溫度區間，使用戶在控制調節空調溫度的過程中學習識別節能途徑，并形成節能控溫習慣；在激勵措施上，若用戶行為符合節能要求，則通過彈窗形式正向引導與鼓勵用戶，使用戶獲得節能成就感，潛移默化影響用能習慣。

（二）C 端應用層：用能服務鏈路打通場景體驗：為應對設計問題（2）在用能過程中的需求閉環與設計問題（3）的技術適應力，體驗設計思維可以通過解決用戶需求的方式，賦能特定場景任務流程下的用戶對服務、交互觸點的使用習慣。用能服務鏈路是指C 端用戶使用能源所經歷的服務流程，通過打通該流程與場景體驗，可以實現用戶對能源管理系統的適應——若在C 端應用層將用能相關功能與用戶日常任務線性行為所依賴的人際、數字等觸點整合，則可以使其形成用戶黏性與節能行為習慣，使用能峰值保持在可控的水平。為進一步實現節能，不同類型公共建筑的運行場景需要針對性分析，以創造更匹配用戶需求的體驗，進而在潛移默化的常態行為中塑造節能意識。

以思科的辦公場景體驗方案——Webex 設備為例，其與能源管理系統中的用能服務鏈路已深度整合。Webex 設備作為思科自研的辦公自動化系統（Office Automation system，OA system），主要為C 端提供整合能源系統應用層的辦公用具，通過物聯網集成會議軟件、頭戴耳機、桌面終端、智慧大屏等打造多元的混合空間與協作體驗。在基于Webex設備的預定會議任務中（如圖6 所示），秘書會通過PC 端口為主管開會預定會議室，隨后主管手機會收到會議日程與會議地點提醒，會議地點的燈光會自動開啟，并15 分鐘前自動開啟空調，告示板也會隨之亮起，主管到達會議室后進行會議，在會議結束后，室內安裝的運動探測器會感知在室情況，如果人員全部離開會控制室內空調與照明系統的關閉；隨后能源管理系統會從OA 系統調用會議室設備使用數據，將能耗費用結算到使用此會議室的部門，形成體驗閉環。思科通過將辦公場景體驗流程打通能源管理系統的用能鏈路，使能源使用可以責任到部門，實現終端用電的秩序管理與可控，減少能源浪費以實現用能負荷峰值的削減。

（三）B 端應用層：服務系統創新中鏈接節能專家：為在設計問題（2）中B 端管理者在節能目標下實現用戶用能需求閉環，服務系統可以整合外部資源提供節能解決方案指導。服務設計可以重組系統、優化系統，為能源管理系統運維與升級提供例如系統化地圖（Giga-mapping）[14]、利益相關者地圖等分析工具，為達成利益相關者的一致意見并實現節能與商業目標，貢獻從B 端到C 端、從采購到售后服務的全生命周期系統體驗。B 端應用層可以通過商業創新整合例如節能專家的專業利益相關者以提升服務與管能體驗，但由于利益相關者與方案成本有所差異，需要根據場景的特殊性展開深入研究，并洞察潛力利益相關者對節能的貢獻潛力，以及服務鏈路對用戶節能行為的影響。

在江森自控，企業方云端節能技術人員為B 端管理者提供動態能源優化方案作為服務系統創新。以能源合同管理為例（圖7），其作為一種能源審計服務，通過能源管理系統從設備終端收集B 端與C 端數據，江森的云端技術人員對其展開分析并對B 端管理者報出提案，其中包括提高照明能效、改進冷機與變頻器，設施管理系統、機電系統與暖通空調系統升級等，B 端管理者可以根據該數據報告了解到為了達到設備管理如何優化用能負荷的具體迭代方案，為增值服務購買、決策提供依據。

（四）采集感知層：智能可穿戴觸點的主動式舒適度與節能平衡。為應對設計問題（1）中能源管理系統被動式數據收集對用戶隱私的挑戰，能源管理系統可以接入在室用戶的可穿戴設備，為系統收集更準確、有權限許可的用戶舒適度數據，例如與熱舒適相關的體表溫度、體溫等，以優化管理系統節能決策，動態調節室內空調溫度。例如在智能手表界面中更方便集成“用戶隱私須知與授權”相關功能，在監測體表溫度基礎上結合不同用戶生理數據推算更準確的熱舒適值，在保障基本舒適與用戶知情的前提下實現節能。

四、能源管理系統的相關設計方法

為了使上述策略應用于能源管理系統的方案設計中，產品服務系統設計中的利益相關者分析方法與商業模式分析方法，可以支撐策略產出的能源管理系統設計方案在后期運營維護等環節的落地。

（一）利益相關者分析：客戶與用戶價值網絡（如圖8 所示）可用于梳理能源管理系統中的利益相關者，并探討設計策略的應用對象、支持策略應用的潛在關系。具體而言，策略一、四的應用需要培養C 端在室人員/ 用戶對軟件產品的忠誠度，同時考慮不同能源管理系統場景下用戶需求的差異，例如學生老師、消費者、企業職員、病患、游客等；策略二的應用需要服務鏈路層面用戶、B 端管理者與服務人員的協作與配合，B 端管理者一方面為用戶提供終端用能服務，一方面為服務人員下放能源管理權限，以豐富服務鏈路觸點并滿足場景體驗需求，促進能源管理系統運營的活態化；策略三的應用需要B 端系統商業創新中客戶資源與合作伙伴的深度整合，例如維護B 端管理者與提供商云端技術人員的客戶關系，隨需提供技術支持和方案提議，保障能源管理系統的節能升級迭代。

（二）商業模式分析：產品服務系統的運營也需要商業化的支撐[15]，商業模式分析可以作為策略三中系統創新的可行性探討，可以輔助設計師、建筑業主做出平衡節能與經濟利益的決策。為此，使用以建筑業主為對象的商業畫布（如圖9 所示）理解商業運作規律。基于降低用能成本、提升管能效率并節能增效的價值主張，在公共建筑實際運行中，建筑業主根據場景特性，一方面需要通過購買能源管理系統提供商的解決方案優化管能，一方面需要著重監測、管控C 端的用能行為以控制能源消費成本。在外部資源聯系中，還需要建立并維護多渠道合作伙伴關系，在能源管理系統提供商之外，節能專家的支持還可以來自設備公司、物業公司等。平衡專家產品服務升級支出與節能、體驗收益利于能源管理系統的持續運營。

結語

在產品服務系統視角下，根據能源管理系統架構分析，設計師可以通過介入系統架構中B/C 應用層、采集感知層，從軟件產品的勸導式設計、服務體驗流程、服務系統創新、服務觸點等策略角度提升管能與用能體驗。其中勸導式設計中面向C 端的信息可視化與視覺引導、激勵措施有潛力引導更多用戶到節能行為中，從設備終端的使用上降低能源消耗；同樣面向C 端的用能服務鏈路通過匹配場景體驗需求提升節能行為黏性，使能源消費成本可控且節能目標的常態落實；服務系統創新設計納入節能專家可以為系統提供方案迭代，提出優化建議并完善服務鏈路，從基礎設施層等硬件層面直接降低能源損耗；智能可穿戴設備在采集感知層面獲取有權限許可的監測數據，實現節能與舒適度的平衡。

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