产品服务系统视角下建筑能源管理系统的设计介入路径与策略研究

摘要：在双碳目标与建筑运行走向电气化智慧化的背景下，推广和应用能源管理系统已成为一种实现节能降耗、降本增效的有效途径。现有建筑能源管理系统研究多以节能技术创新为主，缺乏以用户为中心、兼顾用户舒适度等价值的视角，同时也面临场景差异化应用的挑战。本研究针对能源管理系统这种典型的B端设计问题，借助设计学科的产品服务系统视角研究面向B/C端应用层、采集感知层的设计介入路径，据此提出涉及劝导式设计、服务体验流程和系统创新等设计介入策略。通过典型能源管理系统案例分析验证上述策略，并探讨其相关设计方法，以提升能源管理系统的用户体验和节能目标。

关键词：产品服务系统；用户体验；设计策略；能源管理系统；公共建筑；建筑运行

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）19-0058-05

引言

双碳目标下推动建筑运行节能愈发紧迫。2024 年3 月15 日，在国务院办公厅转发的国家发展改革委与住房城乡建设部《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》通知中，强调了强化建筑运行节能降碳管理与推动建筑用能低碳转型的重点任务。在建筑生命周期中，运行阶段相较于建筑物化阶段碳排量更大，其中用能结构的电气化转变使我国每年仍排放总计20 亿吨以上的二氧化碳[1]，用能设备的使用正成为建筑运行阶段的主要耗能来源[2]。本研究将以建筑运行阶段的能源管理系统为研究对象，探索产品服务系统视角下设计从用能、管能等角度优化体验并实现节能的路径，结合案例分析提出相应设计策略。

一、能源管理系统研究现状与设计介入机会

能源管理系统（Energy Management System）是应用在公共建筑运行中的一种监控、分析与管理能源以提升用能效率、实现经济效益与节能减排的综合管理平台[3，4]。在当下智慧化发展趋势中，能源管理系统相关研究愈发整合大数据、云计算、物联网、人工智能等新兴技术，在办公、零售、教学、医疗等不同公共建筑场景中开发基于智慧终端的产品服务系统方案。

（一）能源管理系统当前设计问题：能源管理系统的技术研究分为数据采集、数据处理、数据分析、控制设备[5] 4 方面，其中以用户为中心的设计问题主要体现在伦理隐私、需求闭环与技术适应力（如图1 所示）。（1）在伦理隐私上，数据采集相关研究中用户仅被视作数据采集的被动对象，面临隐私侵犯的风险。例如有研究通过摄像头、红外传感器网络与图像算法监测用户在室情况以动态调节终端用能设备[5]；（2）在需求闭环上，数据处理与数据分析相关研究中的算法优化难以直观回馈于用户需求。例如涉及用户的“室内环境舒适度”“热舒适”等相关概念，在实际研究中仅用作模型指标进行数据建模与预测[6] 以指导用能设备的适应性调节，用户的实时舒适需求接入权限有限；（3）技术适应力上，设备控制相关研究忽视了用户对自上而下技术创新的接受度。例如为终端用户设计基于智能插座的能源管理系统方案[7]，若系统方案开发路径未从用户需求出发，终端产品与其系统存在因用户黏性不足而无法可持续运营的风险。

（二）能源管理系统的细分应用场景：由于双碳政策背景下节能趋势影响节能行业市场竞争加剧，能源管理系统方案的开发与应用随场景需求差异而愈加细分化。在方案开发过程中，例如需要考虑办公场景下基于下属分支的多层次分布式监测需求、教育场景下与校园系统的整合潜力与集中用能需求、商用场景下基于经济效益考量的集中控制需求、医疗场景下特殊病房的持续供能需求等。上述不同公共建筑用能场景的能源密集程度不同，能源管理系统的应用与落地需基于场景分析能源成本差异。

（三）产品服务系统设计思维：在践行双碳目标的公共建筑运行实践中，为了应对技术研究中涌现的设计问题，并应对场景细分带来的挑战，产品服务系统设计思维可以为能源管理系统的相关研究提供分析视角与方法。

产品服务系统设计作为一种应对可持续发展而提出的“非物化”创新策略[8]，发展了以产品、使用、结果为导向的3 种策略类型[9，10]（如图2 所示）。对比各类型带来的价值，用户产品所有权依次递减而服务功能性价值愈发凸显。在本研究语境中，能源管理系统是一种典型的结果导向型产品服务系统，其中的能源服务随能源设备绑定营销，为B 端管理者提供能源审计等功能性服务，按次结算能耗金额[11]。

能源管理系统的多终端、多链路、多场景特征决定在分析中需运用产品服务系统设计的多维度视角与方法。在分析视角上，产品服务系统设计思维中的服务链路与系统商业模式视角，可以拓宽当前能源管理系统研究中单一的产品导向分析维度；在分析方法上，由于能源管理系统产品触点在B 端之外，也会牵及C 端用能服务，服务蓝图作为一种流程性且整合前中后台服务行为的方法，可以综合性探查能源管理系统中用能行为与服务链路、终端产品触点等，而通过客户与用户价值网络分析利益相关者关系，运用商业画布分析商业模式，可以为能源管理系统设计方案的落地提供支撑。

二、基于系统架构的设计介入路径分析

（一）能源管理系统架构分析：关于能源管理系统架构，不同研究者基于实践经验、项目或课题目标给出了本质相似的诠释，通过梳理分析其构成层次[3，4，7，12]，研究将5 个主要的层次分别定义为：B/C 端应用层、采集感知层、网络通信层、平台功能层、基础设施层（如表1 所示）。

由于能源管理系统架构层次基于产品逻辑而构建，产品服务系统视角可以为研究提供在终端产品触点之外，从服务维度与系统维度展开分析的可行性：在“结果导向型”的分类依据上，基于终端产品触点，服务维度有面向B 端应用层的管能服务与面向C 端应用层的用能服务，系统维度支撑B 端应用创造营收并维持运营背后的商业模式。该综合性视角将贡献于下文的设计介入路径分析。

（二）产品服务系统视角下的设计介入路径：经上述文献分析得到能源管理系统架构与其数据信息流向[3，4，7，12]，以及对设计问题的反映（如图3 所示）。基于表1 能源管理系统架构中所体现的产品服务系统视角，设计可介入路径是B/C 端应用层（其中B 端应用层包括平台功能层）、采集感知层。

根据左侧与中部的映射关系，通过产品服务系统视角理解上述设计介入路径：从终端产品触点出发，产品软硬形式与功能的多样性决定了在B/C 端应用与采集感知层的适应力，有潜力通过定义产品需求并开发以应对各类针对性的设计问题；从服务链路出发，其应用层次主要为B/C 端衍生的管能与用能服务，服务流程中的需求可通过场景体验下的任务流转完成闭环，并应对C 端用能侧的技术适应力问题；从系统商业模式出发，其应用层次为B 端应用层，关注于商业利益相关者的协同并为能源管理系统的持续运营提供基础。

根据右侧与中部的映射关系，理解以用户为中心的设计研究特征——面向B 端管理者与C 端终端用能用户开展需求洞察与产品服务系统方案开发；场景作为人机交互的媒介也是设计研究所要考量的因素，由于不同公共建筑中在室场景的差异化，不同B/C 端用户的差异化需求驱动设计挖掘针对性解决方案，以实现不同系统终端的节能目标与经济效益。

三、基于产品服务系统设计方法的设计策略分析

为应对基于能源管理系统技术现状的设计问题并实现产品服务系统视角下设计的节能价值，通过服务蓝图方法，映射用户行为、服务链路触点、服务后台与支持行为，系统性呈现能源管理系统架构中面向B、C 端用户的差异化设计介入策略（如图4 所示）。

研究将采用江森自控、思科两家注重设计价值的企业能源管理系统案例支撑论述上述设计策略，其中江森作为产品服务系统的垂域集成策略代表（例如策略一、策略三），思科作为服务体验链路的线性策略代表（策略二）。企业案例的筛选以国际绿色、可持续建筑组织与可持续企业排名机构（CorporateKnight、Earth.Org 等）认证为参考，筛选维度包括环境层面所实现的节能目标、经济层面的商业成就与影响力、社会层面对消费者可持续行为习惯的引导与改变。

（一）C 端应用层：软件产品中的节能劝导式设计：为应对设计问题（3）中用户对设备节能技术的适应力，劝导式设计可以通过人机交互触点牵引用户完成特定设备控制任务，理解节能要求，改变用能行为习惯。在C 端应用层，由于建筑运行过程中用户规模庞大，尤其在医院、教学楼等场景中有效引导其规范化使用能源可以控制能源成本。

具体而言，劝导式设计主要通过软件产品中的可视化引导降低用户行为难度、提升潜在行动能力，或通过更多节能自主权限增强用户行动意愿[13]。例如在江森为用户开发的用能端App 产品中（图5），设计策略主要体现在产品的信息可视化、视觉指引与激励措施上。在信息可视化方面，会议室预定功能采用了楼层可视化的平面图，用户可以直观获知会议室占用情况与空余房间，降低了用户选择会议室并规划用能时段的行为实现难度；在视觉指引方面，温度调节表盘高亮了节能温度区间，使用户在控制调节空调温度的过程中学习识别节能途径，并形成节能控温习惯；在激励措施上，若用户行为符合节能要求，则通过弹窗形式正向引导与鼓励用户，使用户获得节能成就感，潜移默化影响用能习惯。

（二）C 端应用层：用能服务链路打通场景体验：为应对设计问题（2）在用能过程中的需求闭环与设计问题（3）的技术适应力，体验设计思维可以通过解决用户需求的方式，赋能特定场景任务流程下的用户对服务、交互触点的使用习惯。用能服务链路是指C 端用户使用能源所经历的服务流程，通过打通该流程与场景体验，可以实现用户对能源管理系统的适应——若在C 端应用层将用能相关功能与用户日常任务线性行为所依赖的人际、数字等触点整合，则可以使其形成用户黏性与节能行为习惯，使用能峰值保持在可控的水平。为进一步实现节能，不同类型公共建筑的运行场景需要针对性分析，以创造更匹配用户需求的体验，进而在潜移默化的常态行为中塑造节能意识。

以思科的办公场景体验方案——Webex 设备为例，其与能源管理系统中的用能服务链路已深度整合。Webex 设备作为思科自研的办公自动化系统（Office Automation system，OA system），主要为C 端提供整合能源系统应用层的办公用具，通过物联网集成会议软件、头戴耳机、桌面终端、智慧大屏等打造多元的混合空间与协作体验。在基于Webex设备的预定会议任务中（如图6 所示），秘书会通过PC 端口为主管开会预定会议室，随后主管手机会收到会议日程与会议地点提醒，会议地点的灯光会自动开启，并15 分钟前自动开启空调，告示板也会随之亮起，主管到达会议室后进行会议，在会议结束后，室内安装的运动探测器会感知在室情况，如果人员全部离开会控制室内空调与照明系统的关闭；随后能源管理系统会从OA 系统调用会议室设备使用数据，将能耗费用结算到使用此会议室的部门，形成体验闭环。思科通过将办公场景体验流程打通能源管理系统的用能链路，使能源使用可以责任到部门，实现终端用电的秩序管理与可控，减少能源浪费以实现用能负荷峰值的削减。

（三）B 端应用层：服务系统创新中链接节能专家：为在设计问题（2）中B 端管理者在节能目标下实现用户用能需求闭环，服务系统可以整合外部资源提供节能解决方案指导。服务设计可以重组系统、优化系统，为能源管理系统运维与升级提供例如系统化地图（Giga-mapping）[14]、利益相关者地图等分析工具，为达成利益相关者的一致意见并实现节能与商业目标，贡献从B 端到C 端、从采购到售后服务的全生命周期系统体验。B 端应用层可以通过商业创新整合例如节能专家的专业利益相关者以提升服务与管能体验，但由于利益相关者与方案成本有所差异，需要根据场景的特殊性展开深入研究，并洞察潜力利益相关者对节能的贡献潜力，以及服务链路对用户节能行为的影响。

在江森自控，企业方云端节能技术人员为B 端管理者提供动态能源优化方案作为服务系统创新。以能源合同管理为例（图7），其作为一种能源审计服务，通过能源管理系统从设备终端收集B 端与C 端数据，江森的云端技术人员对其展开分析并对B 端管理者报出提案，其中包括提高照明能效、改进冷机与变频器，设施管理系统、机电系统与暖通空调系统升级等，B 端管理者可以根据该数据报告了解到为了达到设备管理如何优化用能负荷的具体迭代方案，为增值服务购买、决策提供依据。

（四）采集感知层：智能可穿戴触点的主动式舒适度与节能平衡。为应对设计问题（1）中能源管理系统被动式数据收集对用户隐私的挑战，能源管理系统可以接入在室用户的可穿戴设备，为系统收集更准确、有权限许可的用户舒适度数据，例如与热舒适相关的体表温度、体温等，以优化管理系统节能决策，动态调节室内空调温度。例如在智能手表界面中更方便集成“用户隐私须知与授权”相关功能，在监测体表温度基础上结合不同用户生理数据推算更准确的热舒适值，在保障基本舒适与用户知情的前提下实现节能。

四、能源管理系统的相关设计方法

为了使上述策略应用于能源管理系统的方案设计中，产品服务系统设计中的利益相关者分析方法与商业模式分析方法，可以支撑策略产出的能源管理系统设计方案在后期运营维护等环节的落地。

（一）利益相关者分析：客户与用户价值网络（如图8 所示）可用于梳理能源管理系统中的利益相关者，并探讨设计策略的应用对象、支持策略应用的潜在关系。具体而言，策略一、四的应用需要培养C 端在室人员/ 用户对软件产品的忠诚度，同时考虑不同能源管理系统场景下用户需求的差异，例如学生老师、消费者、企业职员、病患、游客等；策略二的应用需要服务链路层面用户、B 端管理者与服务人员的协作与配合，B 端管理者一方面为用户提供终端用能服务，一方面为服务人员下放能源管理权限，以丰富服务链路触点并满足场景体验需求，促进能源管理系统运营的活态化；策略三的应用需要B 端系统商业创新中客户资源与合作伙伴的深度整合，例如维护B 端管理者与提供商云端技术人员的客户关系，随需提供技术支持和方案提议，保障能源管理系统的节能升级迭代。

（二）商业模式分析：产品服务系统的运营也需要商业化的支撑[15]，商业模式分析可以作为策略三中系统创新的可行性探讨，可以辅助设计师、建筑业主做出平衡节能与经济利益的决策。为此，使用以建筑业主为对象的商业画布（如图9 所示）理解商业运作规律。基于降低用能成本、提升管能效率并节能增效的价值主张，在公共建筑实际运行中，建筑业主根据场景特性，一方面需要通过购买能源管理系统提供商的解决方案优化管能，一方面需要着重监测、管控C 端的用能行为以控制能源消费成本。在外部资源联系中，还需要建立并维护多渠道合作伙伴关系，在能源管理系统提供商之外，节能专家的支持还可以来自设备公司、物业公司等。平衡专家产品服务升级支出与节能、体验收益利于能源管理系统的持续运营。

结语

在产品服务系统视角下，根据能源管理系统架构分析，设计师可以通过介入系统架构中B/C 应用层、采集感知层，从软件产品的劝导式设计、服务体验流程、服务系统创新、服务触点等策略角度提升管能与用能体验。其中劝导式设计中面向C 端的信息可视化与视觉引导、激励措施有潜力引导更多用户到节能行为中，从设备终端的使用上降低能源消耗；同样面向C 端的用能服务链路通过匹配场景体验需求提升节能行为黏性，使能源消费成本可控且节能目标的常态落实；服务系统创新设计纳入节能专家可以为系统提供方案迭代，提出优化建议并完善服务链路，从基础设施层等硬件层面直接降低能源损耗；智能可穿戴设备在采集感知层面获取有权限许可的监测数据，实现节能与舒适度的平衡。

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