基于BIM的大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目全生命周期管理研究

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福建省數(shù)字福建云計算運(yùn)營有限公司，福建福州，350000

0 引言

新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（簡稱：新基建）項(xiàng)目，是以新發(fā)展為理念，以技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動，以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，面向高質(zhì)量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施體系[1]。

大數(shù)據(jù)中心是集中存放計算、存儲以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的場所，是承載計算力的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，是新基建的核心方向之一，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的“數(shù)字底座”[2]。從建筑專業(yè)角度分析，大數(shù)據(jù)中心具有投資大、管線復(fù)雜、設(shè)備繁多、安全及可靠性要求高、空間利用要求高等特點(diǎn)，需通過先進(jìn)的技術(shù)手段對其在包括策劃、設(shè)計、施工、運(yùn)維階段在內(nèi)的全生命周期進(jìn)行科學(xué)管理，以保證大數(shù)據(jù)中心的高可用性目標(biāo)。

BIM（Building Information Modeling），中文名稱建筑信息模型，核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫。該信息庫不僅包含描述建筑物構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對象（如空間、運(yùn)動行為）的狀態(tài)信息。借助這個包含建筑工程信息的三維模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，從而為建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)利益方提供了一個工程信息交換和共享的平臺[3]。

BIM技術(shù)在近十年取得了快速發(fā)展，它在項(xiàng)目策劃、設(shè)計、施工和運(yùn)維階段都帶來了許多管理和技術(shù)上的變革。BIM技術(shù)在醫(yī)院、高校、商場、園區(qū)等領(lǐng)域應(yīng)用頗多，但在大數(shù)據(jù)中心類型項(xiàng)目中的應(yīng)用少有報道。將BIM技術(shù)應(yīng)用在大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目全生命周期各階段管理過程中，將會顯著提高項(xiàng)目精細(xì)化管理能力，最終實(shí)現(xiàn)降本、增效、提質(zhì)等目的。

1 BIM在項(xiàng)目策劃階段的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的策劃階段是全生命周期過程中的首要內(nèi)容，通過調(diào)查分析，得出科學(xué)合理的項(xiàng)目方案。結(jié)合大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目特點(diǎn)就BIM技術(shù)在項(xiàng)目策劃階段以下三方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1.1 環(huán)境調(diào)查分析

大數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署有大量復(fù)雜精密的IT設(shè)備，對運(yùn)行環(huán)境敏感度較高，為保障設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行并為外界提供服務(wù)，大數(shù)據(jù)中心在選址時應(yīng)進(jìn)行全方位考慮。

針對大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目特點(diǎn)，建議選擇氣候溫度較低的地方進(jìn)行建設(shè)，有利于節(jié)能降耗；應(yīng)遠(yuǎn)離產(chǎn)生粉塵、有害氣體、強(qiáng)振源、強(qiáng)噪聲源、強(qiáng)電磁干擾等的場所；不宜選址在低洼處，容易受水患影響。可通過BIM+傾斜攝影技術(shù)對大數(shù)據(jù)中心擬建地塊及周邊環(huán)境進(jìn)行建模分析，如圖1所示，對用地紅線進(jìn)行可視化標(biāo)注，對地塊周邊不利因素進(jìn)行定位，結(jié)合專業(yè)軟件工具對擬建大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行風(fēng)、熱、日照、噪聲等環(huán)境因素分析，在線上與項(xiàng)目各參與單位進(jìn)行環(huán)境信息的可視化協(xié)同交流，提高溝通效率，為選址決策提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 方案比選

通過BIM技術(shù)，對擬建項(xiàng)目方案進(jìn)行三維可視化的直觀比選，方便建設(shè)單位及評審人員對方案進(jìn)行評估。通過可視化的互動漫游，對項(xiàng)目的建筑設(shè)計效果、與周邊環(huán)境的關(guān)系、內(nèi)部空間布局等進(jìn)行比較，提高評估人員的評審效率，快速達(dá)成共識[4]。

1.3 投資估算

投資估算是大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目策劃階段的重要成果文件，是項(xiàng)目決策的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在投資估算編制過程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可獲得更為準(zhǔn)確的工程量信息，進(jìn)而估算出更精確的工程造價，并對項(xiàng)目各階段的資金投入進(jìn)行合理安排，統(tǒng)籌資金計劃，保障項(xiàng)目順利進(jìn)行。

2 BIM在設(shè)計階段的應(yīng)用

在項(xiàng)目設(shè)計階段，由于大數(shù)據(jù)中心建筑造型豐富多變，內(nèi)部設(shè)備管線錯綜復(fù)雜，使得設(shè)計工作增加了不少難度。傳統(tǒng)的二維CAD圖紙表現(xiàn)形式抽象，很難將復(fù)雜三維空間關(guān)系表達(dá)清晰、完整，導(dǎo)致施工階段經(jīng)常產(chǎn)生碰撞沖突等問題，從而造成設(shè)計變更，導(dǎo)致工期延誤及人工材料的浪費(fèi)。在大數(shù)據(jù)中心設(shè)計階段應(yīng)用BIM技術(shù)，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計方式的諸多不足，本文主要在以下三方面進(jìn)行設(shè)計階段的BIM應(yīng)用研究。

M煤礦的關(guān)閉作為中國煤礦關(guān)閉進(jìn)程中的一環(huán)，體現(xiàn)了中國煤礦企業(yè)關(guān)閉時間緊、任務(wù)重的特點(diǎn)，較之于許多發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的煤礦關(guān)閉與職工安置政策仍存在不足。

2.1 三維可視化設(shè)計

基于BIM技術(shù)，在虛擬數(shù)字空間完成對擬建大數(shù)據(jù)中心工程的模型搭建，以三維形式直觀表達(dá)設(shè)計成果，將各類工程信息賦予在模型構(gòu)件中，如幾何屬性、材質(zhì)屬性、使用屬性等，實(shí)現(xiàn)所見即所得的設(shè)計效果。通過建模，在完成對原有二維圖紙復(fù)核的同時，也可對工程中復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精確設(shè)計。比如針對大數(shù)據(jù)中心內(nèi)錯綜復(fù)雜的管線區(qū)域，可通過BIM技術(shù)進(jìn)行更為精確的三維設(shè)計，對各類管線進(jìn)行合理的空間排布、預(yù)留洞口，從而減少施工階段因圖紙問題而產(chǎn)生的不確定性及變更。

2.2 設(shè)計協(xié)同

大數(shù)據(jù)中心工程設(shè)計工作涉及多個專業(yè)，包括建筑、結(jié)構(gòu)、裝修、給排水、暖通、IT等，需要各專業(yè)技術(shù)人員協(xié)同完成。傳統(tǒng)模式下，通過CAD進(jìn)行二維圖紙?jiān)O(shè)計，存在設(shè)計意圖表達(dá)不直觀、各專業(yè)間溝通門檻高、協(xié)調(diào)難度大、空間沖突多等問題。基于BIM及BIM輕量化技術(shù)，搭建BIM設(shè)計施工協(xié)同平臺，如圖2所示，各專業(yè)技術(shù)人員可將搭建的BIM模型隨時上傳到云端，通過直觀化的展示提高溝通效率，通過合模、碰撞檢測等操作，優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計存在的問題，利用平臺提供的共享視角、涂鴉標(biāo)注、在線交流等功能，第一時間協(xié)調(diào)相關(guān)專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)整，極大提高協(xié)同效率，避免因溝通不及時而造成的大量返工。項(xiàng)目相關(guān)人員也可通過各版本模型的對比，快速找出每次版本的改動之處。

2.3 綠色建筑設(shè)計

根據(jù)國際能源研究機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)顯示，建筑物方案設(shè)計階段的節(jié)能潛力可以達(dá)到40%以上。PUE（Power Usage Effectiveness，電源使用效率，等于數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗的比值）作為衡量大數(shù)據(jù)中心綠色化程度的重要指標(biāo)，也是影響其經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。大數(shù)據(jù)中心耗電高、產(chǎn)熱大，空調(diào)能耗在所有非IT負(fù)載能耗中占有很大比例，科學(xué)合理的機(jī)柜、空調(diào)末端排布方案可極大改善大數(shù)據(jù)中心內(nèi)空氣流通情況從而提高降溫效率，減少總體能耗。利用BIM技術(shù)，將大數(shù)據(jù)中心BIM模型導(dǎo)入到Project Vasari或其他流體力學(xué)計算軟件中，進(jìn)行空氣流動模擬分析、冷熱交換分析、冷量計算等，基于BIM對分析結(jié)果進(jìn)行可視化展示，優(yōu)化調(diào)整空調(diào)及機(jī)柜設(shè)計方案，降低總體能耗，進(jìn)而降低PUE指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)中心的綠色化設(shè)計。

3 BIM在施工階段的應(yīng)用

施工階段是工程項(xiàng)目全生命周期中貫徹設(shè)計意圖，按照策劃目標(biāo)完成建設(shè)任務(wù)的主要過程。傳統(tǒng)施工管理模式粗放，人員素質(zhì)普遍不高，導(dǎo)致項(xiàng)目經(jīng)常出現(xiàn)成本超支、進(jìn)度延期、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。利用BIM技術(shù)，可有效提高項(xiàng)目精細(xì)化管理水平，增強(qiáng)施工階段的管控能力和協(xié)調(diào)能力。本文主要在以下四個方面對BIM技術(shù)在大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用進(jìn)行研究。

3.1 三維可視化交底

傳統(tǒng)施工方案技術(shù)交底主要以二維圖紙配合文字描述形式開展，但對于大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)使得傳統(tǒng)交底形式表達(dá)能力不足，效果欠佳。而且，施工現(xiàn)場作業(yè)班組，往往文化程度不高，容易對施工方案造成誤解。通過BIM進(jìn)行技術(shù)交底，可大幅提高交底溝通效率，降低理解難度，配合虛擬施工動畫演示，使交底更加直觀，保證信息傳遞準(zhǔn)確。

3.2 4D進(jìn)度管理

4D進(jìn)度管理是利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對擬建工程全過程建造時空（三維空間+時間）的數(shù)字化模擬及管控。WBS（Work Breakdown Structure，工作分解結(jié)構(gòu)）作為工程項(xiàng)目進(jìn)度管理的前置基礎(chǔ)資料，是決定工程項(xiàng)目進(jìn)度管理成敗以及管理精細(xì)度的重要因素，以WBS基本單元作為串聯(lián)起B(yǎng)IM構(gòu)件與進(jìn)度計劃的中間橋梁，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度計劃與BIM構(gòu)件的關(guān)聯(lián)綁定，構(gòu)建基于BIM的工程進(jìn)度計劃，從而實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的4D可視化模擬。

通過將實(shí)際進(jìn)度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BIM平臺中，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際進(jìn)度與計劃進(jìn)度的三維可視化對比，通過不同顏色將進(jìn)度超前、落后、正常的各項(xiàng)施工任務(wù)進(jìn)行標(biāo)記，直觀表達(dá)當(dāng)前時間節(jié)點(diǎn)工程項(xiàng)目整體的進(jìn)度狀態(tài)，如圖3所示。通過實(shí)際進(jìn)度與計劃進(jìn)度的比較分析，定位進(jìn)度落后的影響因素，根據(jù)實(shí)際情況對進(jìn)度計劃進(jìn)行優(yōu)化迭代，合理調(diào)配資源，實(shí)現(xiàn)施工增效、工期可控的目標(biāo)。

3.3 5D動態(tài)成本管控

將資金、人員、機(jī)械設(shè)備、材料組成的工程項(xiàng)目成本數(shù)據(jù)疊加到4D進(jìn)度模型上，即形成5D成本模型。基于5D成本模型，可對工程項(xiàng)目建造過程的成本投入進(jìn)行模擬，推導(dǎo)出各類資源的投入計劃，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，對投入計劃進(jìn)行合理優(yōu)化，有效利用資源的時間價值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成本及資源的節(jié)約。

3.4 現(xiàn)場管理

在項(xiàng)目質(zhì)量、安全管理過程中，現(xiàn)場人員通過移動端APP，可將發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量、安全問題以視頻、照片、文字等形式進(jìn)行上報，并在BIM模型中與對應(yīng)構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的信息同步。項(xiàng)目管理人員即便身處異地，也可在云端通過瀏覽BIM模型了解項(xiàng)目現(xiàn)場的實(shí)際情況，對項(xiàng)目進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管，提高管理時效性。通過建立質(zhì)量、安全問題管理臺賬，落實(shí)問題責(zé)任到人，按照項(xiàng)目管理規(guī)章流程對問題進(jìn)行整改處理，形成閉環(huán)，保障項(xiàng)目質(zhì)量、安全管理制度落地，所有問題整改到位、無遺漏。

4 BIM在運(yùn)維階段的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建成后投入正式使用，即進(jìn)入到運(yùn)維階段。運(yùn)維階段在項(xiàng)目全生命周期中所占時間最長、成本最高，做好運(yùn)維管理工作，直接關(guān)系到項(xiàng)目策劃目標(biāo)的成敗。本文主要在以下三個方面對BIM技術(shù)在大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目運(yùn)維階段的應(yīng)用進(jìn)行研究。

4.1 BIM+DCIM融合應(yīng)用

DCIM（Data Center Infrastructure Management，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理）是對大數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和集中管理的平臺[5]。將BIM輕量化引擎模塊嵌入至DCIM平臺，導(dǎo)入大數(shù)據(jù)中心竣工BIM模型，可構(gòu)建BIM與DCIM融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理平臺，如圖4所示。BIM作為大數(shù)據(jù)中心全生命周期信息的載體，不僅對策劃、設(shè)計、施工階段的工程信息進(jìn)行繼承保留，還通過物聯(lián)感知的方式，將運(yùn)維階段各設(shè)施設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)信息進(jìn)行集成監(jiān)控。以此為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)：（1）大數(shù)據(jù)中心實(shí)時宏觀運(yùn)轉(zhuǎn)情況的三維可視化展示；（2）物聯(lián)感知監(jiān)控指標(biāo)超限情況報警；（3）在統(tǒng)一平臺對各機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控；（4）BIM承載的全生命周期數(shù)據(jù)對實(shí)際運(yùn)維工作開展進(jìn)行指導(dǎo)。通過上述應(yīng)用效果，利用BIM技術(shù)對運(yùn)維管理進(jìn)行賦能升級，最終達(dá)到大數(shù)據(jù)中心智能化管理的目的。

通過BIM模型，可幫助運(yùn)維人員更加清晰地對機(jī)電管線、網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行梳理，理清各機(jī)電系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，在出現(xiàn)問題時可更加快速地進(jìn)行故障定位。在資產(chǎn)管理方面，諸如資產(chǎn)的生產(chǎn)廠家、售后服務(wù)、所在位置、壽命期限、維護(hù)狀況等基本信息，均以具體的BIM模型構(gòu)件作為載體進(jìn)行記錄，方便運(yùn)維人員查找。通過BIM的匯總統(tǒng)計功能，還可導(dǎo)出各類資產(chǎn)的明細(xì)清單，幫助運(yùn)維人員進(jìn)行資產(chǎn)盤點(diǎn)[6]。

4.2 機(jī)柜租賃管理

基于BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)柜的三維可視化管理，直觀地對各機(jī)柜的租用情況進(jìn)行展示，可以快速查詢每個客戶所使用的機(jī)柜數(shù)量及位置，也可通過機(jī)柜查詢租賃狀態(tài)信息，如客戶名稱、租期、租金等，方便運(yùn)維及經(jīng)營人員對機(jī)柜及客戶進(jìn)行全面管理。

4.3 防災(zāi)應(yīng)急管理

災(zāi)害發(fā)生時，可在BIM三維空間中對災(zāi)害的空間位置進(jìn)行定位，通過視頻監(jiān)控查看災(zāi)害現(xiàn)場的實(shí)時畫面，并與BIM空間中相同視角下的原空間狀態(tài)進(jìn)行虛實(shí)融合比對，判斷災(zāi)害的發(fā)展趨勢。利用BIM三維可視化優(yōu)勢，對災(zāi)害周邊的應(yīng)急資源進(jìn)行合理調(diào)度，規(guī)劃應(yīng)急救援路線及疏散路線，為應(yīng)急指揮提供決策依據(jù)。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目管理模式下，由于一直缺少一個完善的管理機(jī)制以及貫穿始終的應(yīng)用工具，很難真正實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全生命周期管理，直到BIM技術(shù)出現(xiàn)才改變這一現(xiàn)象。BIM作為現(xiàn)實(shí)世界工程實(shí)體在數(shù)字世界的孿生體，是承載項(xiàng)目全生命周期信息的底座，是信息在各階段間縱向傳遞的高效媒介。本文對BIM技術(shù)在大數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目全生命周期管理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析了BIM技術(shù)在策劃階段、設(shè)計階段、施工階段、運(yùn)維階段所能解決的實(shí)際問題以及帶來的管理創(chuàng)新及優(yōu)化，研究結(jié)果表明，BIM技術(shù)在大數(shù)據(jù)中心全生命周期各個階段均具有較高的應(yīng)用價值，可幫助項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)降本、增效、提質(zhì)的目的。