BIM技術和物聯網在綠色校園建設中的探索
——以高校校園供水管網為例

張 娜 劉淑萍

天津師范大學

1 概念理解

“綠色校園”理念于1998年被引入國內，它引領著校園生活環境和生活方式的改變，使校園環境更加舒適怡人，校園設施更加節能高效，校園生活更加低碳環保。從清華大學引入綠色校園建設開始，同濟大學、北京大學、天津大學相繼也展開了綠色校園的探索。它們結合學校自身的特點，依靠學校的科研實力，開展學科建設，通過校企聯合等方式，實現了綠色校園的建設，從而將國內綠色校園建設水平不斷提高，促使師生綠色理念、生態環保思想逐步深入人心。隨著時代的發展，科技的進步，綠色校園建設的科技含量必將逐漸增多。

目前，我國大力推廣BIM技術，2018年國家標準GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工應用標準》正式批準。BIM（建筑信息模型）簡單來說，就是一種建模技術，它是以建筑物的各項指標信息及數據為基礎，通過數字化信息模擬建筑的全壽命周期過程。它有助于設計人員、施工人員、技術人員在各階段做出正確決策，節約成本、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 技術與綠色校園理念相輔相成，所以基于BIM技術的綠色校園建設也是大勢所趨。

同樣，物聯網的興起，也給綠色校園建設插上了科技的翅膀。物聯網簡言之就是物物相連的網絡。它是信息化時代發展的產物，是互聯網技術的應用拓展，它通過互聯網實現了實物與實物之間的信息交換和通信，達到遠程管理控制，實現智能化管理。例如，它可以替代傳統的校園能源巡查方式，實現能源數據的自動收集和整理。

2 BIM技術和物聯網在綠色校園建設中的優勢

2.1 BIM技術在綠色校園建設中的優勢

2.1.1 模型立體直觀

BIM 技術將校園建筑建立成動態的三維立體模型，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（結構類型、建筑面積、建筑材料等）、施工信息（工序、進度、成本、質量等）、設備信息（設備型號、設備性能、能耗量等）、規劃信息（電力、給排水、通信等管線布置）、性能信息（耐久性、安全性等）以及其他關聯信息。對于設計者、建設者、管理者、維護者來說，立體直觀，一目了然。

2.1.2 信息協同共享

校園建設中，不僅僅是一個團隊或一個部門參與其中，需要各方面的協調配合。而BIM 技術就為各參與方建設了一個可視化的共享平臺，實現了各參與方信息的協同共享，他們不需要遠程傳輸超大文件、不需要考慮設備軟件的兼容性、更不需要調配時間溝通討論，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，節省了溝通、傳輸的時長，提高了工作效率，同時，也將失誤降到了最低。

2.1.3 環境模擬分析

綠色校園建設就是要通過可再生能源、可回收可利用資源的使用，實現低碳環保節能的生活模式。BIM 技術可以模擬真實環境，分析計算光照、溫度、濕度、風速，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境分析，得出能源使用率和損耗率，最終為制定合理的節能措施提供數據支撐。同時，在建筑使用的過程中，也可以對管道損壞、設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 方案隨時優化

任何項目從設計到施工，從施工到運行維護都不可能是一成不變的，它會受自身復雜程度、環境變化、政策變更等方面的影響，方案的優化勢在必行。然而，BIM技術可以根據環境模擬分析結果，或實際工程進度進行優化配置，并模擬出優化后的效果，通過效果分析制定符合自身需求的可行的優化方案。

2.1.5 圖紙自動生成

圖紙是工程重要的檔案信息，它方便設計者、建設者、使用者的后續使用。BIM 技術可以自動生成各專業電子建筑圖紙，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確性。

2.2 物聯網在綠色校園建設中的優勢

物聯網可以將校園內的建筑、設備、管網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網技術實時準確地傳遞出去，實現對物體的智能控制。例如，在教室內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，通過物聯網將這些信息上傳到統一的平臺上進行分析，根據光照時間、強度，以及教室人員使用情況，自動控制燈管的開關，已達到節能的效果。

3 BIM技術和物聯網在綠色校園建設中的應用——以校園供水管網為例

BIM 技術和物聯網可以應用在綠色校園建設中諸多方面，但從長遠來看，對創建綠色校園來說，節約水資源是重中之重。因此，本文僅以校園供水管網為例，分析BIM技術和物聯網如何應用在供水管網系統中，將供水管網系統從傳統的被動控制方式轉變成主動出擊方式，提前預警管道漏損，減少管網的跑冒，減少查找漏點時間，杜絕浪費，從而達到水資源的合理使用，以及校園建設的可持續發展。

首先，以BIM技術為切入點，利用BIM技術建立校園供水管網的三維立體信息模型，包括水泵房的位置、自來水井的位置、供水管網的走向，并植入泵房內水箱的材質、尺寸、閥門的型號等信息，水表井內閥門的型號、尺寸、控制管線等信息，供水管網的水管材質、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。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、不同壓力下各設備的狀態和指標，分析出正常情況下各設備的使用情況和磨損情況。

然后，根據供水管網的走向，泵房的分布，用水點位的情況、以及校園規劃布局分區，在泵站的出水口、管網的交叉處，人口密集處（宿舍、教學樓、食堂），結合實地情況，合理安裝壓力數據采集儀表和壓力計感應器，以及流量數據采集儀表和流量計感應器，形成供水系統的物聯網，同時，將感應器的安裝位置同步到BIM模型中。儀表與感應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。通過壓力計和流量計數據采集儀表，可以采集到校園內各個區域、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，設定為壓力和流量的標準值。當壓力或用水流量出現異常時，即可判定管網出現故障，應及時進行排查與修理。

圖1 供水管網系統

其次，利用物聯網將供水管網系統各區域的流量和壓力數據進行采集，并通過校園網、無線通信模塊進行連接，將運行數據實時上傳到供水管網數據庫，基本為每5min～10min 上傳一次，供水管網數據庫與BIM模型相連接，及時反映在BIM模型的各個點位上，實現了對供水管網運行狀態的可視化實時監測。當壓力或流量值超過或低于設定的標準值時，系統會發出警報，并自動定位到可能的點位上，及時控制閥門，采取減壓、調壓或停止供水，并通過內置的工作人員信息，以短信的方式通知相關人員及時到現場進行排查修復。管道破損或故障點等相關信息將被記錄在數據庫中。

最后，系統平臺會根據以往的故障信息進行匯總、統計、分析，并對高頻故障線路進行分級預警，管理者可以根據預警級別及時制定解決方案，防患于未然。同時，還可以模擬出設備設施的使用情況，為管理者更新設施設備提供數據支持。

4 小結

高校作為培養人才的搖籃，當之無愧應成為新科技、新技術的先行者和倡導者，因此，在建設綠色校園的大背景下，融合BIM 技術、物聯網、大數據、云計算來提高節能、節水、節材的綠色校園建設，將是高校發展的必由之路。BIM 技術與物聯網在高校供水管網中的應用，還只是與綠色校園建設相融合的一部分，綠色校園建設的道路還很長，需要不斷的探索和研究，不斷將虛擬技術與實體建筑相結合，全面提升綠色校園建筑的質量，使高校校園更加綠色生態、更加低碳環保、更加先進智能。