“智慧乡村”是对美丽乡村建设的更高要求和标准。建设“智慧乡村”不仅要建设一个“生产发展、生活宽裕、村容整洁、乡风文明、管理民主”的新农村, 更重要的是进一步破解当前城乡二元结构, 释放农村发展潜力和活力。智慧乡村建设既是智慧中国建设的基础和前提, 也是推进生态文明建设和提升社会主义新农村建设的新工程、新载体。

目前, BIM技术更多地应用于智慧乡村建设过程中。在建设过程中运用BIM技术可实现以下2方面优势。

1) 对项目建设造价实施控制, 实现成本的精准控制在BIM的工作模式下, 将模型建模精细化, 构件材质材料构成命名规范化, 工程量的统计在软件中集成数据化;利用计算公式实现造价统计, 实现模型与总造价的同步化, 进而实现对项目成本的精准控制。

2) 便携式BIM三维模拟提升施工准确性利用前期设计阶段完成的BIM模型, 将模型文件导入iPad等便携设备中, 可实现对农村工匠的三维可视化施工交底。相较于二维图纸交底, 三维可视化更加具体, 避免由于工匠对图纸的理解偏差而导致返工等影响工程进度、质量等问题, 进而提高施工准确性。

可见, 目前BIM技术更多应用于乡村建设阶段, 而对BIM技术在乡村运维阶段的应用则较少。但BIM作为建筑全过程信息的载体, 可将大量在乡村规划、设计及施工阶段的信息带入运维阶段, 因此BIM技术也将运用于美丽乡村的运维阶段。

国际上应用物联网等技术, 在温室农业生产中大量采用物联网传感器进行生产管理, 包括温湿度控制、营养液输送、pH值监测 (氢离子浓度指数) 及EC值监测 (可溶性盐含量) 等。通过运用物联网及BIM技术使温室蔬菜栽培条件达到最适宜的水平, 从而获得最优的蔬菜产量。据统计, 荷兰温室蔬菜平均年产量能达到每亩50000kg, 而我国温室蔬菜的平均每亩年产量仅为荷兰的35%左右。在人力消耗方面, 国内温室蔬菜生产主要为人工劳作, 劳动强度大, 温室年平均用时达每亩3600h以上, 但人均温室管理面积仅相当于日本的20%、西欧的2%和美国的0.3%。

《“智慧台湾”i-235智慧生活科技运用计划》在安全防灾、医疗照护、节能永续、智慧便捷、舒适便利、农业休闲等六大领域开展智慧农村生活科技创新应用的服务示范。2006年台湾“农委会”推出“漂鸟计划”, 该计划鼓励18岁以上、35岁以下的青年人到乡村体验农业种植等农业生产活动, 以增加乡村产业人力资源, 并协助年轻人在乡村及农业产业中找到新的工作契机与创业机会, 如励志型职业种稻人, 他们利用互联网开设网上商店, 采用自销自产的商业模式开创事业, 获取回报。

世纪之村智能化服务平台是结合我国新农村建设实际建立的集“村务管理及公开、村财管理、乡风文明、农家店、劳务供需、星火科技、企业展品、百姓新闻”八大功能于一体的农村智慧化综合服务平台。该服务平台采用政府提供平台政策及平台研发、公司负责平台经营、市场化运作模式, 以“整县推进、村设网点、服务到户”为原则, 在不增加乡村财政负担前提下, 将中国电信、中国移动代办点、村委会、供销合作社、合作医疗所、食杂店、茶叶店等实体店与网络服务平台相结合的服务模式。现已在福建省泉州市500多个村级行政单位广泛应用。该平台的成功运用使农村村域管理水平有了质的提升, 村务管理更透明、政府的监管更有效。同时也为“三农”提供了信息化服务支撑, 为提高农村村域社会资源利用率和拉动农村村级消费市场的发展奠定了信息化基础。

北京市昌平区沙岭村是全国第一个超低能耗农宅项目。沙岭村超低能耗农宅项目占地25亩, 总建筑面积7200m², 共36户, 每户200多m², 每两户一个联排 (见图1) 。徽派建筑风格, 有排水天沟和码头墙等复杂造型, 给被动房无热桥设计和施工带来很大难度。主体是页岩多孔砖, 对墙体的气密性施工要求很高。

由于该农宅是两户一个联排, 只有400m², 体形系数较大, 外围护结构面积也相对较大, 要求设计围护结构和门窗的平均传热系数较低, 否则达不到超低能耗建筑标准。

1) 坡屋面采用300mm厚石墨聚苯板, 平屋面采用15mm厚挤塑聚苯板+40mm厚HVIP真空绝热板+15mm厚挤塑聚苯板;外墙采用250mm厚石墨聚苯板, 防火隔离带采用250mm厚岩棉做防火隔离带, 2层南向外墙保温采用40mm厚HVIP真空绝热板, 高于室外地坪300mm以下外墙保温采用250mm厚挤塑聚苯板。

2) 门窗采用铝包聚氨酯型材、聚酯合金无钢衬型材和三玻双Low-E两腔充氩气全钢化玻璃, 整窗K值在0.9以下, 整门在1.0以下。

3) 排水天沟、阳台、上下水等按要求做了相应的保温、防水、断桥和隔气处理, 构件管线、套管、通风管道、电线套管等穿透建筑气密层的孔洞部位应进行气密性封堵。

4) 建筑客厅南北向外窗的设计能形成穿堂风, 可实现在过渡季和夏季利用自然通风带走室内余热。过渡季节和夏季温度适宜的夜间, 室外空气质量良好时, 可采用自然通风方式, 用户根据需要手动开启外窗进行自然通风。

5) 为保证室内通风换气, 设计和安装德国博乐的新风系统, 机组新风量最大为450m³/h, 可实现按需分档调控, 满足室内人员对新风量的需求。机组设置全热交换芯, 全热热回收效率达85%。确保冬天、夏天不开窗的情况下室内空气达到被动房标准 (见图2) 。

6) 暖通空调和生活热水的冷热源采用燃气壁挂炉作为建筑采暖热源, 采暖末端采用地板辐射供暖;容积式燃气热水器作为生活热水热源, 储热容积为180L;夏季用户采用分体式空调。

目前在沙岭村已使用了BIM乡村运维平台, 在运维平台上可详细了解沙岭村超低能耗房项目的细部结构, 可通过点击超低能耗房的各个构件了解建筑细节。关联超低能耗房的能耗消耗, 平台可按不同时间细度采集超低能耗房的能量消耗, 通过与国家相关标准对比, 及时侦测到用能异常的楼栋, 为村民提供用能建议, 使超低能耗房运行在正常用能范围内, 也为住户降低超低能耗房使用成本。

就目前而言, BIM技术在智慧乡村运维中的应用还相对较少, 在昌平区沙岭村超低能耗房项目中的应用主要为超低能耗房的结构展示及能耗分析。随着乡村互联网、物联网等一系列智慧化基础设施的普及, BIM技术将在智慧乡村运维中发挥更大作用。

1) 智慧乡村信息服务平台通过将乡村村民及旅游者所需的各类信息 (电视商城、天气预报、民意征询、农业信息等各类信息) 与乡村BIM模型整合, 可实现乡村信息的线上整合。通过智慧乡村信息服务平台, 可使村民及旅游者获取最直接的乡村信息, 以便其安排农事及旅游行程。

2) 智慧乡村交通实时智能管理通过将乡村道路路况信息与乡村BIM模型及GIS信息整合, 并与乡村道路交通信号控制系统等交通系统整合, 可实现乡村交通的智慧化, 方便村民出行。

3) 智慧乡村建设规划通过将乡村规划方案与建设方案BIM模型整合对比, 可让乡村管理者及上级主管部门清晰直观地了解乡村各项目建设方案的优劣性, 可对比选出最符合乡村规划方案要求的建设方案。而通过BIM模型中附带的建筑信息就可了解整个项目所需的各类材料, 并可通过电商平台进行直接采购, 方便乡村项目建设。

近几年, 我国部分省份正在积极探索具有本地特色的智慧乡村“规划-建设-运维”模式, 并取得一定成绩。与此同时也存在一些问题:如认识深度不足, 行动思想不统一;涉及部门众多, 组织协调难度大;在建设过程中, 重建设轻规划的现象比较突出, 乡村级项目建设规划和标准缺失;市场机制及社会力量的积极作用发挥不够;软件及平台建设不同步等。

乡村信息化建设不仅是实现智慧乡村建设目标的重要手段, 还是提升乡村经济发展水平和村民生活质量的必要途径。但在乡村建设及运维过程中逐渐凸显顶层规划缺失、网络服务费用过高、信息化服务整合不足等问题。未来的智慧乡村建设需以党的“十八大”精神、“五位一体”思想和中央农村经济工作会议精神为导向, 紧扣建设美丽乡村的主体目标及内涵, 强调以人为本, 体现科学发展观要求, 基于GB/T 32000—2015《美丽乡村建设指南》的规范指引, 坚持总体规划、适度领先、突出特色、实用为先的原则进行规划建设, 通过数字化、可视化的信息技术手段, 提高乡村管理与服务效率, 促进乡村产业升级。