數(shù)據(jù)中心，即集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場所，包括主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。本文主要介紹數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)的方案布置、消防設(shè)計(jì)、機(jī)電方案建筑相關(guān)設(shè)計(jì)等，分析數(shù)據(jù)中心常規(guī)建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供設(shè)計(jì)同行參考。

一、引言

隨著我國各地區(qū)、各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將保持持續(xù)增長態(tài)勢，目前我院接觸的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目主要以6kW左右每機(jī)架為主，未來伴隨技術(shù)進(jìn)步和業(yè)主對新技術(shù)應(yīng)用的接受程度，也將會有更多更大單功率的機(jī)架投入市場。本文主要以6kW為主的單機(jī)架功率設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目案例為主要分析對象，著重分析數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)過程中遇到的問題和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以供同行業(yè)參考，個(gè)人總結(jié)難免有錯(cuò)誤和理解不足之處，望設(shè)計(jì)同行批評指正。

二、前期需求及規(guī)模確定

業(yè)主在建設(shè)數(shù)據(jù)中心前期時(shí)，需由專業(yè)的前期開發(fā)團(tuán)隊(duì)評估項(xiàng)目可行性，并選好開發(fā)城市及預(yù)選項(xiàng)目用地，與國土資源管理部門及時(shí)跟蹤預(yù)選項(xiàng)目開發(fā)用地情況。

企業(yè)如需確定投資項(xiàng)目，應(yīng)到發(fā)改委或經(jīng)信委管理部門做好項(xiàng)目備案和立項(xiàng)，并同時(shí)按照下列步驟聘請具有相關(guān)資質(zhì)的單位配合制作相應(yīng)報(bào)審文件：

1.1 聘請專業(yè)節(jié)能公司編寫項(xiàng)目節(jié)能報(bào)告提交給發(fā)改委管理部門進(jìn)行審核批準(zhǔn)；

1.2 提交環(huán)境影響評估資料給環(huán)保局管理部門進(jìn)行審查報(bào)批；

1.3 提交交通影響評估資料給交通局管理部門進(jìn)行審查報(bào)批；

1.4 提交供電方案設(shè)計(jì)文件及需求給電力局管理部門進(jìn)行審查報(bào)批；

1.5 提交供水方案設(shè)計(jì)文件及需求給水務(wù)局管理部門進(jìn)行審查報(bào)批等。

同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行土地招拍掛相關(guān)流程跟蹤及確認(rèn)，并做好國有土地成交合同簽署，做好規(guī)劃局批復(fù)相關(guān)建設(shè)用地使用條件，及時(shí)提供給設(shè)計(jì)院進(jìn)行建筑規(guī)劃及報(bào)規(guī)設(shè)計(jì)文件深化，提供給規(guī)劃部門進(jìn)行審核確認(rèn)，批復(fù)建設(shè)工程規(guī)劃許可證。

此部分屬于土建的報(bào)審階段，一般新建的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目開發(fā)流程都是按照大開敞空間丙類廠房報(bào)規(guī)，到后續(xù)的施工圖設(shè)計(jì)合格后，進(jìn)行土建開發(fā)施工階段，此階段的土建施工圖應(yīng)落實(shí)機(jī)電工藝設(shè)計(jì)的土建相關(guān)條件，以免后續(xù)機(jī)電深化增加不必要的施工成本。

經(jīng)過節(jié)能審批和報(bào)規(guī)文件等通過后，建設(shè)項(xiàng)目的建筑規(guī)模及總機(jī)架數(shù)量，總用電量等指標(biāo)都會確定下來，同時(shí)機(jī)電深化在土建報(bào)規(guī)前也應(yīng)該開展，以免后續(xù)機(jī)電深化影響報(bào)規(guī)文件的修改。

圖示1

三、數(shù)據(jù)中心等級劃分

各種類型的數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模及要求差異較大，因此數(shù)據(jù)中心在建設(shè)前應(yīng)與業(yè)主確認(rèn)好本項(xiàng)目數(shù)據(jù)中心的等級要求，不同的數(shù)據(jù)中心等級會造成機(jī)電設(shè)計(jì)有較大的不同，甚至影響整個(gè)數(shù)據(jù)中心的方案可行性。

依據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017）,主要將數(shù)據(jù)中心分為A、B、C三級：

A級電子信息系統(tǒng)機(jī)房，應(yīng)按照容錯(cuò)系統(tǒng)配置，運(yùn)行期間，場地設(shè)備不應(yīng)因操作失誤、設(shè)備故障、外電源中斷、維護(hù)和檢修而導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷。

B級電子信息系統(tǒng)機(jī)房，應(yīng)按照冗余要求設(shè)置，場地設(shè)備在冗余能力范圍內(nèi)，不應(yīng)因設(shè)備故障而導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)運(yùn)行終端。

C級電子信息系統(tǒng)機(jī)房，應(yīng)按基本需求配置，應(yīng)保證電子信息系統(tǒng)運(yùn)行不中斷。

四、數(shù)據(jù)中心選址及總圖規(guī)劃

4.1 數(shù)據(jù)中心選址

應(yīng)首先考慮具體的需求地區(qū)，且應(yīng)盡可能靠近主要應(yīng)用城市，同時(shí)應(yīng)考慮電力、通信、交通、水源、自然環(huán)境等問題：

4.1.1 電力

數(shù)據(jù)中心用電量一般都比較大，應(yīng)考察建設(shè)地用電的電量供應(yīng)及穩(wěn)定性；

4.1.2 通信

數(shù)據(jù)中心應(yīng)靠近核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從而減少網(wǎng)絡(luò)延遲；

4.1.3 交通

道路盡可能多且暢通，滿足及時(shí)支援需求；

4.1.4 水源

數(shù)據(jù)中心散熱主要由空調(diào)系統(tǒng)來處理解決，其中主要兩種方式，第一空氣冷散熱，第二就是水蒸發(fā)散熱，水蒸發(fā)散熱每天每千瓦IT設(shè)備耗水量約為100L，如下公式：循環(huán)冷卻水量（m³/h）=IT負(fù)載（KW）x（0.25~0.30），小時(shí)補(bǔ)水量為：循環(huán)水量（m³/h ）x1.4％，一天為24h；例如：6000kw的IT設(shè)備，每天耗水量為：6000x0.25x0.014x24=504噸，一年需要504x365=183960噸，因此，采用水蒸發(fā)冷卻方式的制冷數(shù)據(jù)中心，水源應(yīng)充足；

4.1.5 自然環(huán)境

建設(shè)不同地區(qū)的數(shù)據(jù)中心，其環(huán)境溫度，空氣潔凈度等指標(biāo)不同，會造成成本不同，其選擇盡可能有利于節(jié)約能源的地區(qū)。

4.2 總圖規(guī)劃

對于已經(jīng)選好的建設(shè)用地地塊，在滿足規(guī)劃技術(shù)條件的情況下，應(yīng)主要考慮一下主要內(nèi)容設(shè)計(jì)：

4.2.1 豎向設(shè)計(jì)

新建的A級數(shù)據(jù)中心首層正負(fù)零絕對標(biāo)高應(yīng)高出當(dāng)?shù)睾樗倌曛噩F(xiàn)期水位線1.0m以上，并應(yīng)高出室外地坪0.6m以上，同時(shí)應(yīng)高與四周道路絕對高程，以防內(nèi)澇；

4.2.2 分期規(guī)劃

應(yīng)結(jié)合業(yè)主需求，確定好分期實(shí)施，一般數(shù)據(jù)中心分土建階段和機(jī)電階段，業(yè)主為了控制投資一般會分期實(shí)施，以適應(yīng)資金需求及客戶變化需求；土建開發(fā)階段主要以大開敞丙類廠房進(jìn)行申報(bào)，待竣工驗(yàn)收后，進(jìn)行機(jī)電施工，對于客戶需求變化較大的，可能會涉及拆改和結(jié)構(gòu)加固。

4.3 建筑布局

總圖各樓棟布局應(yīng)同時(shí)考慮防火間距要求、消防車道布置、柴發(fā)鋼平臺、蓄冷罐布置、儲油罐位置、對周邊地塊日照、噪音影響、貨車運(yùn)輸路徑及轉(zhuǎn)彎半徑裝卸操作距離、雨水收集池、地下管溝位置等。

圖示2 項(xiàng)目案例總圖布置

五、數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)

5.1 平面布局

5.1.1 分期需求

數(shù)據(jù)中心平面設(shè)計(jì)也應(yīng)按照業(yè)主運(yùn)營需求做好分期規(guī)劃，如按層分期或者按照機(jī)房分期等；同一個(gè)數(shù)據(jù)中心樓業(yè)主可能會租給N個(gè)承租方，但每個(gè)承租方由于自身業(yè)務(wù)的需求不同，對于數(shù)據(jù)機(jī)柜的要求也不盡相同；

5.1.2 機(jī)架尺寸及間距

其中機(jī)架常規(guī)尺寸（寬mm×深mm×高mm）IT設(shè)備：600×1200×2200；

傳輸設(shè)備：600×600×2200。

成行排列的機(jī)架長度不超過15m時(shí)；通信機(jī)房內(nèi)機(jī)架間距均為1200mm；機(jī)房內(nèi)主運(yùn)輸搬運(yùn)通道的寬度為1.5m，次通道的寬度不小于1m。以上尺寸主要相對于6KW的機(jī)柜來說，但對于高于6kw的單機(jī)柜，比如8KW或者10kw等，他們直接的排列間距可能要求更大，由原來的1.2m擴(kuò)寬到1.5m甚至1.8m不等，主要是為了滿足機(jī)柜的通風(fēng)散熱需要，單機(jī)柜功率越高，所產(chǎn)生的熱量越高，因此對于機(jī)柜的散熱要求越高；

5.1.3 功能流線

數(shù)據(jù)中心的建筑設(shè)計(jì)流線主要分為運(yùn)營流線，設(shè)備運(yùn)輸流線，機(jī)房參觀流線，每個(gè)流線應(yīng)避免交叉，機(jī)房的流線主要圍繞數(shù)據(jù)機(jī)房來設(shè)計(jì)，其中，高壓機(jī)房、分界室、并機(jī)室、冷凍站、ECC監(jiān)控室、通信機(jī)房等主要布置在首層位置，二層及以上根據(jù)數(shù)據(jù)機(jī)房的布置，布置相應(yīng)的低壓機(jī)房、電池室、UPS間等；

5.1.4 防火及節(jié)能

數(shù)據(jù)中心一般以工業(yè)建筑或者民用建筑為主要申報(bào)類型，是否工業(yè)或者民用主要以用地類型為準(zhǔn)，一般工業(yè)用地，數(shù)據(jù)中心建筑按照丙類廠房來定性，如多功能用地或者其他類型用地，數(shù)據(jù)中心建筑按照民用建筑來定性；對于具體的防火要求，就可按照數(shù)據(jù)中心本身是按照民用建筑還是工業(yè)建筑來定性，可查閱《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014等規(guī)范相關(guān)防火部分章節(jié)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。對于數(shù)據(jù)中心的節(jié)能，有的地方無節(jié)能要求，有的地方申報(bào)是需要節(jié)能計(jì)算書、節(jié)能專篇等內(nèi)容，具體以申報(bào)地方政府審查職能部門要求為準(zhǔn)，節(jié)能也和防火相類似，具體的數(shù)據(jù)中心是以工業(yè)建筑還是民用建筑申報(bào)，分別查閱的節(jié)能規(guī)范不同，其中工業(yè)建筑節(jié)能以《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB51245-2017為主，民用建筑節(jié)能以《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015以及地方規(guī)范為準(zhǔn)。

5.2 立剖面設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心的剖面高度一般需結(jié)合具體的暖通技術(shù)要求中的設(shè)備尺寸為準(zhǔn)，一般常用高度有5m、5.5m、6m，其中也有的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中低于5m的，但具體的項(xiàng)目實(shí)施由于采用的設(shè)備廠家尺寸不同，需要建筑高度也不盡相同，如業(yè)主已有確定好的設(shè)備廠家，應(yīng)盡可能的滿足設(shè)備要求，以合理的層高節(jié)省項(xiàng)目土建成本，但也不能只考慮盡可能節(jié)省成本不考慮后期的設(shè)備廠家更換，土建成本對于機(jī)電的成本來說簡直九牛一毛，還是要以機(jī)電工藝需求為主，同事還要考慮后期的變更需求。數(shù)據(jù)中心的立面設(shè)計(jì)一般是以簡介工業(yè)風(fēng)為主，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的立面開窗要求較少，盡可能減少對于機(jī)房等電氣房間的影響，由于立面開窗少，同事也對消防的立面救援窗、防排煙需求、立面效果設(shè)計(jì)等提高了挑戰(zhàn)。例如有些數(shù)據(jù)中心由于整個(gè)面都沒有都沒有開窗，所以有些消防救援窗只能開在四角樓梯間，雖然防火規(guī)范條文中沒有明確是否可以開在樓梯間，但是從逃生的流線角度考慮，樓梯間是發(fā)生火災(zāi)后主要的逃生通道，消防人員同時(shí)在樓梯間破窗而入，肯定會造成人流沖突，不利于救火（數(shù)據(jù)中心實(shí)際的運(yùn)維人數(shù)很少，也是可以實(shí)施的）。

圖示3 平面空間布局示意

六、機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

6.1 給排水技術(shù)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心的給排水對于建筑布局的影響，地上主要就是鋼瓶間、高位水箱間等，地下主要是消防水泵房及水池、補(bǔ)水機(jī)房及水池、生活水泵房及水池等；有些項(xiàng)目由于市政條件的限制，可能需要中水處理機(jī)房等需求；對于建筑的布局也是有些影響的，這個(gè)前期都應(yīng)該和業(yè)主確認(rèn)好市政條件，以免影響整個(gè)項(xiàng)目的時(shí)間進(jìn)度。對于防火末端給排水主要分為氣滅和噴淋區(qū)域，氣滅主要應(yīng)用于電房間，噴淋主要應(yīng)用于走廊等非電氣房間。整體來說給排水專業(yè)在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)當(dāng)中對于建筑的布局影響相對較小。

6.2 暖通技術(shù)要點(diǎn)

對于不同地區(qū)不同的項(xiàng)目要求，PUE也不盡相同，PUE的指標(biāo)要求，主要還是靠暖通的技術(shù)方案來滿足，不同的PUE要求值，可能會影響整個(gè)暖通的機(jī)電方案，同時(shí)影響建筑的布局，PUE要求越低，目前的相匹配的常規(guī)技術(shù)方案是間接蒸發(fā)系統(tǒng)、新型磁懸浮整體式氟泵系統(tǒng)，液冷技術(shù)也是用來滿足單機(jī)柜大功率，能耗更低的項(xiàng)目，但是液冷技術(shù)目前業(yè)主實(shí)施的較少，伴隨著以后技術(shù)越來越成熟可能也會大面積實(shí)施。目前數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)領(lǐng)域主要還是間接蒸發(fā)、氟泵系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)等，末端主要采用列間空調(diào)、空調(diào)機(jī)房等。對于建筑布局來說，暖通專業(yè)最大的建筑面積就屬冷凍站，一般需要1000㎡左右，其余還有一些項(xiàng)目可能會涉及到機(jī)房空調(diào)、新風(fēng)機(jī)房、屋頂冷卻塔、排煙機(jī)房、補(bǔ)風(fēng)機(jī)房等。

6.3 電氣技術(shù)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)中心電氣專業(yè)主要分為供電專業(yè)、電照專業(yè)，弱電智能化專業(yè)，這個(gè)要比民用建筑電氣專業(yè)要分的更細(xì)，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心主要在供配電這塊，也是機(jī)電專業(yè)比較重要的專業(yè)內(nèi)容。弱電智能化主要設(shè)計(jì)一些消防報(bào)警、安防、智能化、通信機(jī)房等，對于建筑布局來說，影響不是很大，主要涉及通信機(jī)房、ECC、消防控制室等弱電房間。對于建筑布局影響較大的還是供配電專業(yè)，不同的數(shù)據(jù)中心等級要求不一樣，A級數(shù)據(jù)機(jī)房需要容錯(cuò)2N系統(tǒng)，比B級、C級機(jī)房要求的建筑面積更多，因?yàn)椴粌H要做兩套系統(tǒng)的房間，還涉及到柴油發(fā)電機(jī)房。

對于A級數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)主要有3種架構(gòu)：2N系統(tǒng)、DR系統(tǒng)、RR系統(tǒng)。

2N系統(tǒng)主要由2個(gè)供配電單元組成（建筑專業(yè)理解也就是兩個(gè)相同的供配電房間），每個(gè)單元負(fù)載50％的負(fù)荷；一個(gè)單元故障另一個(gè)單元完全負(fù)載100％。

DR系統(tǒng)N≥3個(gè)供配電單元組成，每個(gè)單元負(fù)載66％的負(fù)荷，相鄰2個(gè)單元供電，其中1個(gè)單元故障時(shí)，剩下1個(gè)單元繼續(xù)與另1個(gè)單元繼續(xù)供電。

RR系統(tǒng)由多個(gè)供配電單元組成，其中一個(gè)單元作為其他運(yùn)行單元的備用（也叫后備冗余），當(dāng)一個(gè)運(yùn)行單元故障，通過電源切換裝置，備用單元繼續(xù)為負(fù)載供電。

其中2N系統(tǒng)是最優(yōu)的，不僅供電可靠而且系統(tǒng)架構(gòu)簡單，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心采用2N的也最多。對于建筑布局來說，供配電專業(yè)主要有高壓機(jī)房、并機(jī)室、柴油發(fā)電機(jī)房、低壓配電室、電池室等，也是數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中除了數(shù)據(jù)機(jī)房房間外，建筑面積占用最多的專業(yè)。

七、結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)與民用建筑不同，不再以建筑專業(yè)為主導(dǎo)專業(yè)，數(shù)據(jù)中心更趨向于以供電專業(yè)為主導(dǎo)，制冷方案為輔的項(xiàng)目。作為建筑專業(yè)設(shè)計(jì)人員，要想做好數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，我們更應(yīng)該多了解供配電的系統(tǒng)原理及各電氣機(jī)房方案細(xì)節(jié)要求，同時(shí)對制冷的新技術(shù)、原理不同的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)多總結(jié)多交流，才能為后面的數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

 

參考文獻(xiàn)：

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