基于BIM的大数据中心项目全生命周期管理研究

张诗良

福建省数字福建云计算运营有限公司，福建福州，350000

0 引言

新型基础设施建设（简称：新基建）项目，是以新发展为理念，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系[1]。

大数据中心是集中存放计算、存储以及网络设备的场所，是承载计算力的关键基础设施，是新基建的核心方向之一，为经济高质量发展提供坚实的“数字底座”[2]。从建筑专业角度分析，大数据中心具有投资大、管线复杂、设备繁多、安全及可靠性要求高、空间利用要求高等特点，需通过先进的技术手段对其在包括策划、设计、施工、运维阶段在内的全生命周期进行科学管理，以保证大数据中心的高可用性目标。

BIM（Building Information Modeling），中文名称建筑信息模型，核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。该信息库不仅包含描述建筑物构件的几何信息、专业属性及状态信息，还包含了非构件对象（如空间、运动行为）的状态信息。借助这个包含建筑工程信息的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为建筑工程项目的相关利益方提供了一个工程信息交换和共享的平台[3]。

BIM技术在近十年取得了快速发展，它在项目策划、设计、施工和运维阶段都带来了许多管理和技术上的变革。BIM技术在医院、高校、商场、园区等领域应用颇多，但在大数据中心类型项目中的应用少有报道。将BIM技术应用在大数据中心项目全生命周期各阶段管理过程中，将会显著提高项目精细化管理能力，最终实现降本、增效、提质等目的。

1 BIM在项目策划阶段的应用

大数据中心项目的策划阶段是全生命周期过程中的首要内容，通过调查分析，得出科学合理的项目方案。结合大数据中心项目特点就BIM技术在项目策划阶段以下三方面的应用进行研究。

1.1 环境调查分析

大数据中心内部署有大量复杂精密的IT设备，对运行环境敏感度较高，为保障设备能够持续稳定的运行并为外界提供服务，大数据中心在选址时应进行全方位考虑。

针对大数据中心项目特点，建议选择气候温度较低的地方进行建设，有利于节能降耗；应远离产生粉尘、有害气体、强振源、强噪声源、强电磁干扰等的场所；不宜选址在低洼处，容易受水患影响。可通过BIM+倾斜摄影技术对大数据中心拟建地块及周边环境进行建模分析，如图1所示，对用地红线进行可视化标注，对地块周边不利因素进行定位，结合专业软件工具对拟建大数据中心进行风、热、日照、噪声等环境因素分析，在线上与项目各参与单位进行环境信息的可视化协同交流，提高沟通效率，为选址决策提供科学依据。

1.2 方案比选

通过BIM技术，对拟建项目方案进行三维可视化的直观比选，方便建设单位及评审人员对方案进行评估。通过可视化的互动漫游，对项目的建筑设计效果、与周边环境的关系、内部空间布局等进行比较，提高评估人员的评审效率，快速达成共识[4]。

1.3 投资估算

投资估算是大数据中心项目策划阶段的重要成果文件，是项目决策的重要经济指标。在投资估算编制过程中应用BIM技术，可获得更为准确的工程量信息，进而估算出更精确的工程造价，并对项目各阶段的资金投入进行合理安排，统筹资金计划，保障项目顺利进行。

2 BIM在设计阶段的应用

在项目设计阶段，由于大数据中心建筑造型丰富多变，内部设备管线错综复杂，使得设计工作增加了不少难度。传统的二维CAD图纸表现形式抽象，很难将复杂三维空间关系表达清晰、完整，导致施工阶段经常产生碰撞冲突等问题，从而造成设计变更，导致工期延误及人工材料的浪费。在大数据中心设计阶段应用BIM技术，可弥补传统设计方式的诸多不足，本文主要在以下三方面进行设计阶段的BIM应用研究。

M煤矿的关闭作为中国煤矿关闭进程中的一环，体现了中国煤矿企业关闭时间紧、任务重的特点，较之于许多发达国家，国内的煤矿关闭与职工安置政策仍存在不足。

2.1 三维可视化设计

基于BIM技术，在虚拟数字空间完成对拟建大数据中心工程的模型搭建，以三维形式直观表达设计成果，将各类工程信息赋予在模型构件中，如几何属性、材质属性、使用属性等，实现所见即所得的设计效果。通过建模，在完成对原有二维图纸复核的同时，也可对工程中复杂节点进行精确设计。比如针对大数据中心内错综复杂的管线区域，可通过BIM技术进行更为精确的三维设计，对各类管线进行合理的空间排布、预留洞口，从而减少施工阶段因图纸问题而产生的不确定性及变更。

2.2 设计协同

大数据中心工程设计工作涉及多个专业，包括建筑、结构、装修、给排水、暖通、IT等，需要各专业技术人员协同完成。传统模式下，通过CAD进行二维图纸设计，存在设计意图表达不直观、各专业间沟通门槛高、协调难度大、空间冲突多等问题。基于BIM及BIM轻量化技术，搭建BIM设计施工协同平台，如图2所示，各专业技术人员可将搭建的BIM模型随时上传到云端，通过直观化的展示提高沟通效率，通过合模、碰撞检测等操作，优化空间结构，及时发现设计存在的问题，利用平台提供的共享视角、涂鸦标注、在线交流等功能，第一时间协调相关专业人员进行调整，极大提高协同效率，避免因沟通不及时而造成的大量返工。项目相关人员也可通过各版本模型的对比，快速找出每次版本的改动之处。

2.3 绿色建筑设计

根据国际能源研究机构提供的数据显示，建筑物方案设计阶段的节能潜力可以达到40%以上。PUE（Power Usage Effectiveness，电源使用效率，等于数据中心总能耗与IT设备能耗的比值）作为衡量大数据中心绿色化程度的重要指标，也是影响其经济效益的重要指标。大数据中心耗电高、产热大，空调能耗在所有非IT负载能耗中占有很大比例，科学合理的机柜、空调末端排布方案可极大改善大数据中心内空气流通情况从而提高降温效率，减少总体能耗。利用BIM技术，将大数据中心BIM模型导入到Project Vasari或其他流体力学计算软件中，进行空气流动模拟分析、冷热交换分析、冷量计算等，基于BIM对分析结果进行可视化展示，优化调整空调及机柜设计方案，降低总体能耗，进而降低PUE指标，实现大数据中心的绿色化设计。

3 BIM在施工阶段的应用

施工阶段是工程项目全生命周期中贯彻设计意图，按照策划目标完成建设任务的主要过程。传统施工管理模式粗放，人员素质普遍不高，导致项目经常出现成本超支、进度延期、质量不达标的情况。利用BIM技术，可有效提高项目精细化管理水平，增强施工阶段的管控能力和协调能力。本文主要在以下四个方面对BIM技术在大数据中心项目施工阶段的应用进行研究。

3.1 三维可视化交底

传统施工方案技术交底主要以二维图纸配合文字描述形式开展，但对于大数据中心项目，复杂的空间结构使得传统交底形式表达能力不足，效果欠佳。而且，施工现场作业班组，往往文化程度不高，容易对施工方案造成误解。通过BIM进行技术交底，可大幅提高交底沟通效率，降低理解难度，配合虚拟施工动画演示，使交底更加直观，保证信息传递准确。

3.2 4D进度管理

4D进度管理是利用BIM技术实现对拟建工程全过程建造时空（三维空间+时间）的数字化模拟及管控。WBS（Work Breakdown Structure，工作分解结构）作为工程项目进度管理的前置基础资料，是决定工程项目进度管理成败以及管理精细度的重要因素，以WBS基本单元作为串联起BIM构件与进度计划的中间桥梁，实现进度计划与BIM构件的关联绑定，构建基于BIM的工程进度计划，从而实现工程进度的4D可视化模拟。

通过将实际进度数据导入到BIM平台中，可实现实际进度与计划进度的三维可视化对比，通过不同颜色将进度超前、落后、正常的各项施工任务进行标记，直观表达当前时间节点工程项目整体的进度状态，如图3所示。通过实际进度与计划进度的比较分析，定位进度落后的影响因素，根据实际情况对进度计划进行优化迭代，合理调配资源，实现施工增效、工期可控的目标。

3.3 5D动态成本管控

将资金、人员、机械设备、材料组成的工程项目成本数据叠加到4D进度模型上，即形成5D成本模型。基于5D成本模型，可对工程项目建造过程的成本投入进行模拟，推导出各类资源的投入计划，并结合项目实际情况，对投入计划进行合理优化，有效利用资源的时间价值，进而实现成本及资源的节约。

3.4 现场管理

在项目质量、安全管理过程中，现场人员通过移动端APP，可将发现的质量、安全问题以视频、照片、文字等形式进行上报，并在BIM模型中与对应构件进行关联绑定，实现虚拟世界与现实世界的信息同步。项目管理人员即便身处异地，也可在云端通过浏览BIM模型了解项目现场的实际情况，对项目进行远程监管，提高管理时效性。通过建立质量、安全问题管理台账，落实问题责任到人，按照项目管理规章流程对问题进行整改处理，形成闭环，保障项目质量、安全管理制度落地，所有问题整改到位、无遗漏。

4 BIM在运维阶段的应用

大数据中心项目建成后投入正式使用，即进入到运维阶段。运维阶段在项目全生命周期中所占时间最长、成本最高，做好运维管理工作，直接关系到项目策划目标的成败。本文主要在以下三个方面对BIM技术在大数据中心项目运维阶段的应用进行研究。

4.1 BIM+DCIM融合应用

DCIM（Data Center Infrastructure Management，数据中心基础设施管理）是对大数据中心关键设备和基础设施进行实时监控和集中管理的平台[5]。将BIM轻量化引擎模块嵌入至DCIM平台，导入大数据中心竣工BIM模型，可构建BIM与DCIM融合的新型基础设施运维管理平台，如图4所示。BIM作为大数据中心全生命周期信息的载体，不仅对策划、设计、施工阶段的工程信息进行继承保留，还通过物联感知的方式，将运维阶段各设施设备的实时状态信息进行集成监控。以此为基础，可实现：（1）大数据中心实时宏观运转情况的三维可视化展示；（2）物联感知监控指标超限情况报警；（3）在统一平台对各机电系统进行远程操控；（4）BIM承载的全生命周期数据对实际运维工作开展进行指导。通过上述应用效果，利用BIM技术对运维管理进行赋能升级，最终达到大数据中心智能化管理的目的。

通过BIM模型，可帮助运维人员更加清晰地对机电管线、网络线路进行梳理，理清各机电系统之间的逻辑关系，在出现问题时可更加快速地进行故障定位。在资产管理方面，诸如资产的生产厂家、售后服务、所在位置、寿命期限、维护状况等基本信息，均以具体的BIM模型构件作为载体进行记录，方便运维人员查找。通过BIM的汇总统计功能，还可导出各类资产的明细清单，帮助运维人员进行资产盘点[6]。

4.2 机柜租赁管理

基于BIM技术，实现对机柜的三维可视化管理，直观地对各机柜的租用情况进行展示，可以快速查询每个客户所使用的机柜数量及位置，也可通过机柜查询租赁状态信息，如客户名称、租期、租金等，方便运维及经营人员对机柜及客户进行全面管理。

4.3 防灾应急管理

灾害发生时，可在BIM三维空间中对灾害的空间位置进行定位，通过视频监控查看灾害现场的实时画面，并与BIM空间中相同视角下的原空间状态进行虚实融合比对，判断灾害的发展趋势。利用BIM三维可视化优势，对灾害周边的应急资源进行合理调度，规划应急救援路线及疏散路线，为应急指挥提供决策依据。

5 结语

传统建设项目管理模式下，由于一直缺少一个完善的管理机制以及贯穿始终的应用工具，很难真正实现项目的全生命周期管理，直到BIM技术出现才改变这一现象。BIM作为现实世界工程实体在数字世界的孪生体，是承载项目全生命周期信息的底座，是信息在各阶段间纵向传递的高效媒介。本文对BIM技术在大数据中心项目全生命周期管理中的应用进行研究，分析了BIM技术在策划阶段、设计阶段、施工阶段、运维阶段所能解决的实际问题以及带来的管理创新及优化，研究结果表明，BIM技术在大数据中心全生命周期各个阶段均具有较高的应用价值，可帮助项目实现降本、增效、提质的目的。