頂層設(shè)計(jì)在智慧低碳校園建設(shè)中的應(yīng)用

李勝杰， 鞠 凱， 劉志新

(1. 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044；2. 唐山唐鋼建設(shè)發(fā)展有限公司，唐山 063016)

1 智慧建筑與頂層設(shè)計(jì)

隨著建筑智能化水平的提高，智能建筑這一概念在實(shí)踐中得到不斷發(fā)展。 時(shí)至今日，在數(shù)字孿生技術(shù)加持下，以建筑管理平臺(tái)為核心，圍繞智慧、低碳、場(chǎng)景化建設(shè)思維等先進(jìn)理念而提出的智慧建筑概念應(yīng)運(yùn)而生。

智慧建筑頂層設(shè)計(jì)是基于場(chǎng)景需求，調(diào)研分析國(guó)家、地區(qū)政策，結(jié)合具體項(xiàng)目情況，通過(guò)需求分析、總體設(shè)計(jì)、架構(gòu)設(shè)計(jì)以及實(shí)施路徑規(guī)劃，針對(duì)性提出智慧建筑的建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)原則，平臺(tái)建設(shè)要求、各基礎(chǔ)系統(tǒng)以及各種信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容，并結(jié)合技術(shù)選擇提出相應(yīng)的管理原則，保證智慧建筑理念貫穿于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維的建筑全生命周期。

通過(guò)以下項(xiàng)目案例可以很好地看到頂層設(shè)計(jì)工作對(duì)智慧建筑和智慧園區(qū)建設(shè)帶來(lái)的實(shí)際效果。

2 頂層設(shè)計(jì)應(yīng)用案例

某高校校園總占地面積約110 萬(wàn)m2，規(guī)劃總建筑面積約105 萬(wàn)m2。 包括學(xué)部樓、教學(xué)樓、圖書(shū)館、體育館、學(xué)生服務(wù)中心、校園數(shù)據(jù)中心、校醫(yī)院、行政綜合樓等12 類(lèi)建筑。 區(qū)別于單體建筑或園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目，校園建設(shè)項(xiàng)目在一般園區(qū)的辦公功能、生活服務(wù)功能基礎(chǔ)上更增加了教學(xué)、餐飲、住宿等需求。

建設(shè)方在項(xiàng)目建設(shè)之初就提出了“綠色生態(tài)、人本人文、兼容開(kāi)放、智慧科技、持續(xù)生長(zhǎng)”的規(guī)劃要求。 通過(guò)對(duì)規(guī)劃要求、校園服務(wù)功能的調(diào)研分析，項(xiàng)目頂規(guī)團(tuán)隊(duì)形成了“以校園數(shù)字孿生管理平臺(tái)建設(shè)為核心，以IDC 和智慧燈桿、智慧管廊為依托，結(jié)合各單體建筑智能化系統(tǒng)規(guī)劃，構(gòu)建泛在感知的智慧校園體系”這一總體建設(shè)目標(biāo)，并為該校區(qū)設(shè)置了以學(xué)部樓、圖書(shū)館的智能化建設(shè)為打造校園亮點(diǎn)規(guī)劃思路。

2.1 介入前現(xiàn)狀

在頂層設(shè)計(jì)實(shí)施以前，該校區(qū)已建設(shè)學(xué)部樓兩棟和宿舍一棟，其他項(xiàng)目暫未啟動(dòng)。

2.2 頂層設(shè)計(jì)在該項(xiàng)目中的作用

在團(tuán)隊(duì)頂規(guī)調(diào)研工作中，通過(guò)對(duì)安保、信息化等部門(mén)的調(diào)研，主要了解到:(1)新校區(qū)作為開(kāi)放式校園尚無(wú)分區(qū)管理規(guī)劃，只能根據(jù)老校區(qū)管理思路估算安保運(yùn)維人員。 (2)在分期建設(shè)計(jì)劃里，校園IDC 是放在二期建設(shè)內(nèi)容里，對(duì)于一期建好的樓宇，其運(yùn)行數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在各自樓宇的數(shù)據(jù)機(jī)房，待IDC 建成后再進(jìn)行遷移。 (3)由于沒(méi)有對(duì)校園內(nèi)的管廊進(jìn)行整體考慮，沒(méi)有提出由各單體建筑經(jīng)校園管廊到校園IDC 的明確管線(xiàn)需求，導(dǎo)致管廊設(shè)計(jì)和綜合排布無(wú)法向下進(jìn)行。 (4)已明確在校園能源站建設(shè)過(guò)程中采用地源熱泵技術(shù)，但是缺乏在運(yùn)維過(guò)程中直觀統(tǒng)計(jì)、展示具體節(jié)能情況的技術(shù)應(yīng)用。(5)校方準(zhǔn)備將各個(gè)單體樓單獨(dú)發(fā)包。

對(duì)此，頂規(guī)團(tuán)隊(duì)給出如下規(guī)劃。

(1)首先向新校區(qū)建設(shè)辦公室建議，將原本計(jì)劃在二期建設(shè)的校園IDC，提至一期建設(shè)，并采取合理手段爭(zhēng)取與其他一期項(xiàng)目同期建成投用，實(shí)現(xiàn)各單體建筑數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)，避免數(shù)據(jù)遷移可能帶來(lái)的數(shù)據(jù)損失風(fēng)險(xiǎn)和增加的技術(shù)及時(shí)間成本。

(2)對(duì)校區(qū)進(jìn)行分片管理，將整個(gè)校區(qū)以安全、消防、運(yùn)維結(jié)合的方式，分成6 個(gè)安防、消防、運(yùn)維管理分區(qū)(圖1)。 每個(gè)分區(qū)設(shè)置分控室，在校園運(yùn)行中心設(shè)置校園IOC，部署校園綜合管理平臺(tái)，根據(jù)規(guī)范設(shè)置持證上崗的消防管理人員，將原有的60 人一線(xiàn)管理團(tuán)隊(duì)，縮減到48 人，預(yù)計(jì)每年能夠節(jié)省運(yùn)維開(kāi)支100 余萬(wàn)元。 在各單體項(xiàng)目招標(biāo)過(guò)程中，根據(jù)頂規(guī)要求提出相關(guān)功能房間的建設(shè)需求，保證校園整體規(guī)劃理念和使用功能在具體建設(shè)過(guò)程中得到滿(mǎn)足。

圖1 智慧校園管理分區(qū)

(3)集合勘察設(shè)計(jì)單位和平臺(tái)服務(wù)商技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，估算每個(gè)單體樓的光纖出線(xiàn)量和每個(gè)片區(qū)的消防聯(lián)動(dòng)線(xiàn)出線(xiàn)量，按20%余量考慮管廊內(nèi)智能化管線(xiàn)占用情況。 經(jīng)過(guò)優(yōu)化路由設(shè)計(jì)，計(jì)劃通過(guò)兩條市政管廊，完成溝通全校信息網(wǎng)絡(luò)和安防網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。

(4)基于低碳校園理念的能耗管理需求，在各類(lèi)單體建筑設(shè)置建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)。 將建筑內(nèi)的水、電、氣等能源消耗進(jìn)行分類(lèi)、分級(jí)、分項(xiàng)計(jì)量以及分區(qū)分時(shí)計(jì)量。 同時(shí)在宿舍區(qū)域以及學(xué)術(shù)交流中心，設(shè)置智能電表、刷卡遠(yuǎn)傳水表以實(shí)現(xiàn)分戶(hù)計(jì)量。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入部署在校園物聯(lián)網(wǎng)管理管控中心的校園能源監(jiān)管系統(tǒng)管理，同時(shí)可在校園IOC、物聯(lián)網(wǎng)可視化管理管控中心以及各消防安防分控室進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和可視化管理。 解決了校園建筑能耗采集和展示問(wèn)題的同時(shí)為低碳校園管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 再結(jié)合地緣熱泵的節(jié)能效率，通過(guò)數(shù)字孿生和仿真技術(shù)模擬單純采用水冷機(jī)組制冷的能耗情況，以可視化平臺(tái)直觀展示技術(shù)應(yīng)用效果。

(5)在學(xué)部樓和教學(xué)樓各教學(xué)場(chǎng)所全部設(shè)置教學(xué)跟蹤攝像機(jī)，根據(jù)教室規(guī)模、學(xué)生人數(shù)，有選擇地設(shè)置教學(xué)一體機(jī)、投影幕及選擇擴(kuò)聲設(shè)備。 在智慧教學(xué)管理分區(qū)上，以校方實(shí)教處意見(jiàn)為指導(dǎo)，圍繞五大學(xué)部教學(xué)資源特點(diǎn)分別設(shè)置多媒體教學(xué)機(jī)房，將整個(gè)校園劃分為五個(gè)教學(xué)分區(qū)(圖2)。 并在位于校園核心區(qū)的第三教學(xué)分區(qū)設(shè)置智慧教學(xué)中心，保證校園整體教學(xué)資源及教室情況集中存儲(chǔ)、展示，同時(shí)各教學(xué)分區(qū)能夠快速反應(yīng)及時(shí)處理教學(xué)設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，保證線(xiàn)上線(xiàn)下的教學(xué)工作的順利開(kāi)展。

圖2 智慧校園教學(xué)分區(qū)

(6)在智慧圖書(shū)館規(guī)劃問(wèn)題上，最終決定采用立體書(shū)庫(kù)和智能書(shū)架相結(jié)合的方式，首先利用以RFID 技術(shù)為基礎(chǔ)的智能書(shū)架結(jié)合智能尋書(shū)導(dǎo)航一體機(jī)，滿(mǎn)足在校師生快速尋書(shū)、分類(lèi)尋書(shū)、預(yù)約借閱的需求；其次利用智能立體書(shū)庫(kù)自動(dòng)尋書(shū)、自動(dòng)搬運(yùn)、自動(dòng)歸檔的強(qiáng)大功能，大大減輕了圖書(shū)管理人員的工作負(fù)荷，節(jié)省了人力成本；結(jié)合館藏大量珍本書(shū)籍的情況，專(zhuān)門(mén)設(shè)置有滴水報(bào)警、入侵報(bào)警的恒溫恒濕的古籍館藏庫(kù)。 同時(shí)在借閱區(qū)域設(shè)置了圖書(shū)導(dǎo)引機(jī)器人、自動(dòng)還書(shū)機(jī)，在自習(xí)室設(shè)置了座位預(yù)約系統(tǒng)和可自動(dòng)控溫、自動(dòng)調(diào)光的獨(dú)立自習(xí)室，完成了業(yè)主對(duì)圖書(shū)館建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的需求。

(7)在智慧食堂建設(shè)方面，充分考慮到校區(qū)多個(gè)食堂的統(tǒng)一采購(gòu)、統(tǒng)一加工需求，設(shè)置中央廚房，完成農(nóng)產(chǎn)品的進(jìn)存銷(xiāo)管理，并在一次處理時(shí)將農(nóng)產(chǎn)品直接分割成便于加工的大小，分裝進(jìn)貼有RFID標(biāo)簽的儲(chǔ)藏袋放入冷庫(kù)暫存，形成全過(guò)程可追溯的食品安全管理流程。 并在售餐區(qū)域設(shè)置無(wú)感支付系統(tǒng)，將售餐支付時(shí)間降低至2 s 以?xún)?nèi)，做到無(wú)停留支付，降低售餐區(qū)域人員密度。

2.3 智慧校園全生命周期管理

在完成建設(shè)階段的規(guī)劃后，頂層設(shè)計(jì)工作并沒(méi)有就此結(jié)束。 團(tuán)隊(duì)在分析技術(shù)發(fā)展方向和校園面積較大、單體樓造型復(fù)雜等因素后，發(fā)現(xiàn)新生在沒(méi)有引導(dǎo)的情況下不容易找到教室，故在未來(lái)發(fā)展規(guī)劃部分，建議學(xué)校增設(shè)室內(nèi)藍(lán)牙定位，并與校園整體的導(dǎo)航相結(jié)合，服務(wù)于新生和新教職員工。 該系統(tǒng)在建設(shè)方面相對(duì)獨(dú)立于其他系統(tǒng)，也不需要額外增加布管布線(xiàn)，所以并不影響智慧校園建設(shè)的整體性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)該項(xiàng)目案例，可以看到頂層設(shè)計(jì)在智慧校園建設(shè)中起到的重要作用不僅體現(xiàn)在建設(shè)過(guò)程中，更是貫穿于項(xiàng)目建設(shè)全生命周期。 從行業(yè)發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，通過(guò)智慧建筑管理平臺(tái)采集到的項(xiàng)目建設(shè)信息和數(shù)據(jù)，不僅可作用于本項(xiàng)目的建設(shè)管理過(guò)程，還可以用于類(lèi)似項(xiàng)目的建設(shè)。

此外，基于城市中大量的智慧建筑能耗數(shù)據(jù)，通過(guò)智慧城市管理平臺(tái)，可綜合分析、動(dòng)態(tài)調(diào)整城市能源供應(yīng)，避免資源浪費(fèi)，為國(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供技術(shù)支撐。