数字漫谈㉛ 数字经济与智慧校园

2025-06-14


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对话人物


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期人物:班淇超

江苏省数字经济学会科普工作委员会委员、青岛理工大学建筑与城乡规划学院副教授,主要从事智慧建筑、医疗环境领域研究。


期主持人:巩璞玥

江苏省数字经济学会科普工作委员会秘书长、清华大学万科公共卫生与健康学院博士后、利物浦大学博士,研究领域:医疗和康养环境、智慧建筑控制系统。



Q1:巩璞玥


我们了解到,您的研究现已覆盖校园管理、心理健康、VR教学等场景。首先,请您先跟我们科普一下数字孪生技术是如何为智慧校园提供虚拟仿真环境的?这种虚拟环境突破了传统校园管理的哪些局限性?


A1:班淇超


——数字孪生技术通过构建虚拟仿真环境,以数据为核心为智慧校园提供全局视角和智能决策支持。

(一)数字孪生概念

数字孪生技术是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体,并借助历史数据、实时数据以及算法模型,在虚拟空间中完成模拟、验证、预测、控制等全部映射,从而多尺度、多概率地反映物理实体的全生命周期过程,并最终实现智能的决策闭环。这一概念强调对数据的关注,涵盖过去、现在和未来三个阶段。美国作家艾默生说“过去、现在和未来是一体,即今天”,这句话强调了时间的统一性,也就是说过去、现在和未来是无法割裂的。那么数字孪生的真正价值就是为了今天,为了此时此刻,更准确的说是为了此时此刻的决策提供支持,实现决策的闭环。

以看电影作类比,观众拥有上帝视角,能综合捕捉到过去、现在的大量信息,对未来的剧情和角色的判断预测更为有效。那么,在数字孪生构建的智慧校园中,管理者也相当于用上帝视角从过去、现在和未来对校园进行全局审视,捕捉更多画面,了解更多信息,从而在每个行动中提供更完美的决策

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基于数字孪生的智慧校园管理平台

(二)智慧校园优势

无论是校园管理,还是各种类型的建筑管理,都是一个非常复杂而繁琐的过程。通过数字孪生技术为校园搭建平行的数字世界,首先需要做到的是数据的收集,包括人员、车辆、消防、安防、心理等方面的数据。这些数据又分为历史数据、实时数据和预测数据。历史数据如事件记录、材料规格、设备型号等;实时数据如当前人员行为和定位、设备状态等;预测数据如火灾、地震等突发事件的逃生方案、救援方案是否有效,以及学生心理情绪波动等,都需要进行仿真预演。通过分析这些不同阶段的数据,我们可以更方便地预测未来数据进行决策,做到有的放矢、有备而来,突破传统校园管理的局限。


Q2:巩璞玥


我们了解到,您参与开发了平安校园一体化平台,请您跟我们介绍一下这个平台运用了哪些数字技术,解决了校园管理哪些方面的痛点问题。


A2:班淇超


——平安校园一体化平台集成了三维建模、物联网、大数据等多维先进技术,不仅解决了传统管理中的痛点,还推动了数据融合与高效利用。

如同现实中建校园一样,我们搭建的平安校园一体化平台,可以看作是在虚拟世界中,运用数字技术,为校园制作的一个数字平行世界

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基于数字孪生的平安校园一体化平台

首先,我们采用三维建模和渲染引擎技术,通过现代化摄影、激光扫描等多模态数据融合,构建一比一高精度的校园三维模型复原所有校园实体要素,包括场地、建筑、楼层空间、结构管网,甚至室内的桌椅、家具、门窗、电器等,这相当于“盖房子”的硬装。完成三维建模后,我们使用如UE、UNITY3D、WEBGL等三维渲染引擎,进行光照模拟、材质贴图等操作,类似于“盖房子”的软装,从而完成虚拟仿真环境的搭建,建立三维可视化的数字沙盘。

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室内空间

在此基础上,接入物联网、大数据、人工智能等技术,充实校园数字世界,使其“活”起来。我们对静态数据动态数据进行双重管理,包括人员行为、车辆流动、资产追踪、空间规划、能耗调控、报警定位、应急演练、风险评估、心理评估等,这些都是校园管理的重要内容,也是传统校园管理耗费大量人力物力的痛点。通过这套系统,我们可实现校园管理的降本增效对风险警情做到提前控制和迅速反应

此外,还会解决传统校园管理中的数据孤岛问题。传统校园管理中,教学、安保、后勤等数据各自为政,缺乏融合。而我们通过建立数据融合平台,利用大数据和人工智能技术,挖掘数据之间的价值,这是传统校园管理无法涉猎的领域。

更重要的是,针对学生心理健康问题,传统校园管理多采用问卷访谈等主观评测方法,存在滞后性和主观性弊端。我们团队利用数字孪生系统,结合物联网、大数据等技术,打造了一套多维数据驱动的心理健康评估系统(简称“白泽系统”),嵌入到智慧校园管理平台中。该系统采集学生上课情况、出勤情况、餐饮消费、行为轨迹等客观数据配合主观测量结果,建立多模态心理健康评估数字模型,通过主客观双重分析实现对学生心理评估的实时监测和风险预警。这是我们在校园管理更高层面重点解决的痛点。


Q3:巩璞玥


您提到的“白泽”系统令我十分关注,因为当前高校学生心理问题已成为社会性挑战,抑郁症和自杀率逐年攀升,传统心理健康评估因依赖学生主动参与且存在主观隐瞒风险,导致评估结果易失真。因此“白泽”系统在智慧校园心理健康管理领域具有重要现实意义。您能否结合实际案例,跟我们分享一下该系统相比传统心理健康评估方法有哪些创新点?


A3:班淇超


——“白泽”系统通过实时监测与预警机制,革新传统心理健康评估模式,通过主客观数据结合,精准把握与及时干预学生心理状态

“白泽”这个名字取自中国古代神话中的神兽,在《山海经》里有记载,它能言语通万物之情、知鬼神之事。我们用这个名字来命名我们的算法系统,是希望系统能像神兽一样,通晓校园里每一位学生的整体情况,对所有主观和客观的数据进行全面记录和综合分析,从而将心理评估做到极致。相比传统心理健康评估,“白泽”系统有两大优势:

一是实时监测和判断。我们结合主观数据(如定期的问卷调研)和客观行为数据(如饮食、考勤、成绩等),通过物联网设备获取数据,再利用AI数据处理方式和大模型手段进行全局评估,以提高准确性和时效性

我们在实践中发现,学业问题、家庭问题和情感问题是导致学生心理异常的三大主要原因。当这些问题出现,或几个问题同时发生时,学生可能会在短时间内出现失落、焦虑、迷茫等情绪状态,进而影响其行为,如饮食消费减少、上课考勤异常等。系统通过监测这些数据的变化,能够及时发现学生的心理问题。

不同学生的处理方式不同,有些比较坚强的同学能通过自我疏导调整过来,而心思比较敏感细腻的同学,可能就承受不住这些变化带来的压力,各项指标行为会发生变化。例如,原本一日三餐按时用餐的学生,在校园里的餐饮消费数据(包括去食堂、超市的消费,以及拿外卖等行为数据)可能会出现波动,甚至持续两三天都没有变化。同时,我们还会关注学生是否频繁出入教室和宿舍楼等。如果这些异常的行为频率引起了我们的注意,我们就会进行一个验证,这个过程可以瞬间完成。我们会回头查看学生的上课考勤、成绩是否发生变化,以及他经常去的运动场等地方是否也不去了。如果多个维度同时出现变化趋势,那么我们大概率就能推演出学生心理出现了问题。

其实这些观察和判断的原理很简单,但如果每时每刻都由人工操作,基本上是无法实现的。所以,我们需要借助计算机的自动化和AI处理,建立一套完整可靠的数字模型,根据系统警告和真实反馈随时进行调整让数据反过来修正我们采用的机器学习机制,从而达到更高的准确性。

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基础逻辑框架

二是评估和预警。心理健康评估的重点并非评估本身,而是评估后能带来有效且针对性的预防。心理疾病不仅在于其存在,更在于爆发后的严重后果,所以测是防的前提,防是测的目标。单纯依赖量表,时效性难以满足需求,而实时监测能让管理人员、老师和辅导员第一时间收到预警,及时进行人工介入,避免问题恶化,从而有效控制风险

在算法设计时,数据安全敏感性也是重要考量因素。这些数据与学生的行为和心情紧密相关,为保护隐私,系统中每个人物仅呈现画像,没有足够权限无法获取真实个人信息,只能看到其行为数据,这在保护心理健康的同时也保障了隐私

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心理健康评估案例

目前,该算法已在实际项目中应用近三年,期间触发了大量预警,有准确也有不准确的。但从整体应用效果来看,在校园中最终呈现结果是好的,有效控制了风险。而且随着时间积累,准确与不准确的数据以及事件判断经验,算法效果将越来越理想。我们也希望“白泽”算法能像名字寓意那样,真正做到通万物之情,在更多校园推广使用,让数字孪生技术为校园管理带来更大社会效益。



职业探索


Q4:巩璞玥


您认为做大学生的智慧校园系统重点,和中小学生的智慧校园重点,会有不一样的地方吗?具体来说,学校的关注点以及在实际操作中的痛点差异在什么地方?


A4:班淇超


——大学生与中小学生的智慧校园系统因群体特性差异而各具重点,且差异较大。

从小学、中学到大学,变化最大的是学生个体。对于在幼儿园和小学阶段,由于学生生活特别规律,大家行动较为一致,且他们无法给自己提供保护,所以智慧校园系统关注的重点可能是数字孪生技术下的一些细节,比如学生摔倒没人扶、上厕所没人管、谁去接送以及家长是否知晓等。而到了大学阶段,学生作为更成熟的个体,他们会有多样的需求,我们尊重他们的每一个抉择和选择

在这个过程中,智慧校园系统要做到两点,一是数据收集,二是无感化。不能强制要求学生做什么,而是要在他们平时生活中不知不觉地收集数据并进行分析。这种用户特征的区别,导致我们在技术选择上会有很多不同。

我认为,系统所有的数字化技术归根到底都是为人类服务的。无论是医疗建筑、公共建筑还是校园建筑等不同领域,做智慧系统时,更多要考虑用户需求,要在不影响用户需求且提升他们满意度的基础上布置系统,同时还要为采购系统的单位降本增效。从建筑学领域来讲,智慧建筑是手段,绝不是目标,我们没必要为了追求智慧而智慧,智慧永远是通过技术手段来服务人与人相关的需求。


Q5:巩璞玥


基于您目前的研究成果,是否有望将“元宇宙+教育”的经验推广至智慧城市或工业互联网领域?例如,在医疗建筑循证设计中如何复用?对于培养有志于投身智慧校园领域的学生,您有哪些建议?


A5:班淇超


——慧校园方面的研究成果一定可以应用到其他行业,为这些行业和领域提供灵感。

我认为肯定没问题。这几年的科研让我深刻感受到现在是知识大融合的时代,没有不相关的专业或领域,任何研究成果都能有效形成经验并带入其他领域研究。就拿我自己的经历举例,我本科和硕士都是建筑学专业,从读博士开始,研究方向转向研究建筑空间的健康能效(探讨空间环境对人体健康的促进作用)。在这个过程中,除了建筑学,我还大量学习与运用医学、公共卫生、心理健康、计算机、人工智能等知识,与这些领域的专家交流、融合、探讨,在知识的广度和深度交叉中形成研究,希望能探索更科学的本质,最大程度挖掘建筑空间与人体健康背后的逻辑关系。实践证明,我之前做的理论研究很好地帮助我实现了数字孪生系统、心理健康系统的落地和应用。

所以,对于当前建筑类专业的同学们,我想说:

首先,不要为所选择的专业在现阶段进入低迷时期而失去信心。我们已经进入知识大融合的时代,没有不相关的专业和领域选择任何一个专业都会需要与其他专业有机融合,这是必然趋势。我们的专业能为其他专业带来灵感,其他专业也会影响我们的领域,任何领域之间都能找到较好的突破点。

其次,我们要积极拥抱知识融合,不要害怕学习其他专业知识或进入其他领域。尤其是低年级的同学,在完成本专业必要的知识积累的基础上,一定要主动了解和深入学习任何感兴趣的学科知识。如果有清晰目标最好,即使没有特别清晰的目标,比如低年级同学不知道行业情况、不知道选什么好,也不用过于焦虑,现阶段只要在学习,无论学什么都不算浪费时间,尽情享受在知识海洋里畅游。我们还很年轻,还有大量时间可以投入学习。只要愿意主动学习,学习如同是在海边拾贝,捡着捡着,终有一天也能编织出一串属于自己的美丽项链。

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班淇超副教授参与学术交流



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