探討國際中學(xué)的智慧校園設(shè)計

戴濤

（南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 常規(guī)校園智能化設(shè)計步驟

以往在做新校園智能化設(shè)計時，設(shè)計人員都是直接切入正題，先與校方溝通需設(shè)計哪些智能子系統(tǒng)，確認(rèn)智能化系統(tǒng)的范圍后，再針對各系統(tǒng)，討論其機(jī)房所在位置、系統(tǒng)架構(gòu)、布點原則等需求，等具體需求溝通明確后，即開展圖紙設(shè)計。

2 智慧校園規(guī)劃設(shè)計思路

2.1 優(yōu)先頂層規(guī)劃

筆者有幸作為智能化設(shè)計負(fù)責(zé)人，全程參與了南京外國語學(xué)校（以下簡稱“南外”）南部新城新校區(qū)的智慧校園設(shè)計。南外作為老牌頂尖的國際化中學(xué)，新校區(qū)建設(shè)貫徹“世界眼光、國際標(biāo)準(zhǔn)、中國特色”高定位原則。目標(biāo)打造有中國特色的國際級智慧校園。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，此次南部新城校區(qū)的建設(shè)目標(biāo)是建立一個以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，融合大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等最先進(jìn)技術(shù)的真正的“智慧校園”。筆者和設(shè)計團(tuán)隊未急于開展具體設(shè)計工作，先進(jìn)行頂層規(guī)劃。

2.1.1 規(guī)劃第1 步：對標(biāo)

結(jié)合校方的設(shè)計目標(biāo)，并參考了《教育部中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范（試行）》、GBT 36342—2018《智慧校園總體框架》、《中國未來學(xué)校2.0 概念框架》、《江蘇省中小學(xué)智慧校園建設(shè)指導(dǎo)意見》、《南京市中小學(xué)智慧校園建設(shè)指導(dǎo)意見》及市教育局和市公安發(fā)布的多篇智慧校園/平安校園通知。然后用思維導(dǎo)圖工具結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和通知，對智慧校園設(shè)計進(jìn)行整體梳理和分析。智慧校園對標(biāo)分析思維導(dǎo)圖如圖1 所示。

圖1 智慧校園對標(biāo)分析思維導(dǎo)圖

2.1.2 規(guī)劃第2 步：確定設(shè)計理論

確定的設(shè)計理論具體如下：①1 個目標(biāo)。未來學(xué)校是科技賦能教育，實現(xiàn)精準(zhǔn)供給。②2 個創(chuàng)新應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)+人工智能=AIoT。③3 個中心。本次規(guī)劃針對校方不同運營使用部門，規(guī)劃了安防中心、智慧校園管理中心、數(shù)據(jù)中心這3 大中心。安防中心管理安防、樓控等系統(tǒng)；智慧管理中心管理智慧教學(xué)、一卡通/一臉通、廣播、標(biāo)準(zhǔn)化考場、統(tǒng)一時鐘、信息發(fā)布等教學(xué)教務(wù)相關(guān)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)中心存放核心交換機(jī)、私有云服務(wù)器、智能化服務(wù)器和存儲設(shè)備，兼做綜合布線主機(jī)房。④4 類環(huán)境。即校園教學(xué)環(huán)境、安全環(huán)境、管理環(huán)境、生活環(huán)境。⑤5 個關(guān)注。關(guān)注整個校園內(nèi)的人、空間、設(shè)施設(shè)備、數(shù)據(jù)、應(yīng)用。基于圍繞人、空間、設(shè)施設(shè)備的各類大數(shù)據(jù)，更好服務(wù)于教學(xué)教務(wù)及日常管理需求。⑥6 類服務(wù)對象。校園智慧系統(tǒng)服務(wù)對象包括學(xué)生、教師、管理者、教育部門、家長、公眾。

2.1.3 規(guī)劃第3 步：進(jìn)行頂層架構(gòu)設(shè)計

分別從2 個維度進(jìn)行了頂層架構(gòu)規(guī)劃。從側(cè)重信息應(yīng)用角度，參考《中小學(xué)數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范》，數(shù)字校園建設(shè)采用“云-網(wǎng)-端”架構(gòu)模式；從校方運營管理角度規(guī)劃架構(gòu)，采用了主流的“云-邊-端”架構(gòu)，這2 種架構(gòu)相差不大。“云”可以是教育部門或南外集團(tuán)的云端大腦，為公有云或私有云；“邊”即為南外的邊緣側(cè)小腦；“端”即為各類智能化系統(tǒng)終端設(shè)備。南外智慧校園總體規(guī)劃圖如圖2 所示。

圖2 南外智慧校園總體規(guī)劃圖

2.2 以場景設(shè)計指導(dǎo)底層設(shè)計

筆者未按傳統(tǒng)5A 建筑進(jìn)行基礎(chǔ)智能化設(shè)計，而是從8 大維度進(jìn)行智慧場景規(guī)劃，設(shè)計50 個以上智慧場景，供校方選擇。傳統(tǒng)設(shè)計方法是單刀直入介紹智能化系統(tǒng)技術(shù)層面，專業(yè)性強(qiáng)且難理解；而場景化設(shè)計最大優(yōu)點是更具象化，容易被決策層理解。智慧場景8大維度如圖3 所示。

圖3 智慧場景8 大維度

校方倍加關(guān)注選擇某智慧功能后，體驗是否有提升？能幫助使用方解決哪些痛點？歸根到底，設(shè)置智能化系統(tǒng)目標(biāo)是為了更好地服務(wù)于校園內(nèi)外的各類對象，不是為了設(shè)置而設(shè)計。校方需確定場景和功能后，再開展智能化系統(tǒng)的具體需求討論。

2.3 智慧校園離不開軟硬件一體化設(shè)計

如脫離軟件單純談硬件，仍屬于傳統(tǒng)智能化基礎(chǔ)設(shè)計。本次規(guī)劃智慧校園時，同步設(shè)計“智慧南外融合平臺”，并要求校園移交時，軟件平臺和智能化硬件同步部署調(diào)試、同步竣工交付，確保軟硬件一體化的可實施性。

南外作為一個擁有50 多年辦學(xué)歷史的優(yōu)秀外國語學(xué)校，其學(xué)科設(shè)置、教學(xué)管理與傳統(tǒng)中學(xué)有頗多不同，無法直接使用市面上常見的智慧信息化平臺，需進(jìn)行大量針對性的開發(fā)。

智慧南外融合平臺主要規(guī)劃包含智慧南外集成平臺、軟件系統(tǒng)集成、物聯(lián)網(wǎng)集成、校園應(yīng)用系統(tǒng)幾大模塊。

2.4 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計

為加強(qiáng)對教育教學(xué)相關(guān)電教設(shè)備的管理，規(guī)劃時在各類教室搭建一套全校性的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)學(xué)校主要區(qū)域的設(shè)備物聯(lián)和智能化聯(lián)動。系統(tǒng)能實現(xiàn)跨應(yīng)用、跨平臺融合，精準(zhǔn)對接響應(yīng)學(xué)校不同管理部門的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求[1]。

中學(xué)不同于高校，其日常維護(hù)管理人員遠(yuǎn)少于高校，需配置簡單實用的管理系統(tǒng)來提升效率。依托物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，可對校園教室內(nèi)特定場景和設(shè)備建立一鍵式管理，如能對室內(nèi)所有多媒體設(shè)備進(jìn)行一鍵全關(guān)，確保所有設(shè)備安全規(guī)范關(guān)機(jī)，無需人員在場維護(hù)。

教室物聯(lián)網(wǎng)場景設(shè)計具體如下：物聯(lián)網(wǎng)管理包括多媒體互動黑板、燈具、空調(diào)、吊扇、多媒體講桌內(nèi)用電設(shè)備（電腦、功放、實物展臺等）等電源管理；對教室環(huán)境實施數(shù)據(jù)監(jiān)測上傳；可將空間內(nèi)設(shè)備統(tǒng)一管理，根據(jù)空間使用場景不同，靈活設(shè)定場景模式；能接入實驗室內(nèi)現(xiàn)有攝像頭畫面，讓管理人員可通過手機(jī)等移動端，實現(xiàn)對目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域的實時查看，及時查看和確認(rèn)異常情況。

本校園還設(shè)計了建筑安全態(tài)勢感知系統(tǒng)（基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)），通過在中心廣場的拱接柱體和拱結(jié)構(gòu)設(shè)置傾角、光纖應(yīng)變、視覺位移傳感器，所有感知數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)實時匯聚、動態(tài)監(jiān)測，可以對建筑安全風(fēng)險實時預(yù)警，通過長期在線監(jiān)測積累數(shù)據(jù)并通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以預(yù)測建筑的整體安全態(tài)勢，對后期建筑維護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義[2]。

2.5 結(jié)合綠色健康建筑設(shè)計

智慧校園規(guī)劃時，應(yīng)密切結(jié)合綠建要求設(shè)計，并可融合吸收WELL 認(rèn)證和健康校園的設(shè)計思路。關(guān)注整個校園健康環(huán)境，分別從空氣品質(zhì)、光環(huán)境、水質(zhì)、飲食安全等多維度進(jìn)行設(shè)計，具體如下。

室外空氣品質(zhì)：在校園設(shè)計一套小型氣象站，對風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、溫度、濕度、大氣壓和照度等多種氣象要素進(jìn)行全天候測量，數(shù)據(jù)可用于信息發(fā)布和指導(dǎo)機(jī)電設(shè)備優(yōu)化運行策略。

室內(nèi)空氣品質(zhì)：在所有教室、會議室、建筑內(nèi)公共區(qū)域里設(shè)置多合一空氣質(zhì)量傳感器，對CO2、PM2.5、溫度、濕度等多項空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；在地下室車庫區(qū)域設(shè)置CO 傳感器，可與排風(fēng)機(jī)聯(lián)動。

光環(huán)境：設(shè)置護(hù)眼型燈具，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備，實時監(jiān)管教室光照度和空間光環(huán)境。

水質(zhì)：設(shè)置水質(zhì)在線檢測系統(tǒng)，檢測生活飲用水、管道直飲水的水質(zhì)指標(biāo)。在直飲水機(jī)房設(shè)置邊緣側(cè)網(wǎng)關(guān)，把直飲水系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)接入整個校園智慧平臺；同時為避免管道二次污染影響水質(zhì)，選擇在飲水管道最遠(yuǎn)末端管路（最不利末端）做水質(zhì)檢測。

飲食安全：設(shè)置明廚亮灶系統(tǒng)，系統(tǒng)用于食品安全及追溯，對校園食材處理/生產(chǎn)/制作的全過程進(jìn)行視頻記錄和標(biāo)識，數(shù)據(jù)和信息保留不小于3 個月；在包括卸貨區(qū)、加工場地、后廚、操作間、留樣間、配餐間等區(qū)域均設(shè)置監(jiān)控，達(dá)到無盲區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；餐廳內(nèi)外合適位置設(shè)置單獨顯示屏用于后廚畫面顯示，便于師生監(jiān)督；打造陽光廚房，為學(xué)生的餐飲提供更全面的保障，讓學(xué)校和家長更放心。

另外，可通過信息發(fā)布系統(tǒng)定期發(fā)布空氣質(zhì)量、水質(zhì)和噪聲等數(shù)據(jù)，亦可通過APP 和校方微信公眾號查詢校園空氣質(zhì)量和水質(zhì)等實時信息；設(shè)置樓宇自控系統(tǒng)，設(shè)置DDC（Direct Didital Control）控制器對水電暖機(jī)電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，實現(xiàn)降本增效；同時結(jié)合新冠疫情，BA（樓宇自動化系統(tǒng)）設(shè)計配合暖通，從管控邏輯策略上，加強(qiáng)對校園各房間尤其是教室進(jìn)行日常強(qiáng)制通風(fēng)和換氣；設(shè)置宿舍控水系統(tǒng)，用于宿舍房間內(nèi)洗澡刷卡控水和飲水刷卡控水，目的是避免用水浪費，督促學(xué)生養(yǎng)成良好的用水習(xí)慣；在校園公區(qū)設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，對公區(qū)燈光實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程、時間表多種管控，可實現(xiàn)一鍵場景化管理，降低能耗提高燈具壽命。

3 結(jié)束語

隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，以往人們重建設(shè)輕使用、重硬件輕軟件的觀念已慢慢扭轉(zhuǎn)，越發(fā)關(guān)注建筑的全生命周期使用。從建筑營造期的設(shè)計階段，就開始進(jìn)行整體智慧建筑的頂層規(guī)劃，自上而下先進(jìn)行功能和場景設(shè)計，再逐一對具體智能化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。除關(guān)注傳統(tǒng)智能化子系統(tǒng)的硬件、點位、架構(gòu)設(shè)計外，同時進(jìn)行軟硬件一體化設(shè)計，對應(yīng)用層面的設(shè)計和部署實施也同步開展，這樣才能推進(jìn)傳統(tǒng)智能化建筑向智慧建筑改變。