羅志剛， 羅小平

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，江蘇南京 210019）

BIM技術(shù)在超大型數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計中的應(yīng)用

羅志剛， 羅小平

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，江蘇南京 210019）

數(shù)據(jù)中心項目涉及專業(yè)繁多、工藝復雜，傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法難以滿足大型和超大型數(shù)據(jù)中心項目高效精確的設(shè)計和嚴格控制工期及造價的要求。介紹了建筑信息模型（BIM）技術(shù)在某超大型數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計中的應(yīng)用，實現(xiàn)了無差錯的高效設(shè)計?；贐IM設(shè)計的數(shù)據(jù)信息可貫穿整個生命周期的特點，提出BIM+DCIM的新理念，進一步提升數(shù)據(jù)中心運維管理效率和技術(shù)水平?？偨Y(jié)了BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計中應(yīng)用的價值及重要意義，并展望了BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心全壽命周期解決方案中的應(yīng)用前景。

數(shù)據(jù)中心；建筑信息模塊；數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理；全壽命周期

羅志剛（1970-），男，高級工程師，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

數(shù)據(jù)中心用于存放計算機設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信設(shè)備等IT設(shè)備，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、交換和管理。隨著電子商務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心建設(shè)項目越來越多。數(shù)據(jù)中心項目具有投資大、工藝復雜、能耗高、安全等級高、運維要求高五大特點。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是用數(shù)字化的建筑組件表示真實世界中用來建造建筑物的構(gòu)件，在計算機輔助設(shè)計等技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多維模型信息集成技術(shù)，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數(shù)字化承載和可視化表達。BIM能夠應(yīng)用于工程項目規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工和運營維護等各階段，實現(xiàn)建筑全壽命周期各參與方在同一多維建筑信息模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)共享，為產(chǎn)業(yè)鏈貫通、工業(yè)化建造和繁榮建筑創(chuàng)作提供技術(shù)保障。BIM應(yīng)用作為建筑業(yè)信息化的重要組成部分，必將極大地促進建筑領(lǐng)域生產(chǎn)方式的變革。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理（Data Center Infrastructure Management，DCIM）是將IT和設(shè)備管理結(jié)合起來對數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè)備進行集中監(jiān)控、容量規(guī)劃等集中管理的平臺。DCIM通過軟硬件（包括傳感器）等提供獨立的管理平臺，對數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施進行實時監(jiān)控和管理。

本文結(jié)合實際項目應(yīng)用案例，分析BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計中的應(yīng)用。

1 項目概況

某超大型數(shù)據(jù)中心單體建筑面積約為10萬m2，地上5層，地下3層，建筑主要功能區(qū)分別為數(shù)據(jù)機房、制冷機房、配電室、柴油發(fā)電機房及其他輔助功能區(qū)等，屬一類高層通信建筑，設(shè)計標準參照GB 50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》A級標準。該數(shù)據(jù)中心執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)范，提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的擴展性和靈活性，確保系統(tǒng)安全、可靠。

該數(shù)據(jù)中心項目設(shè)計采用多項節(jié)能技術(shù)，充分利用自然冷源對IT設(shè)備進行散熱，減少機械制冷系統(tǒng)的開啟時間，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。數(shù)據(jù)中心設(shè)置蓄冷，實現(xiàn)制冷系統(tǒng)連續(xù)不間斷供冷，保證系統(tǒng)可用性。數(shù)據(jù)中心全年設(shè)計平均電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）≤1.34，相比傳統(tǒng)同規(guī)模數(shù)據(jù)中心的PUE（≥2.0），年節(jié)約用電量達3×108kWh。

在數(shù)據(jù)中心項目的設(shè)計前期，業(yè)主提出嚴格控制項目建造成本的要求，要盡可能減少設(shè)計變更。項目運維團隊在設(shè)計階段提前介入，并提出較高的技術(shù)要求。同時，數(shù)據(jù)中心項目規(guī)模超大，工藝極復雜，工期短，前期需求存在很多不確定性，設(shè)計方采用BIM技術(shù)提供必要的支撐，BIM設(shè)計的數(shù)據(jù)信息可貫穿整個生命周期；并結(jié)合運維團隊的要求，提出BIM+DCIM理念，在設(shè)計過程中及時響應(yīng)，并滿足運維團隊提出的各項技術(shù)要求。

圖1 樓層層高控制

2 設(shè)計中主要BIM應(yīng)用

2.1 方案比選

建筑功能布局是數(shù)據(jù)中心方案規(guī)劃方案的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)業(yè)主早期提出的二維平面布局需求，地上各個樓層均布置機房模塊；BIM建模后發(fā)現(xiàn)部分樓層層高受管線高度制約，但通過二維布局直觀地向業(yè)主展現(xiàn)調(diào)整后的方案，進行可視化的方案比選，確定了最終機房布局方案和建筑層高。項目設(shè)計過程中大大減少方案比選的討論匯報時間，相比傳統(tǒng)設(shè)計節(jié)省60%方案比選時間。樓層層高控制如圖1所示。

2.2 協(xié)同設(shè)計

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計中，各專業(yè)間以定期、節(jié)點性提資的方式進行配合，存在數(shù)據(jù)交換不充分、理解不完整的問題，造成項目溝通成本大幅提升。采用BIM技術(shù)實現(xiàn)了一種點與中心信息交流的協(xié)同設(shè)計模式，各參與方之間的信息交流是唯一且連續(xù)的，將散亂的數(shù)據(jù)和信息整合在一個平臺上，實現(xiàn)了專業(yè)間的數(shù)據(jù)共享，使信息溝通更加順暢。在該數(shù)據(jù)中心項目，采用專業(yè)內(nèi)部使用“工作共享”的方式對模型進行編輯，專業(yè)間采用互相鏈接中心文件的方式協(xié)同工作，實現(xiàn)了實時溝通、交互設(shè)計的目的，信息變更能很快傳遞，大幅提高了設(shè)計效率。對于復雜的數(shù)據(jù)中心，其準確的信息傳遞相比傳統(tǒng)設(shè)計，協(xié)同上的效率節(jié)省約30%。

傳統(tǒng)的二維設(shè)計軟件以圖紙為中心，項目在不同階段和不同專業(yè)間的信息傳遞存在損失和失真。采用BIM技術(shù)的工程設(shè)計實現(xiàn)以工程信息為中心，保證項目不同階段、不同專業(yè)間的數(shù)據(jù)傳遞的連續(xù)性、實時性和無損失。二維圖紙在設(shè)計過程中難以清晰描述設(shè)備管線標高，部分機電專業(yè)管線未做精確定位。在BIM設(shè)計過程中，通過管線的精確定位，綜合考慮各專業(yè)管線標高，在三維可視條件下完成，因此各專業(yè)在空間準確定位、彼此透明，減少了溝通調(diào)整的工作量，避免了施工過程中的返工，保證施工進度，并可有效提前（預計至少提前50 d）。專業(yè)協(xié)同設(shè)計如圖2所示。

2.3 可視化設(shè)計

采用BIM的三維建模軟件，提高項目團隊內(nèi)部溝通效率，同時使業(yè)主及決策者更容易理解方案，實現(xiàn)高效決策。該工程可視化設(shè)計節(jié)省效果圖制作費用約10萬元。

圖2 專業(yè)協(xié)同設(shè)計

在制做參觀通道設(shè)計過程中，通過三維BIM模型進行快速渲染，完美展現(xiàn)設(shè)計效果，通過方案比選讓決策者快速確定最終設(shè)計方案。參觀通道圖如圖3所示。

圖3 參觀通道圖

該項目冷凍站機房內(nèi)的管道復雜，管徑大，空間小。在方案設(shè)計過程中，通過三維BIM模型進行虛擬安裝，并充分結(jié)合一期、二期、三期的機柜啟用進度，制訂了冷凍機房的設(shè)備安裝順序，以及后期設(shè)備安裝對于一期設(shè)備和管線的影響，并考慮到運輸通道等因素，借助BIM技術(shù)設(shè)計方案快速確定最優(yōu)方案，同時也為施工方案提供了重要參考。冷凍站方案圖如圖4所示。

圖4 冷凍站方案圖

2.4 仿真模擬計算

數(shù)據(jù)中心機房涉及專業(yè)復雜，其氣流組織受影響因素較多，不同的機柜和空調(diào)末端方式，尤其是不同的機架功率對于氣流組織的影響較大，常規(guī)的計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）軟件無法精確滿足設(shè)計階段的要求。該項目通過已建好的三維模型導入CFD進行模擬計算，驗證方案設(shè)計的合理性，優(yōu)化空調(diào)方案設(shè)計，降低PUE值。

該項目將參數(shù)化模型應(yīng)用于精密空調(diào)和新風排風等系統(tǒng)設(shè)計，通過修改模型中設(shè)備管道的相關(guān)參數(shù)對通風量進行模擬，獲得相應(yīng)的冷量分析結(jié)果；通過氣流摻混和機房冷熱交換模擬，獲得地板送風效果與氣流組織，對機房內(nèi)部布置進一步優(yōu)化。調(diào)整末端空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，進一步降低設(shè)計PUE值。

同時，通過CFD軟件模擬計算，可視化展示數(shù)據(jù)機房的空調(diào)系統(tǒng)運行效果，快速確定最優(yōu)設(shè)計方案。標準機房模塊CFD模擬如圖5所示。

圖5 標準機房模塊CFD模擬

2.5 碰撞檢測

針對檢測到的碰撞形式的不同，形成碰撞報告，從而優(yōu)化設(shè)計，大幅減少施工過程中的設(shè)計變更。初步估算，碰撞檢測節(jié)省約220萬元的項目變更預算。碰撞檢測如圖6所示。

圖6 碰撞檢測

2.6 工程量統(tǒng)計

基于BIM三維的造價控制，工程預算將在整個設(shè)計施工的所有變化過程中實現(xiàn)實時和精確，同時大大減少了工程變更的數(shù)量，對于降低造價極為有利。

該項目利用BIM技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備量清單與BIM模型實時關(guān)聯(lián)，提前3周給出精確的工程量清單。

3 BIM+DCIM理念

BIM技術(shù)以建筑信息數(shù)據(jù)應(yīng)用為中心，通過計算機及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息貫穿項目整個生命周期。該數(shù)據(jù)中心設(shè)計時將BIM與維護管理計劃相結(jié)合，在數(shù)據(jù)中心建成后，通過DCIM實現(xiàn)精細、高效運維。DCIM是將建筑、環(huán)境和機電設(shè)備等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)通過后期人工制作錄入，相對不夠精確，并有可能存在理解、表達的錯誤。采用BIM技術(shù)把建造階段的完整建模數(shù)據(jù)導入到DCIM平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)無損傳遞以及建筑物業(yè)管理與樓宇設(shè)備的實時監(jiān)控相集成的智能化和可視化管理。

因此，本文提出了BIM+DCIM設(shè)計理念，即在項目設(shè)計階段就考慮BIM建模數(shù)據(jù)與DCIM的對接，要求設(shè)計階段的建模數(shù)據(jù)滿足DCIM應(yīng)用要求，特別是實現(xiàn)可視化運維、資產(chǎn)管理、物業(yè)管理、智能化運維等。

BIM+DCIM理念可進一步提升數(shù)據(jù)中心運維管理效率和技術(shù)水平，可在設(shè)計階段盡可能考慮長期運維的問題，包括IT設(shè)備升級換代帶來的問題、項目整體方案的設(shè)計質(zhì)量提高、數(shù)據(jù)中心總體擁有成本降低。

4 BIM的價值

該項目利用軟件平臺搭建各專業(yè)共享的三維可視BIM模型，具有以下應(yīng)用價值。

（1）保證了設(shè)計的一致性，實現(xiàn)專業(yè)間的透明，為協(xié)同設(shè)計提供基礎(chǔ)。

（2）提供了分析檢測及便利的剖切軸測功能，便于設(shè)計及校審人員查檢缺漏及與專業(yè)間的沖突，保證了工作效率與質(zhì)量。

（3）BIM模型完整保存了各專業(yè)土建、設(shè)備構(gòu)件等數(shù)字化信息，可擴展實現(xiàn)建筑分析、施工指導等多種應(yīng)用，極大提高了前期方案選型與后期服務(wù)的可實施性和便利性。

（4）三維的繪圖體驗和強大的數(shù)據(jù)庫支持，提供了一個高效的設(shè)計工作平臺。

（5）三維建模以及對于資產(chǎn)設(shè)備等的屬性化定義，為搭建完善的DCIM平臺奠定基礎(chǔ)。

5 BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用展望

BIM技術(shù)可為工程建設(shè)項目提供決策、建設(shè)規(guī)劃、性能預測、成本估算、施工監(jiān)督管理、造價控制、資產(chǎn)管理和運維管理等多維模型，以及高質(zhì)量的設(shè)計施工文件等可靠的數(shù)據(jù)信息。BIM技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性的特點，可以為工程建設(shè)項目提供前期策劃、設(shè)計、施工和后期運維等各個階段的全壽命周期的連續(xù)服務(wù)。

相對于常規(guī)的建筑物，數(shù)據(jù)中心更加關(guān)注全壽命周期的各個階段對于項目的影響，所以BIM技術(shù)對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)具有非常重要的意義。BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)中心項目全壽命周期的應(yīng)用，會改變現(xiàn)有的規(guī)劃設(shè)計、施工建造及運營維護模式，最終提高生產(chǎn)效率，減少工程建設(shè)中的設(shè)計成本、建造成本以及管理成本。

6 結(jié) 語

BIM技術(shù)是數(shù)據(jù)中心工程項目尋求更加精細化和高掌握程度的技術(shù)手段。目前，數(shù)據(jù)中心項目的BIM應(yīng)用較少，還存在較多不足和缺陷，但隨著越來越多的數(shù)據(jù)中心工程項目采用BIM技術(shù)，兩者的結(jié)合將會逐步趨于完善。

［1］ 劉濟瑀.勇敢走向BIM 2.0［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

［2］ 歐陽東.BIM技術(shù)：第二次建筑設(shè)計革命［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［3］ 黃鍇.基于三維模型的數(shù)據(jù)中心設(shè)計與分析［J］.智能建筑，2013（1）：109-113.

whole life cycle

App lication of BIM Technology in Design of Super Large Scale Data Center Project

LUO Zhigang， LUO Xiaoping
（Jiangsu Post&Telecommunications Planning and Designing Institute Co.，Ltd.，Nanjing 210019，China）

The data center project involves the various professional and complex technologies.The traditional twodimensional design method is difficult to meet the requirements of high efficient and precise design，and the cost and construction period control for large and super large scale data center project.This paper introduced a super-large data center project design with zero defects by using the building informationmodeling（BIM）technology.Based on the characteristics of BIM information data which is through the whole life cycle，a new ideal of BIM+DCIM was proposed to further improve the operation and management efficiency and technical level of data center.The value of BIM technology in the design of data center projectwas summarized，and the future application of BIM technology in the data center is also prospected.

data center；building information modeling（BIM）；data cen ter Infrastructure managemen t（DCIM）；

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0030-05

2015 09 07

羅小平（1977-），男，工程師，從事BIM應(yīng)用方面的工作。