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BIM技术数据中心工程应用

2023-08-05 81 上传者：管理员

摘要：本文结合某超大型数据中心项目，分析该项目深化设计、施工建造、辅助运维等全过程BIM策划、应用、管理等，提高了运维的便利性及可操作性。

关键词：
BIM技术
深化设计
电缆排布
运维模型
预制加工
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2022年3月，“东数西算”工程正式全面启动，全国8处国家算力枢纽节点，10个国家数据中心集群的规划，在国内掀起又一波数据中心建设浪潮，数据中心、云计算等概念再一次走进大众视野。数据中心作为集中存放数据的建筑设备场所，为保障数据中心安全稳定运行，对其供配电、散热制冷、设备监控、运维管理提出了更高的标准以及更严格的要求。

数据中心工程建设在施工和交维阶段具有施工周期短；机房机电施工工程量巨大、大型设备数量多；空调负荷大，要求全年制冷，运行可靠性要求高；电力供应不间断运行，对供电质量要求高；节能环保、能源利用率要求高；建筑信息化程度要求高；对运维模型要求高等特点和难点。

建筑信息模型（BIM）技术具有可视化、协同化等特点，可有效辅助设计复杂空间环境下的众多系统，在施工方案验证、指导现场施工、提高多参与方协同等方面发挥作用[1,2]，最终作为数字资产交付的BIM模型，可有效沿用于运维。因此，不同于常规建筑物，数据中心对BIM全过程深度应用的需求更加迫切[3]。针对数据中心工程建设的特点和重点难点，为保证数据中心工程按期、高品质完成，本文将从深化设计应用、施工建造应用、运维阶段应用等三个方面，总结和提炼已实施数据中心工程目的BIM技术应用方法，为BIM技术在数据中心建设深度应用提供良好的建造实例。

1、BIM技术深化设计应用

1.1建筑结构模型

数据中心常见建筑结构类型有混凝土结构、钢结构两种，单体建筑面积约2万～4万m2，结构形式简单，通常为框架结构。而机电管线较多，管线密度较大，机电管线安装时，易受到结构布局影响。在BIM建模期间要求土建模型的梁、柱、门窗和构造柱的模型足够精准（见图1），为后期机电模型提供服务，否则会直接影响管线排布，严重时会影响冷/热通道布置及机柜排列。

图1土建模型

1.2机电模型

1.2.1冷冻机房

冷冻机房作为数据中心的冷源中心，保证数据中心制冷功能的正常运行，其特点为设备多、管道密集，冷冻站深化设计见图2。BIM管线综合排布根据空调水专业优先的原则，综合考虑空调水支架布置、设备接管、运维操作空间、阀门的操作便捷性。排布原则有：

(1）在冷站管线排布时，需要收集冷机、板换、水泵等主要设备BIM模型，确定接口位置。

(2）管道安装时，预留阀门、过滤器、温度计及压力表位置，结合运维需求，高度上不宜过高，预留足够检修空间。

(3）冷站管道支架常规为14#及以上槽钢或工字钢的组合形式支架，支架尺寸大，对管线排布影响大，需要在模型中绘制出管道支架，避免不同标高的管道与支架出现碰撞。

图2冷冻站深化设计

1.2.2变配电室

变配电室是数据中心电力安全保障中心（见图3),BIM管线综合排布以桥架、电气设备优先，排布原则有：

(1）综合考虑配电装置布置和桥架布置，多层桥架布置时要考虑电缆下线，尽量避免上层桥架下线时穿越下层电缆，导致观感品质下降。

(2）注意配电柜及变压器净高，桥架排布保证设备的安装空间。关注联络母线标高，不得与桥架冲突。

(3）空调出风口、线槽灯排布要综合考虑，线槽和送风口往往都位于成排配电柜中间，应予以规避。

图3变电所深化设计

1.2.3 IT机房

IT机房作为数据中心核心区域，涉及专业最多。BIM排布时需要格外注意以下几点：

(1）空间管理。数据中心常用机柜高度有2.2m和2.55m两种类型，为满足机柜进场及扩容改建，机房管线高度必须满足最低净高要求。

(2）机柜上方通常有四层桥架，要结合机柜以及冷/热通道定位，保证安装距离，桥架距离冷热通道边缘需大于100mm，避免桥架与冷/热通道交叉。

(3）光纤、铜缆桥架与强电桥架应错层布置，与强电桥架净距须大于300mm，减少光纤和铜缆受强电的电磁干扰。

IT机房深化设计见图4。

图4 IT机房深化设计

1.2.4屋面

屋面通常布置数据中心的散热设备，如冷却塔、AHU机组等，并设置钢平台基础（见图5）。在屋面深化时应注意：

(1）整体设备钢平台设计以机电需求为导向，对钢结构平台设计提资，避免钢梁影响管线路由。

(2）深化需要重点考虑操作便捷性，方便后期运维操作。

(3）屋面管线较多，管线基本贴地敷设或者贴基础敷设。深化时，需结合运维巡检路线以及检修马道布置，合理布局管线路由。

图5屋面设备、管道深化设计

2、BIM技术施工建造应用

2.1管道预加工

数据中心工期十分紧迫，管道数量多、阀门多，传统安装方式受场地、工序交叉和设备条件等限制，影响管道安装进度。为保证管道安装进度及质量，需要对管道进行预制。通过BIM技术深化管道路由，精确定位各个阀门及支吊架位置。综合考虑阀门、支架位置、整体就位条件、观感等条件因素，借助Magicad软件对管线进行分段，将其拆分成单件加工图。根据图纸预制加工，再进场整体安装（见图6）。

图6管道预制

2.2可视化交底

在施工前利用BIM技术，对参建单位进行可视化交底，通过现场张贴二维码以及BIM模型展示的形式形成直观认识，对复杂房间施工工艺进行重点讲解，提高了现场质量管理水平，提高了整体建设品质。

2.3工程量计算

数据中心工程安装工程量大，特别是电气专业，桥架和电缆数量相比传统工程，单平米含量达到数十倍。通过构建BIM模型进行算量，可有效提高算量效率和准确度。利用BIM进行工程量计算，对于以数量为单位的材料设备（如灯具等），可直接通过Revit模型导出材料设备明细表；对于以长度和体积计算的材料设备（如桥架、电缆等），可将Revit文件导入第三方软件，借助BIM算量软件进行工程量计算。

2.4综合支吊架应用

在进行机电安装作业时，涉及专业较多，安装空间有限。在有限的空间内，同时满足施工规范及运维检修空间需求进行机电管线安装是施工的重点难点，可利用BIM技术合理设置综合支吊架，有效解决此类问题。

2.5受限空间的大型设备吊装模拟

与常规工程比较，数据中心工程设备材料数量、种类众多，吊装作业伴随着整个机电安装阶段。大型设备吊装安全要求较高、因场地狭小、吊次紧张，需制定专项吊装方案，并通过BIM技术模拟受限空间时的大型设备吊装。在模拟吊装时根据设备重量、尺寸、吊装高度、周边道路环境，按照实际尺寸建立BIM模型。通过BIM模拟，确定起重设备参数，重点关注吊装路线与现场建筑物有无交叉，优化吊装方案，从而保证设备安全、高效吊装（见图7）。

图7吊装模拟

2.6工序模拟

数据中心工程工期短、安装量大，机电安装通常会与装饰装修施工同时开展，存在大量交叉作业，不同专业、不同楼层施工作业平行铺开。可利用Project软件制定严格的施工计划，结合BIM模型，使用Fuzor软件动态模拟施工过程。通过模拟动画，可以更直观了解到交叉作业中不合理工序，进而不断优化施工计划。

2.7基于BIM技术的电缆排布

数据中心电气专业系统复杂，电缆和电缆头数量多。电缆以单芯电缆居多，要求品字形敷设，对电缆敷设要求高。设计图纸中电缆路由仅为系统图、平面图，无电缆路由剖面图。电缆数量密集，导致在施工现场敷设电缆时，无法有效控制电缆敷设后的成品效果，会出现电缆交叉、敷设观感下降等问题。

利用BIM技术搭建电缆排布模型（见图8），对电缆路由进行综合排布，对主要设备区域电缆下线进行模拟。通过BIM模型对电缆敷设精细化设计，可提高现场电缆敷设成品效果和施工效率。

图8电缆排布模拟

3、BIM技术运维阶段应用

3.1 BIM模型二次开发

数据中心工程从策划、设计到施工完成，参建单位多，横跨周期长，BIM模型在不同阶段应用侧重点不同。在施工阶段BIM模型，信息全面但冗杂，运维人员，并不需要全部施工过程管理信息，需针对运维需求进行BIM模型二次开发，只保留运维需求信息，从而满足运维平台需求。

3.2设备信息录入

BIM技术与运营维护管理系统相结合，将建筑空间、管线排布、设备拓扑关系等信息录入至BIM模型，将轻量化的模型结合移动终端使用，实现对设备运行管理、供电及供冷链路关系查询、租户管理等功能。