綠色數(shù)據(jù)中心建造施工體系研究

劉石

（吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引言

在當(dāng)前的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，新興行業(yè)如5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等，表明數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)要素。數(shù)據(jù)中心作為承載數(shù)據(jù)價(jià)值的關(guān)鍵，是城市產(chǎn)業(yè)賦能和企業(yè)數(shù)字化改革中的新型基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前在國家“雙碳”戰(zhàn)略加速落地的背景下，數(shù)據(jù)中心的智能化和綠色發(fā)展已成為核心目標(biāo)。2021 年工信部提出新建大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)達(dá)到4A 等級(jí)認(rèn)證，其中的建造環(huán)節(jié)是指標(biāo)體系中的重要項(xiàng)目。基于此類指標(biāo)，承建方必須在施工階段針對(duì)綠色環(huán)保，智能化等方面做出更多的創(chuàng)新和提升，在施工前建立項(xiàng)目施工全過程的綠色施工管理體系和管理制度。

1 微模塊化數(shù)據(jù)中心

1.1 概念及組成

微模塊化數(shù)據(jù)中心，是在若干機(jī)架基礎(chǔ)上集成制冷模塊、供配電模塊、消防、照明、網(wǎng)絡(luò)、布線、安防等功能，包含精裝修、高架地板、回風(fēng)通道的模塊化數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品，各部件的制造符合通用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)功能模塊的單元均可以在工廠預(yù)制，然后在數(shù)據(jù)中心施工現(xiàn)場(chǎng)，施工隊(duì)伍完成單元拼裝，多個(gè)微模塊連接集群后形成一定規(guī)模的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。

1.2 微模塊化數(shù)據(jù)中心優(yōu)點(diǎn)

（1）成型精度高。工廠化預(yù)制，可形成標(biāo)準(zhǔn)化流水線加工，預(yù)制件加工精度更高，邊角料大幅度減少，彎曲度更大的構(gòu)配件一次性制備。焊接機(jī)器人完成氬弧焊打底，混合氣體保護(hù)焊填充及蓋面，焊接速度快、焊縫質(zhì)量好，外部成型好，無損檢測(cè)通過率100%。

（2）時(shí)間短。降低高處焊接風(fēng)險(xiǎn)，減少交叉作業(yè)，避免作業(yè)環(huán)境受限，工廠批量生產(chǎn)效率高，場(chǎng)內(nèi)使用電動(dòng)葫蘆、液壓千斤頂、小型電動(dòng)坦克，使模塊快速、安全、準(zhǔn)確的就位。組裝過程受天氣影響較小，全年均可正常施工。

（3）綠色環(huán)保。減少了腳手架搭設(shè)、鋼筋焊接，混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑、養(yǎng)護(hù)等現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)施工，極大改善了施工階段的揚(yáng)塵、噪音和各種污染問題，保證了現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境。工廠制造預(yù)制構(gòu)件可降低材料損失率，節(jié)約水泥、鋼材等用量，提升了工程建設(shè)對(duì)資源的利用效率。

2 施工智能建造技術(shù)方案

本項(xiàng)目為中移軟件園區(qū)算力數(shù)據(jù)中心一期工程，位于淮安市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)軟件產(chǎn)業(yè)園，占地總面積約18.91 萬m2，總建筑面積3.53 萬m2。包含2 棟數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓、1 棟動(dòng)力中心、1 棟綜合支撐用房、以及補(bǔ)水池、泵房等數(shù)據(jù)中心配套設(shè)施。

建設(shè)模式采用“預(yù)制模塊化+土建”平行混合施工，由工廠預(yù)制化模塊（機(jī)柜系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、走線系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）與現(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)混合部署構(gòu)成。業(yè)主要求承建方應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工圖優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在施工階段將BIM 技術(shù)由設(shè)計(jì)向深化設(shè)計(jì)延伸，實(shí)施BIM 場(chǎng)景。

2.1 工程特點(diǎn)

該項(xiàng)目工程特點(diǎn)主要如下：①項(xiàng)目工期短、工程進(jìn)度管理壓力大。②走廊、數(shù)據(jù)包間、配電室、冷水機(jī)房等重要部位管線密集，涉及專業(yè)多，空間有限，深化程度要求高。③業(yè)主要求有項(xiàng)目交付后的智慧運(yùn)維管理。④大型設(shè)備運(yùn)輸困難，半成品運(yùn)輸路徑規(guī)劃要求高。⑤現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)空間有限，地面沒有臨時(shí)加工用地。⑥多單位、多專業(yè)協(xié)調(diào)要求高。

2.2 該項(xiàng)目施工管理應(yīng)對(duì)措施

（1）采用一體化裝配式施工技術(shù)DPMA。D：精細(xì)化設(shè)計(jì)，P：平臺(tái)化管理，M：工廠化預(yù)制，A：裝配式施工。

（2）項(xiàng)目在施工前期，將BIM 模型與施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)起來，模擬工程建造過程和進(jìn)度計(jì)劃預(yù)演，在關(guān)鍵線路上優(yōu)化工期。由BIM 智能輔助施工安裝節(jié)省工期。

（3）充分做好項(xiàng)目的全專業(yè)深化設(shè)計(jì)，提前利用BIM 進(jìn)行管線綜合、碰撞檢查、綜合支吊架設(shè)計(jì)，優(yōu)化機(jī)電安裝管理流程，標(biāo)注各專業(yè)接口。

（4）施工階段以智慧建筑理念為基礎(chǔ)，深入探索BIM 成果與交付后資產(chǎn)管理的結(jié)合，完善項(xiàng)目數(shù)字化可視化管理模型[1]。

2.3 施工管理目標(biāo)

（1）精益建造目標(biāo)。確保各階段工期節(jié)點(diǎn)，節(jié)約循環(huán)使用并回收措施性建造材料和資源，模擬全過程現(xiàn)場(chǎng)安裝及施工工序，優(yōu)化進(jìn)度精準(zhǔn)控制方案，動(dòng)態(tài)調(diào)整場(chǎng)地布置總平面。

（2）設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)。比選技術(shù)方案，檢測(cè)管線綜合碰撞，支吊架綜合設(shè)計(jì)，集中整合局域性管線。

（3）綠色施工目標(biāo)。三維場(chǎng)地布置及空間優(yōu)化，基于BIM 技術(shù)指導(dǎo)的裝配式施工。

（4）精細(xì)化管理?？梢暬坏祝鄬I(yè)多主體協(xié)同辦公，質(zhì)量問題實(shí)時(shí)顯示，危險(xiǎn)源預(yù)識(shí)別，輔助提料降低成本。

3 智能建造技術(shù)方案應(yīng)用

3.1 技術(shù)管理

（1）三維可視化。利用BIM 平臺(tái)，各專業(yè)完成建模并進(jìn)行模型匯總及一體化整合，將所有建筑結(jié)構(gòu)與尺寸等實(shí)體參數(shù)信息都直觀地傳遞出來，完善至各施工主體信息互通并充分理解的狀態(tài)[2]。

（2）深化設(shè)計(jì)。利用Revit 和Navisworks 進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，精度調(diào)高到毫米級(jí)，使用智能技術(shù)分析復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位參數(shù)，進(jìn)行三維模型展示；對(duì)二次結(jié)構(gòu)出具深化圖紙和工程量統(tǒng)計(jì)。利用Tekla 在施工前進(jìn)行碰撞檢測(cè)，例如機(jī)房設(shè)備集中、管線密集交叉，管道與閥門焊接接駁數(shù)量多引起的機(jī)電與結(jié)構(gòu)碰撞。對(duì)沖突部位智能生成協(xié)調(diào)參數(shù)并做出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)整。將施工安裝容度納入構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)，留設(shè)足夠的操作空間，提高安裝的便捷及可靠度。項(xiàng)目在公共區(qū)、走廊等位置的支吊架，經(jīng)過深化后的詳細(xì)模型傳輸給工廠進(jìn)行加工，其詳細(xì)清單用于輔助下料、采購及成本核算。

3.2 施工管理

（1）三維場(chǎng)地布置。由于該項(xiàng)目一側(cè)臨街，基坑開挖頂邊距離規(guī)劃紅線僅有2～8m，項(xiàng)目北側(cè)為其他已建成建筑，在基坑回填前，施工運(yùn)輸?shù)缆窡o法形成回路，無法集成材料堆放區(qū)。因此，項(xiàng)目部精細(xì)規(guī)劃基坑工程施工順序，設(shè)計(jì)三個(gè)施工階段，用BIM 建立并模擬三維場(chǎng)地布置方案以接近真實(shí)工況?；娱_挖后從南側(cè)開始修建地下室，將其一部分作為施工料場(chǎng)，附近進(jìn)行局部土方回填，為機(jī)械和材料進(jìn)出基坑修筑坡道；待基坑完成后的清除臨時(shí)設(shè)施階段時(shí)，使用永臨結(jié)合方式規(guī)劃施工臨時(shí)道路和材料堆場(chǎng)，即一次性完成基坑清槽和墊層澆筑，其上鋪設(shè)鋼板擴(kuò)展并入施工道路和材料堆場(chǎng)，此方案可以減少后續(xù)臨時(shí)設(shè)施修建和地面硬化的成本投入，同時(shí)降低二次開挖難度，縮短基坑工程工期。

（2）場(chǎng)地管理。對(duì)施工階段各結(jié)構(gòu)及運(yùn)行流程進(jìn)行BIM 仿真模擬，將操作和措施細(xì)節(jié)化，工程人員反復(fù)模擬迭代以發(fā)現(xiàn)問題，確認(rèn)沖突并及時(shí)調(diào)整優(yōu)化。模擬項(xiàng)目包括：首先，在建設(shè)場(chǎng)地外，根據(jù)市政道路和交通情況，模擬大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)；在場(chǎng)地內(nèi)模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)電設(shè)施的吊裝路徑，利用BIM 技術(shù)確定吊點(diǎn)位置，進(jìn)行吊裝可視化預(yù)演，優(yōu)化快速調(diào)度及吊裝效率。其次根據(jù)安裝高度及已安裝構(gòu)件的平面位置，規(guī)劃吊裝行進(jìn)路線以及構(gòu)件的堆放順序及距離，對(duì)吊裝步驟進(jìn)行序列化編號(hào)。最后，對(duì)施工連接進(jìn)行模擬來檢驗(yàn)安排的合理性并做出優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)場(chǎng)地以及場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)施工道路的合理規(guī)劃。

（3）進(jìn)度管理。疊加各工序時(shí)間進(jìn)度和勞務(wù)班組進(jìn)出場(chǎng)等流程，進(jìn)一步優(yōu)化施工技術(shù)方案，進(jìn)行業(yè)務(wù)管理和成本控制。項(xiàng)目按日對(duì)施工完成進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，反饋至BIM 平臺(tái)，結(jié)合進(jìn)度控制目標(biāo)，在模型中標(biāo)識(shí)完工部位和延誤部位，輔助管理人員進(jìn)行進(jìn)度管控和制定針對(duì)性措施。此外，利用BIM 的6D 技術(shù)模擬數(shù)據(jù)中心機(jī)房與環(huán)境的相互作用，如建筑日照與采光模擬、建筑噪聲模擬、建筑空氣流動(dòng)分析等[3]。

（4）資源管理。共享BIM 平臺(tái)，在模型輕量化、工程量統(tǒng)計(jì)等方面進(jìn)行BIM 全過程管控。通過管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)整合、提取、分析、運(yùn)用，處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成化、工程進(jìn)度可視化、質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)化。

（5）施工技術(shù)管理。①室內(nèi)回填土工程。數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓對(duì)地面平整度和沉降變形要求高，而室內(nèi)回填土面積達(dá)到2400m2，基于此，重點(diǎn)和難點(diǎn)是保證回填土的壓實(shí)度，該項(xiàng)指標(biāo)關(guān)系著后期地面質(zhì)量，施工不當(dāng)易引起室內(nèi)外地面沉陷和開裂，進(jìn)而影響機(jī)房設(shè)施的穩(wěn)定性。項(xiàng)目部采用新型智能強(qiáng)夯技術(shù)，依托于北斗定位系統(tǒng)和測(cè)距模塊，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)夯機(jī)轉(zhuǎn)軸中心位置、高程及方向，自動(dòng)記錄夯擊次數(shù)、錘高度、夯擊能、夯沉量等施工數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)讲倏仄脚_(tái)?？刂葡到y(tǒng)中可設(shè)定多種夯點(diǎn)排列方式，現(xiàn)場(chǎng)無須放點(diǎn)。動(dòng)態(tài)模擬夯機(jī)施工確定夯擊方案。該智能控制系統(tǒng)自動(dòng)按施工方案精準(zhǔn)控制強(qiáng)夯力度和頻率，改善了人工對(duì)點(diǎn)工作強(qiáng)度，提高了夜間施工的準(zhǔn)確度，保證了施工質(zhì)量和工程的耐久性，較傳統(tǒng)方法的工期提前一個(gè)星期以上。②外墻保溫工程。數(shù)據(jù)中心綜合支撐樓由于場(chǎng)地狹小，地下室外墻回填空間有限，所以外墻優(yōu)化為4mm SBS 防水卷材+60mm JS 復(fù)合板，采用JS 復(fù)合保溫自防水板架空式鋪貼施工技術(shù)，借助外腳手架，從底部架空高度之上粘貼JS 復(fù)合板，再完成地下室頂部至架空處的防水搭接，較傳統(tǒng)地下室外墻保護(hù)層砌筑磚墻的技術(shù)大幅節(jié)省了工時(shí)和勞動(dòng)力，給基礎(chǔ)階段料場(chǎng)的二次遷移創(chuàng)造了條件，回填質(zhì)量良好，確保了雨期之前完成重要節(jié)點(diǎn)的施工。

4 質(zhì)量安全管理

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。該項(xiàng)目施工場(chǎng)地比較局促，在提高空間利用率的目標(biāo)下，現(xiàn)場(chǎng)操作必須考慮吊裝影響范圍和安全距離，將各方需求綜合，在安全模型中建立施工區(qū)、構(gòu)配件臨時(shí)堆放區(qū)、工程設(shè)備等待區(qū)、現(xiàn)場(chǎng)指揮觀測(cè)區(qū)等區(qū)域的三維圖景，對(duì)材料和運(yùn)輸機(jī)械入場(chǎng)和出場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集和分析。同時(shí)結(jié)合材料運(yùn)輸和安裝進(jìn)度計(jì)劃，分階段動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)反饋至安全信息庫，動(dòng)態(tài)更新堆場(chǎng)模型。經(jīng)過BIM 安全模型對(duì)吊車吊重及覆蓋情況的分析，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，核對(duì)規(guī)范強(qiáng)制要求，檢測(cè)堆場(chǎng)布置合理性以及各區(qū)位置關(guān)系安全性[4]。

（2）可視化技術(shù)交底。不同于普通建筑，數(shù)據(jù)中心在建筑、電氣、暖通空調(diào)與給排水、智能化、消防和綠色節(jié)能環(huán)保等方面都有更多更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)的施工操作人員不僅需要對(duì)技術(shù)有更深刻的理解，而且也需要掌握數(shù)據(jù)中心建設(shè)中涉及的危險(xiǎn)源與安全措施。在BIM 平臺(tái)上建立可視化交底，使施工隊(duì)伍對(duì)各自的操作內(nèi)容及技術(shù)有更清晰的認(rèn)知。針對(duì)多專業(yè)管線交匯位置，用三維模型直觀向工人展示復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位各專業(yè)管線的排布關(guān)系，直接確認(rèn)各專業(yè)施工順序，有效避免后期因施工空間沖突導(dǎo)致的拆改工作。針對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，演示節(jié)點(diǎn)施工形式和吊裝順序，避免工人隨意操作導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力偏移、產(chǎn)生額外預(yù)應(yīng)力或連接不牢固，緊固不到位等問題[5]。

（3）臨時(shí)支撐體系數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新與調(diào)試。大尺寸大重量構(gòu)件在起吊前，需經(jīng)過翻身或調(diào)整轉(zhuǎn)為為豎立狀態(tài)，此時(shí)構(gòu)件處于不利受力狀態(tài)，需設(shè)置臨時(shí)支撐進(jìn)行加固防護(hù)；另一方面，在起吊機(jī)械的停放和預(yù)制構(gòu)件或數(shù)據(jù)設(shè)備的擺放區(qū)域，如果該位置自身承載力不足以承擔(dān)施工臨時(shí)荷載，也需增加其底部的支撐和加固。在BIM 安全防護(hù)模型下，建立對(duì)應(yīng)的臨時(shí)支撐體系的數(shù)據(jù)庫，確定支撐設(shè)置時(shí)的工況和流程，分析其狀態(tài)是否存在安全隱患，使施工人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有更全面的認(rèn)知，并在優(yōu)化吊裝方案及技術(shù)交底環(huán)節(jié)提供參考數(shù)據(jù)。經(jīng)過在BIM 中對(duì)臨時(shí)支撐體系進(jìn)行模擬，可以提前發(fā)現(xiàn)安全漏洞，這樣在實(shí)際施工時(shí)，通過實(shí)時(shí)采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以校正臨時(shí)支撐體系的誤差。

（4）安全問題管控。利用BIM 漫游在模型中識(shí)別臨邊、臨空等部位可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，提前策劃安全防護(hù)方案，在模型中將檢測(cè)出來的危險(xiǎn)部位進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)施工進(jìn)程進(jìn)行至這類需設(shè)置安全防護(hù)的部位時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行提醒及確認(rèn)，確保該作業(yè)面上的危險(xiǎn)源在當(dāng)日內(nèi)防護(hù)到位。其次，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，利用模型中的施工組織部署信息，統(tǒng)計(jì)每周在同一工作面的施工人員工種和數(shù)量，以此合理安排交叉工序，防范現(xiàn)場(chǎng)可能由于擁擠施工或作業(yè)面重合可能出現(xiàn)的安全事故，有利于保證施工質(zhì)量和效率。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程繁雜，構(gòu)件類型多，安裝工作量大，存在大量的交叉作業(yè)，技術(shù)要求高，工程進(jìn)度快，協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)多，集成了建筑、電氣、安裝、網(wǎng)絡(luò)等多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)，需要豐富的項(xiàng)目實(shí)施和管理經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)人員、設(shè)施和材料的安排調(diào)度上提出了更高的要求，也產(chǎn)生了很多的安全隱患。

本文通過實(shí)際項(xiàng)目研究施工建造在筑智能之路，利用數(shù)字化手段助力數(shù)據(jù)中心智能建設(shè)與安全管理中的技術(shù)方案，即應(yīng)用3D 可視化技術(shù)，真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和無人機(jī)巡檢，減少人力投入和人工疏漏，提高現(xiàn)場(chǎng)管理效率。分析數(shù)據(jù)中心建筑的相關(guān)功能與特征，結(jié)合AI 技術(shù)進(jìn)行能效精細(xì)化管理，充分挖掘BIM 平臺(tái)的優(yōu)化潛力，建立BIM 模型實(shí)時(shí)漫游，優(yōu)化管線設(shè)計(jì)、模擬施工、碰撞檢測(cè)，全面全程用數(shù)能技術(shù)優(yōu)化施工建設(shè)和管理，為施工現(xiàn)場(chǎng)布置、危險(xiǎn)源識(shí)別、施工方案優(yōu)化、安全施工等多個(gè)方面提供支撐，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、安全、質(zhì)量等管控智能化，提升數(shù)據(jù)中心綠色評(píng)估指標(biāo)。