論當前數據中心的建筑設計

裘靖俏 蔣蘭蘭 黃巍巍 浙江大學建筑設計研究院有限公司

近年來，國內信息技術不斷發展，數據存儲和計算需求大幅增長，數據中心也進入了建設高峰期。

近期，筆者主持設計了某數據中心項目，通過設計實踐，總結當前數據中心建筑設計時面臨的技術問題和難點，提出優化和解決思路。

一、規劃選址

總體規劃通常已由上層設計決定。有在大城市近郊的，也有在小城市的規劃思路。而在園區工程中的數據中心作為一棟單體建筑時，其選址更為重要。由于其用電量大的特性，通常情況下，數據中心要盡可能靠近變電站來節約線路成本，但同時需考慮柴發的排放和噪聲對其他建筑的影響。

二、設計定位

設計者應引導業主做出準確的設計定位，這對數據中心的長期健康運行有重大意義，設計定位直接關系到數據中心的建設和運維成本。定位分為兩個方面。

（一）等級定位

在國標《數據中心設計規范》GB50174- 2017 中，數據中心分為ABC 三個等級。定位上通常有種錯誤取向，認為非A 級不可，非高標準不可。這種取向很容易造成成本上的浪費。例如，用于實驗研究的超算中心側重于提供計算能力，基本上不需要出口帶寬，即使停電或冷源中斷，僅造成本次計算中斷，不會對機房的運行造成重大影響，因此采用B 級或C 級標準，就能有效節約成本。而商用數據中心，首要原則是高可靠性，這就需要更高等級的定位要求。

（二）單機柜需求定位

單機柜功率需求主要和使用對象有關。現有政府及銀行類數據中心，多數采用4KW-5KW 機柜，強調其可靠性。而以BAT 為代表的商用用戶是現在大型、高等級租賃型數據中心的核心用戶，其主流需求為7KW-8KW 機柜，同時趨向尋求更高密度機柜的方案。

因此針對不同用戶的使用需求和技術要求，合理制定數據中心的等級定位和單機柜需求定位至關重要。

三、功能和流線

功能流線的設計是建筑設計的主要內容。數據中心所面臨的問題有如下幾點。

（一）建筑功能需與設備專業的系統設計契合

數據中心的建筑設計，需充分考慮設備專業的系統設計。數據機房通常會分期實施。有些通過建筑單體來分期，有些則通過分層或分機房來實施，后者就要求建筑功能在設計上充分考慮分期實施的可能性和合理性。這種分期不單是物理空間上的，更涉及電氣橋架、暖通管道、給排水等設計。而對于A 級數據中心而言，更要滿足規范上要求的容錯系統中相互備用的設備應布置在不同的物理隔間內，相互備用的管線宜沿不同路徑敷設等各種要求。

（二）合理設計貨運、運維、參觀等各類流線，以及將不同流線進行安防隔離

數據中心具有極高的安防要求。貨運入口需單獨設置，貨運流線通過電梯廳設置一道安防屏障。貨運流線和運維流線宜分開設置，通過走道的門禁系統進行隔離。而最重要的數據機房和變配電室等重要輔助功能，通過房間門禁再設置一道安防屏障。參觀流線盡量設置在一層，靠近門廳處，公區單獨設置安防區域，并盡量設置參觀走道而非直接進入機房。參觀走道需與其他機房區做到完全隔離。

四、通用性設計

通用性設計是數據中心設計面臨的新課題。

目前數據中心常用的主流設備，特別是服務器，迭代更新的間隔越來越短。以BAT 為代表的商用用戶，現在其主流要求為7KW-8KW 機柜，但是目前已經朝著平均15KW 甚至20KW 的高密度機柜的方向發展。所以，如何使數據中心既滿足當前使用需求，又能適應未來設備更新發展，是當前數據中心設計的難點。

（一）層高和空間設計

大層高大空間機房是一種有效的通用性設計。當服務器功率不斷提升，高功率的機房必然伴隨著更多更大的橋架管道，在不影響建筑性質，例如多層和高層的界定等前提下，盡量預留出更高更大的建筑空間，為今后的升級改造預留出更多的可能性。而這些土建成本的增加對于設備更新的成本來說，是微不足道的。

（二）降板設計

降板也是通用性需要考量的因素。對于常規的3KW-5KW 的低功率機柜而言，常規的制冷方式采用架空地板送風吊頂回風的形式，這種形式需要1M 左右的架空要求。而對于更高功率的機柜而言，合理的制冷方式為行間空調的形式，而這種形式只需要0.5M 左右的架空要求。對于功率固定不變的數據機房而言，結構降板更有利于設備的搬運和安裝。但結構降板意味著設備升級所帶來的建筑高度的空間浪費。出于通用性的考慮，結構不降板，而采用架空地板，更有利于實現不同制冷方式的架空要求。

（三）制冷形式

在制冷方式上，低功率機柜和高功率機柜采用兩種不同的制冷形式，但是高功率機柜的行間空調的形式同樣也可以滿足于低功率機柜的使用要求。服務器和機柜功率不斷增大是必然的趨勢，所以采用行間空調的制冷方式有較大的通用性優勢。

（四）設備選型

建筑設計在程序上提前于設備選型，所以建筑設計時通常面對未知的設備廠家和型號，而能滿足設備技術要求的廠家和設備種類繁多，尺寸不一。這里所說的通用性在建筑設計上反映為建筑空間的預留思考。例如電池室、UPS 和配電室的建筑空間，不能只按照設備最小尺寸考慮，有條件的情況下，盡量按照較大尺寸的設備去考慮建筑空間，來應對未來不確定的設備尺寸。

五、穩定性設計

穩定性是數據中心的基本要求，體現在以下幾方面。

（一）管路設計和BIM 驗證

建筑空間布局和系統工藝設計較為契合，才能有效保證建設分期的合理性和穩定性。因此，BIM 的參與至關重要，各專業的管道排布和碰撞試驗需要貫穿整體設計，保證管路運行的穩定性。

（二）設備選型

穩定性關注設備的持續運行能力。同樣的設備，不同型號的選擇很多。而選擇一款較常規、供應來源較多、供給量較大的設備對于數據中心的持續運維是最為有利的。而設備采購前對各類產品進行高強度高標準的測試，也是當前數據中心建設環節中必不可少的一環。

六、小結

通過工程實踐，筆者從規劃選址、設計定位、功能流線、通用性設計、穩定性設計等方面對當前數據中心的建筑設計提出了自己的看法。數據中心是一個復雜的系統性工程，所面臨的問題遠遠不止于此，希望通過不斷的學習實踐，積累經驗，更好地完成此類工程設計。