數據中心的防火設計分析
——以電信南方基地通信機樓土建項目為例

陳碧云，馮智彬

1.廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510000 2.廣州市優筑建筑設計咨詢有限公司，廣東 廣州 510000

由于數據中心內儀器精密，價格高昂，且其服務器儲存著大量重要數據，一旦數據丟失或突然停止運行，將會給企業及社會帶來不可估量的經濟損失，因此國家為保障數據中心的正常運行，制定了一系列標準，且將數據中心建筑列為重要建筑。

1 工程概況

案例項目位于廣州市中新知識城南起步區ZSCN-D4-1地塊內，具體位置在KS2號路以南，永九快速路以東。該工程地塊占地面積為134999.2m2，擬規劃建設數據中心、科研樓以及綜合樓，規劃建筑面積為358887m2，其中數據中心占地面積不少于13.25萬m2。電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目位于地塊西南角，建筑規模約為6.8萬m2，包括2棟10層數據中心和1個連通地上2棟建筑的地下室，建成后數據中心可容納約10000個機架，IT功率平均密度將達到5k/機架以上，電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目作為中國電信集團的重點項目之一，將覆蓋大灣區的IDC業務。

2 數據中心的建筑消防設計要點

消防包括消滅火災和預防火災兩種。消滅火災就是在火災發生之后，依靠不同設備救火，是一種主動防火的手段；預防火災則是在未發生火災事故前，把引火源與可燃物、助燃物進行物理隔離，控制火災不蔓延的一種方法，是一種被動防火的手段。除此之外，被動防火還跟耐火極限、燃燒性能、火災性能、疏散距離、疏散門等有關，下面以電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目為例進行說明。

2.1 數據中心的耐火等級

數據中心是一種特殊的建筑，它可以是工業建筑，也可以為民用建筑。當數據中心位于工業用地時，它執行建筑設計防火規范的廠房建筑部分；當其位于其他用地時，它執行民用建筑設計防火規范。該項目位于科研用地，屬于民用建筑，因此按建筑設計防火規范的民用建筑部分執行。

《建筑設計防火規范（2018年版）》（GB 50016—2014）（以下簡稱《防火規范》）將工業和民用建筑耐火等級分為四級。耐火極限時間最長的為一級，通常可以達到3h；耐火極限時間最短的為四級，通常為0.25～0.5h。只有民用建筑的地下室或半地下室和一類高層建筑的耐火等級規定為不應低于一級，其他一般根據建筑物的高度、使用功能、重要性和火災撲救難度來確定。數據中心的耐火等級不應低于二級。廠房和民用建筑二級耐火等級建筑構件的耐火極限和燃燒性能見表1。

表1 廠房和民用建筑二級耐火等級建筑構件的耐火極限和燃燒性能

由表1可知，耐火極限是從建筑的柱、承重墻→梁→樓板→隔墻→裝飾逐漸縮減的，與蓋樓的順序相反，其目的是保證支撐房屋的承重構件不易被破壞，房屋不易坍塌。目前相關規范只要求鋼筋的最小保護層厚度應為20mm，然而火場的溫度極高，顯然這個厚度并不能滿足火災發生時鋼筋所需的厚度要求，因此在設計階段應考慮火災帶來后果的嚴重程度，適當增加鋼筋保護層的厚度，或者采用耐火砂漿進行墻面抹灰。數據中心的耐火極限最低要求應按表1執行。然而，耐火極限為2.5h時也遠遠不足以保護精密儀器，因此在設計建筑防火時要合理考慮建筑的平面布局，確保能夠有效阻止火勢蔓延。與平面布局有關的參數包括防火分區、層數、安全疏散、功能布局和疏散門的數量。

2.2 數據中心的防火分區和層數

民用建筑中單或多層一、二級耐火極限的防火分區允許面積為2500m2，高層民用建筑的防火分區最大允許面積為1500m2。應用在工業建筑的數據機房應按丙類廠房一、二級要求：單層廠房建筑的防火分區不限，多層廠房建筑每個防火分區的最大允許面積為6000m2（一級耐火等級）或4000m2（二級耐火等級），高層廠房每個防火分區的最大允許面積為3000m2。當建筑內設置自動滅火系統時，均可按規定值增加1倍面積，局部設置時，防火分區的增加面積可按局部面積增加1倍計算。因此，在考慮數據中心平面規模時應考慮防火分區因素，以盡量接近防火分區的規范值為優。電信南方基地A3棟通信機樓總高度為60m，屬于一類高層建筑，建筑內全部增設自動滅火系統，項目單層面積為2927m2，按1個防火分區計算，其優點是平面內不需要增加防火墻、安全出口，也不需要增設滅火設備系統等。

2.3 數據中心的安全疏散

數據中心單層面積都比較大，多層的數據中心平面面積約4988m2，剛好為1個分區面積。根據《防火規范》要求，建筑內每個防火分區或1個防火分區的每個樓層，其安全出口的數量應經過計算確定，且不應少于2個。每個安全出口都有規定的距離，對于民用建筑和高層工業建筑，布置在兩個安全出口之間的房間門距離安全出口的直線距離不應大于40m；對于單層工業建筑，該距離不應大于80m；對于多層工業建筑，該距離不應大于60m。從房間內部任一點到房間門口的疏散距離應該等于袋形走道的疏散距離，而且只要建筑內部全部設置自動噴淋系統，則該距離應增加25%，相當于從房間內到房間門再到疏散樓梯的距離，單、多層民用數據中心的該疏散距離不應超過67.5m，高層民用數據中心的該疏散距離不應超過65m。當數據機房內設置高靈敏度的吸氣式煙霧探測火災報警系統時，該機房內任一點到最近安全出口的直線距離可增加50%，因此一個經濟的平面布置首先要滿足消防要求，其次要節省交通面積。

2.4 數據中心的功能布局

一般情況下，數據中心的使用功能都是比較單一的，但當與數據中心不相關的其他功能房間也在同一個建筑內時，數據中心與其他功能房間應采用耐火極限不低于2.0h的防火隔墻和1.5h的樓板隔開，防火隔墻上的門應采用甲級防火門。建設在工業用地上的數據中心，當室內有辦公、值班等類似功能房間時，應采用耐火極限不低于2.5h的防火隔墻和1.0h的樓板與其他部分分隔，并應至少設置1個獨立的安全出口，隔墻上應設置乙級防火門。

3 數據中心氣體滅火系統的選擇

主動防火是通過設置具體的消防設施來減輕火災發生后造成的后果，如設置自動噴水滅火系統、火災自動報警系統、可燃氣體探測報警系統、電氣設備監控系統、消防控制室等。數據中心的消防設施通常使用管網氣體滅火系統、水霧滅火系統、火災探測器，以及具有滅火系統和視頻監控系統聯動功能的火災報警系統。

數據中心中的主機房區域的滅火系統應從可靠性、綠色環保性、節能性、通用性及經濟性等多方面進行綜合分析，大多選擇氣體滅火系統。用于主機房和配電房時可選擇七氟丙烷滅火系統、IG-541氣體滅火系統和二氧化碳滅火系統。

二氧化碳的滅火機理是窒息和冷卻，它會對停留在保護區域中的人員造成嚴重傷害，甚至死亡，而且它并不是一種綠色環保的材料，還會加重溫室效應，只能用于無人場所，而數據機房平時經常有人檢修和維護，因此不推薦使用二氧化碳滅火系統。IG-541是氮氣、氬氣、二氧化碳混合而成的氣體，主要滅火機理是物理滅火，對人體安全無害，滅火劑用量大、系統壓力高、儲瓶數量多，其管網造價相對較高。七氟丙烷滅火劑價格是三者中最高且需要定期更換的，后期運維費用較大，但由于火災時噴射劑量少、系統壓力低，其設備造價和管網造價也相對較低。國產的IG-541氣體滅火系統與外貯壓式七氟丙烷滅火系統的綜合造價基本上沒有差別。另外，采用七氟丙烷滅火系統時，由于其氣瓶間的面積約為IG-541系統的一半，這樣就可以增加數據機房的利用面積，從而可以放置更多的機架，數據機房的利用率及機架的收益也會明顯增多。因此，經過綜合分析比較后建議采用七氟丙烷滅火系統。

數據中心中的公共區域，除了不宜用水撲救的部位，均設置預作用自動噴水滅火系統。這種系統由火災自動報警系統自動開啟雨淋報警閥，配水管道開始充水時，干式系統轉換成濕式系統，待噴頭自動爆裂后立即噴水。為保證系統的穩定性、可靠性，預作用閥及其補氣裝置、控制屏等設備應由同一廠家配套提供。

4 結束語

無論是數據中心還是大型酒店或住宅的建設，建設單位都應該把安全放在第一位，把“消”和“防”作為建筑設計的重點。對此，相關工作人員應根據不同類型建筑的實際情況，科學開展消防設計工作，努力貫徹落實消防法，進一步做好建筑消防設計工作。