基于BIM和智慧校園的高校安全管理平臺研究

徐進，許濤，熊佳豪

(常州工程職業技術學院，江蘇常州 213164)

隨著高校招生規模擴大，高校在校生人數不斷增加，根據教育部《2018年全國教育事業統計公報》，我國高校在校生人數如圖1所示。隨之而來，高校的安全問題日益突出。2018年10月27 日，北京交通大學實驗室發生爆炸事故，造成3 位同學死亡；2021年9月，對外經貿大學校園內因快遞車引發交通事故，造成1學生受傷，可見校園內的安全隱患對師生生活學習存在不小影響。與此同時，2020年新冠肺炎全球蔓延，公共衛生也成為了各高校的棘手問題。因此對高效安全展開危險識別，并針對相關問題采取必要、經濟的有效防控措施，成為目前的研究熱點。而根據教育部《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》關于“加強高校數字校園建設與應用。利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施”的要求，智慧校園成為提升高校管理和服務能力的重要手段，智慧校園構架如圖2所示。智慧校園為高校的安全管理提供了新思路，從新的視角去更清晰地推動高校安全管理理念和方式創新，以物聯網技術為基礎，以信息技術、智能技術為依托，實現高校安全管理的數字化、網格化和智能化管理[1-3]。

圖1 高校在校生人數發展趨勢

基于智慧校園的高校安全管理研究，作為當前中國高校一個熱點、難點研究方向，既是一個實踐性很強的問題，也是一個理論問題。智慧校園的理念，為應對校園中的各種突出矛盾和問題起到有效的幫助。基于智慧校園的高校安全管理研究，可以為高校安全應急管理提供新的研究視角、研究思路和研究方法。通過對智慧校園的高校安全管理研究，在智慧校園的理論建構、高校安全應急管理體制創新、高校安全智慧模式的運作等方面都具有重要的意義。

1 高校校園安全管理

高校的校園安全主要涵蓋師生的人身安全和校園環境設備安全兩個方面，在現階段安全管理工作具體展開可分成五個部分。包括：

(1)治安安全。一般由學校保衛處牽頭負責，后勤單位參與，包括校園道路交通，主要建筑如圖書館、教學樓、宿舍樓，建筑內水電氣，校園地下管網，進出校園的人員管控，校內秩序以及學生人身安全相關的工作等。本部分工作比較繁雜，但是往往有較為成熟的管理方法，具有通用性。

(2)教研安全。保障教學科研活動的安全，特別是學生在實驗實訓等教學活動中涉及的安全，一般由學校實驗室安全管理處負責，各教學單位參與。部分學校由國資處負責，也有由保衛處直接負責。教學安全具有專業性特點，不同專業的實驗場所教學安全情況不同，安全管理最為復雜，且具有高校的專業特殊性。

(3)安全教育。學生入校前、在校中，離校參加實習后，對學生進行必要的安全教育，包括安全意識，消防知識，心理輔導、網絡安全、防詐騙等。另外，對于進入學校包括教師在內的其他人員，也需要進行安全教育和告知。這些通常由保衛處負責牽頭，學工處參與組織。對高職院校來說，學生涉及半年到一年全脫產頂崗實習活動，安全生產風險較大，安全教育工作顯得尤為重要。

(4)安全管理制度。隨著學校的不斷發展，學校相關職能部門制定并發布安全相關制度和文件，如科技處發布《科研用化學藥品管理辦法》，保衛處發布《校園訪客規定》等。這類文件和國家行業發布的上位文件與法規一起，是校園安全運行的指導。

(5)疫情防控。在現階段新冠肺炎疫情階段，高校安全管理增加了一項重要的工作就是疫情防控，一般由學校疫情防控領導小組負責，各單位配合。包括進入校園人員的往返行程記錄，核酸采樣，以及特殊期間校門管控，人員密集度，防疫物資調配等。

可見，高校校園的安全管理內容繁雜，牽涉大量的人、物、環境、資金，在管理上不僅僅有通用性，且具有專業性，同時隨著學校發展，管理要求和手段也在不斷改進。另一方面，高校校園安全涉及多個部門，不同部門需要協調也是問題之一。因此，需要建立有效的信息化平臺，使得管理標準化、流程化、全面化，簡化流程，消除信息孤島，提升管理質量。

2 以BIM 模型為基礎的智慧校園

智慧校園是將云計算、物聯網、大數據、人工智能、移動物聯等技術運用到學校校園，建立統一的信息化平臺。平臺融合數據、人、設備、環境等為一體，改變了傳統的高校校園管理模式[4]。而BIM 是建筑信息模型(Building Information Modeling)，側重于建筑和場景三維可視化表達及管理，BIM 技術正在逐步在各行業中推廣。基于BIM 校園空間與時間信息融合，構建數字化校園信息庫，利用網絡技術，對校園內的感知設備進行感知，信息處理，打通數據連接，可以幫助學校安全管理人員全面感知校園的安全問題，快速了解校園安全隱患的位置，并及時處置，從而極大提升智慧校園的安全管理水平。涵蓋BIM校園數據底座模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和應用模塊[5]。

(1)BIM的校園數據底座模塊

使用BIM 軟件，如Revit、Rhino 等繪制校園信息模型，如圖2所示。通過實例屬性，為模型各個元素建立詳細信息庫，不同平臺匯總來的數據采用dynamo 將數據寫入模型，同時導出JSON后傳入數據庫。信息庫的詳細程度決定了安全管理效果的成敗，因此在建模時應有所側重，一方面避免因為模型過重，在加載時造成系統負擔過大，另一方面也不能過于省略，造成模型信息缺失。

圖2 某高校宿舍樓BIM模型

(2)數據支撐模塊

包括門禁系統、高清攝像頭、各類IoT傳感器等采集校園實時安全信息的數據采集、運維數據信息、數據的處理和分析等。即采集校園運行的實時數據，并利用各種算法和深度學習技術建立綜合模型，對數據進行挖掘分析，得到數據相關性、重要度以及事故發生概率等，構建數據分析推理的支撐引擎。

(3)安全管理功能應用模塊

針對高校校園運行過程中安全管理相關業務，開發安全管理功能應用模塊，該模塊為整個平臺的核心，除了對校園安全相關的日常活動進行有效運維，更可以對校園安全事故發起預測，同時輔助學校安全管理人員快速決策。如圖3 所示，為基于BIM模型的宿舍區多因素風險評估，根據色塊判讀同一樓層不同宿舍的風險等級，以便在事故發生前對風險較高的宿舍進行干預，從而避免事故的發生。

圖3 基于BIM模型的宿舍風險評估

3 基于BIM和智慧校園的安全管理功能應用

3.1 校園安全管理功能應用模塊的建設頂層設計

校園安全管理功能應用是整個平臺的建設核心。通常的智慧校園設計子節點為具體業務對象，而安全需求只是每個業務對象中的一個部分，數據發散，相互利用程度低。而基于BIM 數據底座的智慧校園頂層設計是將安全管理體系從每個節點中獨立出來，結合校園安全管理規章制度，形成SOP(標準操作程序Standard Operating Procedure)，并使之流程化。在此基礎上，通過BIM 模型的空間情況，合理安排數據采集工作。這樣采集的數據更有針對性和整體性，從而實現高校安全的規范化管理。

圖4 平臺功能應用建設的頂層設計

3.2 校園安全管理功能模塊的建設方法

根據學校安全的相關規定和頂層設計原則，針對校園安全管理運維中責任不清問題，繪制校園安全管理全系統泳道圖，將SOP具體化、節點化，并落實到ERP軟件中。同時，通過BIM建設使校園的基礎數據數字化、系統化，建立有效托舉的數字底座，將各類信息系統實時聯動。在制定校園安全風險評價的指標模型，對風險進行量化，整合BIM 數字底座和校園風險指標模型，讓學校安全管理人員能夠直觀、清楚地看到所關注的安全數據。最后，通過軟件的流程控制與實施，打通安全管理節點的信息，并匯總各節點的信息進大數據池，從而規范校園安全相關部門的責任。具體建設方法如圖5所示。

圖5 校園安全管理功能建設的方法

3.3 校園安全管理功能模塊

(1)智慧人員管理。通過一卡通信息、門禁系統、高清攝像頭的人臉識別系統等，對校園內師生和其他人員進行信息收集。基于數據和算法，了解學生基本軌跡、親密度、校內支出、不在校預警、安全培訓狀況、心理狀況、網絡輿情等，從而減低因為人的不健康心理或不安全行為造成的校園事故。

(2)智慧資產管理。包括地上建筑、地下管網和校園其他固定設備管理。基于BIM模型，實現固定設備的空間位置、移動設備的實時定位有效掌控。通過統一的字典編碼，實現平臺對設備安全狀態的監控，如維修周期自動提醒，非正常運行報警等。

(3)智慧交通管理。通過車牌識別技術，對進入校園內車輛統一管理，分析車輛出入時間、數量、速度，對超速車輛進行提醒。同時，根據不同時間段校園內人流量對入校汽車數量和車速進行管控，并針對校內空閑車位狀況，有效引導車輛前往。另一方面，對校園內其他不安全交通行為，如電動車帶人、非機動車輛騎行速度過快進行監控登記，必要時向院系推送信息通報。

(4)智慧能耗管理。實時監測校園的能源，包括水電氣在內消耗狀況。通過BIM 模型的實例屬性，將數據傳入匯總，通過數據分析了解能耗問題所在，并對系統運行頻率進行實時調整，達到低碳校園目標。

(5)安全教育管理。對人員進行線上安全培訓，保證人員進校園，師生進實驗室，學生進企業前都完成必要的安全教育，個人安全教育信息作為校園準入條件，與對應的門禁系統實施聯動。同時以BIM模型為標底，建立虛擬校園，對火災、地震等重大自然災害和事故進行模擬仿真，讓學生學習實際逃生和疏散的技能。

(6)疫情防控管理。協助學校加強疫情防控管控，如利用AI 算法校園監控畫面中不戴口罩師生進行抽查和識別，并在BIM系統上進行疊加，形成通報督促各院系做好校園層面防護工作等。

(7)風險預警管理。針對校園內的“人機物法環”進行五位一體風險評價研究，基于BIM 的空間信息，實時量化評價校園內風險點，并將風險指數傳回BIM 模型。在大數據基礎上，對偏離正常數據區間的風險值進行報警，在BIM 模型顯示，并及時反饋給校園安全相關職能部門，以幫助校園管理人員快速應對。

(8)應急救援管理。事故發生時，基于BIM 模型制定合理的安全疏散路徑，自動調配救援人員、應急設備和物資，組織師生疏散，提高救援響應速度。針對不同緊急情況，根據相關職能部門的應急方案進行匹配，并自動評估，確保事故在影響最小的前提下解決。

4 結論

目前，對于智慧校園的研究大多停留在概念的界定、體系的構建上，對于通過智慧校園管理高校新理念解決高校的實際問題的研究較少。而本文是將BIM與智慧校園與高校安全管理這兩個概念理論相結合，用BIM+智慧校園的理念解決高校安全管理具體問題，實現了高校校園的本質安全性。如圖6所示。

圖6 BIM和智慧校園與高校安全融合點

本文以BIM 模型為基礎，結合智慧校園建設，對校園安全管理平臺建設進行了深入研究，通過BIM和新興信息技術相融合，探討了平臺安全管理功能應用各模塊，通過各模塊節點的建設，保障高校校園的安全性。