張 娜 劉淑萍

天津師范大學(xué)

1 概念理解

“綠色校園”理念于1998年被引入國(guó)內(nèi)，它引領(lǐng)著校園生活環(huán)境和生活方式的改變，使校園環(huán)境更加舒適怡人，校園設(shè)施更加節(jié)能高效，校園生活更加低碳環(huán)保。從清華大學(xué)引入綠色校園建設(shè)開(kāi)始，同濟(jì)大學(xué)、北京大學(xué)、天津大學(xué)相繼也展開(kāi)了綠色校園的探索。它們結(jié)合學(xué)校自身的特點(diǎn)，依靠學(xué)校的科研實(shí)力，開(kāi)展學(xué)科建設(shè)，通過(guò)校企聯(lián)合等方式，實(shí)現(xiàn)了綠色校園的建設(shè)，從而將國(guó)內(nèi)綠色校園建設(shè)水平不斷提高，促使師生綠色理念、生態(tài)環(huán)保思想逐步深入人心。隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，綠色校園建設(shè)的科技含量必將逐漸增多。

目前，我國(guó)大力推廣BIM技術(shù)，2018年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》正式批準(zhǔn)。BIM（建筑信息模型）簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是一種建模技術(shù)，它是以建筑物的各項(xiàng)指標(biāo)信息及數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字化信息模擬建筑的全壽命周期過(guò)程。它有助于設(shè)計(jì)人員、施工人員、技術(shù)人員在各階段做出正確決策，節(jié)約成本、縮短工期，同時(shí)，可以使工程信息在全生命周期中進(jìn)行共享，大大提高了工作效率。BIM 技術(shù)與綠色校園理念相輔相成，所以基于BIM技術(shù)的綠色校園建設(shè)也是大勢(shì)所趨。

同樣，物聯(lián)網(wǎng)的興起，也給綠色校園建設(shè)插上了科技的翅膀。物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)言之就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)。它是信息化時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用拓展，它通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)物與實(shí)物之間的信息交換和通信，達(dá)到遠(yuǎn)程管理控制，實(shí)現(xiàn)智能化管理。例如，它可以替代傳統(tǒng)的校園能源巡查方式，實(shí)現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集和整理。

2 BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)在綠色校園建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 BIM技術(shù)在綠色校園建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 模型立體直觀

BIM 技術(shù)將校園建筑建立成動(dòng)態(tài)的三維立體模型，并將建筑工程的基本信息添加至模型中，包括工程基本信息（結(jié)構(gòu)類型、建筑面積、建筑材料等）、施工信息（工序、進(jìn)度、成本、質(zhì)量等）、設(shè)備信息（設(shè)備型號(hào)、設(shè)備性能、能耗量等）、規(guī)劃信息（電力、給排水、通信等管線布置）、性能信息（耐久性、安全性等）以及其他關(guān)聯(lián)信息。對(duì)于設(shè)計(jì)者、建設(shè)者、管理者、維護(hù)者來(lái)說(shuō)，立體直觀，一目了然。

2.1.2 信息協(xié)同共享

校園建設(shè)中，不僅僅是一個(gè)團(tuán)隊(duì)或一個(gè)部門參與其中，需要各方面的協(xié)調(diào)配合。而B(niǎo)IM 技術(shù)就為各參與方建設(shè)了一個(gè)可視化的共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了各參與方信息的協(xié)同共享，他們不需要遠(yuǎn)程傳輸超大文件、不需要考慮設(shè)備軟件的兼容性、更不需要調(diào)配時(shí)間溝通討論，大家可以在同一個(gè)平臺(tái)進(jìn)行平行工作，模型會(huì)將各項(xiàng)信息進(jìn)行整合匹配，保證了信息溝通的及時(shí)性有效性，節(jié)省了溝通、傳輸?shù)臅r(shí)長(zhǎng)，提高了工作效率，同時(shí)，也將失誤降到了最低。

2.1.3 環(huán)境模擬分析

綠色校園建設(shè)就是要通過(guò)可再生能源、可回收可利用資源的使用，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保節(jié)能的生活模式。BIM 技術(shù)可以模擬真實(shí)環(huán)境，分析計(jì)算光照、溫度、濕度、風(fēng)速，從而分析建筑物性能，如采光率、材料使用情況以及周圍的環(huán)境分析，得出能源使用率和損耗率，最終為制定合理的節(jié)能措施提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，在建筑使用的過(guò)程中，也可以對(duì)管道損壞、設(shè)備故障等情況進(jìn)行匯總整理，分析尋找原因，制定解決方案。

2.1.4 方案隨時(shí)優(yōu)化

任何項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到施工，從施工到運(yùn)行維護(hù)都不可能是一成不變的，它會(huì)受自身復(fù)雜程度、環(huán)境變化、政策變更等方面的影響，方案的優(yōu)化勢(shì)在必行。然而，BIM技術(shù)可以根據(jù)環(huán)境模擬分析結(jié)果，或?qū)嶋H工程進(jìn)度進(jìn)行優(yōu)化配置，并模擬出優(yōu)化后的效果，通過(guò)效果分析制定符合自身需求的可行的優(yōu)化方案。

2.1.5 圖紙自動(dòng)生成

圖紙是工程重要的檔案信息，它方便設(shè)計(jì)者、建設(shè)者、使用者的后續(xù)使用。BIM 技術(shù)可以自動(dòng)生成各專業(yè)電子建筑圖紙，并與模型、建筑實(shí)體始終保持信息一致，而且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，只要模型信息進(jìn)行變化，圖紙隨即變更，最大程度保證了圖紙的準(zhǔn)確性。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)在綠色校園建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)可以將校園內(nèi)的建筑、設(shè)備、管網(wǎng)等實(shí)體通過(guò)傳感器連接在一起，并將諸多傳感器信號(hào)源通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能控制。例如，在教室內(nèi)安裝測(cè)定光照的傳感器，用來(lái)分析光照的時(shí)間和亮度，在教室門上安裝人員識(shí)別傳感器，用來(lái)分析教室的使用率，在教室燈管上安裝遙控傳感器，用來(lái)控制燈管的開(kāi)關(guān)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將這些信息上傳到統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行分析，根據(jù)光照時(shí)間、強(qiáng)度，以及教室人員使用情況，自動(dòng)控制燈管的開(kāi)關(guān)，已達(dá)到節(jié)能的效果。

3 BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)在綠色校園建設(shè)中的應(yīng)用——以校園供水管網(wǎng)為例

BIM 技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用在綠色校園建設(shè)中諸多方面，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)創(chuàng)建綠色校園來(lái)說(shuō)，節(jié)約水資源是重中之重。因此，本文僅以校園供水管網(wǎng)為例，分析BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)如何應(yīng)用在供水管網(wǎng)系統(tǒng)中，將供水管網(wǎng)系統(tǒng)從傳統(tǒng)的被動(dòng)控制方式轉(zhuǎn)變成主動(dòng)出擊方式，提前預(yù)警管道漏損，減少管網(wǎng)的跑冒，減少查找漏點(diǎn)時(shí)間，杜絕浪費(fèi)，從而達(dá)到水資源的合理使用，以及校園建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

首先，以BIM技術(shù)為切入點(diǎn)，利用BIM技術(shù)建立校園供水管網(wǎng)的三維立體信息模型，包括水泵房的位置、自來(lái)水井的位置、供水管網(wǎng)的走向，并植入泵房?jī)?nèi)水箱的材質(zhì)、尺寸、閥門的型號(hào)等信息，水表井內(nèi)閥門的型號(hào)、尺寸、控制管線等信息，供水管網(wǎng)的水管材質(zhì)、尺寸、型號(hào)等信息，以及水井的尺寸、水管埋深等信息，形成一套完備的供水管網(wǎng)。通過(guò)BIM模型的建立，可以全方位可視化顯示局部或整體以及不容易獲得的復(fù)雜部位的詳細(xì)信息。同時(shí)，可以模擬不同水流速度、不同壓力下各設(shè)備的狀態(tài)和指標(biāo)，分析出正常情況下各設(shè)備的使用情況和磨損情況。

然后，根據(jù)供水管網(wǎng)的走向，泵房的分布，用水點(diǎn)位的情況、以及校園規(guī)劃布局分區(qū)，在泵站的出水口、管網(wǎng)的交叉處，人口密集處（宿舍、教學(xué)樓、食堂），結(jié)合實(shí)地情況，合理安裝壓力數(shù)據(jù)采集儀表和壓力計(jì)感應(yīng)器，以及流量數(shù)據(jù)采集儀表和流量計(jì)感應(yīng)器，形成供水系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)，將感應(yīng)器的安裝位置同步到BIM模型中。儀表與感應(yīng)器的安裝要以可實(shí)施性和必要性為前提，以達(dá)到安裝較少的傳感器能夠輻射較大的范圍為目標(biāo)。通過(guò)壓力計(jì)和流量計(jì)數(shù)據(jù)采集儀表，可以采集到校園內(nèi)各個(gè)區(qū)域、各條管路的壓力和用水流量（泵站出水口主要采集總供水流量和壓力，其他均為分支供水流量和壓力），分析出日常情況各點(diǎn)位的用水量和壓力指標(biāo)，設(shè)定為壓力和流量的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)壓力或用水流量出現(xiàn)異常時(shí)，即可判定管網(wǎng)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行排查與修理。

圖1 供水管網(wǎng)系統(tǒng)

其次，利用物聯(lián)網(wǎng)將供水管網(wǎng)系統(tǒng)各區(qū)域的流量和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)校園網(wǎng)、無(wú)線通信模塊進(jìn)行連接，將運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，基本為每5min～10min 上傳一次，供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)與BIM模型相連接，及時(shí)反映在BIM模型的各個(gè)點(diǎn)位上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)壓力或流量值超過(guò)或低于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，并自動(dòng)定位到可能的點(diǎn)位上，及時(shí)控制閥門，采取減壓、調(diào)壓或停止供水，并通過(guò)內(nèi)置的工作人員信息，以短信的方式通知相關(guān)人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查修復(fù)。管道破損或故障點(diǎn)等相關(guān)信息將被記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

最后，系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)根據(jù)以往的故障信息進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)、分析，并對(duì)高頻故障線路進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，管理者可以根據(jù)預(yù)警級(jí)別及時(shí)制定解決方案，防患于未然。同時(shí)，還可以模擬出設(shè)備設(shè)施的使用情況，為管理者更新設(shè)施設(shè)備提供數(shù)據(jù)支持。

4 小結(jié)

高校作為培養(yǎng)人才的搖籃，當(dāng)之無(wú)愧應(yīng)成為新科技、新技術(shù)的先行者和倡導(dǎo)者，因此，在建設(shè)綠色校園的大背景下，融合BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算來(lái)提高節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材的綠色校園建設(shè)，將是高校發(fā)展的必由之路。BIM 技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)在高校供水管網(wǎng)中的應(yīng)用，還只是與綠色校園建設(shè)相融合的一部分，綠色校園建設(shè)的道路還很長(zhǎng)，需要不斷的探索和研究，不斷將虛擬技術(shù)與實(shí)體建筑相結(jié)合，全面提升綠色校園建筑的質(zhì)量，使高校校園更加綠色生態(tài)、更加低碳環(huán)保、更加先進(jìn)智能。