鹿島建設株式会社（以下、鹿島）が、エッジコンピューティング技術を活用し、オフィスビル等に設置される空調機などの設備機器をAIで最適に自動制御するシステム「K-BOXTM」（以下、本システム）を開発というリリースニュースをおとどけします。
AIによる最適制御で空調エネルギーを約3割削減
小型エッジコンピュータを一般的な設備機器に外付けするだけで、簡易かつ低コストで設備機器の最適制御を実現します。
クラウド型気象情報サービスと連携することで、天候の変化に応じた制御も可能です。新築だけでなく既設建物の設備機器にも対応します。
今般、快適性と省エネルギーを両立した室内環境の実現を目指し、本システムを自社施設における一部の空調機（エアハンドリングユニット）制御に試適用しました。
その結果、本システム導入前と比較し、建物利用者の快適性を損なうことなく、空調機のエネルギー消費量を約3割削減できることを確認しました。
鹿島では、「ハードウェアとソフトウェアを最適に組み合わせ、ライフサイクルを通して進化し続ける建物」をスマートビルの一つと位置付け、社会課題の解決や顧客ニーズへの継続的な貢献を目指しています。今後、本システムを広く普及することで、建物のスマート化を図ってまいります。
K-BOXによる空調機制御のイメージ
開発の背景
近年、建物の快適性や利便性、運用管理効率の高いスマートビルへの関心が高まっています。これまでの一般的なスマートビルでは、外部クラウドを介して、外気および室内の温度・湿度、電力消費量などのデータを収集・分析し、設備機器を制御しています。しかし、このような構成では、瞬時のデータ分析に基づく機器の制御や、ニーズに応じた制御内容の柔軟なカスタマイズが困難であることに加え、建物に関する情報を外部保存することに起因する情報セキュリティ上のリスクも懸念されます。特に既設建物では、設備機器を外部クラウドと接続する際に、情報通信の導入や情報セキュリティへの対応などに伴う建物改修が必要となるため、スマート化は容易ではありません。
そこで、外部クラウドを経由することなく、データの生成元であるデバイス（エッジ）側で情報処理を行うことができるエッジコンピューティング技術を活用した、設備機器の最適自動制御AIシステムを開発しました。
本システムの概要と特長
小型エッジコンピュータから成る本システムは、外気および室内の温度・湿度、電力消費量などの一般的なスマートビルで取り扱うデータに加え、設備機器の動作特性情報をAIが分析し、設備機器を最適に自動制御するものです。クラウド型情報サービスとの連携に対応しており、気象予報情報を活用した制御も可能です。
小型エッジコンピュータは、基本ユニットと拡張ユニットから構成されます。これらを空調機などの設備機器に外付けすることで、設備機器との情報通信を建物内で完結させることができます。
空調機制御における、各ユニットの役割は以下のとおりです。
小型エッジコンピュータの設置状況とその大きさ
[基本ユニット]
各空調機と接続し、外気および室内の温度・湿度や空調機の動作特性等の情報を収集・加工し、制御信号の伝達を行います。
[拡張ユニット]
搭載されたAI※1が、基本ユニットを介して得られる前述の情報を分析し、算出した室内温度・湿度の最適値に基づいて空調機を自動制御します。
※1 今回は、SOINN株式会社（CEO：長谷川修、本社：東京都町田市）が提供するAI「人工脳SOINN」を搭載
本システムで空調機を制御する場合、AIによる室内温度・湿度の制御範囲、設備機器が元来もつ制御との干渉、ならびにAIによる誤判断への対応が課題となりますが、これまで当社が培った建物設計・施工のノウハウを活かすことで、最適で安全な運用を実現しています。
本システムの特長は、以下のとおりです。
オフィスや工場などの産業施設、住宅など幅広い用途の建物で活用可能
新築・既設建物問わず、フロアやテナント単位で制御内容をカスタマイズでき、柔軟に導入可能
既存の汎用設備機器に小型エッジコンピュータを外付けするだけでよく、機器の改造は不要
小型エッジコンピュータの設置台数は、建物の規模やテナントごとのニーズにあわせて任意に増減可能
万が一、小型エッジコンピュータが故障した場合、自動的に従来運転に切り替わる
フェイルセーフ機能を搭載
本システムの効果検証
本システムを、東京都内の自社施設における一部の空調機制御に試適用し、評価試験を実施しました。
従来、当該施設では、季節ごとに建物管理者が設定した室内温度・湿度の目標値に基づく空調運転が行われています。
これに対し、本評価試験では、建物利用者が快適と感じる範囲内※2で、外気および室内の温度・湿度や空調機の動作特性の情報から、エネルギー消費量が最小となる室内温度・湿度の組み合わせをAIが1時間ごとに探索し、空調機を制御しました。
その結果、快適範囲を逸脱することなく、従来の運転時（2024年実績）と比較して、空調機のエネルギー消費量を中間期で28％、夏期で32％、冬期で33％削減できることを確認しました。
※2 ASHRAE（米国暖房冷凍空調学会）55-2017で定められた範囲
空調機のエネルギー消費量の比較
今後の展開
鹿島は今後も、環境負荷の低減だけでなく、建物利用者のウェルネスや利便性、快適性の更なる向上に貢献すべく、より有効な機能およびサービスの開発を進め、スマートビルの普及促進を図ってまいります。
資料引用：鹿島
おわりに
このように、鹿島建設が発表した「K-BOX™」に見られるビル設備管理（つくった後）のスマート化から、事故を防ぐ安全管理や重機の自動運転といった建設現場（つくるプロセス）にいたるまで、建設業界における「エッジコンピューティング」の波は確実に、そして急速に広がっています。
通信の遅延（タイムラグ）が許されない命がけの現場や、電波の届きにくい地下や山奥の環境において、データをその場で瞬時に処理・判断できるエッジ技術は、職人不足や安全確保という業界の重要課題を解決する大きな鍵を握っています。
さらに、この技術はこれからの社会に不可欠な「大幅な電力省エネ」にも直結します。今回の鹿島の事例が示した「空調電力量の約3割削減」という数字は、エッジAIが現場の状況や気象変化を秒単位で捉え、1回1回の無駄な電力消費を徹底的に削ぎ落としたからこそ実現できた成果です。また、すべてのデータをクラウドへ送る必要がなくなるため、通信にかかる電力や巨大なデータセンター側の負荷を抑えるという、デジタル社会全体の省エネ（グリーンIT）にも貢献しています。
これまでは「すべてのデータをクラウドに集約する」ことがDXの正解のように語られがちでした。しかしこれからは、リアルタイム性と高いセキュリティ、そして現場発の省エネを担保する「エッジ」と、大容量データの蓄積を得意とする「クラウド」の強みをハイブリッドに組み合わせる時代へとシフトしています。
建物をつくる瞬間から、完成したビルが街のインフラとして動き出す未来まで、私たちの暮らしの裏側はこうした先進技術によって、より安全で、地球に優しいものへとアップデートされようとしています。最先端のIT技術がリアルな現場の課題と結びついたとき、どのようなイノベーションが生まれるのか。ゼネコン各社の次なるアプローチから、今後も目が離せません。
【リリースニュース配信元】
□鹿島建設株式会社
リリースニュース
https://www.kajima.co.jp/news/press/202606/5a1-j.htm
