BIM技术和物联网在绿色校园建设中的探索——以高校校园供水管网为例

张 娜 刘淑萍

天津师范大学

1 概念理解

“绿色校园”理念于1998年被引入国内，它引领着校园生活环境和生活方式的改变，使校园环境更加舒适怡人，校园设施更加节能高效，校园生活更加低碳环保。从清华大学引入绿色校园建设开始，同济大学、北京大学、天津大学相继也展开了绿色校园的探索。它们结合学校自身的特点，依靠学校的科研实力，开展学科建设，通过校企联合等方式，实现了绿色校园的建设，从而将国内绿色校园建设水平不断提高，促使师生绿色理念、生态环保思想逐步深入人心。随着时代的发展，科技的进步，绿色校园建设的科技含量必将逐渐增多。

目前，我国大力推广BIM技术，2018年国家标准GB/T 51235—2017《建筑信息模型施工应用标准》正式批准。BIM（建筑信息模型）简单来说，就是一种建模技术，它是以建筑物的各项指标信息及数据为基础，通过数字化信息模拟建筑的全寿命周期过程。它有助于设计人员、施工人员、技术人员在各阶段做出正确决策，节约成本、缩短工期，同时，可以使工程信息在全生命周期中进行共享，大大提高了工作效率。BIM 技术与绿色校园理念相辅相成，所以基于BIM技术的绿色校园建设也是大势所趋。

同样，物联网的兴起，也给绿色校园建设插上了科技的翅膀。物联网简言之就是物物相连的网络。它是信息化时代发展的产物，是互联网技术的应用拓展，它通过互联网实现了实物与实物之间的信息交换和通信，达到远程管理控制，实现智能化管理。例如，它可以替代传统的校园能源巡查方式，实现能源数据的自动收集和整理。

2 BIM技术和物联网在绿色校园建设中的优势

2.1 BIM技术在绿色校园建设中的优势

2.1.1 模型立体直观

BIM 技术将校园建筑建立成动态的三维立体模型，并将建筑工程的基本信息添加至模型中，包括工程基本信息（结构类型、建筑面积、建筑材料等）、施工信息（工序、进度、成本、质量等）、设备信息（设备型号、设备性能、能耗量等）、规划信息（电力、给排水、通信等管线布置）、性能信息（耐久性、安全性等）以及其他关联信息。对于设计者、建设者、管理者、维护者来说，立体直观，一目了然。

2.1.2 信息协同共享

校园建设中，不仅仅是一个团队或一个部门参与其中，需要各方面的协调配合。而BIM 技术就为各参与方建设了一个可视化的共享平台，实现了各参与方信息的协同共享，他们不需要远程传输超大文件、不需要考虑设备软件的兼容性、更不需要调配时间沟通讨论，大家可以在同一个平台进行平行工作，模型会将各项信息进行整合匹配，保证了信息沟通的及时性有效性，节省了沟通、传输的时长，提高了工作效率，同时，也将失误降到了最低。

2.1.3 环境模拟分析

绿色校园建设就是要通过可再生能源、可回收可利用资源的使用，实现低碳环保节能的生活模式。BIM 技术可以模拟真实环境，分析计算光照、温度、湿度、风速，从而分析建筑物性能，如采光率、材料使用情况以及周围的环境分析，得出能源使用率和损耗率，最终为制定合理的节能措施提供数据支撑。同时，在建筑使用的过程中，也可以对管道损坏、设备故障等情况进行汇总整理，分析寻找原因，制定解决方案。

2.1.4 方案随时优化

任何项目从设计到施工，从施工到运行维护都不可能是一成不变的，它会受自身复杂程度、环境变化、政策变更等方面的影响，方案的优化势在必行。然而，BIM技术可以根据环境模拟分析结果，或实际工程进度进行优化配置，并模拟出优化后的效果，通过效果分析制定符合自身需求的可行的优化方案。

2.1.5 图纸自动生成

图纸是工程重要的档案信息，它方便设计者、建设者、使用者的后续使用。BIM 技术可以自动生成各专业电子建筑图纸，并与模型、建筑实体始终保持信息一致，而且可以实现自动更新，只要模型信息进行变化，图纸随即变更，最大程度保证了图纸的准确性。

2.2 物联网在绿色校园建设中的优势

物联网可以将校园内的建筑、设备、管网等实体通过传感器连接在一起，并将诸多传感器信号源通过互联网技术实时准确地传递出去，实现对物体的智能控制。例如，在教室内安装测定光照的传感器，用来分析光照的时间和亮度，在教室门上安装人员识别传感器，用来分析教室的使用率，在教室灯管上安装遥控传感器，用来控制灯管的开关，通过物联网将这些信息上传到统一的平台上进行分析，根据光照时间、强度，以及教室人员使用情况，自动控制灯管的开关，已达到节能的效果。

3 BIM技术和物联网在绿色校园建设中的应用——以校园供水管网为例

BIM 技术和物联网可以应用在绿色校园建设中诸多方面，但从长远来看，对创建绿色校园来说，节约水资源是重中之重。因此，本文仅以校园供水管网为例，分析BIM技术和物联网如何应用在供水管网系统中，将供水管网系统从传统的被动控制方式转变成主动出击方式，提前预警管道漏损，减少管网的跑冒，减少查找漏点时间，杜绝浪费，从而达到水资源的合理使用，以及校园建设的可持续发展。

首先，以BIM技术为切入点，利用BIM技术建立校园供水管网的三维立体信息模型，包括水泵房的位置、自来水井的位置、供水管网的走向，并植入泵房内水箱的材质、尺寸、阀门的型号等信息，水表井内阀门的型号、尺寸、控制管线等信息，供水管网的水管材质、尺寸、型号等信息，以及水井的尺寸、水管埋深等信息，形成一套完备的供水管网。通过BIM模型的建立，可以全方位可视化显示局部或整体以及不容易获得的复杂部位的详细信息。同时，可以模拟不同水流速度、不同压力下各设备的状态和指标，分析出正常情况下各设备的使用情况和磨损情况。

然后，根据供水管网的走向，泵房的分布，用水点位的情况、以及校园规划布局分区，在泵站的出水口、管网的交叉处，人口密集处（宿舍、教学楼、食堂），结合实地情况，合理安装压力数据采集仪表和压力计感应器，以及流量数据采集仪表和流量计感应器，形成供水系统的物联网，同时，将感应器的安装位置同步到BIM模型中。仪表与感应器的安装要以可实施性和必要性为前提，以达到安装较少的传感器能够辐射较大的范围为目标。通过压力计和流量计数据采集仪表，可以采集到校园内各个区域、各条管路的压力和用水流量（泵站出水口主要采集总供水流量和压力，其他均为分支供水流量和压力），分析出日常情况各点位的用水量和压力指标，设定为压力和流量的标准值。当压力或用水流量出现异常时，即可判定管网出现故障，应及时进行排查与修理。

图1 供水管网系统

其次，利用物联网将供水管网系统各区域的流量和压力数据进行采集，并通过校园网、无线通信模块进行连接，将运行数据实时上传到供水管网数据库，基本为每5min～10min 上传一次，供水管网数据库与BIM模型相连接，及时反映在BIM模型的各个点位上，实现了对供水管网运行状态的可视化实时监测。当压力或流量值超过或低于设定的标准值时，系统会发出警报，并自动定位到可能的点位上，及时控制阀门，采取减压、调压或停止供水，并通过内置的工作人员信息，以短信的方式通知相关人员及时到现场进行排查修复。管道破损或故障点等相关信息将被记录在数据库中。

最后，系统平台会根据以往的故障信息进行汇总、统计、分析，并对高频故障线路进行分级预警，管理者可以根据预警级别及时制定解决方案，防患于未然。同时，还可以模拟出设备设施的使用情况，为管理者更新设施设备提供数据支持。

4 小结

高校作为培养人才的摇篮，当之无愧应成为新科技、新技术的先行者和倡导者，因此，在建设绿色校园的大背景下，融合BIM 技术、物联网、大数据、云计算来提高节能、节水、节材的绿色校园建设，将是高校发展的必由之路。BIM 技术与物联网在高校供水管网中的应用，还只是与绿色校园建设相融合的一部分，绿色校园建设的道路还很长，需要不断的探索和研究，不断将虚拟技术与实体建筑相结合，全面提升绿色校园建筑的质量，使高校校园更加绿色生态、更加低碳环保、更加先进智能。