BIM技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)在綠色校園建設(shè)中的探索
——以高校校園供水管網(wǎng)為例

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)開始，同濟大學(xué)、北京大學(xué)、天津大學(xué)相繼也展開了綠色校園的探索。它們結(jié)合學(xué)校自身的特點，依靠學(xué)校的科研實力，開展學(xué)科建設(shè)，通過校企聯(lián)合等方式，實現(xiàn)了綠色校園的建設(shè)，從而將國內(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。隨著時代的發(fā)展，科技的進步，綠色校園建設(shè)的科技含量必將逐漸增多。

目前，我國大力推廣BIM技術(shù)，2018年國家標(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）簡單來說，就是一種建模技術(shù)，它是以建筑物的各項指標(biāo)信息及數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)字化信息模擬建筑的全壽命周期過程。它有助于設(shè)計人員、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，可以使工程信息在全生命周期中進行共享，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)簡言之就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)。它是信息化時代發(fā)展的產(chǎn)物，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用拓展，它通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了實物與實物之間的信息交換和通信，達到遠程管理控制，實現(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，實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的自動收集和整理。

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

2.1 BIM技術(shù)在綠色校園建設(shè)中的優(yōu)勢

2.1.1 模型立體直觀

BIM 技術(shù)將校園建筑建立成動態(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、進度、成本、質(zhì)量等）、設(shè)備信息（設(shè)備型號、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。對于設(shè)計者、建設(shè)者、管理者、維護者來說，立體直觀，一目了然。

2.1.2 信息協(xié)同共享

校園建設(shè)中，不僅僅是一個團隊或一個部門參與其中，需要各方面的協(xié)調(diào)配合。而BIM 技術(shù)就為各參與方建設(shè)了一個可視化的共享平臺，實現(xiàn)了各參與方信息的協(xié)同共享，他們不需要遠程傳輸超大文件、不需要考慮設(shè)備軟件的兼容性、更不需要調(diào)配時間溝通討論，大家可以在同一個平臺進行平行工作，模型會將各項信息進行整合匹配，保證了信息溝通的及時性有效性，節(jié)省了溝通、傳輸?shù)臅r長，提高了工作效率，同時，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)就是要通過可再生能源、可回收可利用資源的使用，實現(xiàn)低碳環(huán)保節(jié)能的生活模式。BIM 技術(shù)可以模擬真實環(huán)境，分析計算光照、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，在建筑使用的過程中，也可以對管道損壞、設(shè)備故障等情況進行匯總整理，分析尋找原因，制定解決方案。

2.1.4 方案隨時優(yōu)化

任何項目從設(shè)計到施工，從施工到運行維護都不可能是一成不變的，它會受自身復(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工程進度進行優(yōu)化配置，并模擬出優(yōu)化后的效果，通過效果分析制定符合自身需求的可行的優(yōu)化方案。

2.1.5 圖紙自動生成

圖紙是工程重要的檔案信息，它方便設(shè)計者、建設(shè)者、使用者的后續(xù)使用。BIM 技術(shù)可以自動生成各專業(yè)電子建筑圖紙，并與模型、建筑實體始終保持信息一致，而且可以實現(xiàn)自動更新，只要模型信息進行變化，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

物聯(lián)網(wǎng)可以將校園內(nèi)的建筑、設(shè)備、管網(wǎng)等實體通過傳感器連接在一起，并將諸多傳感器信號源通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時準(zhǔn)確地傳遞出去，實現(xiàn)對物體的智能控制。例如，在教室內(nèi)安裝測定光照的傳感器，用來分析光照的時間和亮度，在教室門上安裝人員識別傳感器，用來分析教室的使用率，在教室燈管上安裝遙控傳感器，用來控制燈管的開關(guān)，通過物聯(lián)網(wǎng)將這些信息上傳到統(tǒng)一的平臺上進行分析，根據(jù)光照時間、強度，以及教室人員使用情況，自動控制燈管的開關(guān)，已達到節(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，但從長遠來看，對創(chuàng)建綠色校園來說，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)的被動控制方式轉(zhuǎn)變成主動出擊方式，提前預(yù)警管道漏損，減少管網(wǎng)的跑冒，減少查找漏點時間，杜絕浪費，從而達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，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、自來水井的位置、供水管網(wǎng)的走向，并植入泵房內(nèi)水箱的材質(zhì)、尺寸、閥門的型號等信息，水表井內(nèi)閥門的型號、尺寸、控制管線等信息，供水管網(wǎng)的水管材質(zhì)、尺寸、型號等信息，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)雜部位的詳細信息。同時，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)合實地情況，合理安裝壓力數(shù)據(jù)采集儀表和壓力計感應(yīng)器，以及流量數(shù)據(jù)采集儀表和流量計感應(yīng)器，形成供水系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)，同時，將感應(yīng)器的安裝位置同步到BIM模型中。儀表與感應(yīng)器的安裝要以可實施性和必要性為前提，以達到安裝較少的傳感器能夠輻射較大的范圍為目標(biāo)。通過壓力計和流量計數(shù)據(jù)采集儀表，可以采集到校園內(nèi)各個區(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，即可判定管網(wǎng)出現(xiàn)故障，應(yīng)及時進行排查與修理。

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)進行采集，并通過校園網(wǎng)、無線通信模塊進行連接，將運行數(shù)據(jù)實時上傳到供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，基本為每5min～10min 上傳一次，供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫與BIM模型相連接，及時反映在BIM模型的各個點位上，實現(xiàn)了對供水管網(wǎng)運行狀態(tài)的可視化實時監(jiān)測。當(dāng)壓力或流量值超過或低于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時，系統(tǒng)會發(fā)出警報，并自動定位到可能的點位上，及時控制閥門，采取減壓、調(diào)壓或停止供水，并通過內(nèi)置的工作人員信息，以短信的方式通知相關(guān)人員及時到現(xiàn)場進行排查修復(fù)。管道破損或故障點等相關(guān)信息將被記錄在數(shù)據(jù)庫中。

最后，系統(tǒng)平臺會根據(jù)以往的故障信息進行匯總、統(tǒng)計、分析，并對高頻故障線路進行分級預(yù)警，管理者可以根據(jù)預(yù)警級別及時制定解決方案，防患于未然。同時，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)、云計算來提高節(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，需要不斷的探索和研究，不斷將虛擬技術(shù)與實體建筑相結(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、更加先進智能。