中国能源工程集团有限公司200061
摘要：目前，IDC（互联网络数据中心）企业处于一个加速变化、竞争日益激烈的业务环境中，各家都希望通过业务大集中和数据大集中，增加企业市场容量，提供本身竞争力，争取更多客户。在目前互联网时代快速前进的背景下，电子信息领域的不断创新发展似乎和建筑设计这个传统的行业没有太多交集。但随着数据机房类建筑的不断涌现，电子信息领域也向建筑设计师开启了一扇窗，通过这扇窗也可以让设计师对电子信息领域有所了解。更重要的是，数据机房类的建筑设计不同于常规建筑设计，它可以使建筑设计师超越其传统的功能范畴，从独特的视角的去体会设计。本文从一个建筑设计师的角度，结合实际参与的项目，重点阐述关于数据中心建筑设计方面的心得。
关键词：重庆数据中心；场地安全；模块化；可扩展性；UPS；气体灭火
1.数据中心建筑的现状概述
中国目前IDC市场处于迅速发展期，增速远高于其他国家。最早国内IDC市场基本是以三大运营商为主；但随着产业的快速发展，应运而生的民营IDC企业纷纷加入市场，甚至许多非IT企业也转战IDC市场寻求转型升级，纷纷向市场伸出竞争之手。而这种竞争，极大的推动了IDC产业的发展。研究下来，我国数据中心的发展脉络大致如下：在区域上，最初建设的中心基本集中在经济发达的大型城市，而这些区域的电力、土地等资源有限，建设已趋于饱和；在规模上，经济发达的一线城市受各方资源的限制，建设主要以中小型数据中心为主，大多以老厂房改建的形式来实现。而其他区域因资源限制的因素较小，以新建项目为主，而且规模一般较大。
IDC市场规模依然会呈现上升趋势，竞争将更加激烈，促使市场由重量不重质向重质不重量的转变。笔者在与投资方频繁交流过程中，发现核心思想已经转变，他们更关注如何才能打造出高标准、高质量的高端机房，形成差异化，提高核心竞争力。重庆中机信息数据中心项目（以下简称：重庆项目）正是在这市场背景下，顺应潮流，在经过科学全面的市场调研分析后，确定了高规格的建设标准和规模。项目IT机柜总数为5024个，按国内A级和国际TierⅣ级标准来执行。
2.场地选择
影响数据中心建筑的场地选址因素众多，例如交通条件、电力资源、电磁干扰、环境清洁、自然条件等都需要考虑。而一个项目基地往往并不是各方条件都具备，有时某些方面欠缺，但其他方面比较突出，最终实际是一个综合平衡取舍的结果。重庆项目位于重庆市涪陵区西部龙桥产业区内，江对面是新城区，与重庆主城区相距约65公里。基地紧邻长江，周边有S103省道、太白大道及南浦大道，水、陆交通优越。
图1基地区位图
项目基地位置最大的优势就是在基地的西侧龙桥工业园区内有已建成的发电厂，电力资源充足，而且发电厂是建设方自身所建，电费方面带来极大竞争力。
图2基地航拍图
图3龙桥工业园发电厂
在我们设计方考察场地后，发现场地也存在诸多不利因素，需要我们去解决，具体如下：
1)从图2中可以看出基地位于半山坡上，而且只有一条道路通往基地，交通条件不是很好，需要对交通条件进行改善。
2）基地内部为台地之势，内部有近15米高差，场地需要进行平整。
3）基地西侧存在边坡高差约16米，东侧为山体，场地外围环境条件不是很好，需要对边坡、山坡进行支护，而且支护的费用很高。
对此，投资方与我们进行了多次技术论证交流会，在确保可以通过技术手段确保场地安全的前提下，依然决定选址不变。他们可以接受由场地治理增加的额外工程费用。虽然也有考虑周边电力资源的有利因素，但这也反映出目前国内投资者对建设数据中心的信心，他们更看重的是未来的市场潜力，而不是眼前的利益。
3.设计理念
数据中心项目规划不仅仅要考虑眼下的市场环境，也要有长远的考虑，因为如今的市场环境变化非常快。很可能一个项目从开始筹建到竣工之前，市场环境已截然不同。因此在满足高质量、高安全的前提下，数据中心建筑设计的灵活性、可复制性和可扩展性是我们应该遵循的设计理念。重庆项目在进行规划建筑设计时，考虑今后业务不断深入发展的需要，充分考虑未来设备的更新和扩容因素，始终将数据中心建筑本身的价值属性放在首位。项目以灵活性、可复制性和可扩展性作为设计理念，布局8栋单层数据机房楼，每栋楼又分为相同的两组模块，合计16个模块，每组模块放置314个机柜，共设5024个机柜。这种平面组合具有极大的灵活性与可扩展性，因为每个模块都有其独自的进出口、空调、供配电等系统，可以单组模块出租使用，也可以多组模块同时出租使用。因各组模块在空间和系统上都相互独立，所以可以最大限度的避免相互干扰，在土建工程一次性建设完成的情况下，IT机柜及内部装修也具备分期实施的条件，这样投资方可根据市场销售情况，合理控制投入产出比。
图4重庆中机信息数据中心内部组合图
4.框架结构和运行需求
4.1框架结构
一个普通机柜的尺寸一般为1100mm（深）X600mm（宽），通常采用机柜面对面或背对背布置，面对面布置的机柜正面之间的间距不宜小于1.2m，背对背布置的方式相对间距不宜小于800mm，作为搬运设备的间距不小于1.5m。成列布置的机柜总长超过6m时，两端需布置通道；当两个通道之间的距离超过1.5m时，之间应增加通道，通道宽度一般不小于1.0m。综合考虑以上参数，在机柜数量一定的条件下，便可合理确定主机房的空间尺寸。另外在主机房两侧必须设置精密空调机房，空调机房长条布置，净宽满足空调设施布置要求。同时考虑的主要空间是提供动力支持和安全保障的支持区和用于设备安装、调试、维护、监控的辅助区，再配以行政管理区则构成了机房的主体架构。在主体架构的基础上结合消防疏散，合理组织交通流线，便可导出标准的平面图，重庆项目也采用这一典型的平面布置形式。
图5机房楼一层平面图
4.2运行需求
重庆项目按照国内A级、国际TierⅣ最高标准来实施，从安全可靠角度出发，项目供电方案引入4路35kV电源（两回路市政电源，两回路电厂电源），最终组合为A、B两路由。平时A、B两路电源互为热备，各自承担部分负荷，A、B两路如其中任何一路因故停电，另一路都可承担全部负荷。同时项目还配备柴油发电机组作为特级负荷，从客户角度出发可将柴油发电机组视为备用电源。对于此类大型数据机房，特点是每周7天、每天24小时连续工作，设备运转期间要求不间断供电。如供电发生故障电，空调、网络停止运转，众多数据资料丢失，将带来较大的损失，因此数据机房对供电安全性采取非常高的标准。
标准高的机房供电系统须满足容错系统要求，计划外单点故障不影响机房正常运行，往往都设置UPS电源，为所有机柜、机房精密空调及必要的机房支持设备提供不间断电源。对于UPS，我们可以理解成一种终端设备，一端连接机柜，另一端连接两种不同的电源，不同电源由交流电和蓄电池构成，当市电正常运行时，UPS将市电转换为稳压交流电供设备使用，同时向蓄电池充电；当市电因故断开时，UPS在极短时间内将蓄电池内直流电同样转换为交流电保证设备供电正常，以此确保机柜平稳运行。标准高的每组机柜会由两路UPS供电，而每路UPS的交流电供电源除了市电还配备柴油发电机。
另外机柜散热一直是数据中心重视的问题，如果设备过热会给造成设备的损害，导致数据中心数据丢失无法恢复等严重问题。所以对主机房的室内气候条件要求也很高，这就要求为主机房服务的精密空调也要保证不间断供电。同时UPS机房、电池间也需要设置独立的精密空调，并且设置不间断电源。
综上，建筑设计师只有了解数据机房内部运行基本原理和理解各分区之间的需求关系后，才能合理的构架成数据机房的空间布局和功能流线。
5.设计要点
数据中心项目在前期策划、设计、建设、运营等各阶段，需要考虑的内容很多，难以全面叙述，笔者仅根据个人工作经历，简述一些不同于常规建筑的设计要点。
5.1装修设计
对于装饰材料的选择，防辐射、防静电、防尘、防水、防潮、防雷、防火、防震和防噪声是基本要求。配电室、UPS室、蓄电池室、钢瓶间等支持区如采用无吊顶形式，顶板须做防尘处理，防止灰尘洒落。电信接入间、屏蔽机房、主机房、测试机房等区域采用防静电架空地板。总之，装饰材料的选择原则就是不能影响数据机房安全稳定的运行需求。
5.2IT机房的气流组织
在IT主机房中，布置大量服务器、计算机等信息设备，这些设备散热量巨大，而且容易造成局部过热，因此，气流组织形式和制冷方式对于提供机房内设备运行所需的稳定室内环境显得尤为重要。具体的说就是要求把设备散发的热量以最快的循环方式快速的排除。在冷量一样的情况下，机房内部空间采取有效的气流组织形式，一方面能够使空间达到较好的冷却效果，另一方面降低空调系统的能耗量；不合理的气流组织形式不仅影响空调冷却效果，甚至会出现集中热点，造成设备损害。对于主机房的制冷方案一般会采取冷、热通道方案。冷池方案（冷通道密闭）：冷通道两端入口用门封闭，在冷通道上方用顶板封闭，由此形成一个空间上的蓄冷池，使冷空气得到最高效的利用，加快设备散热，提高空调系统的能效比。热池方案（热通道密闭）：封闭热通道两端及顶板，由此形成一个空间上的蓄热池，需要增加专门的风管回风系统将空间内的热空气排出。当然，热通道密闭实施难度比冷通道密闭大。采用冷池、热池方案的气流组织形式都可降低冷热空气混合的现象。设计师需要根据不同的情况采取最适宜的方案。重庆项目采用了下送上回型的冷池密闭方案，机房空调机组输送冷空气进入活动地板静压箱空间，通过开放格栅空气地板吹向计算机设备，解决机房散热难题，节能降耗。
图6冷池方案
对于建筑空间需要特别注意的是架空地板，架空高度要满足空调专业送风和电气专业布线的要求，当仅为电缆布线架空高度一般不小于250mm，如同时考虑空调送风架空高度一般不小于500mm。另外还需要做好架空地板内部的保温，以此降低能耗损失。
5.3气体灭火系统
由于数据中心的机房、电池间、变配电等功能的特殊性，房间都不适宜用水灭火，一般情况下采取气体灭火系统和高压细水雾系统两种方式，而气体灭火系统在灭火时不会对设备造成损害，优先选择此种灭火系统。现阶段可选择的气灭系统有七氟丙烷、IG541、CO2灭火系统。IG541由于自然存在大气中，对环境无害而且具备远距离输送的较大优势，应为数据中心的首选系统。气体灭火系统按照不同的防护分区进行保护，每个防护分区的体积不超过3600m3，面积不超过800㎡，还要设置泄压口（防护区净高的2/3以上）。重庆项目在布局IT主机房时，就考虑了采用气体灭火系统对空间体量的影响，合理确定了平面尺寸和房间净高，将每个IT模块面积设为790㎡，吊顶下净高为4.5m，体积为3555m3。
从建筑设计角度讲，上述的设计要点都需要设计师去做充分的了解，只有这样才能使建筑空间满足各种技术需求。
6.结语
笔者在参与数据中心项目设计的过程中，发现此类建筑在总体设计阶段和建筑设计阶段都具有鲜明的特点。在总体设计阶段，数据中心建筑更注重模块化设计，在建造时可分模块、分期建设。模块化机房的可复制性，也可简化后期建设难度，后期增加模块容量的同时对已建成模块的影响也很小；在具体建筑设计阶段，数据中心建筑应是采取从核心到全局的“发散式”设计模式，首先以主机房为核心区，再围绕核心区配套布置支持区、辅助区，组成标准模块单元，最后通过合理的流线串联各模块单元并配以行政管理区，由此得出完整的平面布置图。上述两个阶段的设计都需要建筑师和机电、结构专业紧密配合，不断优化，整合各方设计要素创造出一个完整的设计方案。
参考文献
［1］《数据中心设计规范》中国计划出版社，2017
［2］《建筑设计防火规范》［S］.中国计划出版社，2014
［3］上海市工程建设规范《数据中心基础设施设计规程》DG/TJ08-2125-2013
［4］四川电信有限公司，四川电信通信机楼建设使用指导意见（修订），2005，9
［5］中国联通有限公司，中国联通局房项目建设标准（修订稿），2008.10