基于BIM和智慧校园的高校安全管理平台研究

徐进，许涛，熊佳豪

(常州工程职业技术学院，江苏常州 213164)

随着高校招生规模扩大，高校在校生人数不断增加，根据教育部《2018年全国教育事业统计公报》，我国高校在校生人数如图1所示。随之而来，高校的安全问题日益突出。2018年10月27 日，北京交通大学实验室发生爆炸事故，造成3 位同学死亡；2021年9月，对外经贸大学校园内因快递车引发交通事故，造成1学生受伤，可见校园内的安全隐患对师生生活学习存在不小影响。与此同时，2020年新冠肺炎全球蔓延，公共卫生也成为了各高校的棘手问题。因此对高效安全展开危险识别，并针对相关问题采取必要、经济的有效防控措施，成为目前的研究热点。而根据教育部《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》关于“加强高校数字校园建设与应用。利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的高等教育信息基础设施”的要求，智慧校园成为提升高校管理和服务能力的重要手段，智慧校园构架如图2所示。智慧校园为高校的安全管理提供了新思路，从新的视角去更清晰地推动高校安全管理理念和方式创新，以物联网技术为基础，以信息技术、智能技术为依托，实现高校安全管理的数字化、网格化和智能化管理[1-3]。

图1 高校在校生人数发展趋势

基于智慧校园的高校安全管理研究，作为当前中国高校一个热点、难点研究方向，既是一个实践性很强的问题，也是一个理论问题。智慧校园的理念，为应对校园中的各种突出矛盾和问题起到有效的帮助。基于智慧校园的高校安全管理研究，可以为高校安全应急管理提供新的研究视角、研究思路和研究方法。通过对智慧校园的高校安全管理研究，在智慧校园的理论建构、高校安全应急管理体制创新、高校安全智慧模式的运作等方面都具有重要的意义。

1 高校校园安全管理

高校的校园安全主要涵盖师生的人身安全和校园环境设备安全两个方面，在现阶段安全管理工作具体展开可分成五个部分。包括：

(1)治安安全。一般由学校保卫处牵头负责，后勤单位参与，包括校园道路交通，主要建筑如图书馆、教学楼、宿舍楼，建筑内水电气，校园地下管网，进出校园的人员管控，校内秩序以及学生人身安全相关的工作等。本部分工作比较繁杂，但是往往有较为成熟的管理方法，具有通用性。

(2)教研安全。保障教学科研活动的安全，特别是学生在实验实训等教学活动中涉及的安全，一般由学校实验室安全管理处负责，各教学单位参与。部分学校由国资处负责，也有由保卫处直接负责。教学安全具有专业性特点，不同专业的实验场所教学安全情况不同，安全管理最为复杂，且具有高校的专业特殊性。

(3)安全教育。学生入校前、在校中，离校参加实习后，对学生进行必要的安全教育，包括安全意识，消防知识，心理辅导、网络安全、防诈骗等。另外，对于进入学校包括教师在内的其他人员，也需要进行安全教育和告知。这些通常由保卫处负责牵头，学工处参与组织。对高职院校来说，学生涉及半年到一年全脱产顶岗实习活动，安全生产风险较大，安全教育工作显得尤为重要。

(4)安全管理制度。随着学校的不断发展，学校相关职能部门制定并发布安全相关制度和文件，如科技处发布《科研用化学药品管理办法》，保卫处发布《校园访客规定》等。这类文件和国家行业发布的上位文件与法规一起，是校园安全运行的指导。

(5)疫情防控。在现阶段新冠肺炎疫情阶段，高校安全管理增加了一项重要的工作就是疫情防控，一般由学校疫情防控领导小组负责，各单位配合。包括进入校园人员的往返行程记录，核酸采样，以及特殊期间校门管控，人员密集度，防疫物资调配等。

可见，高校校园的安全管理内容繁杂，牵涉大量的人、物、环境、资金，在管理上不仅仅有通用性，且具有专业性，同时随着学校发展，管理要求和手段也在不断改进。另一方面，高校校园安全涉及多个部门，不同部门需要协调也是问题之一。因此，需要建立有效的信息化平台，使得管理标准化、流程化、全面化，简化流程，消除信息孤岛，提升管理质量。

2 以BIM 模型为基础的智慧校园

智慧校园是将云计算、物联网、大数据、人工智能、移动物联等技术运用到学校校园，建立统一的信息化平台。平台融合数据、人、设备、环境等为一体，改变了传统的高校校园管理模式[4]。而BIM 是建筑信息模型(Building Information Modeling)，侧重于建筑和场景三维可视化表达及管理，BIM 技术正在逐步在各行业中推广。基于BIM 校园空间与时间信息融合，构建数字化校园信息库，利用网络技术，对校园内的感知设备进行感知，信息处理，打通数据连接，可以帮助学校安全管理人员全面感知校园的安全问题，快速了解校园安全隐患的位置，并及时处置，从而极大提升智慧校园的安全管理水平。涵盖BIM校园数据底座模块、数据采集模块、数据处理模块和应用模块[5]。

(1)BIM的校园数据底座模块

使用BIM 软件，如Revit、Rhino 等绘制校园信息模型，如图2所示。通过实例属性，为模型各个元素建立详细信息库，不同平台汇总来的数据采用dynamo 将数据写入模型，同时导出JSON后传入数据库。信息库的详细程度决定了安全管理效果的成败，因此在建模时应有所侧重，一方面避免因为模型过重，在加载时造成系统负担过大，另一方面也不能过于省略，造成模型信息缺失。

图2 某高校宿舍楼BIM模型

(2)数据支撑模块

包括门禁系统、高清摄像头、各类IoT传感器等采集校园实时安全信息的数据采集、运维数据信息、数据的处理和分析等。即采集校园运行的实时数据，并利用各种算法和深度学习技术建立综合模型，对数据进行挖掘分析，得到数据相关性、重要度以及事故发生概率等，构建数据分析推理的支撑引擎。

(3)安全管理功能应用模块

针对高校校园运行过程中安全管理相关业务，开发安全管理功能应用模块，该模块为整个平台的核心，除了对校园安全相关的日常活动进行有效运维，更可以对校园安全事故发起预测，同时辅助学校安全管理人员快速决策。如图3 所示，为基于BIM模型的宿舍区多因素风险评估，根据色块判读同一楼层不同宿舍的风险等级，以便在事故发生前对风险较高的宿舍进行干预，从而避免事故的发生。

图3 基于BIM模型的宿舍风险评估

3 基于BIM和智慧校园的安全管理功能应用

3.1 校园安全管理功能应用模块的建设顶层设计

校园安全管理功能应用是整个平台的建设核心。通常的智慧校园设计子节点为具体业务对象，而安全需求只是每个业务对象中的一个部分，数据发散，相互利用程度低。而基于BIM 数据底座的智慧校园顶层设计是将安全管理体系从每个节点中独立出来，结合校园安全管理规章制度，形成SOP(标准操作程序Standard Operating Procedure)，并使之流程化。在此基础上，通过BIM 模型的空间情况，合理安排数据采集工作。这样采集的数据更有针对性和整体性，从而实现高校安全的规范化管理。

图4 平台功能应用建设的顶层设计

3.2 校园安全管理功能模块的建设方法

根据学校安全的相关规定和顶层设计原则，针对校园安全管理运维中责任不清问题，绘制校园安全管理全系统泳道图，将SOP具体化、节点化，并落实到ERP软件中。同时，通过BIM建设使校园的基础数据数字化、系统化，建立有效托举的数字底座，将各类信息系统实时联动。在制定校园安全风险评价的指标模型，对风险进行量化，整合BIM 数字底座和校园风险指标模型，让学校安全管理人员能够直观、清楚地看到所关注的安全数据。最后，通过软件的流程控制与实施，打通安全管理节点的信息，并汇总各节点的信息进大数据池，从而规范校园安全相关部门的责任。具体建设方法如图5所示。

图5 校园安全管理功能建设的方法

3.3 校园安全管理功能模块

(1)智慧人员管理。通过一卡通信息、门禁系统、高清摄像头的人脸识别系统等，对校园内师生和其他人员进行信息收集。基于数据和算法，了解学生基本轨迹、亲密度、校内支出、不在校预警、安全培训状况、心理状况、网络舆情等，从而减低因为人的不健康心理或不安全行为造成的校园事故。

(2)智慧资产管理。包括地上建筑、地下管网和校园其他固定设备管理。基于BIM模型，实现固定设备的空间位置、移动设备的实时定位有效掌控。通过统一的字典编码，实现平台对设备安全状态的监控，如维修周期自动提醒，非正常运行报警等。

(3)智慧交通管理。通过车牌识别技术，对进入校园内车辆统一管理，分析车辆出入时间、数量、速度，对超速车辆进行提醒。同时，根据不同时间段校园内人流量对入校汽车数量和车速进行管控，并针对校内空闲车位状况，有效引导车辆前往。另一方面，对校园内其他不安全交通行为，如电动车带人、非机动车辆骑行速度过快进行监控登记，必要时向院系推送信息通报。

(4)智慧能耗管理。实时监测校园的能源，包括水电气在内消耗状况。通过BIM 模型的实例属性，将数据传入汇总，通过数据分析了解能耗问题所在，并对系统运行频率进行实时调整，达到低碳校园目标。

(5)安全教育管理。对人员进行线上安全培训，保证人员进校园，师生进实验室，学生进企业前都完成必要的安全教育，个人安全教育信息作为校园准入条件，与对应的门禁系统实施联动。同时以BIM模型为标底，建立虚拟校园，对火灾、地震等重大自然灾害和事故进行模拟仿真，让学生学习实际逃生和疏散的技能。

(6)疫情防控管理。协助学校加强疫情防控管控，如利用AI 算法校园监控画面中不戴口罩师生进行抽查和识别，并在BIM系统上进行叠加，形成通报督促各院系做好校园层面防护工作等。

(7)风险预警管理。针对校园内的“人机物法环”进行五位一体风险评价研究，基于BIM 的空间信息，实时量化评价校园内风险点，并将风险指数传回BIM 模型。在大数据基础上，对偏离正常数据区间的风险值进行报警，在BIM 模型显示，并及时反馈给校园安全相关职能部门，以帮助校园管理人员快速应对。

(8)应急救援管理。事故发生时，基于BIM 模型制定合理的安全疏散路径，自动调配救援人员、应急设备和物资，组织师生疏散，提高救援响应速度。针对不同紧急情况，根据相关职能部门的应急方案进行匹配，并自动评估，确保事故在影响最小的前提下解决。

4 结论

目前，对于智慧校园的研究大多停留在概念的界定、体系的构建上，对于通过智慧校园管理高校新理念解决高校的实际问题的研究较少。而本文是将BIM与智慧校园与高校安全管理这两个概念理论相结合，用BIM+智慧校园的理念解决高校安全管理具体问题，实现了高校校园的本质安全性。如图6所示。

图6 BIM和智慧校园与高校安全融合点

本文以BIM 模型为基础，结合智慧校园建设，对校园安全管理平台建设进行了深入研究，通过BIM和新兴信息技术相融合，探讨了平台安全管理功能应用各模块，通过各模块节点的建设，保障高校校园的安全性。