綠色數據中心建造施工體系研究

劉石

（吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

0 引言

在當前的數字經濟時代，新興行業如5G、大數據、人工智能、工業互聯網等，表明數據成為新的生產要素。數據中心作為承載數據價值的關鍵，是城市產業賦能和企業數字化改革中的新型基礎設施。當前在國家“雙碳”戰略加速落地的背景下，數據中心的智能化和綠色發展已成為核心目標。2021 年工信部提出新建大型數據中心應達到4A 等級認證，其中的建造環節是指標體系中的重要項目。基于此類指標，承建方必須在施工階段針對綠色環保，智能化等方面做出更多的創新和提升，在施工前建立項目施工全過程的綠色施工管理體系和管理制度。

1 微模塊化數據中心

1.1 概念及組成

微模塊化數據中心，是在若干機架基礎上集成制冷模塊、供配電模塊、消防、照明、網絡、布線、安防等功能，包含精裝修、高架地板、回風通道的模塊化數據中心產品，各部件的制造符合通用的工業標準，每個功能模塊的單元均可以在工廠預制，然后在數據中心施工現場，施工隊伍完成單元拼裝，多個微模塊連接集群后形成一定規模的數據中心機房。

1.2 微模塊化數據中心優點

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

（2）時間短。降低高處焊接風險，減少交叉作業，避免作業環境受限，工廠批量生產效率高，場內使用電動葫蘆、液壓千斤頂、小型電動坦克，使模塊快速、安全、準確的就位。組裝過程受天氣影響較小，全年均可正常施工。

（3）綠色環保。減少了腳手架搭設、鋼筋焊接，混凝土現場澆筑、養護等現場濕作業施工，極大改善了施工階段的揚塵、噪音和各種污染問題，保證了現場及周邊環境。工廠制造預制構件可降低材料損失率，節約水泥、鋼材等用量，提升了工程建設對資源的利用效率。

2 施工智能建造技術方案

本項目為中移軟件園區算力數據中心一期工程，位于淮安市經濟開發區軟件產業園，占地總面積約18.91 萬m2，總建筑面積3.53 萬m2。包含2 棟數據中心機房樓、1 棟動力中心、1 棟綜合支撐用房、以及補水池、泵房等數據中心配套設施。

建設模式采用“預制模塊化+土建”平行混合施工，由工廠預制化模塊（機柜系統、制冷系統、走線系統、監控系統等）與現場施工系統混合部署構成。業主要求承建方應用BIM 技術進行施工圖優化設計，并在施工階段將BIM 技術由設計向深化設計延伸，實施BIM 場景。

2.1 工程特點

該項目工程特點主要如下：①項目工期短、工程進度管理壓力大。②走廊、數據包間、配電室、冷水機房等重要部位管線密集，涉及專業多，空間有限，深化程度要求高。③業主要求有項目交付后的智慧運維管理。④大型設備運輸困難，半成品運輸路徑規劃要求高。⑤現場作業空間有限，地面沒有臨時加工用地。⑥多單位、多專業協調要求高。

2.2 該項目施工管理應對措施

（1）采用一體化裝配式施工技術DPMA。D：精細化設計，P：平臺化管理，M：工廠化預制，A：裝配式施工。

（2）項目在施工前期，將BIM 模型與施工進度計劃關聯起來，模擬工程建造過程和進度計劃預演，在關鍵線路上優化工期。由BIM 智能輔助施工安裝節省工期。

（3）充分做好項目的全專業深化設計，提前利用BIM 進行管線綜合、碰撞檢查、綜合支吊架設計，優化機電安裝管理流程，標注各專業接口。

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

2.3 施工管理目標

（1）精益建造目標。確保各階段工期節點，節約循環使用并回收措施性建造材料和資源，模擬全過程現場安裝及施工工序，優化進度精準控制方案，動態調整場地布置總平面。

（2）設計優化目標。比選技術方案，檢測管線綜合碰撞，支吊架綜合設計，集中整合局域性管線。

（3）綠色施工目標。三維場地布置及空間優化，基于BIM 技術指導的裝配式施工。

（4）精細化管理。可視化交底，多專業多主體協同辦公，質量問題實時顯示，危險源預識別，輔助提料降低成本。

3 智能建造技術方案應用

3.1 技術管理

（1）三維可視化。利用BIM 平臺，各專業完成建模并進行模型匯總及一體化整合，將所有建筑結構與尺寸等實體參數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[2]。

（2）深化設計。利用Revit 和Navisworks 進行設計優化，精度調高到毫米級，使用智能技術分析復雜節點部位參數，進行三維模型展示；對二次結構出具深化圖紙和工程量統計。利用Tekla 在施工前進行碰撞檢測，例如機房設備集中、管線密集交叉，管道與閥門焊接接駁數量多引起的機電與結構碰撞。對沖突部位智能生成協調參數并做出對應數據調整。將施工安裝容度納入構件連接節點的深化設計，留設足夠的操作空間，提高安裝的便捷及可靠度。項目在公共區、走廊等位置的支吊架，經過深化后的詳細模型傳輸給工廠進行加工，其詳細清單用于輔助下料、采購及成本核算。

3.2 施工管理

（1）三維場地布置。由于該項目一側臨街，基坑開挖頂邊距離規劃紅線僅有2～8m，項目北側為其他已建成建筑，在基坑回填前，施工運輸道路無法形成回路，無法集成材料堆放區。因此，項目部精細規劃基坑工程施工順序，設計三個施工階段，用BIM 建立并模擬三維場地布置方案以接近真實工況。基坑開挖后從南側開始修建地下室，將其一部分作為施工料場，附近進行局部土方回填，為機械和材料進出基坑修筑坡道；待基坑完成后的清除臨時設施階段時，使用永臨結合方式規劃施工臨時道路和材料堆場，即一次性完成基坑清槽和墊層澆筑，其上鋪設鋼板擴展并入施工道路和材料堆場，此方案可以減少后續臨時設施修建和地面硬化的成本投入，同時降低二次開挖難度，縮短基坑工程工期。

（2）場地管理。對施工階段各結構及運行流程進行BIM 仿真模擬，將操作和措施細節化，工程人員反復模擬迭代以發現問題，確認沖突并及時調整優化。模擬項目包括：首先，在建設場地外，根據市政道路和交通情況，模擬大型機械設備進出場；在場地內模擬結構構件和機電設施的吊裝路徑，利用BIM 技術確定吊點位置，進行吊裝可視化預演，優化快速調度及吊裝效率。其次根據安裝高度及已安裝構件的平面位置，規劃吊裝行進路線以及構件的堆放順序及距離，對吊裝步驟進行序列化編號。最后，對施工連接進行模擬來檢驗安排的合理性并做出優化調整，實現對整個場地以及場內臨時施工道路的合理規劃。

（3）進度管理。疊加各工序時間進度和勞務班組進出場等流程，進一步優化施工技術方案，進行業務管理和成本控制。項目按日對施工完成進度進行統計，反饋至BIM 平臺，結合進度控制目標，在模型中標識完工部位和延誤部位，輔助管理人員進行進度管控和制定針對性措施。此外，利用BIM 的6D 技術模擬數據中心機房與環境的相互作用，如建筑日照與采光模擬、建筑噪聲模擬、建筑空氣流動分析等[3]。

（4）資源管理。共享BIM 平臺，在模型輕量化、工程量統計等方面進行BIM 全過程管控。通過管理平臺的數據整合、提取、分析、運用，處理業務數據集成化、工程進度可視化、質量安全標準化。

（5）施工技術管理。①室內回填土工程。數據中心機房樓對地面平整度和沉降變形要求高，而室內回填土面積達到2400m2，基于此，重點和難點是保證回填土的壓實度，該項指標關系著后期地面質量，施工不當易引起室內外地面沉陷和開裂，進而影響機房設施的穩定性。項目部采用新型智能強夯技術，依托于北斗定位系統和測距模塊，自動化監測夯機轉軸中心位置、高程及方向，自動記錄夯擊次數、錘高度、夯擊能、夯沉量等施工數據，并實時傳輸到操控平臺。控制系統中可設定多種夯點排列方式，現場無須放點。動態模擬夯機施工確定夯擊方案。該智能控制系統自動按施工方案精準控制強夯力度和頻率，改善了人工對點工作強度，提高了夜間施工的準確度，保證了施工質量和工程的耐久性，較傳統方法的工期提前一個星期以上。②外墻保溫工程。數據中心綜合支撐樓由于場地狹小，地下室外墻回填空間有限，所以外墻優化為4mm SBS 防水卷材+60mm JS 復合板，采用JS 復合保溫自防水板架空式鋪貼施工技術，借助外腳手架，從底部架空高度之上粘貼JS 復合板，再完成地下室頂部至架空處的防水搭接，較傳統地下室外墻保護層砌筑磚墻的技術大幅節省了工時和勞動力，給基礎階段料場的二次遷移創造了條件，回填質量良好，確保了雨期之前完成重要節點的施工。

4 質量安全管理

（1）施工現場動態優化。該項目施工場地比較局促，在提高空間利用率的目標下，現場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、構配件臨時堆放區、工程設備等待區、現場指揮觀測區等區域的三維圖景，對材料和運輸機械入場和出場進行實時信息采集和分析。同時結合材料運輸和安裝進度計劃，分階段動態監測反饋至安全信息庫，動態更新堆場模型。經過BIM 安全模型對吊車吊重及覆蓋情況的分析，進行安全風險識別，核對規范強制要求，檢測堆場布置合理性以及各區位置關系安全性[4]。

（2）可視化技術交底。不同于普通建筑，數據中心在建筑、電氣、暖通空調與給排水、智能化、消防和綠色節能環保等方面都有更多更嚴格的標準。相關的施工操作人員不僅需要對技術有更深刻的理解，而且也需要掌握數據中心建設中涉及的危險源與安全措施。在BIM 平臺上建立可視化交底，使施工隊伍對各自的操作內容及技術有更清晰的認知。針對多專業管線交匯位置，用三維模型直觀向工人展示復雜節點部位各專業管線的排布關系，直接確認各專業施工順序，有效避免后期因施工空間沖突導致的拆改工作。針對復雜的結構節點，演示節點施工形式和吊裝順序，避免工人隨意操作導致結構受力偏移、產生額外預應力或連接不牢固，緊固不到位等問題[5]。

（3）臨時支撐體系數據的動態更新與調試。大尺寸大重量構件在起吊前，需經過翻身或調整轉為為豎立狀態，此時構件處于不利受力狀態，需設置臨時支撐進行加固防護；另一方面，在起吊機械的停放和預制構件或數據設備的擺放區域，如果該位置自身承載力不足以承擔施工臨時荷載，也需增加其底部的支撐和加固。在BIM 安全防護模型下，建立對應的臨時支撐體系的數據庫，確定支撐設置時的工況和流程，分析其狀態是否存在安全隱患，使施工人員對現場有更全面的認知，并在優化吊裝方案及技術交底環節提供參考數據。經過在BIM 中對臨時支撐體系進行模擬，可以提前發現安全漏洞，這樣在實際施工時，通過實時采集的監測數據，可以校正臨時支撐體系的誤差。

（4）安全問題管控。利用BIM 漫游在模型中識別臨邊、臨空等部位可能出現的危險，提前策劃安全防護方案，在模型中將檢測出來的危險部位進行標記，當施工進程進行至這類需設置安全防護的部位時，系統進行提醒及確認，確保該作業面上的危險源在當日內防護到位。其次，根據施工進度計劃，利用模型中的施工組織部署信息，統計每周在同一工作面的施工人員工種和數量，以此合理安排交叉工序，防范現場可能由于擁擠施工或作業面重合可能出現的安全事故，有利于保證施工質量和效率。

5 結語

數據中心的建設過程繁雜，構件類型多，安裝工作量大，存在大量的交叉作業，技術要求高，工程進度快，協調環節多，集成了建筑、電氣、安裝、網絡等多項專業技術，需要豐富的項目實施和管理經驗，在對人員、設施和材料的安排調度上提出了更高的要求，也產生了很多的安全隱患。

本文通過實際項目研究施工建造在筑智能之路，利用數字化手段助力數據中心智能建設與安全管理中的技術方案，即應用3D 可視化技術，真實還原現場環境，使用數據采集系統和無人機巡檢，減少人力投入和人工疏漏，提高現場管理效率。分析數據中心建筑的相關功能與特征，結合AI 技術進行能效精細化管理，充分挖掘BIM 平臺的優化潛力，建立BIM 模型實時漫游，優化管線設計、模擬施工、碰撞檢測，全面全程用數能技術優化施工建設和管理，為施工現場布置、危險源識別、施工方案優化、安全施工等多個方面提供支撐，實現進度、安全、質量等管控智能化，提升數據中心綠色評估指標。