智慧校园基础设施之弱电系统的物理空间规划设计

周永馗

（中浙信科技咨询有限公司）

1 引言

近年来，很多位于市区繁华地段的高校因为城市功能布局的调整或学校自身发展的需要，迎来了新建校园的机会，或从市区整体搬迁到城郊，或在城郊建立分校，智慧校园建设也成为这些高校关注的重点和追求的目标。

智慧校园，是近些年出现的概念，建设模型还处于不断成熟发展中，行业里也没有统一的建设模式。从目前建设形态上看，智慧校园建设内容基本可以概括为四个方面，分别是建筑空间、基础系统、管理平台和应用服务。这四个方面的内容在性质及构建时间等方面存在较大差异，但在实际运营中它们却相互依赖、互为影响。建筑空间是物理空间的保障，影响着系统配置和运行；基础系统是信息化技术、物联网技术在建筑空间的应用，也是智慧校园对建筑环境管控能力的体现；管理平台整合建筑空间与基础系统，是达到应用服务的必要环节；应用服务，是智慧校园运营的最终目标。

本文的智慧校园就是以这四个各维度进行划分，提出智慧校园基础设施的概念，包括建筑空间和基础系统两方面。建筑空间，包括了物理空间的承载，也包括了物理空间周围水、电、气、温湿度等环境因素，限于篇幅限制，仅从建筑空间，即物理空间角度进行阐述智慧校园基础设施建设，以期对智慧校园建设提供一些参考意见。

基础设施之弱电系统的物理空间规划设计，包括三方面内容：校园机房及控制室规划设计、建筑内弱电井规划设计、弱电管网规划设计。按照从大到小、从点到面的顺序，阐述各部分内容规划设计时注意事项及常见做法。

2 校园机房及控制室规划设计

校园机房，指数据中心机房，简称中心机房或机房。控制室，指校园内各类监控室或管理指挥控制中心。

2.1 数据中心机房规划[1]

2.1.1 机房选址要求

数据中心机房对智慧校园建设而言，是最关键最核心的建设内容，机房规划建设，首要的就是选址问题。对于一所较大规模的高等院校，如果具备条件，最好是独立建设一幢楼作为数据中心。更多的情况是，中心机房位于其他多层或高层建筑物内，这种机房选址，可分两个步骤：

1）机房所在大楼位置的选择

一般的，除非整个大楼就是一个完整的数据中心，否则大楼所在位置，很少是以机房标准来选择建设的，因此有必要对机房所在大楼位置进行分析评估，主要从以下因素着手分析：

①所在位置地基牢固，发生断裂或沉降的可能性较小

②附近发生火灾的可能性小

③所在位置地势较高，远离水源或大雨时发生水患的可能性较小

④大楼远离高低压变电所或高压输电线路，外界电磁干扰因素较小

⑤所在位置周边没有空气污染源

⑥位置尽量位于校园地理中心位置，便于综合管线的汇聚

⑦位于主干道上附近，交通便利，不仅便于设备搬运，也便于沿道路铺设管道

⑧地下敷设管道条件好，其他专业错综复杂的管道较少，避免管道过于集中

另外，如果校园建设工程由多期完成时，中心机房位置最好是在一期工程范围之内，这样便于与一期工程同期建设和同期投入使用。如果一期工程不适合建中心机房，可以考虑建设过渡性机房，待最适宜做中心机房的建筑工程开始建设时，重新选址中心机房，并做机房任务转接工作。

2）在大楼已经确定后，机房在大楼内位置的选择

主要应考虑的因素有：

①楼层位置便于机房设备的运输、吊装等，比如楼层不能太高，进出口宽敞

②便于机房管线敷设，由于机房为信息系统设备集中汇聚的地方，将有大量线缆进出机房

③机房空调外机安装方便，管路距离没有超长

④建筑结构载荷符合要求。根据机房级别对载荷要求，规范要求A级机房地面载荷根据机房规范级别对载荷要求确认载荷，规范要求A级机房地面载荷大于8-10 KN/m2，B级机房地面载荷可参照A级确定。确定位置前，应与建筑设计单位确认楼板载荷，当载荷不够时需要制定加固方案，并征得建筑设计单位同意

⑤建筑层高符合要求，机房层高不宜小于2.8米

⑥建筑结构变形缝不应穿过主机房，与机房无关的管道也不宜通过机房内部

⑦所在楼层位置，应远离水灾或水患区域，避免与浴室、卫生间、开水房、厨房、洗衣房等相邻或处于下方

⑧机房所在位置，应远离大楼内可能产生强振动或强噪声的设备，比如通风机房、水磅房等

⑨机房所在位置，应远离强电磁干扰的设备，比如高低压变压器、变配电室等

⑩需要注意雷电感应的影响，应远离防雷引下线，机房应位于大楼雷电防护区高级别区域内。

另外，机房最好不要设置在地下室，在有更好选择的情况下，也不宜选第一层。因为地下室和一层，水浸的可能性相对其他层要高，虫鼠隐患也是需慎重考虑的因素。机房最适宜选择在第二层，因为二层既有一层运输便利的优点，又克服了一层潜在的缺点。而且因为一般UPS及电源室，载荷要求达到1000KG/平方米以上，如机房选二层，那UPS及电源室可以设置在无地下室的一层，这种选址，是比较理想的。

当然，机房位置也不宜选在太高层，否则运输及结构承重将成为突出问题。

2.1.2 机房空间要求

在中心机房位置确定后，可以对机房需求面积进行估算，以确定机房区域占用面积。

中心机房，一般按功能区域，可以划分为：主机房区、辅助区、支持区、行政管理区等，根据需要还可以增加其他辅助用房。

主机房为信息网络系统服务器、交换机、存储设备安装运行的建筑空间，此部分区域面积，可以按照机房规范提供的估算公式进行估算：

A为主机房面积；K为单台设备占用面积，可取4.5-5.5m²/台；N为机房内设备总台数，这总台数，应是中心机房未来5a～10a扩展能力的估算值。

辅助区为主机房辅助性用房，包括进线间、备件室、控制室、维修测试室等，可以按主机房面积0.2-1倍估算，具体系数根据楼层可用面积进行取舍。

支持区为机房的柴油发电、UPS供配电、空调制冷机房、消防设施等的用房。对于校园级别的中心机房，支持区可以按1-1.5倍面积估算。

2.1.3 机房周界要求

主机房宜单独设置出入口，当不得已与其他功能用房共用出入口时，应尽量采取措施避免人流物流的交叉。机房区域，安全出口不应少于2个，并设置在机房两端。当主机房面积超过100m2时，主机房区域安全出口也应不少于2个，且应分散布置。机房所在楼出入口至主机房通道净宽应大于1.5m，方便设备运输。

为保证机房内空气洁净度，机房规划设计时应考虑以下必要措施：

①机房区域可根据需要设置接待室或参观通道，但应与主机房内空间做完全隔离

②可在主机房入口设置风浴通道，通过空气吹淋，可有效防止工作人员把灰尘带入机房内

③机房内所有孔洞、门窗必须密封，为不影响大楼外立面视觉效果，可以保留外窗，但应该在窗内采用窗艺技术，增加观感度和整幢楼外观的协调性

2.1.4 其他相关机房建设要求

校园中心机房规划时，应同时考虑运营商接入机房空间的预留，预留规模及空间大小，应根据校园计划引入当地市政弱电的数量来决定，具体空间大小需要与运营商协调沟通后确定。

另外，在条件允许时，可以为学校规划一个简易灾备机房。即在同一校园内，在不同建筑楼内设置一个备份机房。这一措施，虽然增加了投资，但必将极大提高校园数据的安全性。灾备机房选址，同数据中心机房选址。

2.2 控制室规划

根据智慧校园运营管理需要，下文描述的几类控制中心是必配，在此基础上，可以根据需要扩充其他控制中心或增加分控中心，以补充和完善相应控制功能。

2.2.1 校园网运维管理中心

此管理中心担负着校园网所有网络软硬件设备的维护保养、管理升级、故障维修等服务，在保证网络安全运行的同时，面向全校提供网络信息服务，是智慧校园必不可少的基础设施之一。

场地规划：宜就近建设在校园数据中心机房附近，以方便值班人员及时进入机房现场处理问题。场地面积，可以根据管理中心值班人员人数，按照5m²/人规划。

2.2.2 平安校园视频监控及应急指挥中心

校园视频监控中心，是校园内视频监控系统的控制中心，同时也是保安值班人员工作的重要场所。往往还兼有校园应急指挥功能、校园信息展示功能等，是智慧校园内重要的基础设施之一。

场地规划：校园视频监控中心、楼宇设备监控中心、消防控制中心这三个控制中心，因为一般都是同一批值班人员，所以这三个控制中心，宜相邻或合建一起，方便工作人员出勤。场地位置，应设置在校园相对中心位置，方便系统管线汇聚敷设，同时也方便值班人员能够应急出勤。

视频监控中心和楼宇设备监控中心，一般是根据系统规模来确定场地面积，但在规划初期，可按照万人校园规模200m2面积规划，如具备应急指挥或会议功能，面积应再增加。2.2.3 智慧教务管理中心

智慧校园系统建设的核心任务之一，就是让教学更智慧化，所以智慧教学要能完美呈现，就必须有一个强大的智慧教学管理平台，这就是智慧教学管理中心的核心功能要求。教务管理中心，运营管理着整个校园的教学资源，包括本校教学资源、公共教育资源、外校引入资源等等，同时负责整个校园教务系统应用服务的认证、推广、开发等，所以智慧教务管理中心是必备基础设施。本管理中心，一般根据学校教务管理处要求选址设置。

2.2.4 校园多媒体信息控制中心

校园多媒体信息控制中心，主要完成校园广播、电视及信息发布功能，一般控制权归属校园宣传部，所以应就近设置在校园宣传部管理办公室附近。

2.2.5 后勤及能源管理中心

学校是师生学习、工作、生活的场所，所以后勤服务是必不可少的。该中心除了为师生提供后勤生活服务外，同时兼有水、电、气等能源计量及管理功能，并承担着对内、对外业务结算、计费的职能，因此，后勤及能源管理中心建设，也是智慧校园建设需要在绿色节能方面重点展示的环节。该中心设置场所及位置，需根据后勤管理部门的要求设置。

3 建筑内弱电竖井规划设计

弱电竖井，是为建筑弱电系统敷设线缆方便而建设的垂直竖井，简称弱电井。建筑智能化多年的快速发展，使弱电井在各类建筑中被大量采用，弱电井的使用，也使建筑智能化专业在规划设计时显得更规范。实践证明，弱电井规划的好坏，直接影响着建筑内各类弱电系统的运行效果，所以规划好弱电井是十分重要的。

1）做好弱电井规划，应注意以下因素：

①强电井和弱电井应分开设置，如受条件限制，必须合用，强电和弱电线缆应分别设置在电井两侧墙面，当内部空间允许时，可采用隔离措施，以防止强电对弱电系统的电磁干扰

②弱电井不得与电梯井、水井及其他专业管道井共用一竖井

③弱电井不应与烟道、热力管道或其他散热量大的井道或设施相邻

④各楼层的弱电井，宜在同一位置上下层对齐，无法实现时，应具备可以敷设贯通上下层弱电井桥架的条件

⑤规划弱电井时，使各楼层弱电井面积，最好能符合兼做弱电间的要求

2）弱电间规划要求：

弱电间常与弱电井合二为一，当无法实现时，可以多层合用一个弱电间，但必须保证综合布线系统对覆盖距离的要求。

弱电间面积宜大于5 m²，如条件所限，弱电间面积不宜小于2 m²。比如放置一个标准网络柜，可以按2 m²规划，如放置2个标准网络柜或其他多个弱电系统辅助箱柜，宜按5 m²规划。也可以按照每400个信息点规划一个5 m²的弱电间，超过400个信息点，就需要增加面积。此处信息点数为语音与数据之和。

建筑楼层面积较大时，如果水平配线线缆长度超过90 m，应在同一层增设弱电间，以满足综合布线系统对敷设距离的要求。

4 弱电管网规划设计

弱电管网建设，是智慧校园建设的的一项重要内容，校园通信的基础是网络的建设，要建成一个互联互通，信息高度一致的校园网络体系，需要依靠完善的通信管道网做支撑，这就是校园弱电管网建设。

弱电管网规划，是依据校园各类弱电系统对传输管道的需求进行归纳、分析、汇总，然后进行统一规划布局。

弱电管网分为室外管网和室内管网两部分，室外管网是整个校园区连接各单体楼的综合管道系统，是校园弱电管网主干网。室内管网是单体建筑楼内的综合传输管道系统，是校园弱电管网的局部管网。

4.1 室外综合管网设计

4.1.1 设计原则

校园弱电管网设计，应遵从一个原则：结合系统，整体规划，留有预量。

校园弱电系统众多，比如：综合布线系统、广播系统、综合安防系统、有线电视系统、一卡通系统等等，室外弱电管网规划，必须结合这些子系统的网络架构、建设规模、控制中心位置等内容，明确各系统线缆传输路由、各段路由线缆数量等，然后通过计算，明确各段管道容量，这样就设计出符合要求的弱电管网。

室外综合管网设计是一个复杂的过程，它不仅与校园各弱电系统有关，而且还与其他水、电、气、道路、建筑等专业相关，它们之间既相互独立，又相互影响，因此要做好室外弱电管网规划，必须结合整个校园建设来规划。

室外弱电管网，是智慧校园的基础平台，是很重要的基础设施，所以管网规划必须要有长远的观点，路由和容量应能满足未来扩容的需要。对分期建设的校园，前期的规划，必须为后期建设预留好接口。

4.1.2 管网规划设计

1）管网建设要求

校园弱电系统的有线传输线缆，宜全部采用穿保护管埋地暗铺设方式。当校园建设有综合管廊或管沟时，在管廊或管沟内，应采用与管廊或管沟内其他专业统一规划的敷设方式。管廊或管沟之外的支线管道，宜采用穿保护管埋地敷设。

管道应建设在道路两侧，优先选择在绿化带内敷设，这不仅施工维护方便，也有利于校园美观，更重要的是减少了管道被车辆碾压。其次可选择在人行道上敷设，最好不要选择在机动车道上。

管道走向，应尽量沿着道路走向，这样便于以后维护检修。

管道敷设路由，应选择地上、地下障碍物较少的地段敷设。

应避免在已有规划而尚未成形，或已成形，而道路尚未沉实的地段建设管道。

应避免与燃气管道或高压输电管道在道路同侧敷设，当弱电管道与燃气管道、高压传输管道平行或交叉时，间距应符合相关规定。

严禁广播线与其他弱电系统传输线缆同孔（管）铺设，即应独立管道敷设。为弱电系统设备供电的强电传输电缆，也应独立穿金属管敷设。

为市政弱电引入校园网预留充足的管道空间，每家运营商至少预留一个管道，具体管道数量，可根据校方与运营商协商结果确定。为市政弱电预留的管道，至少应从两个不同的方向引入校园综合管网。

2）管材选用

室外弱电管网常用管材有：硬聚录乙烯塑料管(PVC-U管)，半硬质聚乙烯管(PE管)，高密度聚乙烯管(HDPE)，焊接钢管(SC管)等。

一般高校园区，敷设PVC-U管即可，在北方地区高校，可选择PE管，在高寒地区，可选择HDPE管。在穿越公路、道路、建筑物及需要避免电磁干扰时，应使用SC管。因普通钢管容易生锈，故宜选用SC镀锌钢管。

3）管道埋深

人行道下敷设时，管道标高应大于0.7m，普通车行道下敷设，应大于0.8m。因条件所限，埋深不够时，管道宜采用混凝土包封方式加固。

管道敷设，应根据土壤情况，先进行开挖、回填、夯实或地质处理后再敷设，具体做法依据相关管道敷设规范要求进行，在此不做描述。

4.1.3 手孔井设置

手孔井，简称手孔，是各类管道的汇聚点或终点，也是线缆施工维护时的检修井。通信管道用标准手孔规格有：1号 手 孔 840mm×450mm，2号 手 孔840mm×950mm，3号手孔 840mm×1450mm。管网设计时，可根据进出手孔井管道数量多少，在不同路由段设置不同规格手孔井。

手孔井设置，应符合以下要求：

①在管道转弯或过路处，应设置手孔井

②为施工检修方便，在直线距离40m左右，应设置手孔井

③管道进入建筑物时，在建筑物旁应设置手孔井

④弱电手孔井，应独立建设，不应与其他专业井道共用

⑤手孔井设置，在满足计算需求的情况下，应适当留有预量，不仅是手孔井尺寸留有余量，在手孔井埋深方面也应留有余量

4.2 室内综合管网设计

4.2.1 设计内容

室内管网系统主要分为进出户管道、垂直主干桥架、水平主干桥架和分支管道。

进出户管道是各个单体建筑和室外管网连接的通道；垂直主干桥架敷设在弱电竖井，是各层水平主干桥架纵向连接的通道；水平主干桥架是楼层传输汇聚主干通道，一般敷设在公共走廊内；分支管道是指从水平主干桥架沿吊顶、沿墙、沿地面敷设至使用终端的支管。

在设计时，需充分考虑各弱电系统的扩容需要，预留一些备用管路，且各类管道必须互联互通。4.2.2 进出户管道设计

1）进出户管道为建筑内外沟通的接口管道，为美观起见，一般选择预埋套管方式进楼。管道预埋位置，需要根据现场施工条件及弱电设备间的位置做综合考虑后确定。

如果设备间选择在地下一层或一层，管道施工预埋比较便利，土建专业施工时可直接预埋相应规格套管。如果设备间不在一楼，除了考虑进出户管道位置外，还需考虑主干垂直桥架的走向问题。

弱电设备间，是本楼弱电系统汇聚的场所，也是本建筑弱电系统与室外交接的场所，如弱电竖井空间满足要求，可将弱电井作为设备间使用，也可以选择其他合适房间作为弱电设备间，弱电设备间的设置应考虑以下因素：

①满足本栋建筑物弱电近期及远期的使用功能

②满足各弱电系统对距离和土建结构的要求

③便于土建专业预留井洞施工

④方便进出线缆敷设施工

⑤考虑日后的维护和管理的便利性

2）管道容量规划

各单体建筑进户管道应满足两点：一是要满足本楼弱电系统传输的需要；二是从地理位置和管理角度考虑，本楼可能作为分中心和汇聚点时对通道的需要。所以进户管道规划设计时，要留有充分余量，不能使其成为室内外沟通的瓶颈。

单管的管道容量应按40%的管道截面积来计算可使用截面。除了本楼弱电系统占用管道外，还应根据建筑物可能引入运营商的数量来预留运营商管道，具体可根据与业主及运营商沟通后确定。除了必须占用和必须预留的管道，应再规划1～2根备用管道，为大楼将来系统扩展时使用。

管道规格选择，一般是根据穿线数量和外径尺寸计算求得，常见进户管规格有：直径80mm、100mm、125mm规格的镀锌钢管。

4.2.2 垂直主干设计

垂直主干为进户管道到设备间以及设备间到各个楼层的垂直通道。垂直通道基本采用在弱电竖井预留孔洞，再敷设垂直桥架的方式建设。

垂直主干应满足以下要求：

①在每层楼的弱电井，应进行开孔，方便垂直桥架上下贯通，开孔的位置应靠近墙壁，又方便线缆在弱电井敷设，开孔大小一般为桥架大小的两倍

②垂直桥架规格，是依据各个弱电系统的规模，按照规范要求的截面积利用率来计算

③垂直桥架和水平桥架在弱电井内，必须连通

4.2.3 水平主干设计

水平主干为连接垂直主干桥架和各个房间支管的桥架。桥架容量，同样按照本楼层线缆规模计算，并适当留有余量。水平主干与垂直主干连接采用标准桥架连接头，进入各个房间的支管，是在桥架侧面开孔，通过金属软管，连接到墙体预埋管。

4.2.4 支线管道设计

支线管道设计时，需要注意房间内有无装修吊顶，如有吊顶，则优先选择吊顶内敷设。如无装修吊顶时，管线敷设应尽量采用暗管预埋方式敷设。另外，应特别注意各信息点的配管规格选择，这直接影响到后续穿线施工的难易度。确定配管规格，应从以下几方面考虑：

①依据信息点采用线缆外径来确定配管规格

②依据线缆弯曲半径，确定配管规格，具体需查询产品选型手册

③根据管道转弯头数量确定。转弯数量超过2h，线缆在管道内利用率宜小于30%，否则穿线将比较困难

5 结语

智慧校园的建设是一项复杂的系统工程，许多方面在国内还处于不断摸索发展的阶段，随着科学技术的进步和用户需求的不断丰富，智慧校园的建设将不断得到充实和完善。但丰富的功能应用，始终离不开建筑空间和基础网络的可靠支撑，所以建设好校园基础设施，始终是智慧校园建设的关键所在。