BIM 技术在数据中心产业园全生命周期中的应用

文／周天凡 南京工业大学建筑学院 硕士研究生（通讯作者）

张海燕 南京工业大学 副教授

吴大江 中通服咨询设计研究院有限公司

张润泽 南京工业大学建筑学院

引言

在科技发展如此迅猛的时代，云计算与大数据等新一代数据信息化技术的应用改变着城市的发展，成为生活中不可或缺的一部分。面对疫情常态化的社会，线上经济和远程办公方式甚为活跃，数据中心作为支撑数据信息化的主要载体，是数据机房设备运行的重要场所。数据中心产业园设计不再局限于传统设计方法，BIM 技术的应用为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，是建立在三维数字技术基础之上，汇集相关工程数据信息的模型。设计方通过BIM 连接建筑全生命期不同阶段的数据过程和资源，使用相关技术方法参与到数据中心产业园的设计中。BIM 技术进一步提高了数据中心产业园建筑一体化的程度，提升了园区的设计质量和效率，最大程度地降低成本。

1 工程概况

华仓云计算南京智慧产业园位于南京市高淳区，紧临城市主干道沧溪路与戴卫东路。项目总建筑面积约246100m2，其中地上总建筑面积242800m2，地下总建筑面积约3300m2[1]。园区规划用地呈不规则矩形，地势平坦，周边市政、电力、通信、供水等公用基础设施完善，管线引入方便。

华仓通信依托产业园为转型提供基础支持，也为全国范围内互联互通提供应用支持。园区的数据中心、动力中心和运维中心对建筑、结构、机电专业的协同合理性提出高要求，需要BIM 技术在设计阶段配合工艺协同设计。在施工和运维阶段，通过建立三维信息模型，利用Revit 软件的可视化、参数化等功能，直观形象地展示方案、表述设计思路。对整体模型进行分析推敲、反复对比、更新深化，实现精确设计，提高系统能耗，减少能耗，全面打造以绿色低碳环保、智能化能源生态系统为主的绿色一星级标杆数据中心产业园。

2 BIM 技术的应用

BIM 技术是新一代数据机房设计的重要工具，建立起建筑、结构、机电等专业统一的可视化模型平台，经过计算分析、修改确认后的结构构件在Revit 中同步反提建筑及设备专业，实现三维平台的信息共享，便于后续净空分析和管线碰撞检测等工作[2]。BIM 技术的应用在华仓云计算南京智慧产业园全生命周期中全面覆盖设计、施工、运维三个阶段。

2.1 设计阶段

在华仓云计算南京智慧产业园设计过程中，利用BIM 技术可视化、协同性、精细化的特征，对BIM 技术在空间优化、结构模型创建与共享、碰撞检测与管线综合、图形数据联动与实时更新等方面进行重点应用与探索。

数据机房的复杂空间在应用BIM 空间模拟后抛弃了传统的CAD 二维平面设计。数据机房空间的精细化设计既优化了平面布局，提升了工艺流线的集约性和高效性[3]，又最大程度地提高了平面及空间的使用效率，为未来空间布局的可扩展性和灵活规划运营提供了基础。数据机房中除去机房空间，走道空间也集合了暖通、给排水、消防、强电、弱电、工艺等设备专业的管线。根据剖面图比对方案，利用BIM 设计走道的管线排列，调整走道设备管线高度，首先达到走道的净空要求，其次满足设备专业的运行需要。设计方模拟走道空间管线排布，不改变建筑总高也可以再次优化层高，便于方案的合理选择。

载入BIM 模型的中心文件，可以将构件的位置标高信息和轴网标高与相关专业共享使用。参照建筑中心文件建立的模型导出的梁柱墙节点信息，可用于结构计算分析，根据计算结果完成结构BIM 模型。在这一过程中BIM 模型中记录的结构构件的尺寸、长度、材料等信息，能够结合各构件间节点信息导入专业结构设计软件——盈建科，而盈建科又能进一步导出至PKPM、MIDAS、SAP 等其他结构有限元计算软件中，对结构模型进行后续计算复核。只有与Revit 模型的互相印证和修改，才能得出结构平面图纸[4]。

在园区的设计中，机电设备是在建筑和结构专业的BIM 模型基础上进行的建模，利用BIM技术的实时可视化功能，在设计过程中可以做到3D 可视化的环境，精确定位管线位置。相关专业之间的协作检测，也会及时解决管线碰撞冲突的问题，提供直观的冲突，真实反映管路连接情况，大幅提升设计质量及效率，避免施工返工。

BIM 模型与施工图图纸的一致是BIM 在设计阶段的生命线，相关专业以建筑专业模型为基础，协调其他专业，直接生成可用于施工图的二维、三维图纸。剖面大样的图纸可以在平面上设置剖面线进行便捷输出，与传统人工绘制方式相比更为快速与精确。其他专业模型通过协同关联紧密的方式，避免了各专业图纸不一致的问题，在施工图深化阶段，利用BIM 模型直接生成综合支吊架图纸及穿梁套管图，提高出图效率，确保施工顺利进行，缩减施工周期。

2.2 施工阶段

根据华仓云计算南京智慧产业园的工程特点，BIM 技术在施工阶段应用到施工进度管理、施工进度模拟、施工组织优化、工程量计算等场景中，通过BIM 技术，达到控制进度、保证质量、缩短工期的目的。

施工阶段的进度管理过程需要施工单位实时地提供施工计划与实际进度，经过监理单位审核后，运用BIM 模型清晰地展示进度现状，配合实时的基础进度信息（BIM 模型的工程量+施工单位基于工作包的进度上报）自动统计分析形象进度。设计方在深化方案比选时，经过三维模拟对机电BIM 模型安装可视化指导进行虚拟安装，反复比较安装工序，最终选择最优的施工方案[5]。

在施工场地受限的条件下合理对现有场地进行安排，高效做好施工前期，利用BIM 技术对施工平面进行三维布置和优化。施工组织优化是快捷方便的布置形式，可视性强，也更容易体现临时设施与施工机械等的空间关系，模拟不同阶段的工况，消除风险，确保工期。根据不同施工阶段的场地BIM 模拟分析，对塔吊、电梯、大门、板房、通道、人车分流等进行提前分析，做到合理布局，减少对周边居民的影响[6]。

高效的建模技术、强大的计算能力使得项目工程基础数据计算分析能力大为提升，这也是园区做到细致管理的基础和核心。将BIM 工程量统计及辅助造价构件明细表导入造价软件生成预算表BIM 模型中，构件的材料、数量通过软件自动统计导出明细表格，结合预算软件实现造价快速计算及预算额的实时更新。

2.3 运维阶段

数据中心产业园中建筑单体储存和使用的机电及通信设备种类多、工艺系统复杂，能否高效、安全、低成本运营，将直接决定园区的运营效益。通过BIM 技术对运营维护实施有效管理，是产业园实现绿色节能目标的关键[7]。建立实现高度统一的信息共享、相互协调和联动功能的系统，可以为华仓云计算南京智慧产业园建立起集成监控和管理界面，从中也可以获取全面的系统信息，实现信息资源的优化管理和共享。

运维阶段的功能主要分为基础设施管理和运维管理两大类型。基础设施管理包含了能耗管理、三维可视化、设备监控和告警管理等。

能耗管理的主要功能是能耗监测、建立数据标准化和适配——EDS（能源数据服务层）、能耗预算、电费报账、节能措施。而能耗管理的目标是基于现有能源数据、动环系统和资源系统等，统一接口和规格实现数据标准化，完成数据清洗和审计，以此为基础，构建能源管理服务平台，承载多种应用，以便真正指导节能工作并发挥经济效益。三维可视化可以无缝衔接完整的支持动环类设备，包括诸如空调、UPS、配电柜、各类高低压开关柜、柴油发电机、温湿度探头等设备对象的可视化管理，同时支持向供电、供水管路、配线管路的可视化管理，方便用户在三维实景中直观快速地显示各类动环设备信息。数据中心产业园基础设施可视化支持用户在三维场景中直观地查询数据中心当前的空间、承重、配电和信息接入点的使用情况，并允许用户根据这些资源的使用情况进一步合理分配放置设备的机柜资源对象。

运维系统中通过机房设备的通讯接入端口，连接各种机房设备，比如：摄像机、入侵报警探测、门禁、UPS、蓄电池、空调、温湿度传感器、氢气传感器、水浸等，来对这些设备运行情况进行集中监控，一旦发现异常，系统便自动报警，发送报警通知信息并联动控制。智能化集成（平台）系统可以显示系统运行的各种告警信息，可根据告警的时间、类型、告警源、严重度、故障位置等进行筛选。告警报警方式可提供除常见的声光告警外，当特定的告警发生时，还可以通过提供E-mail、短信等通知方式，同时也可与智能化集成（平台）系统运维管理模块配合，产生运维工单。

运维服务管理模块中BIM 技术提供针对基础设施运维全流程的支持，针对园区管理人员的日常运营，提供包括服务台、事件管理、问题管理、配置管理、变更管理、发布管理的服务支持来对运营工作进行规范化、流程化的处理。针对运维业务方，提供包括服务级别管理、服务财务管理、可用性管理，向运维部门最终的服务对象提交相关运维服务的可量化数据，为企业在运维规划、运维能力、运维保障等方面提供强有力的数据支撑[8]。

3 BIM 技术应用的创新点

在概念设计阶段，数据机房的性能模拟不仅出现在华仓云计算南京智慧产业园中，作为BIM技术应用的创新点，性能模拟是提高数据机房节能环保性能的重要途径。在华仓云计算南京智慧产业园项目中运用了ECITECT 日照模拟分析和CFD 气流组织模拟分析两种手段。通过BIM 模型进行几何专业性能化模拟，提高性能化模拟效率，对BIM 设计成果进行验证。

ECITECT 日照模拟分析，利用ECOTECT 等BIM 采光模拟软件，对通风采光窗或其他采光措施的采光效果进行模拟，优化平时人防区域的自然采光设计，减少常规照明能耗。通过软件模拟手段，可以更直观、高效地优化设计方案，结合模拟结果调整平面布置或窗体设置，提高整体采光效果。

CFD 气流组织模拟，通过CFD 手段，依据相应的计算软件对机房气流组织进行模拟，优化机房温度场、气流场分布，优化气流组织。将IDC 机房模型导入CFD 软件，设定包括机架、高架地板、通风栅格、空调系统、天花板回风等组件的模拟参数，模拟得到下送上回的送风方式下，机房的温度场、风速场、风压场等结果，支撑起冷热通道的设计，促进对未来机房维护、设备节能的管理。

结语

数据中心产业园是新形势下的新型产业园区，BIM 技术在产业园区的设计、施工和运维阶段的应用都提出了新的技术要求，基于BIM 技术的一体化集成应用，更好地保证了BIM 设计成果在施工过程中的体现，同时也将建筑信息传导至运维模型，为后期的运营维护提供数据支持。经过BIM 技术的不断发展，建立高效、低能耗的建造体系，确保高效的运行效率，建造一个智能生态的绿色数据中心产业园。

在未来的发展过程中，数据变成了重要资源，数据中心产业园成为城市发展的强大驱动力。数据中心产业园的建造应牢牢抓住BIM 技术深入应用的契机，完成“大数据战略”和“建设数字中国”的战略转型，引领城市的现代化建设与发展。