BIM 技術(shù)在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園全生命周期中的應(yīng)用

文／周天凡 南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院 碩士研究生（通訊作者）

張海燕 南京工業(yè)大學(xué) 副教授

吳大江 中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司

張潤澤 南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院

引言

在科技發(fā)展如此迅猛的時代，云計算與大數(shù)據(jù)等新一代數(shù)據(jù)信息化技術(shù)的應(yīng)用改變著城市的發(fā)展，成為生活中不可或缺的一部分。面對疫情常態(tài)化的社會，線上經(jīng)濟(jì)和遠(yuǎn)程辦公方式甚為活躍，數(shù)據(jù)中心作為支撐數(shù)據(jù)信息化的主要載體，是數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)備運行的重要場所。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園設(shè)計不再局限于傳統(tǒng)設(shè)計方法，BIM 技術(shù)的應(yīng)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(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)之上，匯集相關(guān)工程數(shù)據(jù)信息的模型。設(shè)計方通過BIM 連接建筑全生命期不同階段的數(shù)據(jù)過程和資源，使用相關(guān)技術(shù)方法參與到數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園的設(shè)計中。BIM 技術(shù)進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園建筑一體化的程度，提升了園區(qū)的設(shè)計質(zhì)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(chǎn)業(yè)園位于南京市高淳區(qū)，緊臨城市主干道滄溪路與戴衛(wèi)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(qū)規(guī)劃用地呈不規(guī)則矩形，地勢平坦，周邊市政、電力、通信、供水等公用基礎(chǔ)設(shè)施完善，管線引入方便。

華倉通信依托產(chǎn)業(yè)園為轉(zhuǎn)型提供基礎(chǔ)支持，也為全國范圍內(nèi)互聯(lián)互通提供應(yīng)用支持。園區(qū)的數(shù)據(jù)中心、動力中心和運維中心對建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電專業(yè)的協(xié)同合理性提出高要求，需要BIM 技術(shù)在設(shè)計階段配合工藝協(xié)同設(shè)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(shù)化等功能，直觀形象地展示方案、表述設(shè)計思路。對整體模型進(jìn)行分析推敲、反復(fù)對比、更新深化，實現(xiàn)精確設(shè)計，提高系統(tǒng)能耗，減少能耗，全面打造以綠色低碳環(huán)保、智能化能源生態(tài)系統(tǒng)為主的綠色一星級標(biāo)桿數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園。

2 BIM 技術(shù)的應(yīng)用

BIM 技術(shù)是新一代數(shù)據(jù)機(jī)房設(shè)計的重要工具，建立起建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)統(tǒng)一的可視化模型平臺，經(jīng)過計算分析、修改確認(rèn)后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在Revit 中同步反提建筑及設(shè)備專業(yè)，實現(xiàn)三維平臺的信息共享，便于后續(xù)凈空分析和管線碰撞檢測等工作[2]。BIM 技術(shù)的應(yīng)用在華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)園全生命周期中全面覆蓋設(shè)計、施工、運維三個階段。

2.1 設(shè)計階段

在華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)園設(shè)計過程中，利用BIM 技術(shù)可視化、協(xié)同性、精細(xì)化的特征，對BIM 技術(shù)在空間優(yōu)化、結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建與共享、碰撞檢測與管線綜合、圖形數(shù)據(jù)聯(lián)動與實時更新等方面進(jìn)行重點應(yīng)用與探索。

數(shù)據(jù)機(jī)房的復(fù)雜空間在應(yīng)用BIM 空間模擬后拋棄了傳統(tǒng)的CAD 二維平面設(shè)計。數(shù)據(jù)機(jī)房空間的精細(xì)化設(shè)計既優(yōu)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(kuò)展性和靈活規(guī)劃運營提供了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)機(jī)房中除去機(jī)房空間，走道空間也集合了暖通、給排水、消防、強(qiáng)電、弱電、工藝等設(shè)備專業(yè)的管線。根據(jù)剖面圖比對方案，利用BIM 設(shè)計走道的管線排列，調(diào)整走道設(shè)備管線高度，首先達(dá)到走道的凈空要求，其次滿足設(shè)備專業(yè)的運行需要。設(shè)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(yōu)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(gòu)件的位置標(biāo)高信息和軸網(wǎng)標(biāo)高與相關(guān)專業(yè)共享使用。參照建筑中心文件建立的模型導(dǎo)出的梁柱墻節(jié)點信息，可用于結(jié)構(gòu)計算分析，根據(jù)計算結(jié)果完成結(jié)構(gòu)BIM 模型。在這一過程中BIM 模型中記錄的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、長度、材料等信息，能夠結(jié)合各構(gòu)件間節(jié)點信息導(dǎo)入專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件——盈建科，而盈建科又能進(jìn)一步導(dǎo)出至PKPM、MIDAS、SAP 等其他結(jié)構(gòu)有限元計算軟件中，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行后續(xù)計算復(fù)核。只有與Revit 模型的互相印證和修改，才能得出結(jié)構(gòu)平面圖紙[4]。

在園區(qū)的設(shè)計中，機(jī)電設(shè)備是在建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)的BIM 模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的建模，利用BIM技術(shù)的實時可視化功能，在設(shè)計過程中可以做到3D 可視化的環(huán)境，精確定位管線位置。相關(guān)專業(yè)之間的協(xié)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(shè)計質(zhì)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(shè)計階段的生命線，相關(guān)專業(yè)以建筑專業(yè)模型為基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)其他專業(yè)，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(shè)置剖面線進(jìn)行便捷輸出，與傳統(tǒng)人工繪制方式相比更為快速與精確。其他專業(yè)模型通過協(xié)同關(guān)聯(lián)緊密的方式，避免了各專業(yè)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(jìn)行，縮減施工周期。

2.2 施工階段

根據(jù)華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)園的工程特點，BIM 技術(shù)在施工階段應(yīng)用到施工進(jìn)度管理、施工進(jìn)度模擬、施工組織優(yōu)化、工程量計算等場景中，通過BIM 技術(shù)，達(dá)到控制進(jìn)度、保證質(zhì)量、縮短工期的目的。

施工階段的進(jìn)度管理過程需要施工單位實時地提供施工計劃與實際進(jìn)度，經(jīng)過監(jiān)理單位審核后，運用BIM 模型清晰地展示進(jìn)度現(xiàn)狀，配合實時的基礎(chǔ)進(jìn)度信息（BIM 模型的工程量+施工單位基于工作包的進(jìn)度上報）自動統(tǒng)計分析形象進(jìn)度。設(shè)計方在深化方案比選時，經(jīng)過三維模擬對機(jī)電BIM 模型安裝可視化指導(dǎo)進(jìn)行虛擬安裝，反復(fù)比較安裝工序，最終選擇最優(yōu)的施工方案[5]。

在施工場地受限的條件下合理對現(xiàn)有場地進(jìn)行安排，高效做好施工前期，利用BIM 技術(shù)對施工平面進(jìn)行三維布置和優(yōu)化。施工組織優(yōu)化是快捷方便的布置形式，可視性強(qiáng)，也更容易體現(xiàn)臨時設(shè)施與施工機(jī)械等的空間關(guān)系，模擬不同階段的工況，消除風(fēng)險，確保工期。根據(jù)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(jìn)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(shù)、強(qiáng)大的計算能力使得項目工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算分析能力大為提升，這也是園區(qū)做到細(xì)致管理的基礎(chǔ)和核心。將BIM 工程量統(tǒng)計及輔助造價構(gòu)件明細(xì)表導(dǎo)入造價軟件生成預(yù)算表BIM 模型中，構(gòu)件的材料、數(shù)量通過軟件自動統(tǒng)計導(dǎo)出明細(xì)表格，結(jié)合預(yù)算軟件實現(xiàn)造價快速計算及預(yù)算額的實時更新。

2.3 運維階段

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園中建筑單體儲存和使用的機(jī)電及通信設(shè)備種類多、工藝系統(tǒng)復(fù)雜，能否高效、安全、低成本運營，將直接決定園區(qū)的運營效益。通過BIM 技術(shù)對運營維護(hù)實施有效管理，是產(chǎn)業(yè)園實現(xiàn)綠色節(jié)能目標(biāo)的關(guān)鍵[7]。建立實現(xiàn)高度統(tǒng)一的信息共享、相互協(xié)調(diào)和聯(lián)動功能的系統(tǒng)，可以為華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)園建立起集成監(jiān)控和管理界面，從中也可以獲取全面的系統(tǒng)信息，實現(xiàn)信息資源的優(yōu)化管理和共享。

運維階段的功能主要分為基礎(chǔ)設(shè)施管理和運維管理兩大類型?；A(chǔ)設(shè)施管理包含了能耗管理、三維可視化、設(shè)備監(jiān)控和告警管理等。

能耗管理的主要功能是能耗監(jiān)測、建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和適配——EDS（能源數(shù)據(jù)服務(wù)層）、能耗預(yù)算、電費報賬、節(jié)能措施。而能耗管理的目標(biāo)是基于現(xiàn)有能源數(shù)據(jù)、動環(huán)系統(tǒng)和資源系統(tǒng)等，統(tǒng)一接口和規(guī)格實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，完成數(shù)據(jù)清洗和審計，以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建能源管理服務(wù)平臺，承載多種應(yīng)用，以便真正指導(dǎo)節(jié)能工作并發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。三維可視化可以無縫銜接完整的支持動環(huán)類設(shè)備，包括諸如空調(diào)、UPS、配電柜、各類高低壓開關(guān)柜、柴油發(fā)電機(jī)、溫濕度探頭等設(shè)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(huán)設(shè)備信息。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園基礎(chǔ)設(shè)施可視化支持用戶在三維場景中直觀地查詢數(shù)據(jù)中心當(dāng)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(jù)這些資源的使用情況進(jìn)一步合理分配放置設(shè)備的機(jī)柜資源對象。

運維系統(tǒng)中通過機(jī)房設(shè)備的通訊接入端口，連接各種機(jī)房設(shè)備，比如：攝像機(jī)、入侵報警探測、門禁、UPS、蓄電池、空調(diào)、溫濕度傳感器、氫氣傳感器、水浸等，來對這些設(shè)備運行情況進(jìn)行集中監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)便自動報警，發(fā)送報警通知信息并聯(lián)動控制。智能化集成（平臺）系統(tǒng)可以顯示系統(tǒng)運行的各種告警信息，可根據(jù)告警的時間、類型、告警源、嚴(yán)重度、故障位置等進(jìn)行篩選。告警報警方式可提供除常見的聲光告警外，當(dāng)特定的告警發(fā)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(tǒng)運維管理模塊配合，產(chǎn)生運維工單。

運維服務(wù)管理模塊中BIM 技術(shù)提供針對基礎(chǔ)設(shè)施運維全流程的支持，針對園區(qū)管理人員的日常運營，提供包括服務(wù)臺、事件管理、問題管理、配置管理、變更管理、發(fā)布管理的服務(wù)支持來對運營工作進(jìn)行規(guī)范化、流程化的處理。針對運維業(yè)務(wù)方，提供包括服務(wù)級別管理、服務(wù)財務(wù)管理、可用性管理，向運維部門最終的服務(wù)對象提交相關(guān)運維服務(wù)的可量化數(shù)據(jù)，為企業(yè)在運維規(guī)劃、運維能力、運維保障等方面提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐[8]。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新點

在概念設(shè)計階段，數(shù)據(jù)機(jī)房的性能模擬不僅出現(xiàn)在華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)園中，作為BIM技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新點，性能模擬是提高數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能環(huán)保性能的重要途徑。在華倉云計算南京智慧產(chǎn)業(yè)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(jìn)行幾何專業(yè)性能化模擬，提高性能化模擬效率，對BIM 設(shè)計成果進(jìn)行驗證。

ECITECT 日照模擬分析，利用ECOTECT 等BIM 采光模擬軟件，對通風(fēng)采光窗或其他采光措施的采光效果進(jìn)行模擬，優(yōu)化平時人防區(qū)域的自然采光設(shè)計，減少常規(guī)照明能耗。通過軟件模擬手段，可以更直觀、高效地優(yōu)化設(shè)計方案，結(jié)合模擬結(jié)果調(diào)整平面布置或窗體設(shè)置，提高整體采光效果。

CFD 氣流組織模擬，通過CFD 手段，依據(jù)相應(yīng)的計算軟件對機(jī)房氣流組織進(jìn)行模擬，優(yōu)化機(jī)房溫度場、氣流場分布，優(yōu)化氣流組織。將IDC 機(jī)房模型導(dǎo)入CFD 軟件，設(shè)定包括機(jī)架、高架地板、通風(fēng)柵格、空調(diào)系統(tǒng)、天花板回風(fēng)等組件的模擬參數(shù)，模擬得到下送上回的送風(fēng)方式下，機(jī)房的溫度場、風(fēng)速場、風(fēng)壓場等結(jié)果，支撐起冷熱通道的設(shè)計，促進(jìn)對未來機(jī)房維護(hù)、設(shè)備節(jié)能的管理。

結(jié)語

數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園是新形勢下的新型產(chǎn)業(yè)園區(qū)，BIM 技術(shù)在產(chǎn)業(yè)園區(qū)的設(shè)計、施工和運維階段的應(yīng)用都提出了新的技術(shù)要求，基于BIM 技術(shù)的一體化集成應(yīng)用，更好地保證了BIM 設(shè)計成果在施工過程中的體現(xiàn)，同時也將建筑信息傳導(dǎo)至運維模型，為后期的運營維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。經(jīng)過BIM 技術(shù)的不斷發(fā)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(tài)的綠色數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園。

在未來的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)變成了重要資源，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園成為城市發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動力。數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)園的建造應(yīng)牢牢抓住BIM 技術(shù)深入應(yīng)用的契機(jī)，完成“大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”和“建設(shè)數(shù)字中國”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，引領(lǐng)城市的現(xiàn)代化建設(shè)與發(fā)展。