基于BIM和智慧校園的高校安全管理平臺研究

徐進，許濤，熊佳豪

(常州工程職業(yè)技術學院，江蘇常州 213164)

隨著高校招生規(guī)模擴大，高校在校生人數(shù)不斷增加，根據(jù)教育部《2018年全國教育事業(yè)統(tǒng)計公報》，我國高校在校生人數(shù)如圖1所示。隨之而來，高校的安全問題日益突出。2018年10月27 日，北京交通大學實驗室發(fā)生爆炸事故，造成3 位同學死亡；2021年9月，對外經貿大學校園內因快遞車引發(fā)交通事故，造成1學生受傷，可見校園內的安全隱患對師生生活學習存在不小影響。與此同時，2020年新冠肺炎全球蔓延，公共衛(wèi)生也成為了各高校的棘手問題。因此對高效安全展開危險識別，并針對相關問題采取必要、經濟的有效防控措施，成為目前的研究熱點。而根據(jù)教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》關于“加強高校數(shù)字校園建設與應用。利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施”的要求，智慧校園成為提升高校管理和服務能力的重要手段，智慧校園構架如圖2所示。智慧校園為高校的安全管理提供了新思路，從新的視角去更清晰地推動高校安全管理理念和方式創(chuàng)新，以物聯(lián)網技術為基礎，以信息技術、智能技術為依托，實現(xiàn)高校安全管理的數(shù)字化、網格化和智能化管理[1-3]。

圖1 高校在校生人數(shù)發(fā)展趨勢

基于智慧校園的高校安全管理研究，作為當前中國高校一個熱點、難點研究方向，既是一個實踐性很強的問題，也是一個理論問題。智慧校園的理念，為應對校園中的各種突出矛盾和問題起到有效的幫助?；谥腔坌@的高校安全管理研究，可以為高校安全應急管理提供新的研究視角、研究思路和研究方法。通過對智慧校園的高校安全管理研究，在智慧校園的理論建構、高校安全應急管理體制創(chuàng)新、高校安全智慧模式的運作等方面都具有重要的意義。

1 高校校園安全管理

高校的校園安全主要涵蓋師生的人身安全和校園環(huán)境設備安全兩個方面，在現(xiàn)階段安全管理工作具體展開可分成五個部分。包括：

(1)治安安全。一般由學校保衛(wèi)處牽頭負責，后勤單位參與，包括校園道路交通，主要建筑如圖書館、教學樓、宿舍樓，建筑內水電氣，校園地下管網，進出校園的人員管控，校內秩序以及學生人身安全相關的工作等。本部分工作比較繁雜，但是往往有較為成熟的管理方法，具有通用性。

(2)教研安全。保障教學科研活動的安全，特別是學生在實驗實訓等教學活動中涉及的安全，一般由學校實驗室安全管理處負責，各教學單位參與。部分學校由國資處負責，也有由保衛(wèi)處直接負責。教學安全具有專業(yè)性特點，不同專業(yè)的實驗場所教學安全情況不同，安全管理最為復雜，且具有高校的專業(yè)特殊性。

(3)安全教育。學生入校前、在校中，離校參加實習后，對學生進行必要的安全教育，包括安全意識，消防知識，心理輔導、網絡安全、防詐騙等。另外，對于進入學校包括教師在內的其他人員，也需要進行安全教育和告知。這些通常由保衛(wèi)處負責牽頭，學工處參與組織。對高職院校來說，學生涉及半年到一年全脫產頂崗實習活動，安全生產風險較大，安全教育工作顯得尤為重要。

(4)安全管理制度。隨著學校的不斷發(fā)展，學校相關職能部門制定并發(fā)布安全相關制度和文件，如科技處發(fā)布《科研用化學藥品管理辦法》，保衛(wèi)處發(fā)布《校園訪客規(guī)定》等。這類文件和國家行業(yè)發(fā)布的上位文件與法規(guī)一起，是校園安全運行的指導。

(5)疫情防控。在現(xiàn)階段新冠肺炎疫情階段，高校安全管理增加了一項重要的工作就是疫情防控，一般由學校疫情防控領導小組負責，各單位配合。包括進入校園人員的往返行程記錄，核酸采樣，以及特殊期間校門管控，人員密集度，防疫物資調配等。

可見，高校校園的安全管理內容繁雜，牽涉大量的人、物、環(huán)境、資金，在管理上不僅僅有通用性，且具有專業(yè)性，同時隨著學校發(fā)展，管理要求和手段也在不斷改進。另一方面，高校校園安全涉及多個部門，不同部門需要協(xié)調也是問題之一。因此，需要建立有效的信息化平臺，使得管理標準化、流程化、全面化，簡化流程，消除信息孤島，提升管理質量。

2 以BIM 模型為基礎的智慧校園

智慧校園是將云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動物聯(lián)等技術運用到學校校園，建立統(tǒng)一的信息化平臺。平臺融合數(shù)據(jù)、人、設備、環(huán)境等為一體，改變了傳統(tǒng)的高校校園管理模式[4]。而BIM 是建筑信息模型(Building Information Modeling)，側重于建筑和場景三維可視化表達及管理，BIM 技術正在逐步在各行業(yè)中推廣。基于BIM 校園空間與時間信息融合，構建數(shù)字化校園信息庫，利用網絡技術，對校園內的感知設備進行感知，信息處理，打通數(shù)據(jù)連接，可以幫助學校安全管理人員全面感知校園的安全問題，快速了解校園安全隱患的位置，并及時處置，從而極大提升智慧校園的安全管理水平。涵蓋BIM校園數(shù)據(jù)底座模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和應用模塊[5]。

(1)BIM的校園數(shù)據(jù)底座模塊

使用BIM 軟件，如Revit、Rhino 等繪制校園信息模型，如圖2所示。通過實例屬性，為模型各個元素建立詳細信息庫，不同平臺匯總來的數(shù)據(jù)采用dynamo 將數(shù)據(jù)寫入模型，同時導出JSON后傳入數(shù)據(jù)庫。信息庫的詳細程度決定了安全管理效果的成敗，因此在建模時應有所側重，一方面避免因為模型過重，在加載時造成系統(tǒng)負擔過大，另一方面也不能過于省略，造成模型信息缺失。

圖2 某高校宿舍樓BIM模型

(2)數(shù)據(jù)支撐模塊

包括門禁系統(tǒng)、高清攝像頭、各類IoT傳感器等采集校園實時安全信息的數(shù)據(jù)采集、運維數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)的處理和分析等。即采集校園運行的實時數(shù)據(jù)，并利用各種算法和深度學習技術建立綜合模型，對數(shù)據(jù)進行挖掘分析，得到數(shù)據(jù)相關性、重要度以及事故發(fā)生概率等，構建數(shù)據(jù)分析推理的支撐引擎。

(3)安全管理功能應用模塊

針對高校校園運行過程中安全管理相關業(yè)務，開發(fā)安全管理功能應用模塊，該模塊為整個平臺的核心，除了對校園安全相關的日?；顒舆M行有效運維，更可以對校園安全事故發(fā)起預測，同時輔助學校安全管理人員快速決策。如圖3 所示，為基于BIM模型的宿舍區(qū)多因素風險評估，根據(jù)色塊判讀同一樓層不同宿舍的風險等級，以便在事故發(fā)生前對風險較高的宿舍進行干預，從而避免事故的發(fā)生。

圖3 基于BIM模型的宿舍風險評估

3 基于BIM和智慧校園的安全管理功能應用

3.1 校園安全管理功能應用模塊的建設頂層設計

校園安全管理功能應用是整個平臺的建設核心。通常的智慧校園設計子節(jié)點為具體業(yè)務對象，而安全需求只是每個業(yè)務對象中的一個部分，數(shù)據(jù)發(fā)散，相互利用程度低。而基于BIM 數(shù)據(jù)底座的智慧校園頂層設計是將安全管理體系從每個節(jié)點中獨立出來，結合校園安全管理規(guī)章制度，形成SOP(標準操作程序Standard Operating Procedure)，并使之流程化。在此基礎上，通過BIM 模型的空間情況，合理安排數(shù)據(jù)采集工作。這樣采集的數(shù)據(jù)更有針對性和整體性，從而實現(xiàn)高校安全的規(guī)范化管理。

圖4 平臺功能應用建設的頂層設計

3.2 校園安全管理功能模塊的建設方法

根據(jù)學校安全的相關規(guī)定和頂層設計原則，針對校園安全管理運維中責任不清問題，繪制校園安全管理全系統(tǒng)泳道圖，將SOP具體化、節(jié)點化，并落實到ERP軟件中。同時，通過BIM建設使校園的基礎數(shù)據(jù)數(shù)字化、系統(tǒng)化，建立有效托舉的數(shù)字底座，將各類信息系統(tǒng)實時聯(lián)動。在制定校園安全風險評價的指標模型，對風險進行量化，整合BIM 數(shù)字底座和校園風險指標模型，讓學校安全管理人員能夠直觀、清楚地看到所關注的安全數(shù)據(jù)。最后，通過軟件的流程控制與實施，打通安全管理節(jié)點的信息，并匯總各節(jié)點的信息進大數(shù)據(jù)池，從而規(guī)范校園安全相關部門的責任。具體建設方法如圖5所示。

圖5 校園安全管理功能建設的方法

3.3 校園安全管理功能模塊

(1)智慧人員管理。通過一卡通信息、門禁系統(tǒng)、高清攝像頭的人臉識別系統(tǒng)等，對校園內師生和其他人員進行信息收集?；跀?shù)據(jù)和算法，了解學生基本軌跡、親密度、校內支出、不在校預警、安全培訓狀況、心理狀況、網絡輿情等，從而減低因為人的不健康心理或不安全行為造成的校園事故。

(2)智慧資產管理。包括地上建筑、地下管網和校園其他固定設備管理?；贐IM模型，實現(xiàn)固定設備的空間位置、移動設備的實時定位有效掌控。通過統(tǒng)一的字典編碼，實現(xiàn)平臺對設備安全狀態(tài)的監(jiān)控，如維修周期自動提醒，非正常運行報警等。

(3)智慧交通管理。通過車牌識別技術，對進入校園內車輛統(tǒng)一管理，分析車輛出入時間、數(shù)量、速度，對超速車輛進行提醒。同時，根據(jù)不同時間段校園內人流量對入校汽車數(shù)量和車速進行管控，并針對校內空閑車位狀況，有效引導車輛前往。另一方面，對校園內其他不安全交通行為，如電動車帶人、非機動車輛騎行速度過快進行監(jiān)控登記，必要時向院系推送信息通報。

(4)智慧能耗管理。實時監(jiān)測校園的能源，包括水電氣在內消耗狀況。通過BIM 模型的實例屬性，將數(shù)據(jù)傳入匯總，通過數(shù)據(jù)分析了解能耗問題所在，并對系統(tǒng)運行頻率進行實時調整，達到低碳校園目標。

(5)安全教育管理。對人員進行線上安全培訓，保證人員進校園，師生進實驗室，學生進企業(yè)前都完成必要的安全教育，個人安全教育信息作為校園準入條件，與對應的門禁系統(tǒng)實施聯(lián)動。同時以BIM模型為標底，建立虛擬校園，對火災、地震等重大自然災害和事故進行模擬仿真，讓學生學習實際逃生和疏散的技能。

(6)疫情防控管理。協(xié)助學校加強疫情防控管控，如利用AI 算法校園監(jiān)控畫面中不戴口罩師生進行抽查和識別，并在BIM系統(tǒng)上進行疊加，形成通報督促各院系做好校園層面防護工作等。

(7)風險預警管理。針對校園內的“人機物法環(huán)”進行五位一體風險評價研究，基于BIM 的空間信息，實時量化評價校園內風險點，并將風險指數(shù)傳回BIM 模型。在大數(shù)據(jù)基礎上，對偏離正常數(shù)據(jù)區(qū)間的風險值進行報警，在BIM 模型顯示，并及時反饋給校園安全相關職能部門，以幫助校園管理人員快速應對。

(8)應急救援管理。事故發(fā)生時，基于BIM 模型制定合理的安全疏散路徑，自動調配救援人員、應急設備和物資，組織師生疏散，提高救援響應速度。針對不同緊急情況，根據(jù)相關職能部門的應急方案進行匹配，并自動評估，確保事故在影響最小的前提下解決。

4 結論

目前，對于智慧校園的研究大多停留在概念的界定、體系的構建上，對于通過智慧校園管理高校新理念解決高校的實際問題的研究較少。而本文是將BIM與智慧校園與高校安全管理這兩個概念理論相結合，用BIM+智慧校園的理念解決高校安全管理具體問題，實現(xiàn)了高校校園的本質安全性。如圖6所示。

圖6 BIM和智慧校園與高校安全融合點

本文以BIM 模型為基礎，結合智慧校園建設，對校園安全管理平臺建設進行了深入研究，通過BIM和新興信息技術相融合，探討了平臺安全管理功能應用各模塊，通過各模塊節(jié)點的建設，保障高校校園的安全性。