羅志剛， 劉富饒， 田 軍（.江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇南京 00006；.東軟集團(tuán)股份有限公司，遼寧大連 6085）

數(shù)據(jù)中心在后BIM時(shí)代的三維應(yīng)用

羅志剛1， 劉富饒2， 田 軍2
（1.江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇南京 200006；2.東軟集團(tuán)股份有限公司，遼寧大連 116085）

數(shù)據(jù)中心為建筑工程的BIM技術(shù)提供了更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用場(chǎng)合。介紹了BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用價(jià)值，分析了BIM技術(shù)的數(shù)字化三維應(yīng)用。指出BIM中的三維信息模型與成熟的游戲開(kāi)發(fā)引擎等相關(guān)互動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，將使傳統(tǒng)的管理監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)出更多的數(shù)據(jù)中心的三維展示、管理和監(jiān)控應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)中心管理的可知、可見(jiàn)和可控。

數(shù)據(jù)中心；建筑信息模型；三維模型；游戲開(kāi)發(fā)引擎

羅志剛（1970-），男，高級(jí)工程師，從事暖通空調(diào)、數(shù)據(jù)中心及BIM應(yīng)用方面的工作。

0 引 言

目前，數(shù)據(jù)中心正在向高密度發(fā)展，意味著數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和管理能力也在逐漸面臨新的挑戰(zhàn)。在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)階段，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用為節(jié)省成本、優(yōu)化工程做出了巨大的貢獻(xiàn)。BIM技術(shù)掌控?cái)?shù)據(jù)中心建設(shè)全生命周期的信息和數(shù)據(jù)，因此有必要將BIM的價(jià)值持續(xù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心的管理和運(yùn)營(yíng)階段。

BIM中的三維信息模型，其中一項(xiàng)核心是可延續(xù)的產(chǎn)生價(jià)值的資源，應(yīng)結(jié)合新時(shí)代的技術(shù)和環(huán)境，應(yīng)用于新一代數(shù)據(jù)中心的建設(shè)當(dāng)中，提供更多、更全面、更準(zhǔn)確的信息。

1 BIM技術(shù)

1.1 建筑工程的生命周期管理

BIM以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖特點(diǎn)。BIM核心建模軟件如圖1所示。

圖1 BIM核心建模軟件

在建筑工程整個(gè)生命周期中，BIM可以實(shí)現(xiàn)集成管理，因此模型既包括建筑物的信息模型，同時(shí)又包括建筑工程管理行為模型。因此，在一定范圍內(nèi)可以模擬實(shí)際的建筑工程建設(shè)行為，準(zhǔn)確評(píng)估建筑策劃設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

1.2 特 點(diǎn)

BIM技術(shù)通過(guò)參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及包括建筑運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。具體體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）三維模型渲染動(dòng)畫(huà)，給人以沉浸體驗(yàn)和直接的視覺(jué)沖擊。三維的BIM模型可以作為持續(xù)渲染開(kāi)發(fā)的模型基礎(chǔ)，大大提高了三維渲染效果的逼真性和高效性。

（2）三維可視化功能增加了時(shí)間維度，可以進(jìn)行虛擬施工演練，將施工計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)展進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行有效協(xié)同，使施工方、監(jiān)理方等都能了解工程項(xiàng)目的各種狀況。BIM技術(shù)結(jié)合施工方案、施工模擬和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)測(cè)，大幅減少了建筑質(zhì)量問(wèn)題和安全問(wèn)題，減少了返工和整改時(shí)間。

（3）與傳統(tǒng)模式相比，三維BIM的優(yōu)勢(shì)明顯，因?yàn)榻ㄖこ痰认嚓P(guān)的工作都可以從BIM中抽出需要的信息，既可指導(dǎo)相應(yīng)工作，又能將相應(yīng)工作的信息反饋到模型中。

2 BIM技術(shù)的數(shù)字化三維應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)的三維模型價(jià)值

BIM最直觀的特點(diǎn)在于三維可視化，在前期可以進(jìn)行碰撞檢查，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，減少在建筑施工階段可能存在的損失和返工的可能性，且優(yōu)化管線排布方案。施工人員可以利用碰撞優(yōu)化后的三維管線方案進(jìn)行施工交底、施工模擬，提高與業(yè)主溝通的能力。

BIM中的三維信息模型包含整個(gè)建筑的全部信息內(nèi)容，應(yīng)用于項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施階段具有重大價(jià)值。BIM應(yīng)更好地應(yīng)用于建筑竣工后的運(yùn)維和運(yùn)營(yíng)階段，以產(chǎn)生更大的價(jià)值。

由于BIM技術(shù)的強(qiáng)大功能和復(fù)雜關(guān)系，決定了應(yīng)用人群為專(zhuān)業(yè)人士。如果能將BIM中的三維模型等核心資源結(jié)合，采用人機(jī)交互式的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，持續(xù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理、監(jiān)控管理、全景資產(chǎn)展示等后期的運(yùn)維和運(yùn)營(yíng)階段，就可以實(shí)現(xiàn)操作方式平民化。BIM模型與Unity 3D模型如圖2所示。

圖2 BIM模型與Unity 3D模型

2.2 與游戲引擎Unity的結(jié)合

Unity可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows phone 8和Android平臺(tái)，也可以利用Unity Web Player插件發(fā)布網(wǎng)頁(yè)游戲，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁(yè)瀏覽。

Unity引擎主要功能模塊包括粒子系統(tǒng)、動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)、物理引擎、烘焙技術(shù)、渲染特效等組件工具，以及Unity腳本開(kāi)發(fā)、輸入與控制、GUI開(kāi)發(fā)、Shader開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)、編輯器擴(kuò)展等多種開(kāi)發(fā)環(huán)境，同時(shí)提供了Asset Bundle工作流程、腳本調(diào)試與優(yōu)化、跨平臺(tái)發(fā)布等多項(xiàng)高級(jí)內(nèi)容。Unity核心技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 Unity核心技術(shù)架構(gòu)

BIM技術(shù)與游戲引擎技術(shù)結(jié)合，打造全新的數(shù)據(jù)中心管理監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)管理軟件與新型游戲軟件的完美結(jié)合，采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維管理需求。

3 應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的三維技術(shù)

BIM 技術(shù)中的三維模型信息與數(shù)據(jù)中心運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算園區(qū)（數(shù)據(jù)中心）、樓層、機(jī)房、機(jī)柜組和機(jī)柜、設(shè)備的三維應(yīng)用，支持在三維場(chǎng)景中以圖形化方式展示容量、能耗、人員等各類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。應(yīng)用游戲引擎優(yōu)化技術(shù)控制場(chǎng)景資源的加載模式，為用戶(hù)提供高效、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的應(yīng)用功能及操作體驗(yàn)。數(shù)據(jù)中心的三維應(yīng)用如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)中心的三維應(yīng)用

3.1 BIM的三維模型庫(kù)管理

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)過(guò)程中，BIM技術(shù)產(chǎn)生了巨大的三維模型數(shù)據(jù)，并記錄完整的建筑信息和真實(shí)的位置信息。通過(guò)圖形化數(shù)據(jù)庫(kù)，將所有建筑模型及相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)字化管理，并保持歷史數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)增加維護(hù)新設(shè)備的三維模型信息。三維模型庫(kù)管理范圍至少應(yīng)包括以下幾種類(lèi)型：

（1）園區(qū)環(huán)境模型，展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心園區(qū)實(shí)景的物理結(jié)構(gòu)和大樓的整體布局。

（2）建筑物模型，對(duì)數(shù)據(jù)中心建筑外觀、主體結(jié)構(gòu)、樓層數(shù)目等物理結(jié)構(gòu)的建模，展現(xiàn)墻、門(mén)和窗戶(hù)，并根據(jù)實(shí)際情況定義其不同的材質(zhì)。

（3）機(jī)房結(jié)構(gòu)模型，包含對(duì)機(jī)房墻面、天花、地板和隔斷等物理結(jié)構(gòu)的建模，展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心樓體內(nèi)部的機(jī)房結(jié)構(gòu)布局。

（4）機(jī)房設(shè)施模型，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的資產(chǎn)設(shè)施，如配電柜、UPS和電池等建模。

（5）機(jī)柜設(shè)備模型，展現(xiàn)與實(shí)際設(shè)備高度相似的機(jī)柜和電量?jī)x等設(shè)備。

3.2 數(shù)據(jù)中心的全資產(chǎn)監(jiān)控

通過(guò)游戲引擎的場(chǎng)景編程、物理引擎和烘焙技術(shù)、燈光烘焙等技術(shù)，全景展示周邊環(huán)境、樓宇、機(jī)房及周邊房間的場(chǎng)景視圖；可以多場(chǎng)景（視角）三維展示機(jī)房，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、放大和縮小等功能；通過(guò)用戶(hù)操作可以逐級(jí)展示數(shù)據(jù)中心的樓宇、樓層和機(jī)房；真實(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的資產(chǎn)，并可點(diǎn)擊展示其基礎(chǔ)信息和應(yīng)用狀態(tài)等信息，使數(shù)據(jù)中心進(jìn)入更標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)化管理模式。

通過(guò)集成各類(lèi)監(jiān)控終端設(shè)備的接口，獲取實(shí)施監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并且通過(guò)分類(lèi)管理、資源配置等功能統(tǒng)一維護(hù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。在三維場(chǎng)景中實(shí)時(shí)展現(xiàn)監(jiān)控及告警信息，以多種可視化方式詮釋各類(lèi)告警信息的數(shù)據(jù)。利用游戲引擎的渲染技術(shù)和音頻系統(tǒng)，當(dāng)某區(qū)域或設(shè)備出現(xiàn)告警信息后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采用圖形、聲音等進(jìn)行告警展示。管理人員看到提示后，可以準(zhǔn)確定位告警位置和告警設(shè)備。數(shù)據(jù)中心三維全資產(chǎn)監(jiān)控如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)中心三維全資產(chǎn)監(jiān)控

3.3 游戲效果的虛擬漫游

應(yīng)用游戲引擎的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)第一人稱(chēng)的虛擬漫游功能，通過(guò)簡(jiǎn)單操作、虛擬巡游于數(shù)據(jù)中心各個(gè)角落，查看各類(lèi)信息。同時(shí)，依據(jù)RPG游戲的應(yīng)用思維，提供縮小比例尺的同地形、小地圖導(dǎo)航，時(shí)刻提醒操作者目前所在的位置，展現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的場(chǎng)景地形圖。

通過(guò)虛擬漫游功能，可以在建筑物內(nèi)部行走，并實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)所看到的三維場(chǎng)景畫(huà)面；可看到建筑裝修情況及各種儀器、儀表設(shè)備等被監(jiān)控對(duì)象。在巡視過(guò)程中，也可以在虛擬場(chǎng)景中執(zhí)行一些喜歡的巡視操作，可以隨時(shí)自由調(diào)整三維視角，選擇最佳瀏覽方式，獲得更佳的視覺(jué)效果。

通過(guò)三維場(chǎng)景虛擬漫游技術(shù)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)維工作自動(dòng)巡檢、自動(dòng)漫游等功能；制定行走路線及巡檢規(guī)則，模擬數(shù)據(jù)中心運(yùn)維人員的每日巡檢、每月定檢、每年定檢等運(yùn)維管理工作。游戲效果的虛擬漫游如圖6所示。

圖6 游戲效果的虛擬漫游

3.4 統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)的三維展示

數(shù)據(jù)中心在建設(shè)階段和運(yùn)維階段，不斷地產(chǎn)生運(yùn)營(yíng)和管理數(shù)據(jù)。對(duì)于種類(lèi)繁多、數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)，同樣可以在三維場(chǎng)景中更直觀、更準(zhǔn)確地展示。

（1）能效數(shù)據(jù)。BIM節(jié)能分析技術(shù)可分析與計(jì)算持續(xù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)階段的能耗數(shù)據(jù)，在三維場(chǎng)景中直觀展示能耗分布情況和能效占比情況。

（2）容量數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)的空間分析技術(shù)全面抽取U位、機(jī)位、承重、功耗等容量數(shù)據(jù)，并且對(duì)容量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等操作。通過(guò)三維可視化技術(shù)，以三維視圖展現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，并且為用戶(hù)提供多種維度的搜索、統(tǒng)計(jì)功能，準(zhǔn)確、合理地使用數(shù)據(jù)中心資源。機(jī)柜容量的三維展示如圖7所示。

圖7 機(jī)柜容量的三維展示

3.5 溫度云場(chǎng)的三維模擬

BIM熱能環(huán)境模擬技術(shù)，與游戲引擎的Shader開(kāi)發(fā)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)溫度變化的仿真，并以多種色彩表示不同溫度范圍，輔助數(shù)據(jù)中心管理人員監(jiān)控和調(diào)整數(shù)據(jù)中心資源分布情況，避免延誤故障排除。溫度云場(chǎng)的三維模擬如圖8所示。

圖8 溫度云場(chǎng)的三維模擬

4 結(jié) 語(yǔ)

BIM在設(shè)計(jì)和施工階段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，而在設(shè)施維護(hù)中的應(yīng)用案例并不是很多，其技術(shù)的外延尚未得到有效挖掘。BIM技術(shù)在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的實(shí)際需求非常大，尤其是對(duì)于智能建筑的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，BIM技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用將迎來(lái)一個(gè)重要契機(jī)。未來(lái)將充分挖掘BIM技術(shù)中三維模型的信息價(jià)值，并結(jié)合交互式游戲引擎技術(shù)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維和管理中，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心管理的可知、可見(jiàn)、可控，進(jìn)而打造新一代的綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心。

［1］ 何關(guān)培.BIM總論［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］ 劉濟(jì)瑀.勇敢走向BIM 2.0［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

［3］ 宣雨松.Unity 3D游戲開(kāi)發(fā)［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［4］ 鐘景華.新一代綠色數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃與設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

3D Applications of Data Center in the next Era of BIM

LUO Zhigang1， LIU Furao2， TIAN Jun2
（1.Jiangsu Post&Telecommunications Planning and Designing Institute Co.，Ltd.，Nanjing 200006，China；2.Neusoft Group Co.，Ltd.，Daliang 116085，China）

The data center provides the better application situation for the building information modeling（BIM）technology.This paper introduced the use value of BIM technology in the data center，and analyzed the digital 3D application of BIM technology.It is pointed out that the 3Dmodels of BIM are combined with the game engine and the Internet technique，which makes the traditional monitoring and management software create the modes of 3D presentation，monitoring and management in order tomake themanagement visible and controllable.

data center；building information modeling（BIM）；3D model；game engine

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0026-04

2015 09 07

劉富饒（1985-），男，工程師，從事數(shù)據(jù)中心管理、大數(shù)據(jù)、BIM應(yīng)用的工作。

田 軍（1982-），男，高級(jí)工程師，從事數(shù)據(jù)中心管理、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、BIM應(yīng)用的工作。