頂層設計在智慧低碳校園建設中的應用

李勝杰， 鞠 凱， 劉志新

(1. 中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044；2. 唐山唐鋼建設發展有限公司，唐山 063016)

1 智慧建筑與頂層設計

隨著建筑智能化水平的提高，智能建筑這一概念在實踐中得到不斷發展。 時至今日，在數字孿生技術加持下，以建筑管理平臺為核心，圍繞智慧、低碳、場景化建設思維等先進理念而提出的智慧建筑概念應運而生。

智慧建筑頂層設計是基于場景需求，調研分析國家、地區政策，結合具體項目情況，通過需求分析、總體設計、架構設計以及實施路徑規劃，針對性提出智慧建筑的建設目標、建設原則，平臺建設要求、各基礎系統以及各種信息化應用系統建設內容，并結合技術選擇提出相應的管理原則，保證智慧建筑理念貫穿于設計、施工、運維的建筑全生命周期。

通過以下項目案例可以很好地看到頂層設計工作對智慧建筑和智慧園區建設帶來的實際效果。

2 頂層設計應用案例

某高校校園總占地面積約110 萬m2，規劃總建筑面積約105 萬m2。 包括學部樓、教學樓、圖書館、體育館、學生服務中心、校園數據中心、校醫院、行政綜合樓等12 類建筑。 區別于單體建筑或園區建設項目，校園建設項目在一般園區的辦公功能、生活服務功能基礎上更增加了教學、餐飲、住宿等需求。

建設方在項目建設之初就提出了“綠色生態、人本人文、兼容開放、智慧科技、持續生長”的規劃要求。 通過對規劃要求、校園服務功能的調研分析，項目頂規團隊形成了“以校園數字孿生管理平臺建設為核心，以IDC 和智慧燈桿、智慧管廊為依托，結合各單體建筑智能化系統規劃，構建泛在感知的智慧校園體系”這一總體建設目標，并為該校區設置了以學部樓、圖書館的智能化建設為打造校園亮點規劃思路。

2.1 介入前現狀

在頂層設計實施以前，該校區已建設學部樓兩棟和宿舍一棟，其他項目暫未啟動。

2.2 頂層設計在該項目中的作用

在團隊頂規調研工作中，通過對安保、信息化等部門的調研，主要了解到:(1)新校區作為開放式校園尚無分區管理規劃，只能根據老校區管理思路估算安保運維人員。 (2)在分期建設計劃里，校園IDC 是放在二期建設內容里，對于一期建好的樓宇，其運行數據暫時存儲在各自樓宇的數據機房，待IDC 建成后再進行遷移。 (3)由于沒有對校園內的管廊進行整體考慮，沒有提出由各單體建筑經校園管廊到校園IDC 的明確管線需求，導致管廊設計和綜合排布無法向下進行。 (4)已明確在校園能源站建設過程中采用地源熱泵技術，但是缺乏在運維過程中直觀統計、展示具體節能情況的技術應用。(5)校方準備將各個單體樓單獨發包。

對此，頂規團隊給出如下規劃。

(1)首先向新校區建設辦公室建議，將原本計劃在二期建設的校園IDC，提至一期建設，并采取合理手段爭取與其他一期項目同期建成投用，實現各單體建筑數據的集中存儲，避免數據遷移可能帶來的數據損失風險和增加的技術及時間成本。

(2)對校區進行分片管理，將整個校區以安全、消防、運維結合的方式，分成6 個安防、消防、運維管理分區(圖1)。 每個分區設置分控室，在校園運行中心設置校園IOC，部署校園綜合管理平臺，根據規范設置持證上崗的消防管理人員，將原有的60 人一線管理團隊，縮減到48 人，預計每年能夠節省運維開支100 余萬元。 在各單體項目招標過程中，根據頂規要求提出相關功能房間的建設需求，保證校園整體規劃理念和使用功能在具體建設過程中得到滿足。

圖1 智慧校園管理分區

(3)集合勘察設計單位和平臺服務商技術經驗，估算每個單體樓的光纖出線量和每個片區的消防聯動線出線量，按20%余量考慮管廊內智能化管線占用情況。 經過優化路由設計，計劃通過兩條市政管廊，完成溝通全校信息網絡和安防網絡的任務。

(4)基于低碳校園理念的能耗管理需求，在各類單體建筑設置建筑能效監管系統。 將建筑內的水、電、氣等能源消耗進行分類、分級、分項計量以及分區分時計量。 同時在宿舍區域以及學術交流中心，設置智能電表、刷卡遠傳水表以實現分戶計量。

系統數據統一接入部署在校園物聯網管理管控中心的校園能源監管系統管理，同時可在校園IOC、物聯網可視化管理管控中心以及各消防安防分控室進行數據查看和可視化管理。 解決了校園建筑能耗采集和展示問題的同時為低碳校園管理提供數據依據。 再結合地緣熱泵的節能效率，通過數字孿生和仿真技術模擬單純采用水冷機組制冷的能耗情況，以可視化平臺直觀展示技術應用效果。

(5)在學部樓和教學樓各教學場所全部設置教學跟蹤攝像機，根據教室規模、學生人數，有選擇地設置教學一體機、投影幕及選擇擴聲設備。 在智慧教學管理分區上，以校方實教處意見為指導，圍繞五大學部教學資源特點分別設置多媒體教學機房，將整個校園劃分為五個教學分區(圖2)。 并在位于校園核心區的第三教學分區設置智慧教學中心，保證校園整體教學資源及教室情況集中存儲、展示，同時各教學分區能夠快速反應及時處理教學設備和數據傳輸問題，保證線上線下的教學工作的順利開展。

圖2 智慧校園教學分區

(6)在智慧圖書館規劃問題上，最終決定采用立體書庫和智能書架相結合的方式，首先利用以RFID 技術為基礎的智能書架結合智能尋書導航一體機，滿足在校師生快速尋書、分類尋書、預約借閱的需求；其次利用智能立體書庫自動尋書、自動搬運、自動歸檔的強大功能，大大減輕了圖書管理人員的工作負荷，節省了人力成本；結合館藏大量珍本書籍的情況，專門設置有滴水報警、入侵報警的恒溫恒濕的古籍館藏庫。 同時在借閱區域設置了圖書導引機器人、自動還書機，在自習室設置了座位預約系統和可自動控溫、自動調光的獨立自習室，完成了業主對圖書館建設標準的需求。

(7)在智慧食堂建設方面，充分考慮到校區多個食堂的統一采購、統一加工需求，設置中央廚房，完成農產品的進存銷管理，并在一次處理時將農產品直接分割成便于加工的大小，分裝進貼有RFID標簽的儲藏袋放入冷庫暫存，形成全過程可追溯的食品安全管理流程。 并在售餐區域設置無感支付系統，將售餐支付時間降低至2 s 以內，做到無停留支付，降低售餐區域人員密度。

2.3 智慧校園全生命周期管理

在完成建設階段的規劃后，頂層設計工作并沒有就此結束。 團隊在分析技術發展方向和校園面積較大、單體樓造型復雜等因素后，發現新生在沒有引導的情況下不容易找到教室，故在未來發展規劃部分，建議學校增設室內藍牙定位，并與校園整體的導航相結合，服務于新生和新教職員工。 該系統在建設方面相對獨立于其他系統，也不需要額外增加布管布線，所以并不影響智慧校園建設的整體性。

3 結束語

通過該項目案例，可以看到頂層設計在智慧校園建設中起到的重要作用不僅體現在建設過程中，更是貫穿于項目建設全生命周期。 從行業發展長遠來看，通過智慧建筑管理平臺采集到的項目建設信息和數據，不僅可作用于本項目的建設管理過程，還可以用于類似項目的建設。

此外，基于城市中大量的智慧建筑能耗數據，通過智慧城市管理平臺，可綜合分析、動態調整城市能源供應，避免資源浪費，為國家實現“雙碳”目標提供技術支撐。