顏曉杰 王 玉

中郵通建設咨詢有限公司

0 引言

伴隨著經(jīng)濟全球化的過程，能源成為每個地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵，綠色節(jié)能也上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略，環(huán)境問題成為了全人類共同面對的挑戰(zhàn)。在能源危機中人們意識到，以過度消耗資源及犧牲環(huán)境換取短期經(jīng)濟高速發(fā)展是不可行的，從而提出了“可持續(xù)發(fā)展”的發(fā)展理念。如今，對環(huán)境保護、清潔能源利用及碳排放限制已得到全球范圍內(nèi)的重視。

據(jù)《中國建筑能耗研究報告》統(tǒng)計，建筑行業(yè)直接碳排放約占碳排放總量的20%，間接碳排放占比達到50%，空氣污染中約50%是由建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成，可見建筑行業(yè)對于能源消耗與環(huán)境污染所造成的影響。而IDC的能源消耗是普通建筑的數(shù)十倍，其耗電量占全社會用電量的1.5%。建筑作為IDC的載體，其規(guī)劃、設計與施工過程決定了IDC后續(xù)節(jié)能技術(shù)的選用以及改建能力。

IDC建筑結(jié)構(gòu)復雜、設備眾多，設計要求高，僅靠設計師的主觀判斷與經(jīng)驗很難高效無誤地完成前期設計，而整合了建筑信息的BIM技術(shù)，可以模擬建筑物理環(huán)境并進行相關(guān)分析，并針對設計方案進行合理修改。同時，BIM技術(shù)在IDC的運維階段也將發(fā)揮綠色管理的作用。接下來本文將從規(guī)劃設計、運維管理兩個階段來闡述BIM技術(shù)對于IDC綠色建筑的價值。

1 規(guī)劃設計

規(guī)劃設計階段中，會考慮各種自然因素對建筑所產(chǎn)生的影響。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，在對日照分析、通風模擬等方面有了新的解決途徑，從而合理利用自然資源來節(jié)約建筑能耗。

1.1 日照分析

日照是影響建筑朝向的一個重要氣候因素，充足的日照可以為建筑節(jié)約大量照明能源，但對IDC來說，日照也會帶來更多熱輻射，從而造成更多機房制冷能耗。以江蘇省為例，江蘇省屬于溫帶向亞熱帶過渡性氣候，夏季陽光充足，冬季日照時長遠低于夏季。故在夏季時，數(shù)據(jù)中心考慮到制冷需要，朝陽面需注意減少日照；而IDC運維辦公樓考慮到辦公舒適性，對于太陽輻射的需求也與機房樓棟不同，在冬季辦公樓棟則需要更多的太陽輻射來降低采暖能耗。

針對這種問題，可以通過BIM技術(shù)建立模型，導入ECOTECT軟件來模擬日照進行分析，輸入當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，模擬氣候環(huán)境，輔助設計師確認建筑最優(yōu)朝向。

如圖1所示，采光分析中黃色代表日照強度較高區(qū)域，藍色代表日照強度低區(qū)域，設計師根據(jù)模擬結(jié)果，對建筑保溫設計進行優(yōu)化，在建筑東西兩側(cè)不設置窗戶，通過外墻保溫來隔絕熱輻射，并合理設置遮陽棚保障建筑外通道的使用舒適性。

圖1 江蘇省某數(shù)據(jù)中心輔助樓BIM模型進行自然采光模擬分析

1.2 通風分析

合理的通風規(guī)劃可以大量減少建筑的制冷耗能，最著名的設計就是蘋果總部園區(qū)，其引入了“Breathing Building”理念調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)通風，配合水流循環(huán)做到了每年九個月無需使用空調(diào)。

對于國內(nèi)氣候環(huán)境而言，風不僅影響著建筑能耗，也對室內(nèi)風環(huán)境的舒適度起到?jīng)Q定性作用。要形成穿越式通風，除了風速，建筑界面形狀與風向夾角也必須關(guān)注。風吹向建筑表面會形成一片渦流區(qū)，渦流區(qū)中風向不穩(wěn)定，其產(chǎn)生的風壓很難起到通風效果，同時也會影響周邊建筑的風速，造成通風間距變大，增加建筑能耗及投資成本。

數(shù)據(jù)中心園區(qū)有機房樓、變電站、數(shù)據(jù)集成樓等，布局大多為矩陣式或環(huán)形建筑群，建筑的排布對于風形成渦流區(qū)有了更為復雜的影響，風投射角與建筑間角度及建筑高矮都會產(chǎn)生不同的風環(huán)境。

針對上述情況，BIM技術(shù)可通過建筑模型，利用CFD流體分析軟件Fluent進行風環(huán)境模擬。本文在對江蘇省某數(shù)據(jù)中心園區(qū)進行風環(huán)境模擬時，發(fā)現(xiàn)除了渦流區(qū)，建筑物的高度、寬度、進深對風環(huán)境也會產(chǎn)生不同的影響。其中建筑高度與對風速的影響成反比，建筑寬度與渦流區(qū)的大小成正比，建筑物的進深對渦流區(qū)大小影響較小，但與風速成反比。所以在數(shù)據(jù)中心園區(qū)的設計中往往采用建筑群包圍式設計或矩陣式設計，建筑物高度一致或高低有序，預留合適的風環(huán)境通道，利用BIM模型的CFD風環(huán)境模擬分析，從可視化的角度來進行合理應用風環(huán)境，從而來達到經(jīng)濟綠色的建筑朝向及排布。

1.3 蘇州某數(shù)據(jù)中心為例

在實際工作中，往往會結(jié)合日照分析與風速圖結(jié)果對項目總體布局進行優(yōu)化，這里以江蘇省某數(shù)據(jù)園區(qū)為例進行分析。該數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)機房樓共三棟，高度約為40m，總體布局方式采用常見的圍合式。通過日軌圖遮擋分析（見圖2）可以得出，南側(cè)兩棟數(shù)據(jù)機房樓之間光照強度在宜居范圍內(nèi)，靠南側(cè)紅線內(nèi)適合建造辦公用房，辦公用房的東立面與西立面熱輻射被兩側(cè)數(shù)據(jù)機房樓遮擋，南北方向無遮擋滿足使用采光要求。

圖2 日軌圖遮擋分析

通過分析可以看出，樓棟間通道風效應較為明顯（見圖3），建筑間距可以適當加大，但受到建筑紅線影響，加大樓間距對改善風環(huán)境效果不明顯。園區(qū)東北角設計為柴油發(fā)電機組鋼平臺，根據(jù)氣象部門所公示的當?shù)仫L頻圖，可知此空曠場地受東北風影響較大，可以在場地周邊種植樹冠茂密的喬木來對氣流進行疏導。

圖3 IDC園區(qū)風環(huán)境模擬

辦公區(qū)域應設計為風環(huán)境較為舒適的區(qū)域，前面日照分析時提到在南側(cè)兩棟數(shù)據(jù)機房樓中間設立辦公用房，但此處為南北朝向貫穿風通道，如全部遮擋會造成建筑群南立面常年受到南北朝向風流吹打，對辦公樓幕墻系統(tǒng)產(chǎn)生破壞，且東南角處柴油發(fā)電機組鋼平臺處因風流引向建筑群東西側(cè)也易產(chǎn)生渦流區(qū)，不利于該區(qū)域設備散發(fā)熱量。因此，在辦公樓一層可以設計一定的風通道作為人行或車行通道，滿足風環(huán)境的要求。

綜上所述，該數(shù)據(jù)中心園區(qū)布局緊湊，風環(huán)境欠佳。通過優(yōu)化策略的調(diào)整后，呈現(xiàn)如圖4所示的規(guī)劃布局，數(shù)據(jù)園區(qū)的風環(huán)境得到了一定的改善。針對辦公區(qū)域的設定，以及園區(qū)東北角柴發(fā)平臺易產(chǎn)生渦流區(qū)的問題，這些改進都是行之有效的。

圖4 數(shù)據(jù)中心辦公樓規(guī)劃

IDC園區(qū)的建筑規(guī)劃布局，主要分析日照與通風等因素。在規(guī)劃階段的影響因素較少，對BIM模型要求的精度不高，大大減少了工作量，將規(guī)劃方案的討論從傳統(tǒng)的經(jīng)驗與簡圖模式變?yōu)榱死糜嬎銠C來模擬計算論證，讓建筑師能夠更好地實現(xiàn)建筑節(jié)能設計。

2 運維管理

傳統(tǒng)的運行維護管理往往難以對復雜的IDC進行合理有效的管控，需要浪費大量的人力物力。將BIM技術(shù)應用在IDC的運維管理工作中有利于實現(xiàn)信息的整合、共享與傳遞，能夠加強園區(qū)運維信息的綜合管理，有效提升運維管理水平與服務質(zhì)量。

2.1 核心功能

對于BIM運維管理來說最基本的就是三維可視化漫游，可以直觀便捷地查看建筑物或設施的相關(guān)資料信息，同時通過傳感器也可以動態(tài)地獲取設備的狀態(tài)（見圖5）。在IDC的園區(qū)管理中，設施空間的管理可以利用BIM技術(shù)建立數(shù)字化空間來預覽空間布局效果，發(fā)現(xiàn)可能存在不合理的布局在設備安裝前提前修正。在安全管理中引入了BIM技術(shù)的運維管理可以與視頻監(jiān)控、消防報警等設備的數(shù)據(jù)接口連接，從而實時獲取相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。監(jiān)控設備將數(shù)據(jù)接入BIM運維系統(tǒng)后，改變了傳統(tǒng)的監(jiān)控視頻展示方式，與GIS技術(shù)結(jié)合將監(jiān)控信息直觀地展示在三維模型上，可以看到實時畫面的位置，觀測園區(qū)中發(fā)生的各種情況。在發(fā)生各類災害時，BIM運維系統(tǒng)可以根據(jù)設備反饋的數(shù)據(jù)進行分析，在三維模型中模擬最優(yōu)的逃生路線協(xié)助管理人員進行疏散。

圖5 某BIM運維系統(tǒng)監(jiān)控管理

BIM運維管理最核心的地方是可以對園區(qū)的各類資源進行整合、調(diào)度、評估、分析，為園區(qū)提供優(yōu)化升級的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，促進園區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展。

2.2 能耗管理

IDC項目設備種類繁多，系統(tǒng)集成度高，管線布置復雜，這些都對運維管理提出了更高的要求。面對繁雜的系統(tǒng)，運維管理人員很難做出最優(yōu)的運維決策?，F(xiàn)在，可以通過BIM技術(shù)的輔助，對IDC進行三維管控，從而降低運維決策成本，達到綠色節(jié)能的目標。

通過BIM技術(shù)可以將IDC機房三維可視化，這給運維工作帶來了全新的管理模式。BIM模型也可以集成設備的相關(guān)資料，例如設備位置、參數(shù)、安全使用年限、安全責任人等。同時針對樓宇中可以三維劃分區(qū)域，針對溫度、噪音等進行監(jiān)控，并與設備控制系統(tǒng)聯(lián)動，達到更為智能化的自控系統(tǒng)，降低設備運行管理風險的同時，使設備在最優(yōu)功耗比的情況下運行。對于BIM運維的能耗管理，主要分為PUE、電力管理、空調(diào)管理三個方面分析。

PUE即數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設備能耗，PUE值越接近于1即表示一個數(shù)據(jù)中心綠色化程度越高，BIM技術(shù)通過數(shù)據(jù)集成管理可以實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)中心PUE值?，F(xiàn)有設備通過自帶或后加裝傳感器來獲取數(shù)據(jù)，傳輸?shù)紹IM運維管理系統(tǒng)中并與BIM模型對應，對設備的能耗、噪音、安全等情況進行分析統(tǒng)計，標記能耗異常部位，對管理人員進行提示，供數(shù)據(jù)中心升級參考。

電力管理中，整合設備的額定功率、實時電流以及額定容量進行圖表化展示，并精確到每組機柜計算使用與空閑占比。這也為空調(diào)管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，根據(jù)每片區(qū)域能耗精確控制空調(diào)運轉(zhuǎn)情況，減少不必要的空調(diào)能耗。

空調(diào)管理中，BIM運維系統(tǒng)可以將設備能耗可視化顯示，將預估的設備運行能耗數(shù)據(jù)錄入到運維管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中后，一定周期進行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計并與預估值進行比對評估，對能耗超支的設備在BIM模型中使用紅色標記，能耗正常的設備使用綠色標記（見圖6），并將其能耗數(shù)據(jù)打包導出提出預警信息，供管理人員進行分析討論。

圖6 能耗正常的離心式冷水機組

綠色數(shù)據(jù)中心運維在傳統(tǒng)節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，更重要的是節(jié)約能耗。傳統(tǒng)運維需要企業(yè)面對人才進行長周期的培養(yǎng)與可能出現(xiàn)的人才流失情況帶來的壓力，BIM技術(shù)是的運維管理可視化有效降低了運維管理的門檻。同時，IDC中設備類型與數(shù)量繁多，傳統(tǒng)的運維管理在能耗統(tǒng)計和監(jiān)測上往往很難做到實時管理，這使得設備的能耗管理存在滯后性，難以達到綠色節(jié)能的目的。結(jié)合BIM運維管理系統(tǒng)可以很好地整合以及智能化的實時監(jiān)測各區(qū)域能耗情況，并及時地對異常區(qū)域進行預警，提升管理效率。

3 結(jié)束語

在當今倡導綠色建筑的背景下，建筑全生命周期的節(jié)能設計、建造與管理越來越被重視。本文思考利用BIM技術(shù)輔助，在IDC園區(qū)的規(guī)劃設計與運維階段的應用可行性。探討B(tài)IM技術(shù)與綠色建筑結(jié)合的方法與應用角度，為綠色建筑的規(guī)劃設計與運維管理中提供有力的支持。雖然本文所提到的相關(guān)技術(shù)與方法在實際應用中還不為成熟，但在國家大力推管BIM技術(shù)創(chuàng)新應用的前提下，BIM技術(shù)的多專業(yè)協(xié)調(diào)性、信息集成化、直觀化的優(yōu)點一定會在未來綠色IDC建筑全生命周期帶來巨大的影響，以更好地推動我國綠色IDC的健康發(fā)展。