中国航空规划设计研究总院有限公司 北京市 100020
摘要：大型机房是供大型计算机、网络、通信设备正常运转、工作的重要场所。其建设投资大，一旦发生火灾，不仅会造成巨大的经济损失，还可能对正常的社会秩序产生严重的影响。基于大型机房防火设计的相关研究较少的现状，笔者在某大型机房设计中，从机房防火的建筑措施、防火应急设施系统设置等几方面进行了相应的探索,希望对今后相关设计工作提供借鉴。
关键词:大型机房；防火设计；
1 背景
随着网络、通信和计算机系统的大规模应用和发展，机房建设的需求和建设量呈现出井喷式的增长。《2015年中国大数据发展调查报告》显示，“2015年中国大数据市场规模达到115.9亿元，增速达38%”。一些权威机构更是大胆预计，“到2020年，中国数据中心保有量将超过8万个，总面积将超过3000万平方米”。
目前国内机房的建筑设计将主机房每个单元面积在500㎡以上的，划分为大型机房。另外根据电子信息系统机房中系统中断将造成的经济损失和对社会秩序的影响，将其划分为A、B、C三个等级。
面对这片庞大的新兴市场，不仅各地政府在积极地“圈地”，各大数据企业、勘察设计单位亦在尝试从大数据机房技术和服务领域寻求商机。
2 意义
大型机房大多属于密闭型的空间建筑。它的特点是内部设备用电量大、价值高，日常值班人员较少。一旦发生火灾，损失将非常巨大。
以2006年伦敦某数据中心遭遇的特大火灾为例，逾600家企业托管的数据资料化为灰烬，严重影响了数据托管企业的业务正常运行，造成了巨大的经济损失。更为严重的是，由于信息、资料数据的破坏，相关行业的管理、控制系统都受到了十分严重的影响，火灾所造成的间接损失更是难以估计。
做好相关防火设计工作可有效降低火灾发生的概率，在火灾发生时，也可有效减小火灾发生所带来的直接和间接损失。
大型机房是我院近年来着力发展的新型业务领域之一，做好相关防火设计研究工作，有利于增强我院在相关领域的技术储备，为我院抢占大型机房设计市场提供技术支持。
3 大型机房的火灾特点
大型机房内的主机房和设备用房多为密闭空间，其火灾发生具有以下特点：
3.1 散热困难，发生火灾时烟量大
主机房墙面通常仅设有疏散门而无通风窗，一旦发生火灾，热烟气无法通过门窗顺利排出，同时由于主机房耐火等级高，导热性差、散热弱，导致燃烧产生的热量大部分积累在室内，室温升高快。
3.2 用电量大，电气火灾多
通常情况下，普通机房的用电量为办公室的4-5倍，大型机房用电量要更大。机柜电源常有负载超过连线和电路结构的承载能力，引发积热、打火、断路、数据丢失，甚至电气火灾等事故发生。
此外，由于长期高负荷运转，部分电气线路的绝缘保护层会因为高温而加速老化，易形成阴燃。由于阴燃早期不易察觉，一旦发现往往已形成明火，耽误了早期灭火时间。
3.3 无人值守，预警处置慢
由于大型机房内计算机集成度高，大多实现了计算机自动管理，为无人机房。传统的火灾探测器无法及时感应火灾而延误灭火时机。即使有的机房火灾报警系统发出预警，也由于管理人员无法及时找到故障区而导致灾情进一步扩大。
3.4 环境特殊，扑救难度大
由于大型机房内的设备都属于精密设备，对环境的要求很高，如防水、防烟等，如果为了消灭火灾而采取不当的灭火方式，则很容易造成对设备、信息等的再次破坏。
4 防火规范的相关要求
根据《电子信息系统机房设计规范》的相关要求，电子信息系统机房的耐火等级不应低于二级。当A级或B级电子信息系统机房位于其他建筑物内时，在主机房与其他部位之间应设置耐火极限不低于2h的隔墙，隔墙上的门应采用甲级防火门。面积大于100㎡，的主机房，安全出口不应少于两个，且应分散布置；面积不大于100㎡的主机房可设置一个安全出口，并可通过其他相邻房间的门进行疏散。主机房的顶棚、壁板（包括夹心材料）和隔断应为不燃烧体。
电子信息系统机房的建筑设计，除应符合本规范规定外，还应满足《建筑设计防火规范》GB50016-2014、《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005的有关规定，A级电子信息系统机房的主机房应设置洁净气体灭火系统。
5 工程实例
项目名称：某计算机系统机房建设项目
5.1 项目概况
本项目建设地点位于北京市海淀区，营区所在地块总用地面积12.6ha。项目用地方整，地块呈“口”字形(见图1)。
该计算机系统机房项目位于营区已建项目的核心位置，机房南侧为已建业务办公楼、西侧为已建A计算机系统机房、东侧为下一代机房建设用地、北侧为已建A计算机系统冷却设施(见图2)。
机房东西长47.3m，南北长81.7m，局部长92.2m，建筑占地面积3824.5㎡，总建筑面积17295㎡，地下一层、地上三层、局部四层。总建筑高度23.85米。
5.2 功能布局
机房是一座集主机房区（前端机房、AC UPS机房、DCUPS机房等）、辅助区（进线间、测试机房、维修室等）、支持区（变配电室、UPS间、空调机房等）行政管理区（机房办公室等）于一体的大型计算机数据机房。
设计中，将主机房和与其关系密切的前端机房、硬件维修室等房间布置在建筑上层，以便于围绕主机房展开工作和对设备的维修处理；将人员活动较少的配电间、UPS间、水泵房等辅助房间布置在建筑底层。各功能房间由机房网络系统连接起来，并由机房监控系统进行控制；主机房、配电间和UPS间等重要设备用房需设置空调系统和消防灭火系统。
由于配电间输出的低压电经由UPS设备给计算机系统供电，故UPS间与配电间应在水平方向上相邻，而主机房和UPS间应在竖直方向上相连。为避免水患，水泵房布置在底层，用于冷却主机房内的计算机设备。(见图3)。
主机房的平面布局采用封闭式布置，主机房居中布置，维修间和库房等房间环绕在主机房周围，有利于机房保密和管线布置，各功能房间联系便捷（见图4）。
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5.3 空间布局
在机房空间布局中，10KV变配电室、主机房及网络设备机房、直流电源机房等核心房间布置在建筑地下一层、一层、二层、三层的中心区域；由于为核心区域提供配套服务的配线间、HVREC整流器室、直流电源电池间、AC UPS机房等房间与核心区域之间存在大量的电力管线，因此在建筑各层水平方向上设置了高900mm~1300mm不等的架空地板，以此满足管线水平连接和检修的需求；机房及管线上下层间的垂直联系则通过机房单侧及两侧的通高配线间来实现，配线间的高度根据实际使用需要，通高高度在2-4层不等（见图5）。
6 机房防火设计的建筑措施
6.1 防火分区
机房每层均设有自动灭火设施，建筑共分为五个防火分区，其中地下室分为两个防火分区，防火分区面积分别为1913㎡和1873㎡；地上每层为一个防火分区。
6.2 疏散设计
疏散通道是火灾发生情况下人员逃生的必经之路，通道的尺寸大小、通道设置的位置决定了逃生至安全场所的可承载人流量和逃生难易程度。
6.2.1 疏散通道的位置
考虑到本建筑使用过程中主要人员均集中在一层至三层中心位置的主机房区域，同时各主机房东西向进深均＞25m的实际情况，疏散通道均沿着机房东西两边设置并与疏散楼梯及直通室外的出入口相连。
6.2.2 疏散通道的大小
本建筑的疏散通道不仅要考虑相关规范对通道大小的限制，由于疏散通道还承担着大量电气设备运输通道的特殊使命，通道尺寸还应综合考虑设备尺寸及设备运输尺寸的实际情况，并选择其中较大的尺寸作为通道尺寸。
根据《电子信息系统机房设计规范》（GB50174-2008）对疏散通道尺寸的相关规定，“计算机房建筑的入口至主机房应设置通道，通道净宽不应小于1.5m”，电气设备宽度最大尺寸为1.8m，运输过程中设备边缘至墙体需至少保证200mm的安全距离，即设备运输尺寸最小值为2.2m，因此建筑中疏散通道尺寸确定为2.2m（见图6）。
6.2.3 与疏散通道相连的疏散口的要求
机房内部各主机房房间面积均大于100㎡，因此每个房间均设有两个及以上的安全出口，同时各安全出口分散布置，保证房间内任意点至最近房间门的距离不大于22m，所有直通疏散走道的房间疏散门道最近安全出口的直线距离均不大于40m，与疏散通道相连的楼梯间均采用封闭楼梯间，楼梯间开向疏散走道的门均采用乙级防火门，建筑首层设置直接对外的出口或经过门厅到达室外。
6.3 防火构造及分隔
机房地下室耐火等级为一级，其他部位按二级耐火等级设计。10KV变配电室、主机房及网络设备机房、直流电源机房、配线间、HVREC整流器室、直流电源电池间、AC UPS机房等房间与其他房间之间均采用200厚B05蒸压加气混凝土砌块（耐火极限不低于2.0h）作为隔墙，机房及相关房间开向通道的门均采用钢制甲级防火门。
地下一层防火分区之间的隔墙采用200厚B05蒸压加气混凝土砌块砌筑，双面抹灰，耐火极限≥3.0小时；楼梯间的墙、电梯井的墙、专业设备用房的墙≥2.0小时，外墙、疏散走道两侧的隔墙≥1.0小时，普通房间隔墙≥0.75小时。
6.4 横向及竖向防火封堵
各机房房间内各类管线均采用暗敷，配线间等上下连通的技术竖井根据防火规范要求进行防火封堵。具体措施如下：建筑物内的管道井（风井除外）在设备管线安装完毕后，每层楼板处均用耐火极限不低于楼板的后浇板或防火封堵材料作防火分隔。管井井壁耐火极限不低于1.00h。井壁上的检查门为丙级防火门。凡防火分隔构件的贯穿孔口和结构缝隙均应进行防火封堵，并根据缝隙位置、大小和贯穿物等具体情况选用相适应的防火封堵材料（见图7）。
6.5 室内装修
建筑内部装修材料，尤其是逃生过程中经过的房间、走道、门厅空间中所涉及的装修材料的耐火性能，在人员安全逃生中具有决定性作用。如建筑室内材质、门厅吊顶等，一旦因燃烧或高温致使毁坏及掉落，便会伤及人员，造成恐慌，并阻碍救援工作的进行。因此设计之初对于建筑室内材料的选择应当符合耐火性能的相关规定。
大型机房设备正常工作时对环境的温度、湿度及洁净度要求较高，通常情况下主机房房间的墙面采用铝塑板墙面，本次设计综合考虑装修造价控制及防火规范相关要求，主机房墙面统一采用白色防火乳胶漆墙面。
有架空地板需求的主机房房间、及配套UPS间、电池间等房间内的活动地板采用导电性能好，具有足够的机械强度，具有耐腐蚀、耐潮湿和防火等特点的抗静电铝合金活动地板。
考虑到主机房内部端庄整洁的需求，有人长期停留的各主机房房间顶棚均采用装饰石膏板吊顶。
7 防火应急设施系统设置
影响人员安全逃生的应急设施系统主要包括室内外消防栓系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统和火灾自动报警系统等。
7.1 室内外消防栓系统
营区内设有消防蓄水池，内储3小时室内、外消火栓灭火系统用水量和1小时自动喷水灭火系统用水量。
由于各主机房进深均大于25m，在机房两侧都设有公共走道，并在走道上设置室内消火栓系统。
7.2 自动喷水灭火系统
机房内非与电有关的房间均采用自动喷水灭火系统。初期消防水量由设于现有业务办公楼的高位消防水箱供给，消防用水由设在现有业务办公楼地下一层的消防水池及消防给水泵房直接供给[3]。
7.3 气体灭火系统
本建筑地下一层各设备用房、各层10kv变电室、HVREC整流器室、强弱电配线间、通信机房、直流电源 电池间、直流电源机房、AC UPS机房1、AC UPS机房2、外围设备机房等怕水房间均设置了洁净气体灭火系统。
由于本工程所有机房防护区面积和体积均超出了相关规范要求（《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005规定：采用官网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800㎡，体积不宜大于3600m³），设计中采用了双管路供气的设计方案，最大限度地确保气体灭火系统的安全性。采用贮压式七氟丙烷气体灭火系统，与一期机房使用的IG541气体灭火系统相比，节省气瓶间的占地面积，降低了气瓶的压力，安全性大大提升，节省了投资。
7.4 火灾自动报警系统
综合考虑机房的重要程度、火灾危险性、疏散和扑救难度等因素，机房的火灾自动报警系统均按照特级保护对象的要求进行设置。神Ⅶ机房内面积大于140㎡的机房的火灾自动报警系统均按一级保护对象的要求进行设置。
机房一层的消防控制室内设有集中火灾报警控制器、联动控制盘、广播控制装置、消防备用电源、防火门监控器、消防设备电源监控器等设备，消防控制室与园区消防泵房通过外线联网[4]。
8 结语
大型机房作为与人们生产、生活息息相关的重要建筑类型，随着我国经济的快速发展，云计算、云平台等先进大数据理念的深入人心，在未来的大型机房建设中，其设计安全性要求必将引起人们更多的关注和重视。
作为安全性要求中最重要的一环，机房的防火设计对相关的专业知识和技术条件都有很高的要求，建筑师不可能全面提出所有的相关注意要点，还需要相关专业、相关部门共同拓展完善，相信在大型机房相关从业者的共同努力和帮助之下，大型机房防火设计研究能更加合理、完善。
参 考 文 献
[1] 陈文 黄莉.数据中心建筑设计探析.山西建筑2013.2
[2] 邸芃 方志勇.试谈大中型电子计算机机房建筑设计.工业建筑2004.10
[3] 王学谦主编. 建筑防火设计手册（2版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[4] 黄镇梁. 期待建筑防火设计制定系统的安全性能标准和设计导引.建筑学报，2008（6） :78-79.
论文作者:姜永浩
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/10
标签：机房论文; 主机论文; 火灾论文; 房间论文; 建筑论文; 通道论文; 灭火系统论文; 《建筑实践》2019年第11期论文;