某学院智慧校园设计探讨

贾 晟

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

校园信息化的发展历经教育信息化1.0时代的数字校园建设,已进入教育信息化2.0时代的智慧校园建设,且正面向未来学校的方向进行发展。教育信息化2.0时代的智慧校园建设以用户为中心,以用户需求驱动为目标,以校园统一的集成管理平台为基础构建校园工作、学习、生活的智慧化体系,各业务应用系统的数据实现互联互通,通过数据融合支撑教学、科研、管理和校园生活的应用创新[1-4]。

1 项目概况

某学院总占地63.53公顷,总建筑面积为35.85万m2,其中地上建筑为32.8万m2,地下建筑为3.05万m2,规划师生数约1万余人。整个学校以图书综合楼为中轴,南片区为教学区,北片区为生活区,由图书综合楼、教学楼、宿舍、食堂、艺术中心、体育馆、专家楼、学术交流中心等27个单体楼组成。校园主要智能化弱电机房均设置在图书综合楼,其他各个单体楼设分机房。

2 总体框架

利用人工智能、物联网、大数据等技术,依托校园基础设施,以拉通校园基础数据为核心,围绕教学、学校管理、生活、安全、环境等场景,构建学校各类智慧应用,提升学校教学水平,实现学校智慧化管理及变革创新。

总体架构设计为三层架构,包括基础设施层、支撑平台层和智慧应用层。智慧校园整体架构图如图1所示。

图1 智慧校园整体架构图

智慧应用层根据智慧校园服务的不同用户,围绕用户在学校教学、管理、生活等各类场景,分为智慧教学、智慧管理、智慧安全、智慧生活和智慧环境。

支撑平台层通过智慧校园应用支撑平台的数据集成、设备集成和服务集成能力,将校园各个分散的智能化系统和业务系统联结为一个有机的整体,实现各专业系统之间的信息互通、资源共享,提高各系统的协调配合能力,实现系统间的联动。

基础设施层包括智能感知设备层、网络传输层和存储计算层,在校园工程设计建设中要求完成基础设施建设,为智慧应用实现提供基础支撑。

3 智慧应用层

3.1 智慧教学

智慧教学是智慧校园的核心,主要分为多媒

体教学系统、标准化考场、电子班牌、图书馆管理系统、公共广播系统等[5-8]。

3.1.1 多媒体教学系统

多媒体教学系统基于计算机信息化技术、网络技术、多媒体教学网络一体机技术的课堂系统的建设,以及教育网络资源共享的教室教学功能的实施。多媒体教室配备网络中控、触摸显示屏、无线话筒、音响、IP摄像机等设备,将各种现代教学媒体与传统教学媒体有机地结合。

多媒体控制中心在主控中心建设多媒体教室网络管理平台,用于多媒体教室的统一管理。通过校园网络及软件平台,实现对多媒体教室远程设备查看、远程维护、远程开关、远程监控等功能。

3.1.2 标准化考场

标准化考点通过巡查系统、校级保密室、考务工作室、考生身份验证系统、作弊防控系统协同配合工作,完成考点校的考试巡查。将教室、楼梯间和走廊等与考试相关场景的视频监控覆盖,以及配套通道摄像机、专业拾音器、数字子钟、一级母钟(NTP时钟服务器)、防屏蔽系统以及配套软件。

3.1.3 电子班牌

电子班牌具有学生考勤、成绩查询、课表查询、学生信息查询等功能,并和办公系统、信息发布系统进行数据互通。

3.1.4 图书馆管理系统

数字图书馆管理平台采取了“1+N”的整体架构,即一个基础应用平台加N个业务应用系统的模式,通过基础应用平台实现统一用户管理、统一资源管控、统一权限体系、统一参数配置;业务应用系统可持续扩展,采用插件式管理接口,满足基础应用平台接口规范的应用系统可方便集成。随着业务发展的需要,将来还可以继续扩充其他业务应用系统,实现总体架构的灵活性和扩展性,融合了智能书架、馆员工作站、自助借还书机、检索查询机、电子图书阅读。

3.1.5 公共广播系统

公共广播系统满足学校程控打铃、考务广播、教学广播、背景音乐播放、信息广播等功能。校园内有线广播系统采取分区广播形式,将校区按教学办公、学生生活和体育运动的不同功能划分为多个广播分区,各分区音量单独可调,以适应不同区域对音频要求。

3.2 智慧管理

智慧校园是由多个业务应用系统集成在一起的、复杂的、分布式大型系统。对学校建设的应用系统配合完成身份认证和数据的集成以及服务的集成。包括OA办公系统、教务管理系统、财务系统、科研系统、人事系统、学工系统、资产管理系统等。

每个碎片化服务具有独立的URL,将服务页面URL统一集成到学校的私有云平台的应用管理中心,通过校园私有云平台应用管理中心集中管理校园所有应用,可以在办事大厅中直接打开相关服务,进行业务处理。

智慧校园管理平台如图2所示。

图2 智慧校园管理平台

3.3 智慧安全

整个校区建立全方位、多层次、内外保护的立体化的四层安全防范系统,利用各出入口和其他通道的状态检测与控制及周界报警系统形成第一个层次的防护,能在入侵发生的第一时间发现并防止入侵者;利用各种探测器(全数字高清摄像机)对重点防护区域形成第二个层次的重点防护,并能向控制中心报警,采取相应的控制措施、启动防护设备;对特殊目标与重要对象设置电子巡更系统达到第三层防护;第四层在校园内各主要办公、学生公寓楼、重要房间设置门禁控制系统,有效控制外来人员进出。

3.4 智慧生活

3.4.1 智能一卡通系统

集成校园学生证、工作证、借书证、出入证、消费证等为一体,实现“一卡在手,走遍校园”。系统包括发卡管理、门禁管理、水控管理、电控管理、消费管理、考勤管理、会议签到、图书管理、停车管理等子系统。

3.4.2 智慧食堂系统

利用人工智能、大数据、物联网等技术,为学校提供就餐前、就餐中、就餐后全过程管理。通过AI人脸识别与大数据分析模型结合,计算学校餐厅实时就餐排队和座位占用情况,分析出就餐人流趋势,提供最优就餐时间的合理性引导。通过智慧餐盘,实现快速结算。通过各种预警机制、各渠道监管、智能分析等实现后厨管理,消除膳食安全事件。

3.4.3 智慧宿舍系统

智慧宿舍管理系统对进出宿舍的人员进行人脸识别核验身份,记录人员进出信息,当有陌生人或黑名单人员进入时则会触发报警。采用预付费功能的多用户电表以及远传阀控水表管理宿舍用水用电。

3.5 智慧环境系统

3.5.1 能源监控管理系统

由智慧建筑能源管理平台、智能电表、多功能电力仪表、智能数据网关、智能计量收费管理系统、智能水表等设备组成。通过校园设备网作为传输通道,对智能水电表、配电房、开关站等进行数据的采集、管理与分析,实现校园能耗的实时监测、动态分析和调整,达到节能降耗的目的。

3.5.2 楼宇设备及环境管理系统

楼宇自控系统通过对现场各机电设备加设传感器等前端设备,将数据传输至现场DDC控制器,控制器经运算作用于执行器,使得BA系统达到预期的运行状态。将校园空调、水泵、供配电、空气质量等设备的运行状态进行集中监视和控制,达到校园机电设备自适应调节的功能。

3.5.3 智能照明系统

在照明配电箱内设置智能照明控制器,结合室外照度传感器和人体感应器等设备,利用电子感应技术对灯光及照明进行智能化控制,实现照明控制的优化。在天气不同的情况下可自动调节教室、阅览室等区域照明;通过人体感应器控制公共走道、楼梯间内照明;通过时间和室外照度传感器设定控制道路照明。

4 支撑平台层

统一集成平台作为学校智慧校园建设的数据基座,为学校提供一站式集成服务。统一集成平台主要包含设备集成、数据集成、服务集成三大模块。通过设备集成,将硬件设备进行集成接入,实现软硬件系统联动,打造联动校园。通过数据集成,实现校园内基础设施数据以及信息系统数据统一接入、统一标准、统一管理、统一应用。通过大数据核心算法构建智慧校园业务应用专题库,支撑学校业务创新及应用,打造融合校园。通过服务集成,为第三方厂商提供标准的数据开放接口,为学校智慧应用场景的实现提供数据支撑。

5 基础设施层

5.1 机房工程

该项目涉及两类机房,一类是计算机机房,主要是指网络中心机房。网络中心机房通常是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换、管理。另一类是控制机房,为实现安防监控、对智能建筑楼宇设备的管理和控制、教学和考务管理等。

网络中心机房技术要求参照B类机房建设,B类机房内的场地设施应按冗余要求配置,即机房内的关键设备(如UPS主机、精密空调等)均按照冗余设计。其他机房按C类机房建设。

主要智能化弱电机房要求如表1所示。

表1 主要智能化弱电机房要求

5.2 综合布线系统

综合布线系统由工作区子系统、水平干线子系统、管理子系统、主干子系统、设备间子系统、建筑群子系统等子系统构成。

校园网数据主干采用48芯万兆单模光纤,汇聚到接入采用24芯万兆单模光纤,室外设备采用4芯单模光纤至接入层,语音主干复用校园网光纤。

信息点位规划设计原则:教室设置3个网络点+5个智能化专网点;办公室按家具布置设置信息点,每个工位设置1个网络点+1个电话点;无线AP按面积在公共区域、会议室、教室、食堂设置;学生宿舍每个床位预留一个网络面板;专家楼、教师公寓每户安装家庭弱电箱。

5.3 校园网络系统

校园网采用大三层架构,核心-汇聚-接入,配置双核心,满足主干40G虚拟化、万兆到汇聚,千兆到桌面。智能化设备网络采用单独组网架构,通过核心和校园网互通,配置网管软件。采用校园网、设备网方案,通过物理隔离,在核心层利用防火墙打通,设备机房采用集约化建设,避免众多小机房。教室、办公室、会议室,活动区做到无线覆盖,配置相应的控制器和网管软件。专线接入中国教育和科研计算机网,启用“.edu.cn”域名网。专线接入公安系统,提供一键报警、公共监控、人脸识别,平安食堂等接入,打造平安校园。

校园网拓扑图如图3所示。

图3 校园网拓扑图

6 结 语

通过智慧校园教学建设,深度融合教与学过程,实现学习方式和教学模式创新,全面提高教育教学质量;通过智慧校园管理建设,创新集成式、移动式、可视化校园管理模式;通过智慧校园安全建设,构建校园立体防护体系;通过智慧校园生活建设围绕师生食、住、行提供贴心的服务;通过智慧校园环境建设,以校园节能降耗、舒适宜学为出发点,打造更加舒适宜学的校园环境。