發布時間：2019-10-24所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：我國的高校信息化建設雖然已經走過了近30年，但是其中仍然存在著許多問題，比如數據信息丟失、管理二維化、靜態化等。而由建筑信息模型化(BIM)技術和地理信息系統(GIS)的深度 結合形成的智慧校園管理平臺，將能在智慧校園的全壽命周期內，起到信息共
摘 要：我國的高校信息化建設雖然已經走過了近30年，但是其中仍然存在著許多問題，比如數據信息丟失、管理二維化、靜態化等。而由建筑信息模型化(BIM)技術和地理信息系統(GIS)的深度 結合形成的智慧校園管理平臺，將能在智慧校園的全壽命周期內，起到信息共享、三維動態管理的作用，極大的提高了智慧校園在規劃、建造、管理、災害預警、人流疏散、基礎設施重建等問題上的智能程度�；诖耍晕髂鲜痛髮W(成都校區)為例，用文獻分析法、問卷調查法等方法，重點分析了基于BIM+GIS技術的管理平臺在校園智慧管理中的作用。
關鍵詞：BIM GIS 智慧校園 管理平臺
一、引 言
我國高校信息化經過了近30年的發展，校園的信息化建設經歷了以單機信息系統為特征的單一數據庫階段、以網絡建設為重點的校園局域網絡建設階段、以電子校務系統建設與集成為中心的數字化校園建設階段。今年來，隨著信息化建設的逐漸推進，智慧校園的發展也受到了各個學校的重視。
2012年，黃榮懷等[1] 提出了智慧校園的基本定義，智慧校園(Smart Campus)是指，以大數據、云計算、物聯網等先進的信息技術為基礎，以各種應用服務系統為載體，聯合先進的教育理念，構建出集教學、科研、管理和生活為一體的智能化和智慧化校園環境。
2014年，王燕[2] 指出，智慧校園建設和發展中的瓶頸主要是學校原有的構架，而建立統一管理平臺可以解決這一問題。也就是說，結合元計算和物聯網的平臺，最主要的優勢在于可以實現比數字化校園更高程度的智能化，打破原有學校管理構架的瓶頸，滿足學校教職工師生對管理、教學等多方面的需求。她同時指出智慧校園的關鍵技術是：云計算、物聯網、大數據、移動互聯網、社交網絡服務。
2015年，吳旻瑜、劉歡、任友群[3] 指出，現階段應該以數據技術為核心，形成智慧校園建設的新階段。其主要目 的 是 實 現 從 IT(Information Technology) 到 DT(Data Technology)的快速跨越，這不僅是技術層面的跨越更是思想層面的跨越，最終形成以云網端為核心的智慧校園技術新形態。
2016 年，蔣東興[4] 認為，建設智慧校園是一個長期的、不斷演進的過程，需要建立智慧校園成熟度模型，以便于觀測智慧校園的建設過程，并評價其發展水平。
同年，立陶宛的 Cepurnaite, Jovita[5] 在研究中指出，建筑掃描技術和建筑信息模型化(BIM)技術的結合，是三維可視化技術和建筑工業化、流程化的結合，并經過實踐證明了該舉措可以在建筑物施工和翻新的過程中，更大程度的節約工期、提高施工效率、減少能源的損耗。
2017年，徐衛星、周悅[6] 指出，BIM技術從工程項目初步設計到施工圖設計、施工建造，以及運營維護整個全壽命周期中，都能實現模型信息的不斷完善并無損傳遞，故而BIM和地理信息系統(GIS)的深度結合，可以使 BIM 模型中的信息數據在全壽命周期中實現微觀和宏觀上的全面整合共享，大大提高了基于GIS技術的城市管網的規劃管理、檢測與評價、災害預警和損失評估等方面的智慧化程度。熊桂開、朱麗麗、薛梅[7] ，在重慶市港城工業園區城市路網優化設計中，通過多源數據獲取集成，運用GIS+BIM技術的深度結合模型，提高了山地城市路網設計的科學性和合理性，構建了以道路等構筑物的三維信息模型，實現了優化后的路網與周邊的地形地貌、城市發展的完美融合，節省工程投資3.46億元。
同年，姜曉梅[8] 也在論文中指出，現有的智慧校園信息系統存在著信息過載的缺陷，并且缺失了針對每個師生個體情況的針對性，所以應該針對每個師生的情況，通過大數據分析后，制定智慧校園個性化推送系統。
2018年，劉邦奇[9] 指出，智慧校園的核心技術策略應從網絡融合、數據融合、平臺融合、業務融合、服務融合等 5 個方面進行深度融合，實現智慧校園的創新發展。李有增[10] 提出了要打造“6A6C”智慧校園的概念，“6A” 指的是任何人可以在任何時間、任何地點通過任何通訊設備均能享受到學校的課程和服務;而“6C”則是指從學習、管理、創新、服務、安全、后勤等6個方面提出的6個目標。并且得出了智慧校園的建設，不僅僅是校園信息化建設的一個進階，更應該是在全國高校“雙一流”建設浪潮的大背景下的，涉及高校教學、管理、服務模式大變革的這一結論。
基于以上背景，可以看出現行的智慧校園以大數據、云計算為核心，基于物聯網、BIM等技術，主要面向全體師生互動，其內容涉及教育、管理、后勤、安全、創新等多方面內容。數字校園是智慧校園發展的基礎，通過對校園各類信息的數字化，形成虛擬校園信息系統，將信息導入到智慧管理平臺后，結合智能感應器，數字校園和智慧應用相互影響，最終形成整個智慧校園系統。
但現行的智慧校園技術，對校園的空間形態和使用情況只是粗略的進行了數字化，只在"大體上"了解校園信息，拘于二維和靜態的層面;而忽視了校園本身是一個不斷發展變化的有機整體，其本身就具有動態的三維屬性。
BIM、GIS技術的出現，為校園智慧化提供了一個更優的解決方案。將BIM+GIS模型相結合，輸入不同的信息數據后，形成智慧校園管理平臺，結合物聯網、大數據、虛擬現實等技術，將能實現校園管理從靜態到動態、從二維平面到三維空間、從粗略把控到精細化掌握的飛躍改變，這是一種全新的設計思路和超前的管理目光在校園管理中的運用。本文將以西南石油大學為例，驗證這一平臺使用的具體效果情況。
相關期刊推薦：《科技促進發展》(月刊)創刊于2004年，是經國家新聞出版總署批準，科技部主管，由中國高技術產業發展促進會、中科院科技政策與管理科學研究所共同主辦的部級科技類學術期刊。主要刊登質量管理、現場管理、人力資源管理、績效評價、行政管理、公共管理、項目管理、交通規劃、公共秩序、市場營銷、品牌建設、競爭情報等方面的研究理論和調查報告等方面的文獻。有投稿需求，可以與在線編輯聯系。
二、BIM+GIS智慧校園管理平臺建立
為了構建BIM+GIS平臺，首先要做的就是分別建立 BIM和GIS模型，這兩者所需要的軟件并不相同，可以先在不同的軟件中建立模型，再通過第三方軟件將模型提取其兩者的優勢之處，BIM模型的微觀精細信息技術和 GIS模型的宏觀領域的信息技術，將兩者結合起來，可以有效的進行地上到地下，宏觀到微觀的信息共享，進行綜合化管理。BIM+GIS的模型建立流程，如圖1所示。
圖1中其他信息指的是，智慧校園的管理平臺涉及多個領域、多個服務對象，是一個多維度、動態的信息綜合管理系統，需要將多方面的信息輸入到模型中，以形成智慧校園管理平臺，為平臺發展和管理提供有效的信息數據，最終形成的BIM+GIS智慧校園管理平臺包含的內容是多方面的，主要包括：學校的自然環境信息、地上建筑物信息、地下建筑物信息、地下管網信息、人流量信息、車流量信息等。
1. 工程概況
西南石油大學(成都校區)，位于成都市新都區新都大道8號，總面積2000余畝，一期工程(總面積850畝)，主要建筑物有：圖書館(總建筑面積29410m2 )、思學樓、博學樓、國家重點實驗室、食堂、體育場、學生宿舍及教職工宿舍;二期工程(1200 畝)，主要建筑物有：藝術大樓、明志樓(總建筑面積30800m2 )，明理樓、明辨樓、明德樓、本科實驗樓、二期食堂、網羽中心、二期圖書館、體育場、學生宿舍及教工宿舍等。
2. GIS模型建立
GIS 模型的建立流程如圖 2 所示。首先，利用大疆無人機(Phantom 4 Pro)和手持式掃描儀等儀器，結合地面站，通過無人機航拍影像(正射影像)、傾斜攝影等方式進行近地面遙感數據采集。
因西南石油大學(成都校區)面積過大，建筑物之間高低差過大，在120米航高對整個校區進行較大范圍數據采集后，針對重點、難點區域降低航高、分區域飛行的方式進行了更高精度、更高分辨率的二次數據采集。數據采集完成后，利用地面站軟件為任務中的每張照片匹配相應的坐標，將航拍任務中采集到的所有照片直接導出，使用自動化三維實景建模軟件 ContextCapture(原 Smart3D)進行照片的正射處理、三維模型的自動重建，再利用第三方軟件(Geomagic Studio)進行模型的修飾。最后將所得的所有三維模型成果瓦片導入ArcGIS 進 行 拼 接 ，最 終 得 到 所 需 DOM(Digital Orthophoto Map)、DSM(Digital Surface Model)等成果產品。
3. BIM模型建立
根據學校中建筑物的傳統建筑圖紙，利用revit2017 軟件，構建建筑物的整體BIM模型。繪制過程中，將建筑物的詳細信息導入到建筑物中，如構建所用的具體材料，具體的施工單位等具體的信息數據。其中，BIM模型的建立的流程圖，如圖3所示。[11]
通過第三方軟件3D MAX，將每一棟建筑物的精細化模型加載到GIS模型中去，一對一無縫替換GIS模型中的建筑物掃描模型，這樣最終形成的模型中，就不僅有非常全面廣闊的GIS地理信息系統，還具有詳細可靠的BIM建筑物信息。例如，將相關設備、設施的名稱、制造商、廠商電話、安裝時間、成本、設備負責人及聯系方式、房間信息與模型進行關聯。在建筑項目運營過程中可隨時進行查詢，待其發生故障或損壞時能夠快速獲取相關信息，如圖4所示。
最后，再將搜集到的其他相關信息，如：人流量、車流量、物聯網數據等信息，導入到模型中去，就得到了 BIM+GIS智慧校園模型，如圖5所示。
4. BIM和GIS相互整合，構建管理平臺
基于已經完成的地上地下、內外兼具的GIS模型和 BIM 模型，利用 3DMax2018 軟件，選定定位點，將得到的 BIM 和形成的 GIS 整體模型中的建筑物模型一對一無縫對接。選擇 3DMax2018 軟件的原因，一是因為其良好的數據兼容性，它可以直接使用 revit 軟件形成的 RFA格式文件進行導入編輯，二是因為其對大范圍建筑群編輯所擁有的良好的流暢性，這是revit2017軟件所不具備的。
將BIM+GIS模型建立好后，各部門就可以分別將其他數據導入到模型中形成智慧校園管理平臺，例如圖6 所示：設備信息、人流量信息、車流量信息、氣溫信息、課程安排信息等。各類信息導入完成后，平臺建立完成，各部門反過來可以使用平臺上的信息進行運維管理。
三、BIM+GIS智慧校園管理平臺應用
為了驗證BIM+GIS智慧校園管理平臺應用結果，本文選擇西南石油大學(成都校區)明志樓能耗控制作為模板進行分析。明志樓位置為成都市，利用成都氣象站編號502035信息，知教學樓一年中室外溫度最高溫度為 38攝氏度，最低為-2攝氏度，建筑面積為14366 m²，外墻面積為7537 m²，外窗比例為0.23;經過資料查詢，成都用電成本與燃料成本分別為0.86元/度，1.89元/m³。
1. 空調系統優化
經后勤處提供的明志樓全年耗電量數據分析后可得，如圖7所示，明志樓全年耗電量為4155.88 KW/h，其中HVAC占總耗電量的78%，照明占耗電量的10%，其他設備占 12%，僅空調系統一年的耗電量就有 3234.922 KW/h，每年因為產生的碳排放量為1577噸，對環境造成了極大的破壞。為了解決這一問題，學校決定對明志樓空調系統進行改進。
在圍護構造以及其他建筑圖元性能參數不變的情況下，采用不同的空調系統對明志樓進行能耗模擬分析比較;以12 SEER/7.7 HSPF分體式/整體式熱泵為基準，分別比較二管制風機盤管系統，冷水機組5.96 COP，鍋爐效率84.5;二管制風機盤管系統，冷水機組5.96 COP，鍋爐效率84.5;中央VAV，電阻加熱，冷水機組5.96 COP;中央VAV，HW加熱，冷水機組5.96 COP，鍋爐效率84.5 (默認值)。其中，比較結果見圖8，可以明顯的看出中央 VAV，電阻加熱系統的能耗和碳排放量較之其他3種最低，故選擇第3個方案作為空調系統的優化方案，在平臺中空調系統優化成果，如圖9所示。
2. 優化結果
經過BIM+GIS管理平臺優化設計以后的中央空調系統，較之以前的單體分箱式空調系統，能耗降低了 12.59%，碳排放量降低了12.69%，如此，根據《四川省發展和改革委員會關于降低四川電網目錄銷售電價合理調整電價結構有關事項的通知》(川發改價格〔2017〕379 號)計算可得，重新設計后的空調系統一年節約電量 408.116KW/h，節約資金38243.26元。
四、結 語
智慧校園平臺的具體實踐作用并不局限于本文中所示的例子，經過在西南石油大學的實踐，它還適用于如下的情況：
(1)通過人流量疏散管理系統，結合教務處學生數量等數據，合理規劃學校課程安排，使上課教室的安排能更有利于突發情況下的疏散。
(2)通過對明志樓模型的光照分析，結合光敏電阻的使用，合理控制教室、辦公室照明電量，一年節約耗電量32919.18 KW/h，節約資金17667.91元。
(3)經過車流量分析、問卷調查等方案后，計算出停車場空余車位和空余時間段[12] ，引導車輛正確停車。并且利用模型數據交叉分析，對新能源停車位布設方案進行優化，為學校節約資金28.35萬元。
現階段的智慧校園雖然有了一定的發展，但仍然存在著許多的不足，智慧校園的發展不是一蹴而就的，需要系統性的、因地制宜的全面動態規劃發展�；� BIM+GIS技術的智慧校園管理平臺靈活的構建方式，可以適用大多數情況下智慧校園發展情況。
平臺中信息的錄入和使用涵蓋于智慧校園的全壽命周期，學校管理部門、設計師、政府管理部門，都可以利用這一大范圍、高精度的、多信息一體化的平臺，對整個校園進行動態的、高精度、可視化的的管理。
SCISSCIAHCI
