BIM 技術在數據中心產業園全生命周期中的應用

文／周天凡 南京工業大學建筑學院 碩士研究生（通訊作者）

張海燕 南京工業大學 副教授

吳大江 中通服咨詢設計研究院有限公司

張潤澤 南京工業大學建筑學院

引言

在科技發展如此迅猛的時代，云計算與大數據等新一代數據信息化技術的應用改變著城市的發展，成為生活中不可或缺的一部分。面對疫情常態化的社會，線上經濟和遠程辦公方式甚為活躍，數據中心作為支撐數據信息化的主要載體，是數據機房設備運行的重要場所。數據中心產業園設計不再局限于傳統設計方法，BIM 技術的應用為其全生命周期提供了更多的可能。Building Information Modeling（BIM），即建筑信息模型，是建立在三維數字技術基礎之上，匯集相關工程數據信息的模型。設計方通過BIM 連接建筑全生命期不同階段的數據過程和資源，使用相關技術方法參與到數據中心產業園的設計中。BIM 技術進一步提高了數據中心產業園建筑一體化的程度，提升了園區的設計質量和效率，最大程度地降低成本。

1 工程概況

華倉云計算南京智慧產業園位于南京市高淳區，緊臨城市主干道滄溪路與戴衛東路。項目總建筑面積約246100m2，其中地上總建筑面積242800m2，地下總建筑面積約3300m2[1]。園區規劃用地呈不規則矩形，地勢平坦，周邊市政、電力、通信、供水等公用基礎設施完善，管線引入方便。

華倉通信依托產業園為轉型提供基礎支持，也為全國范圍內互聯互通提供應用支持。園區的數據中心、動力中心和運維中心對建筑、結構、機電專業的協同合理性提出高要求，需要BIM 技術在設計階段配合工藝協同設計。在施工和運維階段，通過建立三維信息模型，利用Revit 軟件的可視化、參數化等功能，直觀形象地展示方案、表述設計思路。對整體模型進行分析推敲、反復對比、更新深化，實現精確設計，提高系統能耗，減少能耗，全面打造以綠色低碳環保、智能化能源生態系統為主的綠色一星級標桿數據中心產業園。

2 BIM 技術的應用

BIM 技術是新一代數據機房設計的重要工具，建立起建筑、結構、機電等專業統一的可視化模型平臺，經過計算分析、修改確認后的結構構件在Revit 中同步反提建筑及設備專業，實現三維平臺的信息共享，便于后續凈空分析和管線碰撞檢測等工作[2]。BIM 技術的應用在華倉云計算南京智慧產業園全生命周期中全面覆蓋設計、施工、運維三個階段。

2.1 設計階段

在華倉云計算南京智慧產業園設計過程中，利用BIM 技術可視化、協同性、精細化的特征，對BIM 技術在空間優化、結構模型創建與共享、碰撞檢測與管線綜合、圖形數據聯動與實時更新等方面進行重點應用與探索。

數據機房的復雜空間在應用BIM 空間模擬后拋棄了傳統的CAD 二維平面設計。數據機房空間的精細化設計既優化了平面布局，提升了工藝流線的集約性和高效性[3]，又最大程度地提高了平面及空間的使用效率，為未來空間布局的可擴展性和靈活規劃運營提供了基礎。數據機房中除去機房空間，走道空間也集合了暖通、給排水、消防、強電、弱電、工藝等設備專業的管線。根據剖面圖比對方案，利用BIM 設計走道的管線排列，調整走道設備管線高度，首先達到走道的凈空要求，其次滿足設備專業的運行需要。設計方模擬走道空間管線排布，不改變建筑總高也可以再次優化層高，便于方案的合理選擇。

載入BIM 模型的中心文件，可以將構件的位置標高信息和軸網標高與相關專業共享使用。參照建筑中心文件建立的模型導出的梁柱墻節點信息，可用于結構計算分析，根據計算結果完成結構BIM 模型。在這一過程中BIM 模型中記錄的結構構件的尺寸、長度、材料等信息，能夠結合各構件間節點信息導入專業結構設計軟件——盈建科，而盈建科又能進一步導出至PKPM、MIDAS、SAP 等其他結構有限元計算軟件中，對結構模型進行后續計算復核。只有與Revit 模型的互相印證和修改，才能得出結構平面圖紙[4]。

在園區的設計中，機電設備是在建筑和結構專業的BIM 模型基礎上進行的建模，利用BIM技術的實時可視化功能，在設計過程中可以做到3D 可視化的環境，精確定位管線位置。相關專業之間的協作檢測，也會及時解決管線碰撞沖突的問題，提供直觀的沖突，真實反映管路連接情況，大幅提升設計質量及效率，避免施工返工。

BIM 模型與施工圖圖紙的一致是BIM 在設計階段的生命線，相關專業以建筑專業模型為基礎，協調其他專業，直接生成可用于施工圖的二維、三維圖紙。剖面大樣的圖紙可以在平面上設置剖面線進行便捷輸出，與傳統人工繪制方式相比更為快速與精確。其他專業模型通過協同關聯緊密的方式，避免了各專業圖紙不一致的問題，在施工圖深化階段，利用BIM 模型直接生成綜合支吊架圖紙及穿梁套管圖，提高出圖效率，確保施工順利進行，縮減施工周期。

2.2 施工階段

根據華倉云計算南京智慧產業園的工程特點，BIM 技術在施工階段應用到施工進度管理、施工進度模擬、施工組織優化、工程量計算等場景中，通過BIM 技術，達到控制進度、保證質量、縮短工期的目的。

施工階段的進度管理過程需要施工單位實時地提供施工計劃與實際進度，經過監理單位審核后，運用BIM 模型清晰地展示進度現狀，配合實時的基礎進度信息（BIM 模型的工程量+施工單位基于工作包的進度上報）自動統計分析形象進度。設計方在深化方案比選時，經過三維模擬對機電BIM 模型安裝可視化指導進行虛擬安裝，反復比較安裝工序，最終選擇最優的施工方案[5]。

在施工場地受限的條件下合理對現有場地進行安排，高效做好施工前期，利用BIM 技術對施工平面進行三維布置和優化。施工組織優化是快捷方便的布置形式，可視性強，也更容易體現臨時設施與施工機械等的空間關系，模擬不同階段的工況，消除風險，確保工期。根據不同施工階段的場地BIM 模擬分析，對塔吊、電梯、大門、板房、通道、人車分流等進行提前分析，做到合理布局，減少對周邊居民的影響[6]。

高效的建模技術、強大的計算能力使得項目工程基礎數據計算分析能力大為提升，這也是園區做到細致管理的基礎和核心。將BIM 工程量統計及輔助造價構件明細表導入造價軟件生成預算表BIM 模型中，構件的材料、數量通過軟件自動統計導出明細表格，結合預算軟件實現造價快速計算及預算額的實時更新。

2.3 運維階段

數據中心產業園中建筑單體儲存和使用的機電及通信設備種類多、工藝系統復雜，能否高效、安全、低成本運營，將直接決定園區的運營效益。通過BIM 技術對運營維護實施有效管理，是產業園實現綠色節能目標的關鍵[7]。建立實現高度統一的信息共享、相互協調和聯動功能的系統，可以為華倉云計算南京智慧產業園建立起集成監控和管理界面，從中也可以獲取全面的系統信息，實現信息資源的優化管理和共享。

運維階段的功能主要分為基礎設施管理和運維管理兩大類型。基礎設施管理包含了能耗管理、三維可視化、設備監控和告警管理等。

能耗管理的主要功能是能耗監測、建立數據標準化和適配——EDS（能源數據服務層）、能耗預算、電費報賬、節能措施。而能耗管理的目標是基于現有能源數據、動環系統和資源系統等，統一接口和規格實現數據標準化，完成數據清洗和審計，以此為基礎，構建能源管理服務平臺，承載多種應用，以便真正指導節能工作并發揮經濟效益。三維可視化可以無縫銜接完整的支持動環類設備，包括諸如空調、UPS、配電柜、各類高低壓開關柜、柴油發電機、溫濕度探頭等設備對象的可視化管理，同時支持向供電、供水管路、配線管路的可視化管理，方便用戶在三維實景中直觀快速地顯示各類動環設備信息。數據中心產業園基礎設施可視化支持用戶在三維場景中直觀地查詢數據中心當前的空間、承重、配電和信息接入點的使用情況，并允許用戶根據這些資源的使用情況進一步合理分配放置設備的機柜資源對象。

運維系統中通過機房設備的通訊接入端口，連接各種機房設備，比如：攝像機、入侵報警探測、門禁、UPS、蓄電池、空調、溫濕度傳感器、氫氣傳感器、水浸等，來對這些設備運行情況進行集中監控，一旦發現異常，系統便自動報警，發送報警通知信息并聯動控制。智能化集成（平臺）系統可以顯示系統運行的各種告警信息，可根據告警的時間、類型、告警源、嚴重度、故障位置等進行篩選。告警報警方式可提供除常見的聲光告警外，當特定的告警發生時，還可以通過提供E-mail、短信等通知方式，同時也可與智能化集成（平臺）系統運維管理模塊配合，產生運維工單。

運維服務管理模塊中BIM 技術提供針對基礎設施運維全流程的支持，針對園區管理人員的日常運營，提供包括服務臺、事件管理、問題管理、配置管理、變更管理、發布管理的服務支持來對運營工作進行規范化、流程化的處理。針對運維業務方，提供包括服務級別管理、服務財務管理、可用性管理，向運維部門最終的服務對象提交相關運維服務的可量化數據，為企業在運維規劃、運維能力、運維保障等方面提供強有力的數據支撐[8]。

3 BIM 技術應用的創新點

在概念設計階段，數據機房的性能模擬不僅出現在華倉云計算南京智慧產業園中，作為BIM技術應用的創新點，性能模擬是提高數據機房節能環保性能的重要途徑。在華倉云計算南京智慧產業園項目中運用了ECITECT 日照模擬分析和CFD 氣流組織模擬分析兩種手段。通過BIM 模型進行幾何專業性能化模擬，提高性能化模擬效率，對BIM 設計成果進行驗證。

ECITECT 日照模擬分析，利用ECOTECT 等BIM 采光模擬軟件，對通風采光窗或其他采光措施的采光效果進行模擬，優化平時人防區域的自然采光設計，減少常規照明能耗。通過軟件模擬手段，可以更直觀、高效地優化設計方案，結合模擬結果調整平面布置或窗體設置，提高整體采光效果。

CFD 氣流組織模擬，通過CFD 手段，依據相應的計算軟件對機房氣流組織進行模擬，優化機房溫度場、氣流場分布，優化氣流組織。將IDC 機房模型導入CFD 軟件，設定包括機架、高架地板、通風柵格、空調系統、天花板回風等組件的模擬參數，模擬得到下送上回的送風方式下，機房的溫度場、風速場、風壓場等結果，支撐起冷熱通道的設計，促進對未來機房維護、設備節能的管理。

結語

數據中心產業園是新形勢下的新型產業園區，BIM 技術在產業園區的設計、施工和運維階段的應用都提出了新的技術要求，基于BIM 技術的一體化集成應用，更好地保證了BIM 設計成果在施工過程中的體現，同時也將建筑信息傳導至運維模型，為后期的運營維護提供數據支持。經過BIM 技術的不斷發展，建立高效、低能耗的建造體系，確保高效的運行效率，建造一個智能生態的綠色數據中心產業園。

在未來的發展過程中，數據變成了重要資源，數據中心產業園成為城市發展的強大驅動力。數據中心產業園的建造應牢牢抓住BIM 技術深入應用的契機，完成“大數據戰略”和“建設數字中國”的戰略轉型，引領城市的現代化建設與發展。