綠色建筑 BIM 運維平臺的分層級功能地圖探索

楊將鐸（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 201108）

目前我國綠色建筑快速發(fā)展，人們對其運營階段的表現(xiàn)高度重視。綠色建筑智慧運行平臺在傳統(tǒng)建筑智能化平臺的基礎(chǔ)上有何發(fā)展，其蘊藏內(nèi)涵、搭建邏輯、功能選擇有何不同，都是需要討論的問題。韓繼紅等[1]認為，綠色建筑運營管理的核心需求，首要也是最基本的，是提供人、財、物的安全運行保障；其次，是從節(jié)能、省錢、省人力、省設(shè)備等角度實現(xiàn)建筑的經(jīng)濟運行；最后，也是綠色建筑提升的需求，是為使用者持續(xù)提供健康舒適的環(huán)境。阿里研究院[2]在 2017 年對智慧建筑的定義、特征、問題和趨勢進行了總結(jié)，并提出了智慧建筑的總體參考架構(gòu)和技術(shù)參考架構(gòu)。另一方面，實踐中綠色建筑智慧運行平臺的搭建多數(shù)仍然遵循傳統(tǒng)的建筑智能化邏輯，即羅列需求、堆砌功能，對建筑信息化模型（BIM，Building Information Modeling ）技術(shù)的應(yīng)用也僅停留在展示層面。綠色建筑的 BIM 平臺化運營顯著缺乏整合工具的開發(fā)和技術(shù)集成應(yīng)用[3-4]。

要理清綠色建筑智慧運行的框架以及 BIM 技術(shù)的恰當應(yīng)用方式，不能只滿足于表面功能的堆砌，還要從價值觀/搭建邏輯以及綠色建筑的需求入手，細致分析，頂層設(shè)計，形成滿足長期運營需求的定制化方案。

1 基于綠色建筑價值觀的智慧運行

發(fā)展綠色建筑不僅是一個技術(shù)問題，而且是一個文化和社會問題[5]。綠色建筑是人類社會文化精神的映射，包括生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等；擁有自然的自我調(diào)節(jié)機制，能夠預(yù)判、感知、新陳代謝、融于社區(qū)；避免高能耗的建造模式和運營模式，形成生命周期思維，征得公眾共鳴，獲得長期的生態(tài)和經(jīng)濟成就。

傳統(tǒng)建筑智能化平臺搭建有偏重平臺和偏重需求兩種形態(tài)。平臺導(dǎo)向以高標準搭建通用平臺，其優(yōu)點是方便軟件更新，功能豐富，缺點是硬件接入能力不佳，對物業(yè)約束多，學(xué)習(xí)成本高，因此尚未有公認的最佳平臺。需求導(dǎo)向以高度定制化功能目標搭建平臺，其優(yōu)點是能順暢滿足當前需求，單位投入較低，缺點是軟硬件交集不清，拓展性和更新能力差，長期維護和使用困難。

基于綠色建筑價值觀的智慧運行，當以系統(tǒng)決策、作出取舍、適當留白、明確路徑的方式搭建平臺，為綠色建筑綜合競爭力提供內(nèi)在驅(qū)動。因此，本文提出分層級功能地圖導(dǎo)向的思考方式，將獨立的剛性硬件需求或軟件需求的功能進行模塊化拆分（特別是物理上的拆分），并將多模塊配合的上層軟件功能重新組織，形成功能地圖，根據(jù)用戶需求及預(yù)期匹配不同層次軟硬件，提供接口文檔。以“室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測”的需求為例，如圖1 所示，說明不同層級功能地圖的參與模塊和上層軟件功能。更高層級的功能需要在更低層級功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。

圖1 空氣質(zhì)量監(jiān)測分層級功能地圖示意

這種方式形成了系統(tǒng)的高低搭配，對獨立軟硬件模塊的維護能力很強，系統(tǒng)失效風(fēng)險大幅降低，平衡了開發(fā)者和物業(yè)的投入，單次投入成本少量增加，維護更新成本大幅降低。從綠色價值觀的角度看，分層級功能地圖的搭建邏輯具有這些優(yōu)勢：方便取舍留白，上層功能可以逐步實現(xiàn)；先分后并，明晰交集，方便各專業(yè)協(xié)同，方便問題排查、維護和更新；仍然以需求為導(dǎo)向，為硬件冗余配置提供依據(jù)；數(shù)據(jù)接口清晰，原始數(shù)據(jù)與分析、應(yīng)用剝離；方便實施，方便標書制定、工程量清單核算和負責(zé)人調(diào)配等。

2 綠色建筑的需求

對獨立軟硬件模塊進行綜合運用的上層軟件功能，是依據(jù)綠色建筑本身的需求而制定的。因此，對綠色建筑的真實需求進行列舉實有必要。根據(jù)對國內(nèi)外綠色建筑和健康建筑相關(guān)標準的梳理，以及綠色建筑咨詢實踐中對建筑綠色化真實需求的理解，梳理出關(guān)鍵指標。

其中綠色建筑運營需求的一級指標涵蓋高頻場景（室內(nèi)外綜合管理）、大數(shù)據(jù)被動式場景（環(huán)境、能源、水資源）、低頻場景（固定資產(chǎn)管理）和制度設(shè)置（綠色制度管理）等方面，二級指標涵蓋各場景內(nèi)容，三級指標為該內(nèi)容下的具體需求。由于篇幅有限，僅就綠色建筑運營關(guān)于環(huán)境管理方面的三級指標進行舉例，如表1 所示。

表1 綠色建筑運營的環(huán)境管理需求

在判斷指標的必要性時，應(yīng)當同時參照該指標的參與人員、技術(shù)能力、（不同人員的）需求程度、投入程度、決策能力等因素。針對能夠在全生命周期內(nèi)降低能耗、優(yōu)化環(huán)境和提升人員滿意度的需求進行資源傾斜。

除了具體的運營管理需求，綠色建筑也需要基于其價值觀而形成的“非功能性需求”。例如，運維著眼于全生命周期、運維與設(shè)計密切關(guān)聯(lián)、強調(diào)社區(qū)或區(qū)域的融合、用戶綠色意識提升、形成綠色價值觀的文化等。

3 支撐智慧運行的軟硬件底層模塊

接入綠色建筑智慧運行的獨立軟硬件模塊，在功能地圖中通常作為重要底層模塊，是上層軟件功能的基礎(chǔ)。獨立軟硬件模塊需要清晰劃分界面，作為軟件分離或硬件分離的單元進入系統(tǒng)，需要對主要硬件、軟件功能、上下行數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)模塊的依存關(guān)系進行界定。根據(jù)研究，適合形成軟硬件界面的模塊包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、空間地圖模塊、報警模塊、門禁/道閘模塊、任務(wù)/流程/文檔管理、公告及溝通模塊、空間管理模塊、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、室外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境數(shù)據(jù)處理模塊、空調(diào)/風(fēng)機監(jiān)控模塊、其他室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施監(jiān)控模塊、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、水耗/水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、冷熱源群控系統(tǒng)、電梯管理系統(tǒng)、BIM 模型和交互平臺模塊等19 個模塊或系統(tǒng)（M 1～M 19）。表2 對與綠色建筑環(huán)境監(jiān)測相關(guān)的模塊（M 9、M 10、M 11）內(nèi)容進行了說明。

表2 綠色建筑智慧運行的環(huán)境監(jiān)測部分底層軟硬件模塊

4 基于需求和模塊的分級功能地圖

基于對需求的分析（表2）以及獨立軟硬件模塊（表1）的配置，可以對綠色建筑上層軟件功能提出期望，并賦予其實施路徑。綠色建筑智慧運行分層級功能地圖表如表3所示。表3 顯示了通過智慧運行平臺，可以實現(xiàn)哪些環(huán)境管理功能，以達到或輔助達到需求滿足。其中滿足水平分為 3個層級：LEVEL 1 顯示了基礎(chǔ)運維的必備功能，LEVEL 2 顯示了綠色智慧運維所要求的更細致的軟硬件功能和以人工決策為主的可視化運維所需功能，LEVEL 3 顯示了應(yīng)用高級算法以輔助或替代人工決策的智能運維。

表3 綠色建筑智慧運行分級功能地圖表（A 2 環(huán)境管理）

5 BIM 技術(shù)的應(yīng)用價值

從表3 可以看出，BIM 技術(shù)在 LEVEL 2 層級就能夠深度參與智慧運行的各項應(yīng)用，BIM 模塊的有效運用能夠給運維管理帶來諸多便利和效益?；诰G色價值觀以及分層級功能地圖的思考模式，可以歸納出 BIM 技術(shù)在優(yōu)化環(huán)境方面的優(yōu)勢。

（1）以空間來記錄全信息，包括空間信息、歷史信息、硬件信息、實時信息等，方便各種場景下的環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)用。

（2）可視化顯示，形成瀏覽后的綜合反應(yīng)，為大數(shù)據(jù)背景提供環(huán)境宏觀決策基礎(chǔ)；增強印象，突出盲點；方便用戶，降低學(xué)習(xí)和溝通成本。

（3）通過建模形成留白空間（主要是硬件升級所需的物理空間或配套硬件冗余），為環(huán)境傳感器升級或調(diào)整降低成本；通過模擬預(yù)估結(jié)果，提供精準決策。

（4）以標準化接口和模型記錄信息，模擬預(yù)判，確保環(huán)境數(shù)據(jù)前瞻性和可用性。當時間和空間變化時，與傳感器數(shù)據(jù)相互依附，整體迭代，保持高質(zhì)量。

6 結(jié) 語

我國綠色建筑在推進建筑生命周期的方式上，從粗放管理向精細管理的方向發(fā)展、從順其自然向頂層設(shè)計的方向發(fā)展、從各自為政向統(tǒng)一目標的方向發(fā)展是必然趨勢[6]。信息產(chǎn)業(yè)的競爭本質(zhì)上是超越產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品標準的競爭[7]。綠色建筑運營技術(shù)問題的解決仍然依賴于非技術(shù)問題的充分碰撞。

本文基于綠色建筑價值觀和傳統(tǒng)建筑智能化平臺特點的分析，提出了分層級功能地圖的思考模式，盡量避免長期運維過程中可能出現(xiàn)的大而無用或者小而不足的平臺。提出了拆分底層軟硬件模塊、明晰綠色運維需求、提煉上層軟件功能的方法論。最后，以優(yōu)化環(huán)境版塊為例，在深入分析中明確了 BIM 技術(shù)在運維中需要輔助實現(xiàn)的功能。

基于上述方法論的 BIM 運營平臺（軟件）將能有效支撐更優(yōu)化的建筑運營，為建筑全生命周期優(yōu)化提供有力手段。本研究將進一步基于上述方法論，從具體實現(xiàn)的角度分析綠色建筑運營以及相應(yīng)的運營軟件開發(fā)的需求，為綠色建筑實效化和品質(zhì)化提供支撐。