顶层设计在智慧低碳校园建设中的应用

李胜杰， 鞠 凯， 刘志新

(1. 中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044；2. 唐山唐钢建设发展有限公司，唐山 063016)

1 智慧建筑与顶层设计

随着建筑智能化水平的提高，智能建筑这一概念在实践中得到不断发展。 时至今日，在数字孪生技术加持下，以建筑管理平台为核心，围绕智慧、低碳、场景化建设思维等先进理念而提出的智慧建筑概念应运而生。

智慧建筑顶层设计是基于场景需求，调研分析国家、地区政策，结合具体项目情况，通过需求分析、总体设计、架构设计以及实施路径规划，针对性提出智慧建筑的建设目标、建设原则，平台建设要求、各基础系统以及各种信息化应用系统建设内容，并结合技术选择提出相应的管理原则，保证智慧建筑理念贯穿于设计、施工、运维的建筑全生命周期。

通过以下项目案例可以很好地看到顶层设计工作对智慧建筑和智慧园区建设带来的实际效果。

2 顶层设计应用案例

某高校校园总占地面积约110 万m2，规划总建筑面积约105 万m2。 包括学部楼、教学楼、图书馆、体育馆、学生服务中心、校园数据中心、校医院、行政综合楼等12 类建筑。 区别于单体建筑或园区建设项目，校园建设项目在一般园区的办公功能、生活服务功能基础上更增加了教学、餐饮、住宿等需求。

建设方在项目建设之初就提出了“绿色生态、人本人文、兼容开放、智慧科技、持续生长”的规划要求。 通过对规划要求、校园服务功能的调研分析，项目顶规团队形成了“以校园数字孪生管理平台建设为核心，以IDC 和智慧灯杆、智慧管廊为依托，结合各单体建筑智能化系统规划，构建泛在感知的智慧校园体系”这一总体建设目标，并为该校区设置了以学部楼、图书馆的智能化建设为打造校园亮点规划思路。

2.1 介入前现状

在顶层设计实施以前，该校区已建设学部楼两栋和宿舍一栋，其他项目暂未启动。

2.2 顶层设计在该项目中的作用

在团队顶规调研工作中，通过对安保、信息化等部门的调研，主要了解到:(1)新校区作为开放式校园尚无分区管理规划，只能根据老校区管理思路估算安保运维人员。 (2)在分期建设计划里，校园IDC 是放在二期建设内容里，对于一期建好的楼宇，其运行数据暂时存储在各自楼宇的数据机房，待IDC 建成后再进行迁移。 (3)由于没有对校园内的管廊进行整体考虑，没有提出由各单体建筑经校园管廊到校园IDC 的明确管线需求，导致管廊设计和综合排布无法向下进行。 (4)已明确在校园能源站建设过程中采用地源热泵技术，但是缺乏在运维过程中直观统计、展示具体节能情况的技术应用。(5)校方准备将各个单体楼单独发包。

对此，顶规团队给出如下规划。

(1)首先向新校区建设办公室建议，将原本计划在二期建设的校园IDC，提至一期建设，并采取合理手段争取与其他一期项目同期建成投用，实现各单体建筑数据的集中存储，避免数据迁移可能带来的数据损失风险和增加的技术及时间成本。

(2)对校区进行分片管理，将整个校区以安全、消防、运维结合的方式，分成6 个安防、消防、运维管理分区(图1)。 每个分区设置分控室，在校园运行中心设置校园IOC，部署校园综合管理平台，根据规范设置持证上岗的消防管理人员，将原有的60 人一线管理团队，缩减到48 人，预计每年能够节省运维开支100 余万元。 在各单体项目招标过程中，根据顶规要求提出相关功能房间的建设需求，保证校园整体规划理念和使用功能在具体建设过程中得到满足。

图1 智慧校园管理分区

(3)集合勘察设计单位和平台服务商技术经验，估算每个单体楼的光纤出线量和每个片区的消防联动线出线量，按20%余量考虑管廊内智能化管线占用情况。 经过优化路由设计，计划通过两条市政管廊，完成沟通全校信息网络和安防网络的任务。

(4)基于低碳校园理念的能耗管理需求，在各类单体建筑设置建筑能效监管系统。 将建筑内的水、电、气等能源消耗进行分类、分级、分项计量以及分区分时计量。 同时在宿舍区域以及学术交流中心，设置智能电表、刷卡远传水表以实现分户计量。

系统数据统一接入部署在校园物联网管理管控中心的校园能源监管系统管理，同时可在校园IOC、物联网可视化管理管控中心以及各消防安防分控室进行数据查看和可视化管理。 解决了校园建筑能耗采集和展示问题的同时为低碳校园管理提供数据依据。 再结合地缘热泵的节能效率，通过数字孪生和仿真技术模拟单纯采用水冷机组制冷的能耗情况，以可视化平台直观展示技术应用效果。

(5)在学部楼和教学楼各教学场所全部设置教学跟踪摄像机，根据教室规模、学生人数，有选择地设置教学一体机、投影幕及选择扩声设备。 在智慧教学管理分区上，以校方实教处意见为指导，围绕五大学部教学资源特点分别设置多媒体教学机房，将整个校园划分为五个教学分区(图2)。 并在位于校园核心区的第三教学分区设置智慧教学中心，保证校园整体教学资源及教室情况集中存储、展示，同时各教学分区能够快速反应及时处理教学设备和数据传输问题，保证线上线下的教学工作的顺利开展。

图2 智慧校园教学分区

(6)在智慧图书馆规划问题上，最终决定采用立体书库和智能书架相结合的方式，首先利用以RFID 技术为基础的智能书架结合智能寻书导航一体机，满足在校师生快速寻书、分类寻书、预约借阅的需求；其次利用智能立体书库自动寻书、自动搬运、自动归档的强大功能，大大减轻了图书管理人员的工作负荷，节省了人力成本；结合馆藏大量珍本书籍的情况，专门设置有滴水报警、入侵报警的恒温恒湿的古籍馆藏库。 同时在借阅区域设置了图书导引机器人、自动还书机，在自习室设置了座位预约系统和可自动控温、自动调光的独立自习室，完成了业主对图书馆建设标准的需求。

(7)在智慧食堂建设方面，充分考虑到校区多个食堂的统一采购、统一加工需求，设置中央厨房，完成农产品的进存销管理，并在一次处理时将农产品直接分割成便于加工的大小，分装进贴有RFID标签的储藏袋放入冷库暂存，形成全过程可追溯的食品安全管理流程。 并在售餐区域设置无感支付系统，将售餐支付时间降低至2 s 以内，做到无停留支付，降低售餐区域人员密度。

2.3 智慧校园全生命周期管理

在完成建设阶段的规划后，顶层设计工作并没有就此结束。 团队在分析技术发展方向和校园面积较大、单体楼造型复杂等因素后，发现新生在没有引导的情况下不容易找到教室，故在未来发展规划部分，建议学校增设室内蓝牙定位，并与校园整体的导航相结合，服务于新生和新教职员工。 该系统在建设方面相对独立于其他系统，也不需要额外增加布管布线，所以并不影响智慧校园建设的整体性。

3 结束语

通过该项目案例，可以看到顶层设计在智慧校园建设中起到的重要作用不仅体现在建设过程中，更是贯穿于项目建设全生命周期。 从行业发展长远来看，通过智慧建筑管理平台采集到的项目建设信息和数据，不仅可作用于本项目的建设管理过程，还可以用于类似项目的建设。

此外，基于城市中大量的智慧建筑能耗数据，通过智慧城市管理平台，可综合分析、动态调整城市能源供应，避免资源浪费，为国家实现“双碳”目标提供技术支撑。