基于数字孪生的智慧校园管理平台研究

基于数字孪生的智慧校园管理平台研究

季应汇

中通建技术有限公司四川省成都市610000

摘要：校园智慧管理平台的建设和发展对于校园的管理来说至关重要，数字孪生技术的发展为智慧校园管理平台的建设提供了新的思路，通过数字孪生技术对校园中的各个物理实体进行信息模型的建立，可以实现校园管理智能化。本文对数字孪生技术进行了简单的介绍，并分析了其在校园智慧管理平台中进行应用的背景和价值，进而提出了相关的应用场景和策略，希望可以起到参考作用。

关键词：数字孪生技术；智慧校园综合管理；信息化

进年来，我国教育事业取得了长足的发展，但是在发展过程中还存在很多的问题，数字孪生技术的出现有效的解决了这些问题，使校园管理变得更加高效。

一、数字孪生概念的介绍

数字孪生（DT）就是将现实中的物理对象数字化。具体来说，数字孪生模型将接收到对象信息进行数字建模并对其进行实时化的分析和优化，使该数字模型与物理对象在整个生命周期内保持同步。数字孪生模型一般是依赖于传感器掌握物理实体处于什么状态，并对其变化进行相应的响应。对于智慧校园管理平台的建立也可以借助数字孪生技术，利用物联网以及一些智能设备对校园中的实体信息进行数据的采集，构建一个智能化的校园信息感知和收集系统，以此实现对校园运行情况进行全方位的感知从而进行精准的表达，对校园中出现的各种情况进行及时的掌握，做到准确识别、提前预警、立即管控。

二、数字孪生技术在智慧校园综合管理中进行应用的时代背景

随着社会的发展和科技的进步，我国教育正在面临着新的机遇和挑战，最近几年，高校招生人数在不断的增长，为了使教学水平和能力可以跟上扩招的步伐，我国已经在致力于建设一个高质量的教育体系。而且，新冠疫情的爆发也给学校的管理带来了很大的挑战，敲响了一个警钟。必须要加快对校园进行科学化、智能化管理的进程，目前来看，这已经成为一种发展趋势。那么如何才能使校园的管理工作更加科学更加智能呢？如何才能给教职工和学生们提供一个安全、舒适的教学和学习环境呢？这已经成为校园建设的重点和难点。

随着科技的发展，数字孪生技术应运而生。它通过对物理实体建立数字模型，通过传感器对采集到的信息进行分析和处理，并结合多学科，从不同的维度实现仿真，将物理实体映射到虚拟的空间，从而实现对物理实体的全生命周期的反映。随着物联网、大数据等高新技术的发展，数字孪生技术正在被广泛的传播和应用。

全球都在向着数字时代迈进，数字化在各行各业的发展都十分迅猛，而智慧校园管理平台的建立作为未来校园建设发展的趋势是教育领域中的一项重要的工作，对校园的各种信息进行动态化的掌握和管理，向着数字化发展已经迫在眉睫。数字孪生技术在智慧校园建设中的应用，可以分担人工对信息进行统计的压力并实现学校资源的合理配置，使学校可以腾出更多的资源将工作重点放在教书育人上。而且利用数字孪生技术而建立的智慧校园管理平台还可以在安全防控上发挥巨大的作用，数字孪生模块在校园中的大量应用，可以及时对安全防控问题作出响应，比如消防报警、当有火灾发生时可以及时进行预警从而使相关部门作出快速响应；再比如门禁管理，可以更方便的对学生的出行情况进行管理；监控管理，可以识别预设信息从而作出相应的反应，使校园环境变的更加安全。总之，数字孪生技术的应用使校园管理更加智能化、更加方便，教师、学生的工作、生活、学习更加便利，学校更加安全。

三、数字孪生技术在智慧校园管理中进行应用的思路及价值

（一）应用思路

建立一个三维的校园动态信息模型，这是数字孪生技术在智慧校园管理中的核心应用思路。对校园的各个实体进行数字建模，并将其与现有的校园信息平台进行联系，将三者的数据进行融合最终形成一个完整的校园信息孪生数据，实现信息的可视化与动态化，避免了信息孤岛现象的发生。该模型的应用使校园的资源配置得到了优化，人员流动得到了及时的监控，保证了校园各环节管理上的高效和安全。校园中的各种资源配置和使用情况以及优化后的效果都可以以动画的形式清晰明了的通过可视化平台进行呈现，这样方便了对校园各实体进行观察，及时发现安全隐患和各种突发情况，并根据实际情况对其作出合理的调整。

（二）应用价值

与传统的关于建筑和环境的资料相比，通过数字孪生技术对校园中的物理实体进行数字化建模，可以更直观的且全面实现对校园内各物理实体进行观察。学校的管理部门也可以利用智慧校园管理平台，辅助进行决策和管理，从而促进校园的管理更具效率，更加顺畅，既节约了管理时间，还节约了管理成本。

校园一般建筑面积较大，且建筑的类别很多，有办公楼、教学楼、实验楼、宿舍楼、图书馆、体育馆等，建筑类型不同，其管理、维护和运营的方式方法也不同，在传统的信息管理中，各个部门之间进行管理的平台几乎都是独立的，相互之间可能存在着管理系统不同、平台不同、信息共享上也不太方便，管理人员在对其进行管理时难度很大，需要建立很多的档案资料。而数字孪生技术的应用，可以将这些管理信息建立一个数字模型，不仅方便了信息的实时共享，还方便了管理，节省了大量的人力物力，使管理更具效率。

四、应用数字孪生技术对智慧校园管理平台的创新

（一）更加全面精准地监控

采用数字孪生技术对校园的物理实体进行数字模型的构建，并借助物联网技术就可以实现对实体的快速监控并采集大量的数据。这样智慧校园管理平台就可以对每一个学生进行安全识别、隐患排查等。

（二）更全面地分析和预测

采用数字孪生技术可以对通过物联网采集到的各种数据进行处理和分析，从而实现对目前校园状况的诊断，根据诊断结果推测未来发展，这可以给校园管理者进行决策提供一定的参考。

（三）提高效率

通过数字孪生技术对校园环境的监测，不再需要管理者对各个物理项目进行实地的探查就可以实现改良，利用数字孪生可以很方便的在最短时间通过最快捷途径找到漏洞并找到最优解。

五、校园科学管理现状以及潜在问题

由于教育形式的转变，很多学校把大部分的经历放在教书育人上，这就必然会忽视智慧校园管理平台的建设，从而导致很多学校并没有建立智慧管理体系，相应的在校园管理中就会存在一些矛盾需要解决。

（一）学生管理方面

学生是校园中群体最大的一个活动单元，做好学生的管理，保护好学生的安全，给学生提供一个良好的学习氛围是校园管理的重要环节。虽然目前信息化在校园中的渗透趋势正在加速，但是还有很多学校仍然在使用最简单的信息管理方式管理学生，这种管理的科技化手段有待更新。

（二）行政管理方面

行政管理主要是对后勤的管理、物品的管理、教学的计划及安排、学生管理等，很多学校在进行行政管理过程中职责划分不明确，权限模糊，对教务系统的操作也经常因权限问题而造成一些混乱，在进行教育规划时经常由于缺乏数据的支撑而影响进度，靠主观意识所形成的决策往往不符合实际。

（三）突发情况的应对

以这几年的新冠疫情为例，面对这种突发的疾病，学校为了保证教职工和学生的安全，要求所有人进出公共场所必须戴口罩、测体温，且定时进行核酸检测，这些都需要大量的志愿者辅助进行工作，这就避免不了会因为信息传递的不及时而造成混乱，对突发情况的应对缺乏及时性和灵活性。

（四）公共安全防控

公共安全是每个学校都非常重视的问题，随着我国社会的发展，高校教育也早已从封闭式教育转变为开放式教育，但是随之而来的就是校园内外部环境变的更加复杂，安全形势也变的更加严峻。现在，多数学校在公共安全防控工作中依靠的是安防摄像系统对校园进行无死角的监控，和数据的采集，然后根据采集的数据进行分析和决策，这是一种“事后”评价方式。而数字孪生的引入，结合了这种安防体系，利用先进的建模技术，在模拟空间中构建映射出一个现实的校园场景，然后可以在其中对安防工作进行“事前“仿真，这就可以将很多问题早发现、早预防，从而使学校中突发的公共安全问题有更高校的处理效率，真正实现常态化管控和突发情况及时预警。

六、数字孪生技术在校园智慧平台管理中的应用

（一）数字孪生技术应用概况

通过建模技术对校园进行三维立体模型的建造，为学校各类信息数据的采集进行统一的整合，从而在信息维度上实现对学校实体信息精准表达和映射，从而形成学校全景模拟视图以及各领域的全景模拟视图，使校园的管理者可以从全局、量化、局部、直观等各角度利用数字孪生信息模型进行分析和推演，促使学校的管理更加智能化并取得质的飞跃。

（二）具体管理功能

实时监控管理：此系统通过摄像识别等先进技术可以实现对日常管理中各种安全问题的识别，比如火灾等。还可以实现对人员的实时监控，保障教职工的人身安全，一旦出现预设中的危险情况，可以提前进行预警，同时将相关信息以短信的形式通知负责人员，以便做出及时的反应。

教学管理：在教学中经常会出现资源调配困难，教育信息公布不及时，教务调度复杂等情况，智慧校园管理平台的建立可以对接教务系统，以热力图的形式将教学楼中的人员流动情况，资源分配情况等进行呈现，以便工作人员对教务信息作出及时的调整。

运维管理：学校的教学设施在日常使用中难免会出现损坏或故障的情况，如果不及时维修可能会耽误教学进度。智慧校园管理平台可以实现对教学设备的实时监测，并将其实时运行状况及时反馈到平台，如果出现问题，运营管理人员可以及时得到信息并明确责任人进行快速处理，还可以实时显示处理进度，方便运维人员对资源进行协调调度，从而为师生提供一个良好的教学和学习环境。

场所管理：教学场所在日常使用过程中经常会出现应用不合理比较为困难的问题，智慧校园管理平台可以实时显示各教室的所在位置以及使用情况和使用人的联系方式，方便管理者对教学资源进行合理调配，也方便学生可以快速找到可自行学习的场所。

资产管理：在学校的日常管理中，各种软硬件设备的使用和统计存在很大困难，资产管理者难以及时获取准确信息，而智慧校园管理平台可以对校园中的所有设备使用情况和损坏情况进行实时统计和更新，从而形成一个固定资产变化表供有关部门合理对固定资产进行规划。

能源管理：智慧校园管理平台还可以通过屏幕对校园中各种设备的能源损耗情况进行显示，这样有利于对能源的使用情况做出及时的调整从而节约能源，并及时发现能源故障从而进行预防和处理。

（三）案例分析结论

如今社会正在向着数字化、自动化、智能化发展，大大节约了人力资源成本，从长远来看，减少了支出，节约了成本。该项目的运行只需要少数人员对系统的运行进行监测即可，以便在系统出现故障时可以及时的预警、解决。智慧校园管理平台的应用还大大的减少了人为失误的可能性，清晰的显示校园各物理实体的实时运行状况。

通过上述分析可见，数字孪生技术在智慧校园管理平台的建设中有广泛的应用前景。管理者可以很方便的实现对校务信息、教务信息的管理，对可能出现的安全问题进行及时的预警，大大降低教职工和学生的安全隐患。

七、提高数字孪生技术在智慧校园管理中应用水平的措施

（一）需要国家政策的扶持

一项高新技术的产生和推广，需要国家进行大力的扶持。首先要推出政策，鼓励企业深度耕耘，鼓励技术人员勇于创新，鼓励有志青年积极投身其中，认真思考和规划数字孪生技术当前的应用以及未来的发展，并制定相关措施和规划。督促相关部门、企业、协会等对数字孪生技术的使用情况进行调研，尽快出台符合我国国情的各项标准和规范，保障数字孪生技术的发展。

（二）相关企业加强重视

信息化建设是时代发展的必然，作为高新技术企业对此要有足够的认识，目光要长远，要积极响应国家的号召，把数字孪生技术的发展摆在重要位置去落实。并加强对智慧校园管理平台的建设和优化，培养一批素质过硬、技术一流的应用和管理团队投身实践中去总结经验。

（三）社会各方积极响应

支持和鼓励社会力量、民间团体设立相关培训机构，加强对数字孪生技术的宣传，提升人们对数字孪生的认识和兴趣，通过社会的力量汇集一批优秀的数字孪生技术相关的优秀人才。

八、结论与展望

教育的发展离不开各个要素的相互配合，需要教师兢兢业业，需要学生努力学习，需要各种教学资源的合理调配，需要高新技术的支持，这些都是对教育产生影响的重要因素。数字孪生技术的运用使校园管理更加科学、更加智能、更加高效，不仅降低了资源损耗，还减少了运行的成本，使学校的管理者可以将更多的精力放在对教职工的培养和对学生的服务上，让学生可以学到更多有用的知识。

智能化的发展是未来人类社会发展的趋势，也是必然的结果，更是现在社会发展的必然需求。在我国，数字孪生技术的发展尚处于初级阶段，上到国家，下到企业、单位和个人，都要对数字孪生技术的发展进行重视，要努力克服一切困难，用最短的时间，将数字孪生技术的发展和应用提升一个台阶，从而为我们的生活提供更多的便利。

参考文献：

[1] 安莉佳，于鵬.基于数字孪生技术的新型智慧城市建设 [C]//2021年中国城市规划信息化年会.会议地点不详：规划师杂志社，2021：200-205.

[2] 张建民.基于云计算的高校智慧校园建设中数据安全研究 [J].现代信息科技，2018，2（1）：141-142+145.