数据中心在后BIM时代的三维应用

罗志刚， 刘富饶， 田 军（.江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏南京 00006；.东软集团股份有限公司，辽宁大连 6085）

数据中心在后BIM时代的三维应用

罗志刚1， 刘富饶2， 田 军2
（1.江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏南京 200006；2.东软集团股份有限公司，辽宁大连 116085）

数据中心为建筑工程的BIM技术提供了更能发挥优势的应用场合。介绍了BIM技术在数据中心的应用价值，分析了BIM技术的数字化三维应用。指出BIM中的三维信息模型与成熟的游戏开发引擎等相关互动技术相结合，将使传统的管理监控软件开发出更多的数据中心的三维展示、管理和监控应用，实现对数据中心管理的可知、可见和可控。

数据中心；建筑信息模型；三维模型；游戏开发引擎

罗志刚（1970-），男，高级工程师，从事暖通空调、数据中心及BIM应用方面的工作。

0 引 言

目前，数据中心正在向高密度发展，意味着数据中心的建设和管理能力也在逐渐面临新的挑战。在数据中心的建设阶段，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术的产生和应用为节省成本、优化工程做出了巨大的贡献。BIM技术掌控数据中心建设全生命周期的信息和数据，因此有必要将BIM的价值持续应用到数据中心的管理和运营阶段。

BIM中的三维信息模型，其中一项核心是可延续的产生价值的资源，应结合新时代的技术和环境，应用于新一代数据中心的建设当中，提供更多、更全面、更准确的信息。

1 BIM技术

1.1 建筑工程的生命周期管理

BIM以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图特点。BIM核心建模软件如图1所示。

图1 BIM核心建模软件

在建筑工程整个生命周期中，BIM可以实现集成管理，因此模型既包括建筑物的信息模型，同时又包括建筑工程管理行为模型。因此，在一定范围内可以模拟实际的建筑工程建设行为，准确评估建筑策划设计的合理性和可行性。

1.2 特 点

BIM技术通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对，为设计团队及包括建筑运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。具体体现在以下几方面：

（1）三维模型渲染动画，给人以沉浸体验和直接的视觉冲击。三维的BIM模型可以作为持续渲染开发的模型基础，大大提高了三维渲染效果的逼真性和高效性。

（2）三维可视化功能增加了时间维度，可以进行虚拟施工演练，将施工计划与实际进展进行对比，同时进行有效协同，使施工方、监理方等都能了解工程项目的各种状况。BIM技术结合施工方案、施工模拟和现场视频监测，大幅减少了建筑质量问题和安全问题，减少了返工和整改时间。

（3）与传统模式相比，三维BIM的优势明显，因为建筑工程等相关的工作都可以从BIM中抽出需要的信息，既可指导相应工作，又能将相应工作的信息反馈到模型中。

2 BIM技术的数字化三维应用

2.1 BIM技术的三维模型价值

BIM最直观的特点在于三维可视化，在前期可以进行碰撞检查，优化工程设计，减少在建筑施工阶段可能存在的损失和返工的可能性，且优化管线排布方案。施工人员可以利用碰撞优化后的三维管线方案进行施工交底、施工模拟，提高与业主沟通的能力。

BIM中的三维信息模型包含整个建筑的全部信息内容，应用于项目规划、设计和实施阶段具有重大价值。BIM应更好地应用于建筑竣工后的运维和运营阶段，以产生更大的价值。

由于BIM技术的强大功能和复杂关系，决定了应用人群为专业人士。如果能将BIM中的三维模型等核心资源结合，采用人机交互式的虚拟现实技术，持续应用在数据中心的运维管理、监控管理、全景资产展示等后期的运维和运营阶段，就可以实现操作方式平民化。BIM模型与Unity 3D模型如图2所示。

图2 BIM模型与Unity 3D模型

2.2 与游戏引擎Unity的结合

Unity可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows phone 8和Android平台，也可以利用Unity Web Player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。

Unity引擎主要功能模块包括粒子系统、动画系统、物理引擎、烘焙技术、渲染特效等组件工具，以及Unity脚本开发、输入与控制、GUI开发、Shader开发、网络开发、编辑器扩展等多种开发环境，同时提供了Asset Bundle工作流程、脚本调试与优化、跨平台发布等多项高级内容。Unity核心技术架构如图3所示。

图3 Unity核心技术架构

BIM技术与游戏引擎技术结合，打造全新的数据中心管理监控平台，实现传统管理软件与新型游戏软件的完美结合，采用三维虚拟现实技术实现数据中心的运维管理需求。

3 应用于数据中心的三维技术

BIM 技术中的三维模型信息与数据中心运行数据结合，实现云计算园区（数据中心）、楼层、机房、机柜组和机柜、设备的三维应用，支持在三维场景中以图形化方式展示容量、能耗、人员等各类统计分析数据。应用游戏引擎优化技术控制场景资源的加载模式，为用户提供高效、准确和稳定的应用功能及操作体验。数据中心的三维应用如图4所示。

图4 数据中心的三维应用

3.1 BIM的三维模型库管理

在数据中心建设过程中，BIM技术产生了巨大的三维模型数据，并记录完整的建筑信息和真实的位置信息。通过图形化数据库，将所有建筑模型及相关信息进行数字化管理，并保持历史数据的准确性，同时增加维护新设备的三维模型信息。三维模型库管理范围至少应包括以下几种类型：

（1）园区环境模型，展现数据中心园区实景的物理结构和大楼的整体布局。

（2）建筑物模型，对数据中心建筑外观、主体结构、楼层数目等物理结构的建模，展现墙、门和窗户，并根据实际情况定义其不同的材质。

（3）机房结构模型，包含对机房墙面、天花、地板和隔断等物理结构的建模，展现数据中心楼体内部的机房结构布局。

（4）机房设施模型，对机房内的资产设施，如配电柜、UPS和电池等建模。

（5）机柜设备模型，展现与实际设备高度相似的机柜和电量仪等设备。

3.2 数据中心的全资产监控

通过游戏引擎的场景编程、物理引擎和烘焙技术、灯光烘焙等技术，全景展示周边环境、楼宇、机房及周边房间的场景视图；可以多场景（视角）三维展示机房，实现动态旋转、放大和缩小等功能；通过用户操作可以逐级展示数据中心的楼宇、楼层和机房；真实展现数据中心的资产，并可点击展示其基础信息和应用状态等信息，使数据中心进入更标准的数据化管理模式。

通过集成各类监控终端设备的接口，获取实施监控数据，并且通过分类管理、资源配置等功能统一维护监控数据。在三维场景中实时展现监控及告警信息，以多种可视化方式诠释各类告警信息的数据。利用游戏引擎的渲染技术和音频系统，当某区域或设备出现告警信息后，系统会自动采用图形、声音等进行告警展示。管理人员看到提示后，可以准确定位告警位置和告警设备。数据中心三维全资产监控如图5所示。

图5 数据中心三维全资产监控

3.3 游戏效果的虚拟漫游

应用游戏引擎的虚拟现实技术，可实现第一人称的虚拟漫游功能，通过简单操作、虚拟巡游于数据中心各个角落，查看各类信息。同时，依据RPG游戏的应用思维，提供缩小比例尺的同地形、小地图导航，时刻提醒操作者目前所在的位置，展现数据中心的场景地形图。

通过虚拟漫游功能，可以在建筑物内部行走，并实时显示用户所看到的三维场景画面；可看到建筑装修情况及各种仪器、仪表设备等被监控对象。在巡视过程中，也可以在虚拟场景中执行一些喜欢的巡视操作，可以随时自由调整三维视角，选择最佳浏览方式，获得更佳的视觉效果。

通过三维场景虚拟漫游技术，可以进一步实现运维工作自动巡检、自动漫游等功能；制定行走路线及巡检规则，模拟数据中心运维人员的每日巡检、每月定检、每年定检等运维管理工作。游戏效果的虚拟漫游如图6所示。

图6 游戏效果的虚拟漫游

3.4 统计分析数据的三维展示

数据中心在建设阶段和运维阶段，不断地产生运营和管理数据。对于种类繁多、数量庞大的数据，同样可以在三维场景中更直观、更准确地展示。

（1）能效数据。BIM节能分析技术可分析与计算持续应用于数据中心运营阶段的能耗数据，在三维场景中直观展示能耗分布情况和能效占比情况。

（2）容量数据。BIM技术的空间分析技术全面抽取U位、机位、承重、功耗等容量数据，并且对容量数据进行数据分析、数据处理等操作。通过三维可视化技术，以三维视图展现相关数据，并且为用户提供多种维度的搜索、统计功能，准确、合理地使用数据中心资源。机柜容量的三维展示如图7所示。

图7 机柜容量的三维展示

3.5 温度云场的三维模拟

BIM热能环境模拟技术，与游戏引擎的Shader开发技术结合，实现数据中心的实时温度变化的仿真，并以多种色彩表示不同温度范围，辅助数据中心管理人员监控和调整数据中心资源分布情况，避免延误故障排除。温度云场的三维模拟如图8所示。

图8 温度云场的三维模拟

4 结 语

BIM在设计和施工阶段已经被广泛应用，而在设施维护中的应用案例并不是很多，其技术的外延尚未得到有效挖掘。BIM技术在运营维护阶段的实际需求非常大，尤其是对于智能建筑的运营维护。随着物联网的高速发展，BIM技术在运维阶段的应用将迎来一个重要契机。未来将充分挖掘BIM技术中三维模型的信息价值，并结合交互式游戏引擎技术，将BIM技术应用于数据中心的运维和管理中，监控数据中心的实时数据和运行状态，实现数据中心管理的可知、可见、可控，进而打造新一代的绿色节能数据中心。

［1］ 何关培.BIM总论［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［2］ 刘济瑀.勇敢走向BIM 2.0［M］.北京：中国建筑工业出版社，2015.

［3］ 宣雨松.Unity 3D游戏开发［M］.北京：人民邮电出版社，2012.

［4］ 钟景华.新一代绿色数据中心的规划与设计［M］.北京：电子工业出版社，2010.

3D Applications of Data Center in the next Era of BIM

LUO Zhigang1， LIU Furao2， TIAN Jun2
（1.Jiangsu Post&Telecommunications Planning and Designing Institute Co.，Ltd.，Nanjing 200006，China；2.Neusoft Group Co.，Ltd.，Daliang 116085，China）

The data center provides the better application situation for the building information modeling（BIM）technology.This paper introduced the use value of BIM technology in the data center，and analyzed the digital 3D application of BIM technology.It is pointed out that the 3Dmodels of BIM are combined with the game engine and the Internet technique，which makes the traditional monitoring and management software create the modes of 3D presentation，monitoring and management in order tomake themanagement visible and controllable.

data center；building information modeling（BIM）；3D model；game engine

TU 244.5

B

1674-8417（2015）09-0026-04

2015 09 07

刘富饶（1985-），男，工程师，从事数据中心管理、大数据、BIM应用的工作。

田 军（1982-），男，高级工程师，从事数据中心管理、云计算、大数据、BIM应用的工作。