绿色数据中心建造施工体系研究

刘石

（吉林建筑大学，吉林 长春 130000）

0 引言

在当前的数字经济时代，新兴行业如5G、大数据、人工智能、工业互联网等，表明数据成为新的生产要素。数据中心作为承载数据价值的关键，是城市产业赋能和企业数字化改革中的新型基础设施。当前在国家“双碳”战略加速落地的背景下，数据中心的智能化和绿色发展已成为核心目标。2021 年工信部提出新建大型数据中心应达到4A 等级认证，其中的建造环节是指标体系中的重要项目。基于此类指标，承建方必须在施工阶段针对绿色环保，智能化等方面做出更多的创新和提升，在施工前建立项目施工全过程的绿色施工管理体系和管理制度。

1 微模块化数据中心

1.1 概念及组成

微模块化数据中心，是在若干机架基础上集成制冷模块、供配电模块、消防、照明、网络、布线、安防等功能，包含精装修、高架地板、回风通道的模块化数据中心产品，各部件的制造符合通用的工业标准，每个功能模块的单元均可以在工厂预制，然后在数据中心施工现场，施工队伍完成单元拼装，多个微模块连接集群后形成一定规模的数据中心机房。

1.2 微模块化数据中心优点

（1）成型精度高。工厂化预制，可形成标准化流水线加工，预制件加工精度更高，边角料大幅度减少，弯曲度更大的构配件一次性制备。焊接机器人完成氩弧焊打底，混合气体保护焊填充及盖面，焊接速度快、焊缝质量好，外部成型好，无损检测通过率100%。

（2）时间短。降低高处焊接风险，减少交叉作业，避免作业环境受限，工厂批量生产效率高，场内使用电动葫芦、液压千斤顶、小型电动坦克，使模块快速、安全、准确的就位。组装过程受天气影响较小，全年均可正常施工。

（3）绿色环保。减少了脚手架搭设、钢筋焊接，混凝土现场浇筑、养护等现场湿作业施工，极大改善了施工阶段的扬尘、噪音和各种污染问题，保证了现场及周边环境。工厂制造预制构件可降低材料损失率，节约水泥、钢材等用量，提升了工程建设对资源的利用效率。

2 施工智能建造技术方案

本项目为中移软件园区算力数据中心一期工程，位于淮安市经济开发区软件产业园，占地总面积约18.91 万m2，总建筑面积3.53 万m2。包含2 栋数据中心机房楼、1 栋动力中心、1 栋综合支撑用房、以及补水池、泵房等数据中心配套设施。

建设模式采用“预制模块化+土建”平行混合施工，由工厂预制化模块（机柜系统、制冷系统、走线系统、监控系统等）与现场施工系统混合部署构成。业主要求承建方应用BIM 技术进行施工图优化设计，并在施工阶段将BIM 技术由设计向深化设计延伸，实施BIM 场景。

2.1 工程特点

该项目工程特点主要如下：①项目工期短、工程进度管理压力大。②走廊、数据包间、配电室、冷水机房等重要部位管线密集，涉及专业多，空间有限，深化程度要求高。③业主要求有项目交付后的智慧运维管理。④大型设备运输困难，半成品运输路径规划要求高。⑤现场作业空间有限，地面没有临时加工用地。⑥多单位、多专业协调要求高。

2.2 该项目施工管理应对措施

（1）采用一体化装配式施工技术DPMA。D：精细化设计，P：平台化管理，M：工厂化预制，A：装配式施工。

（2）项目在施工前期，将BIM 模型与施工进度计划关联起来，模拟工程建造过程和进度计划预演，在关键线路上优化工期。由BIM 智能辅助施工安装节省工期。

（3）充分做好项目的全专业深化设计，提前利用BIM 进行管线综合、碰撞检查、综合支吊架设计，优化机电安装管理流程，标注各专业接口。

（4）施工阶段以智慧建筑理念为基础，深入探索BIM 成果与交付后资产管理的结合，完善项目数字化可视化管理模型[1]。

2.3 施工管理目标

（1）精益建造目标。确保各阶段工期节点，节约循环使用并回收措施性建造材料和资源，模拟全过程现场安装及施工工序，优化进度精准控制方案，动态调整场地布置总平面。

（2）设计优化目标。比选技术方案，检测管线综合碰撞，支吊架综合设计，集中整合局域性管线。

（3）绿色施工目标。三维场地布置及空间优化，基于BIM 技术指导的装配式施工。

（4）精细化管理。可视化交底，多专业多主体协同办公，质量问题实时显示，危险源预识别，辅助提料降低成本。

3 智能建造技术方案应用

3.1 技术管理

（1）三维可视化。利用BIM 平台，各专业完成建模并进行模型汇总及一体化整合，将所有建筑结构与尺寸等实体参数信息都直观地传递出来，完善至各施工主体信息互通并充分理解的状态[2]。

（2）深化设计。利用Revit 和Navisworks 进行设计优化，精度调高到毫米级，使用智能技术分析复杂节点部位参数，进行三维模型展示；对二次结构出具深化图纸和工程量统计。利用Tekla 在施工前进行碰撞检测，例如机房设备集中、管线密集交叉，管道与阀门焊接接驳数量多引起的机电与结构碰撞。对冲突部位智能生成协调参数并做出对应数据调整。将施工安装容度纳入构件连接节点的深化设计，留设足够的操作空间，提高安装的便捷及可靠度。项目在公共区、走廊等位置的支吊架，经过深化后的详细模型传输给工厂进行加工，其详细清单用于辅助下料、采购及成本核算。

3.2 施工管理

（1）三维场地布置。由于该项目一侧临街，基坑开挖顶边距离规划红线仅有2～8m，项目北侧为其他已建成建筑，在基坑回填前，施工运输道路无法形成回路，无法集成材料堆放区。因此，项目部精细规划基坑工程施工顺序，设计三个施工阶段，用BIM 建立并模拟三维场地布置方案以接近真实工况。基坑开挖后从南侧开始修建地下室，将其一部分作为施工料场，附近进行局部土方回填，为机械和材料进出基坑修筑坡道；待基坑完成后的清除临时设施阶段时，使用永临结合方式规划施工临时道路和材料堆场，即一次性完成基坑清槽和垫层浇筑，其上铺设钢板扩展并入施工道路和材料堆场，此方案可以减少后续临时设施修建和地面硬化的成本投入，同时降低二次开挖难度，缩短基坑工程工期。

（2）场地管理。对施工阶段各结构及运行流程进行BIM 仿真模拟，将操作和措施细节化，工程人员反复模拟迭代以发现问题，确认冲突并及时调整优化。模拟项目包括：首先，在建设场地外，根据市政道路和交通情况，模拟大型机械设备进出场；在场地内模拟结构构件和机电设施的吊装路径，利用BIM 技术确定吊点位置，进行吊装可视化预演，优化快速调度及吊装效率。其次根据安装高度及已安装构件的平面位置，规划吊装行进路线以及构件的堆放顺序及距离，对吊装步骤进行序列化编号。最后，对施工连接进行模拟来检验安排的合理性并做出优化调整，实现对整个场地以及场内临时施工道路的合理规划。

（3）进度管理。叠加各工序时间进度和劳务班组进出场等流程，进一步优化施工技术方案，进行业务管理和成本控制。项目按日对施工完成进度进行统计，反馈至BIM 平台，结合进度控制目标，在模型中标识完工部位和延误部位，辅助管理人员进行进度管控和制定针对性措施。此外，利用BIM 的6D 技术模拟数据中心机房与环境的相互作用，如建筑日照与采光模拟、建筑噪声模拟、建筑空气流动分析等[3]。

（4）资源管理。共享BIM 平台，在模型轻量化、工程量统计等方面进行BIM 全过程管控。通过管理平台的数据整合、提取、分析、运用，处理业务数据集成化、工程进度可视化、质量安全标准化。

（5）施工技术管理。①室内回填土工程。数据中心机房楼对地面平整度和沉降变形要求高，而室内回填土面积达到2400m2，基于此，重点和难点是保证回填土的压实度，该项指标关系着后期地面质量，施工不当易引起室内外地面沉陷和开裂，进而影响机房设施的稳定性。项目部采用新型智能强夯技术，依托于北斗定位系统和测距模块，自动化监测夯机转轴中心位置、高程及方向，自动记录夯击次数、锤高度、夯击能、夯沉量等施工数据，并实时传输到操控平台。控制系统中可设定多种夯点排列方式，现场无须放点。动态模拟夯机施工确定夯击方案。该智能控制系统自动按施工方案精准控制强夯力度和频率，改善了人工对点工作强度，提高了夜间施工的准确度，保证了施工质量和工程的耐久性，较传统方法的工期提前一个星期以上。②外墙保温工程。数据中心综合支撑楼由于场地狭小，地下室外墙回填空间有限，所以外墙优化为4mm SBS 防水卷材+60mm JS 复合板，采用JS 复合保温自防水板架空式铺贴施工技术，借助外脚手架，从底部架空高度之上粘贴JS 复合板，再完成地下室顶部至架空处的防水搭接，较传统地下室外墙保护层砌筑砖墙的技术大幅节省了工时和劳动力，给基础阶段料场的二次迁移创造了条件，回填质量良好，确保了雨期之前完成重要节点的施工。

4 质量安全管理

（1）施工现场动态优化。该项目施工场地比较局促，在提高空间利用率的目标下，现场操作必须考虑吊装影响范围和安全距离，将各方需求综合，在安全模型中建立施工区、构配件临时堆放区、工程设备等待区、现场指挥观测区等区域的三维图景，对材料和运输机械入场和出场进行实时信息采集和分析。同时结合材料运输和安装进度计划，分阶段动态监测反馈至安全信息库，动态更新堆场模型。经过BIM 安全模型对吊车吊重及覆盖情况的分析，进行安全风险识别，核对规范强制要求，检测堆场布置合理性以及各区位置关系安全性[4]。

（2）可视化技术交底。不同于普通建筑，数据中心在建筑、电气、暖通空调与给排水、智能化、消防和绿色节能环保等方面都有更多更严格的标准。相关的施工操作人员不仅需要对技术有更深刻的理解，而且也需要掌握数据中心建设中涉及的危险源与安全措施。在BIM 平台上建立可视化交底，使施工队伍对各自的操作内容及技术有更清晰的认知。针对多专业管线交汇位置，用三维模型直观向工人展示复杂节点部位各专业管线的排布关系，直接确认各专业施工顺序，有效避免后期因施工空间冲突导致的拆改工作。针对复杂的结构节点，演示节点施工形式和吊装顺序，避免工人随意操作导致结构受力偏移、产生额外预应力或连接不牢固，紧固不到位等问题[5]。

（3）临时支撑体系数据的动态更新与调试。大尺寸大重量构件在起吊前，需经过翻身或调整转为为竖立状态，此时构件处于不利受力状态，需设置临时支撑进行加固防护；另一方面，在起吊机械的停放和预制构件或数据设备的摆放区域，如果该位置自身承载力不足以承担施工临时荷载，也需增加其底部的支撑和加固。在BIM 安全防护模型下，建立对应的临时支撑体系的数据库，确定支撑设置时的工况和流程，分析其状态是否存在安全隐患，使施工人员对现场有更全面的认知，并在优化吊装方案及技术交底环节提供参考数据。经过在BIM 中对临时支撑体系进行模拟，可以提前发现安全漏洞，这样在实际施工时，通过实时采集的监测数据，可以校正临时支撑体系的误差。

（4）安全问题管控。利用BIM 漫游在模型中识别临边、临空等部位可能出现的危险，提前策划安全防护方案，在模型中将检测出来的危险部位进行标记，当施工进程进行至这类需设置安全防护的部位时，系统进行提醒及确认，确保该作业面上的危险源在当日内防护到位。其次，根据施工进度计划，利用模型中的施工组织部署信息，统计每周在同一工作面的施工人员工种和数量，以此合理安排交叉工序，防范现场可能由于拥挤施工或作业面重合可能出现的安全事故，有利于保证施工质量和效率。

5 结语

数据中心的建设过程繁杂，构件类型多，安装工作量大，存在大量的交叉作业，技术要求高，工程进度快，协调环节多，集成了建筑、电气、安装、网络等多项专业技术，需要丰富的项目实施和管理经验，在对人员、设施和材料的安排调度上提出了更高的要求，也产生了很多的安全隐患。

本文通过实际项目研究施工建造在筑智能之路，利用数字化手段助力数据中心智能建设与安全管理中的技术方案，即应用3D 可视化技术，真实还原现场环境，使用数据采集系统和无人机巡检，减少人力投入和人工疏漏，提高现场管理效率。分析数据中心建筑的相关功能与特征，结合AI 技术进行能效精细化管理，充分挖掘BIM 平台的优化潜力，建立BIM 模型实时漫游，优化管线设计、模拟施工、碰撞检测，全面全程用数能技术优化施工建设和管理，为施工现场布置、危险源识别、施工方案优化、安全施工等多个方面提供支撑，实现进度、安全、质量等管控智能化，提升数据中心绿色评估指标。