Filling the gap between design and implementation in Building Management System: an integrated lifecycle workflow to align project objectives and enhance cross-stakeholder collaboration

The construction sector remains a critical area in terms of environmental impact. Despite on-going efforts, it is currently responsible for approximately 34% of global energy consumption and 37% of CO₂ emissions. The management and supervision of building systems, and consequently their proper opera-tion, play a fundamental role in achieving low-carbon or zero-carbon building targets. In this context, alongside traditional automation and control strategies, increasing attention must be given to the continuous management and monitoring of systems through Building Manage-ment Systems (BMS). Although it has been demonstrated that BMS can enable energy savings in the range of 15–20%, BMSs are still often perceived as “black boxes”; therefore, if not properly designed, im-plemented, and operated, they may fail to achieve their intended performance objectives. Building operation is inherently complex, and its effectiveness depends on several factors, in-cluding the quality of the design process, economic constraints, and, crucially, the level of col-laboration and communication among stakeholders. In current practice, the lack of structured guidelines supporting the lifecycle of a BMS—from early design stages through to implementation and operation—represents a significant limita-tion, potentially leading to the inefficiency of building automation and management systems. The research presented in this thesis is based on a review of the existing literature and rele-vant industry guidelines, complemented by the analysis of a real case study. The investigation is structured using the RIBA Plan of Work as a reference framework to define the different phases of the BMS lifecycle. The case study highlights how insufficient integration of the au-tomation system within the design and construction process can contribute to increasing the performance gap between expected design outcomes and actual building performance. The aim of this thesis is therefore to define a design workflow for BMS that supports the entire system lifecycle. The proposed workflow identifies objectives, roles, responsibilities, deliver-ables, and information requirements for each phase, promoting greater integration between design, construction, and operation, and enabling a performance-oriented management ap-proach based on continuous monitoring. The proposed workflow ultimately seeks to contrib-ute to bridging the gap between design and operational phases of BMS, fostering an integrated lifecycle approach to both building systems and automation.

Il settore delle costruzioni rimane un’area critica quando si parla di impatto ambientale. Nono-stante gli sforzi, ad oggi il settore edilizio è responsabile di circa il 34% del consumo di energia globale e del 37% delle emissioni di CO2. La gestione e supervisione degli impianti e, di conseguenza, il loro corretto funzionamento svolgono un ruolo fondamentale negli edifici che vogliono essere “zero carbon”. In questo scenario, accanto alla sola automazione e controllo degli impianti, è necessario concentrarsi anche sulla loro gestione e monitoraggio, grazie ai Building Management Systems (BMSs). Nonostante sia stato dimostrato come questi sistemi permettano una riduzione del consumo energetico di circa il 15-20%, i BMSs sono visti ancora come delle “scatole nere”; pertanto, se non progettati e utilizzati in maniera corretta, possono non essere efficaci rispetto agli obietti-vi prefissati. La gestione di un edificio è infatti un processo complesso, la cui efficacia dipende da vari fattori, tra cui la corretta gestione della fase progettuale, la componente economica, la collaborazione e la comunicazione tra gli attori coinvolti. Nella pratica progettuale attuale, la mancanza di linee guida in grado di supportare le fasi di vi-ta di un BMS, dal concept iniziale dell’opera fino alla sua messa in opera, rappresenta una criti-cità che può comportare l’inefficienza del sistema di gestione e automazione. La ricerca effettuata nella presente tesi si basa sullo studio della letteratura e delle principali linee guida del settore, integrata con l’analisi di un caso reale. L’indagine è stata svolta impie-gando il RIBA Plan of Work come riferimento per strutturare le diverse fasi del ciclo di vita del BMS. Il caso studio presentato vuole essere un esempio di come la mancanza di integrazione del sistema di automazione nel processo di progettazione e realizzazione dell’edificio possa portare ad ampliare il performance gap tra quanto previsto in fase di progetto e il comporta-mento reale dell’edificio. Lo scopo della tesi è quindi quello di definire un workflow progettuale che identifichi gli obiet-tivi di ciascuna fase, definendo ruoli, responsabilità e deliverable associati al BMS lungo l’intero ciclo di vita e favorendo al contempo la comunicazione e la collaborazione tra cliente, progettisti e appaltatori. Il workflow proposto mira quindi a contribuire a colmare il divario tra fase progettuale e ge-stione operativa del sistema BMS, favorendo una maggiore integrazione tra progettazione, rea-lizzazione e gestione operativa e supportando una gestione basata sul monitoraggio continuo delle prestazioni.