摘要：本文深入分析探讨了数据中心工业化设计阶段的详细过程和关键阶段,旨在让更多的数据中心从业者了解数据中心工业化的基本概念、体系框架、实施路径。

一、引言
　　
　　在“双碳战略”和新基建背景下,数据中心作为构建数字经济的重要基础设施,处于快速发展阶段。目前数据中心的建设往往存在规划报建困难、环境协调要求性高、建设质量和速度跟不上、绿色低碳程度不高等问题。本文深入分析探讨了数据中心工业化设计阶段的详细过程和关键阶段,旨在让更多的数据中心从业者了解数据中心工业化的基本概念、体系框架、实施路径。
　　
　　二、数据中心工业化
　　
　　1.定义
　　
　　以“设计标准化、生产工厂化、现场装配化、建筑机电一体化、全过程管理信息化智能化”为特征,能够整合设计、生产、施工、运维等全产业链,实现数据中心全生命周期价值最大化的可持续发展生产方式。
　　
　　2.概述
　　
　　数据中心是类工业建筑,它是放置各类服务器设备,从事数据生产加工,支撑数据经济服务的关键基础设施。结合数据中心和建筑工业化的特点,以及数据中心行业的发展方向来看,集科研、设计、制造、建造、运营、回收及评价一体化的全产业链数据中心工业化体系,应是未来数据中心首选的建造方式。未来数据中心的建造不仅需要很好地融合各种数据中心理念,还需要科学规划实施路径,有效集成多种实用技术、前沿技术、探索技术和新材料新工艺等。因此对数据中心工业化给出如下定义:
　　
　　以“设计标准化、生产工厂化、现场装配化、建筑机电一体化、全过程管理信息化智能化”为特征，能够整合设计、生产、施工、运维等全产业链，实现数据中心全生命周期价值最大化的可持续发展生产方式。
　　
　　3.数据中心关键技术
　　
　　数据中心工业化方式下的全生命周期各阶段关键技术详见表1所示。
　　
　　三、数据中心工业化设计阶段关键指标
　　
　　1.数据中心工业化设计流程
　　
　　数据中心工业化设计流程基于主流BIM平台Revit开发,紧密结合国内装配式设计标准和规程、符合设计院现行工作流程,基于“快、准、全”的设计理念,致力于提高设计质量和效率,模块设置集系统化和工具化于一体,满足用户多样化的需求,详见图1所示。
　　
　　(1)规划阶段:收集设计阶段典型指标需求。
　　
　　(2)概念设计阶段:利用土建、机电标准件族库,搭建多种解决方案场景。
　　
　　(3)细节设计阶段:采用数字孪生方案,建立物理模型,并进行参数化赋值。
　　
　　(4)仿真阶段:利用人工智能,进行各类仿真分析及错漏碰检查。
　　
　　(5)出图阶段:完成成果输出和模型移交。
　　
　　(6)配合阶段:模型为公开数据,过程中如有调整,应重复细节设计阶段/仿真设计阶段和出图阶段三部分内容。
　　
　　2.规划阶段
　　
　　收集需求主要有以下几个关键指标标准:
　　
　　(1)定义设计阶段关键指标标准,如数据中心物理孪生模型精度标准、编码标准、接口标准。
　　
　　(2)定义制造阶段关键指标标准,如预制模块制造管理标准、预制模块制造信息数据库标准。
　　
　　(3)定义建造阶段关键指标标准,如预制模块建造管理标准、预制模块身份识别标准。
　　
　　(4)定义运维阶段关键指标标准,如安全管理和质量管理标准、人员管理标准、设施管理标准、运行管理标准。
　　
　　(5)编制查勘调研报告。
　　
　　(6)组织评审,输出最终版查勘调研报告,指导后续各阶段工作开展。
　　
　　3.概念设计阶段
　　
　　(1)根据查勘调研报告整理需求,利用土建、机电标准件族库,根据场地实际情况,在指定工具平台上通过组合生成不同的数据中心数字孪生物理模型方案(精度DTL1、2)。
　　
　　(2)方案必须遵循土建族库、工艺设备族库、电力设备族库、制冷设备族库模块逐一对应,做到一单元一DC。
　　
　  (3)将各方案设计、制造、建造、运维各阶段典型需求结果输出,生成概念设计方案对比表。
　　
　　(4)组织评审,建设单位选定最佳解决方案,输出概念设计阶段数字孪生物理模型(精度DTL1、2)。
　　
　　4.细节设计阶段
　　
　　采用集成化、模块化、标准化设计方式,多专业基于数字孪生协同设计,共享信息,后期制造、建造、运维阶段的需求,在设计中一并体现。包含三维模型基本信息、设备资产信息、维护时需要注意事项信息、设备产品厂商信息、工程安全性能、材料耐久性能及设备唯一编码，实现对数据中心的虚拟仿真，让设计人员可以清晰直观地掌握有效信息。(数字孪生物理模型精度达到DTL3)。
　　
　　设计时,考虑从变电站到数据中心各类系统模块化可包含变电站、中压模块、低压配电模块、柴发模块、油罐模块、柴发并机模块、高压测试负载模块、空调模块、冷源模块、水力模块、IT模块等。
　　
　　精确构件(施工图及深化施工图)可对应到细部设计图,模型组件为具精确数量、尺寸、形状、位置、方向、空间结构、设备类型、性能、冷却方式、供电模式、防雷接地形式、综合布线、供电模式等信息之特定集合体,非几何属性信息也可建置于模型组件中。模型单元等同于传统施工图和深化施工图层次,此模型已经能很好地用于成本估算以及施工协调包括碰撞检查,施工进度计划以及可视化。应当包括业主在提交标准里规定的构件属性和参数及唯一编码等信息。
　　
　　模型中填入“唯一编码”的组成方式参考现行,国家标准GB/T51269-2017定义了建筑信息模型信息分类结构及分类方法。建筑信息模型可以按照建设成果、建设进程、建设资源以及建设属性进行划分。具体如图2所示。
　　
　　构件类型采用6位编码,具体编码参考GB/T51269-2017标准中按元素分类编码值[2]。举例如表2所示。
　　
　　构件流水号采用6位编码,从00-00-00到99-99-99,如表3所示。
　　
　　5.仿真阶段
　　
　　CFD仿真模拟就是利用计算机求解体现物理环境的数学模型,对于暖通空调系统就是得到物理环境的流动换热情况,描述物理环境的数学模型就是流体流动的各种守恒控制偏微分方程,湍流方程等。
　　
　　CFD仿真可以应用于数据中心生命周期的各个阶段,包括设计阶段的规划阶段、概念设计阶段、细节设计阶段等,可以根据实际需求应用CFD仿真模拟。
　　
　　图3说明仿真阶段的主要内容:首先确定分析什么内容,也就是仿真场景,然后根据输入文件创建模型,输入与核对核心参数,各种格式的模型文件与数据文件可以通过输入接口进入仿真分析,计算后的模型是否准确呢?可以从质量守恒,能量守恒,残差要求三个方面考虑,不准确返回设计建模阶段,结果准确进入下一阶段,对于设计建造阶段可以直接输出结果,对于运维优化阶段进入优化设计阶段,最后到输出结果分析,输出多种格式的模型与结果文本文件到输出接口。
　　
　　通过输入与输出接口实现设计仿真一体化与其它过程衔接。
　　
　　6.出图阶段
　　
　　经过细节设计及方案仿真阶段,项目在出图阶段输出数字孪生模型和二维图纸,其中数字孪生模型包括三个方面内容:模型内容、模型深度、模型格式。应当强调,数字孪生模型是数据信息的载体,基于数字孪生模型拟实现的各种应用来制定。这些应用成果主要体现在以下几个方面:
　　
　　(1)交付可以提供优化的设计方案;
　　
　　(2)交付可以提供精确的设计数据;
　　
　　(3)交付可以提供综合协调成果;
　　
　　(4)交付可以提供丰富的建筑、机电分析;
　　
　　(5)交付可以提供可视化的沟通手段;
　　
　　(6)交付可以提供与模型关联的二维视图。
　　
　　1）数字孪生模型应包含如下内容:
　　
　　(1)专业设计模型:提供最终各专业三维设计模型;
　　
　　(2)综合协调模型:提供综合协调模型,用于专业间的综合协调,及检查是否存在因设计错误造成无法施工等情况;
　　
　　(3)浏览模型:提供由三维设计模型创建带有工程数据新的浏览模型;
　　
　　(4)建筑、机电分析模型及报告:提供最终能耗分析模型,最终照明分析模型、成本分析计算模型及生成的分析报告,并根据需要及业主要求提供其他分析模型及分析报告;
　　
　　(5)可视化模型及生成文件:提交基于设计模型表示真实尺寸的可视化展示模型,及其创建室内对应的展示视频文件等可视化成果;
　　
　　(6)由数字化三维模型生成的二维视图：提交由数字化三维模型直接生成剖面图、立面图、总平面图图及各层平面图。
　　
　　2）模型深度
　　
　　数字化模型交付物深度规范应遵循“适度”的原则,包括三个方面的内容:模型造型精度、模型信息含量、合理的构件范围。为了确保不同专业建立的数字化模型可以正确集成并能用于后续施工,建立符合项目要求的设计精度控制标准具有重要意义。设计精度控制标准明确了模型的几何位置、不同专业的建模精度及深度、属性的要求，是数字化设计得以成功应用的重要保障。详见表4所示。
　　
　　3）模型格式
　　
　　由于设计交付的目的、对象、后续用途的不同,不同类型的设计模型,应规定其适合的数据格式,并保证数据的完整、一致、关联、可重用、轻量化方面寻求合理的方式。
　　
　　设计应用成果需提供原始模型文件格式,对于同类文件格式应使用统一的版本,常用数据交付格式见表5所示。
　　
　　7.配合阶段
　　
　　配合阶段工作的内容在工业化设计中较少采用,仅在特殊情况下执行。
　　
　　在工业化的工程实施过程中产生变更的原因有:
　　
　　(1)设计变更单、变更图纸等变更文件;
　　
　　(2)当地规范和标准;
　　
　　(3)其他特定要求,工作内容涉及单位包括建设方、造价单位、施工单位、供应商。
　　
　　实施过程中出现的设计变更,由建设单位根据协商修改意见,提出设计变更,设计单位、监理单位通过书面方式对变更进行确认并出具设计变更意见,总承包单位根据设计变更及时修改施工阶段数字孪生模型成果,并办理变更文件备份。
　　
　　四、结束语
　　
　　从数据中心行业的发展方向看,集科研、设计、制造、装配、回收及评价一体化的全产业链数据中心工业化体系,应是未来数据中心首选的建造方式。未来数据中心的建造不仅需要很好地融合各种数据中心理念,还需要科学规划实施路径,有效集成多种实用技术、前沿技术、探索技术和新材料新工艺等。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]数据中心工业化关键技术应用白皮书,2022
　　
　　[2]建筑信息模型分类和编码标准,GB/T51269-2017
　　
　　作者简介
　　
　　杨军志,任职于华设设计集团股份有限公司,江苏省产业教授(研究生导师)，研究员级高级工程师，主要研究方向及特长:数据中心,智慧建筑,智慧市政、BIM等。
　　
　　编辑：Harris