BIM技术在超大型数据中心项目设计中的应用

罗志刚， 罗小平

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏南京 210019）

BIM技术在超大型数据中心项目设计中的应用

罗志刚， 罗小平

（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏南京 210019）

数据中心项目涉及专业繁多、工艺复杂，传统的二维设计方法难以满足大型和超大型数据中心项目高效精确的设计和严格控制工期及造价的要求。介绍了建筑信息模型（BIM）技术在某超大型数据中心项目设计中的应用，实现了无差错的高效设计。基于BIM设计的数据信息可贯穿整个生命周期的特点，提出BIM+DCIM的新理念，进一步提升数据中心运维管理效率和技术水平。总结了BIM技术在数据中心项目设计中应用的价值及重要意义，并展望了BIM技术在数据中心全寿命周期解决方案中的应用前景。

数据中心；建筑信息模块；数据中心基础设施管理；全寿命周期

罗志刚（1970-），男，高级工程师，从事暖通空调、数据中心及BIM应用方面的工作。

0 引 言

数据中心用于存放计算机设备、服务器设备、存储设备、网络设备和通信设备等IT设备，实现对数据信息的集中处理、存储、交换和管理。随着电子商务和互联网的发展，数据中心建设项目越来越多。数据中心项目具有投资大、工艺复杂、能耗高、安全等级高、运维要求高五大特点。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是用数字化的建筑组件表示真实世界中用来建造建筑物的构件，在计算机辅助设计等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特征和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。BIM能够应用于工程项目规划、勘察、设计、施工和运营维护等各阶段，实现建筑全寿命周期各参与方在同一多维建筑信息模型基础上的数据共享，为产业链贯通、工业化建造和繁荣建筑创作提供技术保障。BIM应用作为建筑业信息化的重要组成部分，必将极大地促进建筑领域生产方式的变革。

数据中心基础设施管理（Data Center Infrastructure Management，DCIM）是将IT和设备管理结合起来对数据中心关键设备进行集中监控、容量规划等集中管理的平台。DCIM通过软硬件（包括传感器）等提供独立的管理平台，对数据中心IT设备和基础设施进行实时监控和管理。

本文结合实际项目应用案例，分析BIM技术在数据中心项目设计中的应用。

1 项目概况

某超大型数据中心单体建筑面积约为10万m2，地上5层，地下3层，建筑主要功能区分别为数据机房、制冷机房、配电室、柴油发电机房及其他辅助功能区等，属一类高层通信建筑，设计标准参照GB 50174-2008《电子信息系统机房设计规范》A级标准。该数据中心执行国家有关规范，提高数据中心系统的扩展性和灵活性，确保系统安全、可靠。

该数据中心项目设计采用多项节能技术，充分利用自然冷源对IT设备进行散热，减少机械制冷系统的开启时间，降低空调系统能耗。数据中心设置蓄冷，实现制冷系统连续不间断供冷，保证系统可用性。数据中心全年设计平均电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）≤1.34，相比传统同规模数据中心的PUE（≥2.0），年节约用电量达3×108kWh。

在数据中心项目的设计前期，业主提出严格控制项目建造成本的要求，要尽可能减少设计变更。项目运维团队在设计阶段提前介入，并提出较高的技术要求。同时，数据中心项目规模超大，工艺极复杂，工期短，前期需求存在很多不确定性，设计方采用BIM技术提供必要的支撑，BIM设计的数据信息可贯穿整个生命周期；并结合运维团队的要求，提出BIM+DCIM理念，在设计过程中及时响应，并满足运维团队提出的各项技术要求。

图1 楼层层高控制

2 设计中主要BIM应用

2.1 方案比选

建筑功能布局是数据中心方案规划方案的重要环节，根据业主早期提出的二维平面布局需求，地上各个楼层均布置机房模块；BIM建模后发现部分楼层层高受管线高度制约，但通过二维布局直观地向业主展现调整后的方案，进行可视化的方案比选，确定了最终机房布局方案和建筑层高。项目设计过程中大大减少方案比选的讨论汇报时间，相比传统设计节省60%方案比选时间。楼层层高控制如图1所示。

2.2 协同设计

在传统的数据中心设计中，各专业间以定期、节点性提资的方式进行配合，存在数据交换不充分、理解不完整的问题，造成项目沟通成本大幅提升。采用BIM技术实现了一种点与中心信息交流的协同设计模式，各参与方之间的信息交流是唯一且连续的，将散乱的数据和信息整合在一个平台上，实现了专业间的数据共享，使信息沟通更加顺畅。在该数据中心项目，采用专业内部使用“工作共享”的方式对模型进行编辑，专业间采用互相链接中心文件的方式协同工作，实现了实时沟通、交互设计的目的，信息变更能很快传递，大幅提高了设计效率。对于复杂的数据中心，其准确的信息传递相比传统设计，协同上的效率节省约30%。

传统的二维设计软件以图纸为中心，项目在不同阶段和不同专业间的信息传递存在损失和失真。采用BIM技术的工程设计实现以工程信息为中心，保证项目不同阶段、不同专业间的数据传递的连续性、实时性和无损失。二维图纸在设计过程中难以清晰描述设备管线标高，部分机电专业管线未做精确定位。在BIM设计过程中，通过管线的精确定位，综合考虑各专业管线标高，在三维可视条件下完成，因此各专业在空间准确定位、彼此透明，减少了沟通调整的工作量，避免了施工过程中的返工，保证施工进度，并可有效提前（预计至少提前50 d）。专业协同设计如图2所示。

2.3 可视化设计

采用BIM的三维建模软件，提高项目团队内部沟通效率，同时使业主及决策者更容易理解方案，实现高效决策。该工程可视化设计节省效果图制作费用约10万元。

图2 专业协同设计

在制做参观通道设计过程中，通过三维BIM模型进行快速渲染，完美展现设计效果，通过方案比选让决策者快速确定最终设计方案。参观通道图如图3所示。

图3 参观通道图

该项目冷冻站机房内的管道复杂，管径大，空间小。在方案设计过程中，通过三维BIM模型进行虚拟安装，并充分结合一期、二期、三期的机柜启用进度，制订了冷冻机房的设备安装顺序，以及后期设备安装对于一期设备和管线的影响，并考虑到运输通道等因素，借助BIM技术设计方案快速确定最优方案，同时也为施工方案提供了重要参考。冷冻站方案图如图4所示。

图4 冷冻站方案图

2.4 仿真模拟计算

数据中心机房涉及专业复杂，其气流组织受影响因素较多，不同的机柜和空调末端方式，尤其是不同的机架功率对于气流组织的影响较大，常规的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件无法精确满足设计阶段的要求。该项目通过已建好的三维模型导入CFD进行模拟计算，验证方案设计的合理性，优化空调方案设计，降低PUE值。

该项目将参数化模型应用于精密空调和新风排风等系统设计，通过修改模型中设备管道的相关参数对通风量进行模拟，获得相应的冷量分析结果；通过气流掺混和机房冷热交换模拟，获得地板送风效果与气流组织，对机房内部布置进一步优化。调整末端空调系统设计，进一步降低设计PUE值。

同时，通过CFD软件模拟计算，可视化展示数据机房的空调系统运行效果，快速确定最优设计方案。标准机房模块CFD模拟如图5所示。

图5 标准机房模块CFD模拟

2.5 碰撞检测

针对检测到的碰撞形式的不同，形成碰撞报告，从而优化设计，大幅减少施工过程中的设计变更。初步估算，碰撞检测节省约220万元的项目变更预算。碰撞检测如图6所示。

图6 碰撞检测

2.6 工程量统计

基于BIM三维的造价控制，工程预算将在整个设计施工的所有变化过程中实现实时和精确，同时大大减少了工程变更的数量，对于降低造价极为有利。

该项目利用BIM技术实现了设备量清单与BIM模型实时关联，提前3周给出精确的工程量清单。

3 BIM+DCIM理念

BIM技术以建筑信息数据应用为中心，通过计算机及互联网技术可实现数据信息贯穿项目整个生命周期。该数据中心设计时将BIM与维护管理计划相结合，在数据中心建成后，通过DCIM实现精细、高效运维。DCIM是将建筑、环境和机电设备等基础信息数据通过后期人工制作录入，相对不够精确，并有可能存在理解、表达的错误。采用BIM技术把建造阶段的完整建模数据导入到DCIM平台，实现数据无损传递以及建筑物业管理与楼宇设备的实时监控相集成的智能化和可视化管理。

因此，本文提出了BIM+DCIM设计理念，即在项目设计阶段就考虑BIM建模数据与DCIM的对接，要求设计阶段的建模数据满足DCIM应用要求，特别是实现可视化运维、资产管理、物业管理、智能化运维等。

BIM+DCIM理念可进一步提升数据中心运维管理效率和技术水平，可在设计阶段尽可能考虑长期运维的问题，包括IT设备升级换代带来的问题、项目整体方案的设计质量提高、数据中心总体拥有成本降低。

4 BIM的价值

该项目利用软件平台搭建各专业共享的三维可视BIM模型，具有以下应用价值。

（1）保证了设计的一致性，实现专业间的透明，为协同设计提供基础。

（2）提供了分析检测及便利的剖切轴测功能，便于设计及校审人员查检缺漏及与专业间的冲突，保证了工作效率与质量。

（3）BIM模型完整保存了各专业土建、设备构件等数字化信息，可扩展实现建筑分析、施工指导等多种应用，极大提高了前期方案选型与后期服务的可实施性和便利性。

（4）三维的绘图体验和强大的数据库支持，提供了一个高效的设计工作平台。

（5）三维建模以及对于资产设备等的属性化定义，为搭建完善的DCIM平台奠定基础。

5 BIM技术在数据中心的应用展望

BIM技术可为工程建设项目提供决策、建设规划、性能预测、成本估算、施工监督管理、造价控制、资产管理和运维管理等多维模型，以及高质量的设计施工文件等可靠的数据信息。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性的特点，可以为工程建设项目提供前期策划、设计、施工和后期运维等各个阶段的全寿命周期的连续服务。

相对于常规的建筑物，数据中心更加关注全寿命周期的各个阶段对于项目的影响，所以BIM技术对于数据中心行业具有非常重要的意义。BIM技术在数据中心项目全寿命周期的应用，会改变现有的规划设计、施工建造及运营维护模式，最终提高生产效率，减少工程建设中的设计成本、建造成本以及管理成本。

6 结 语

BIM技术是数据中心工程项目寻求更加精细化和高掌握程度的技术手段。目前，数据中心项目的BIM应用较少，还存在较多不足和缺陷，但随着越来越多的数据中心工程项目采用BIM技术，两者的结合将会逐步趋于完善。

［1］ 刘济瑀.勇敢走向BIM 2.0［M］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［2］ 欧阳东.BIM技术：第二次建筑设计革命［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［3］ 黄锴.基于三维模型的数据中心设计与分析［J］.智能建筑，2013（1）：109-113.

whole life cycle

App lication of BIM Technology in Design of Super Large Scale Data Center Project

LUO Zhigang， LUO Xiaoping
（Jiangsu Post&Telecommunications Planning and Designing Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210019，China）

The data center project involves the various professional and complex technologies.The traditional twodimensional design method is difficult to meet the requirements of high efficient and precise design，and the cost and construction period control for large and super large scale data center project.This paper introduced a super-large data center project design with zero defects by using the building informationmodeling（BIM）technology.Based on the characteristics of BIM information data which is through the whole life cycle，a new ideal of BIM+DCIM was proposed to further improve the operation and management efficiency and technical level of data center.The value of BIM technology in the design of data center projectwas summarized，and the future application of BIM technology in the data center is also prospected.

data center；building information modeling（BIM）；data cen ter Infrastructure managemen t（DCIM）；

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0030-05

2015 09 07

罗小平（1977-），男，工程师，从事BIM应用方面的工作。