绿色建筑 BIM 运维平台的分层级功能地图探索

杨将铎（上海市建筑科学研究院有限公司，上海 201108）

目前我国绿色建筑快速发展，人们对其运营阶段的表现高度重视。绿色建筑智慧运行平台在传统建筑智能化平台的基础上有何发展，其蕴藏内涵、搭建逻辑、功能选择有何不同，都是需要讨论的问题。韩继红等[1]认为，绿色建筑运营管理的核心需求，首要也是最基本的，是提供人、财、物的安全运行保障；其次，是从节能、省钱、省人力、省设备等角度实现建筑的经济运行；最后，也是绿色建筑提升的需求，是为使用者持续提供健康舒适的环境。阿里研究院[2]在 2017 年对智慧建筑的定义、特征、问题和趋势进行了总结，并提出了智慧建筑的总体参考架构和技术参考架构。另一方面，实践中绿色建筑智慧运行平台的搭建多数仍然遵循传统的建筑智能化逻辑，即罗列需求、堆砌功能，对建筑信息化模型（BIM，Building Information Modeling ）技术的应用也仅停留在展示层面。绿色建筑的 BIM 平台化运营显著缺乏整合工具的开发和技术集成应用[3-4]。

要理清绿色建筑智慧运行的框架以及 BIM 技术的恰当应用方式，不能只满足于表面功能的堆砌，还要从价值观/搭建逻辑以及绿色建筑的需求入手，细致分析，顶层设计，形成满足长期运营需求的定制化方案。

1 基于绿色建筑价值观的智慧运行

发展绿色建筑不仅是一个技术问题，而且是一个文化和社会问题[5]。绿色建筑是人类社会文化精神的映射，包括生态、节能、环保、可持续发展等；拥有自然的自我调节机制，能够预判、感知、新陈代谢、融于社区；避免高能耗的建造模式和运营模式，形成生命周期思维，征得公众共鸣，获得长期的生态和经济成就。

传统建筑智能化平台搭建有偏重平台和偏重需求两种形态。平台导向以高标准搭建通用平台，其优点是方便软件更新，功能丰富，缺点是硬件接入能力不佳，对物业约束多，学习成本高，因此尚未有公认的最佳平台。需求导向以高度定制化功能目标搭建平台，其优点是能顺畅满足当前需求，单位投入较低，缺点是软硬件交集不清，拓展性和更新能力差，长期维护和使用困难。

基于绿色建筑价值观的智慧运行，当以系统决策、作出取舍、适当留白、明确路径的方式搭建平台，为绿色建筑综合竞争力提供内在驱动。因此，本文提出分层级功能地图导向的思考方式，将独立的刚性硬件需求或软件需求的功能进行模块化拆分（特别是物理上的拆分），并将多模块配合的上层软件功能重新组织，形成功能地图，根据用户需求及预期匹配不同层次软硬件，提供接口文档。以“室内空气质量监测”的需求为例，如图1 所示，说明不同层级功能地图的参与模块和上层软件功能。更高层级的功能需要在更低层级功能的基础上实现。

图1 空气质量监测分层级功能地图示意

这种方式形成了系统的高低搭配，对独立软硬件模块的维护能力很强，系统失效风险大幅降低，平衡了开发者和物业的投入，单次投入成本少量增加，维护更新成本大幅降低。从绿色价值观的角度看，分层级功能地图的搭建逻辑具有这些优势：方便取舍留白，上层功能可以逐步实现；先分后并，明晰交集，方便各专业协同，方便问题排查、维护和更新；仍然以需求为导向，为硬件冗余配置提供依据；数据接口清晰，原始数据与分析、应用剥离；方便实施，方便标书制定、工程量清单核算和负责人调配等。

2 绿色建筑的需求

对独立软硬件模块进行综合运用的上层软件功能，是依据绿色建筑本身的需求而制定的。因此，对绿色建筑的真实需求进行列举实有必要。根据对国内外绿色建筑和健康建筑相关标准的梳理，以及绿色建筑咨询实践中对建筑绿色化真实需求的理解，梳理出关键指标。

其中绿色建筑运营需求的一级指标涵盖高频场景（室内外综合管理）、大数据被动式场景（环境、能源、水资源）、低频场景（固定资产管理）和制度设置（绿色制度管理）等方面，二级指标涵盖各场景内容，三级指标为该内容下的具体需求。由于篇幅有限，仅就绿色建筑运营关于环境管理方面的三级指标进行举例，如表1 所示。

表1 绿色建筑运营的环境管理需求

在判断指标的必要性时，应当同时参照该指标的参与人员、技术能力、（不同人员的）需求程度、投入程度、决策能力等因素。针对能够在全生命周期内降低能耗、优化环境和提升人员满意度的需求进行资源倾斜。

除了具体的运营管理需求，绿色建筑也需要基于其价值观而形成的“非功能性需求”。例如，运维着眼于全生命周期、运维与设计密切关联、强调社区或区域的融合、用户绿色意识提升、形成绿色价值观的文化等。

3 支撑智慧运行的软硬件底层模块

接入绿色建筑智慧运行的独立软硬件模块，在功能地图中通常作为重要底层模块，是上层软件功能的基础。独立软硬件模块需要清晰划分界面，作为软件分离或硬件分离的单元进入系统，需要对主要硬件、软件功能、上下行数据及其关联模块的依存关系进行界定。根据研究，适合形成软硬件界面的模块包括视频监控系统、定位系统、空间地图模块、报警模块、门禁/道闸模块、任务/流程/文档管理、公告及沟通模块、空间管理模块、室内环境监测系统、室外环境监测系统、环境数据处理模块、空调/风机监控模块、其他室内物联网设施监控模块、能耗监测系统、水耗/水质监测系统、冷热源群控系统、电梯管理系统、BIM 模型和交互平台模块等19 个模块或系统（M 1～M 19）。表2 对与绿色建筑环境监测相关的模块（M 9、M 10、M 11）内容进行了说明。

表2 绿色建筑智慧运行的环境监测部分底层软硬件模块

4 基于需求和模块的分级功能地图

基于对需求的分析（表2）以及独立软硬件模块（表1）的配置，可以对绿色建筑上层软件功能提出期望，并赋予其实施路径。绿色建筑智慧运行分层级功能地图表如表3所示。表3 显示了通过智慧运行平台，可以实现哪些环境管理功能，以达到或辅助达到需求满足。其中满足水平分为 3个层级：LEVEL 1 显示了基础运维的必备功能，LEVEL 2 显示了绿色智慧运维所要求的更细致的软硬件功能和以人工决策为主的可视化运维所需功能，LEVEL 3 显示了应用高级算法以辅助或替代人工决策的智能运维。

表3 绿色建筑智慧运行分级功能地图表（A 2 环境管理）

5 BIM 技术的应用价值

从表3 可以看出，BIM 技术在 LEVEL 2 层级就能够深度参与智慧运行的各项应用，BIM 模块的有效运用能够给运维管理带来诸多便利和效益。基于绿色价值观以及分层级功能地图的思考模式，可以归纳出 BIM 技术在优化环境方面的优势。

（1）以空间来记录全信息，包括空间信息、历史信息、硬件信息、实时信息等，方便各种场景下的环境数据调用。

（2）可视化显示，形成浏览后的综合反应，为大数据背景提供环境宏观决策基础；增强印象，突出盲点；方便用户，降低学习和沟通成本。

（3）通过建模形成留白空间（主要是硬件升级所需的物理空间或配套硬件冗余），为环境传感器升级或调整降低成本；通过模拟预估结果，提供精准决策。

（4）以标准化接口和模型记录信息，模拟预判，确保环境数据前瞻性和可用性。当时间和空间变化时，与传感器数据相互依附，整体迭代，保持高质量。

6 结 语

我国绿色建筑在推进建筑生命周期的方式上，从粗放管理向精细管理的方向发展、从顺其自然向顶层设计的方向发展、从各自为政向统一目标的方向发展是必然趋势[6]。信息产业的竞争本质上是超越产品知识产权和产品标准的竞争[7]。绿色建筑运营技术问题的解决仍然依赖于非技术问题的充分碰撞。

本文基于绿色建筑价值观和传统建筑智能化平台特点的分析，提出了分层级功能地图的思考模式，尽量避免长期运维过程中可能出现的大而无用或者小而不足的平台。提出了拆分底层软硬件模块、明晰绿色运维需求、提炼上层软件功能的方法论。最后，以优化环境版块为例，在深入分析中明确了 BIM 技术在运维中需要辅助实现的功能。

基于上述方法论的 BIM 运营平台（软件）将能有效支撑更优化的建筑运营，为建筑全生命周期优化提供有力手段。本研究将进一步基于上述方法论，从具体实现的角度分析绿色建筑运营以及相应的运营软件开发的需求，为绿色建筑实效化和品质化提供支撑。