摘要：通过之江实验室一期工程大数据中心项目的设计工程实践，总结当前数据中心建筑设计面临的难点和挑战，并给出优化和解决方案。
关键词：大数据中心、规划、定位、功能流线、通用性、稳定性。
近年来，随着国内信息技术的不断普及和发展，数据存储和计算需求的大幅度增长，作为信息技术基础保障设施之一的数据中心也进入了建设高峰期。数据中心的服务对象也在不断扩展，银行、证券、政府职能部门、研究部门、商用办公等越来越多的机构需要数据中心的支持。
近期，笔者主持设计了之江实验室一期工程大数据中心项目。虽然数据中心项目的核心难点在于电气、暖通等设备专业，但是建筑设计作为各专业设计的基础，直接决定了其他专业设计的技术“天花板”。
笔者通过本项目的设计实践，总结出一些目前数据中心建筑设计时需要注意的技术问题和面临的难点，并提出解决方案。
一.规划选址
总体规划层面通常已经由上层设计所决定。有在一二线城市近郊的较为平衡的规划思路，也有在三四线城市以降低成本为主要方向的规划思路。而在类似本项目的园区工程中，数据中心作为一栋单体建筑来考量，其选址就显得尤为重要。在本项目整个园区中，数据中心的建筑面积约4.7万平方米，只占了一期工程的7%，但是用电负荷却占了整个工程的80%以上。因此，数据中心和变电站的位置关系直接影响了建设成本。在较大型的数据中心项目中，甚至独立配置大型的变电站单独为其服务，通常情况下，数据中心要尽可能靠近变电站，以此减少传输成本。
二.设计定位
虽然数据中心的定位决策者是业主甚至是政府主管部门，但是设计者如果能引导业主做出合适且准确的设计定位，对数据中心的长期健康发展是有重大影响的。之所以重要，是因为定位直接关系到数据中心的建设和运维成本。定位分为两个方面。
1.数据中心整体的等级定位。
在国家规范《数据中心设计规范》GB50174-2017中，将数据中心分为ABC三个等级。定位上通常会有种错误的取向，认为非A级不可，非高标准不可。这种取向很容易造成成本上的浪费。例如，用于实验研究的超算中心侧重于提供计算能力，基本上不需要出口带宽，超算机房单机柜容量高。相对于数据中心的高可靠性及高可用性，超算中心即使停电或冷源中断，仅仅造成本次计算中断，不会对机房的运行造成任何影响，因此采用B级甚至C级标准进行设计，就会有效地节约设备成本。而对于商用数据中心而言，高可靠性及高可用性就是首要原则，这种情况下，则会对数据中心的等级定位有更高的要求。
2.单机柜需求定位。
对于单机柜的功率需求，业主和设计方也需要进行合理的分析研究。这也和数据中心的使用对象有关。现有政府及银行类数据中心，多数采用4kW-5kW机柜的设计标准，强调可靠性。而以BAT为代表的商用用户是现在大型、高等级租赁型数据中心的核心用户，现在其主流要求为7kW-8kW机柜，同时近期开始寻求更高密度机柜的实施方案。
因此针对不同用户的使用需求和技术要求，合理制定数据中心的整体定位和单机柜需求定位至关重要。
三.功能和流线
功能流线的设计是建筑设计的主要内容。数据中心所面临的问题有如下几点。
1.建筑功能如何与电气、暖通等系统设计契合。
数据中心的建筑设计，需要充分考虑设备专业的系统设计。数据机房通常会分期实施。有些通过建筑单体来分期，有些则会在单体建筑内部通过分层或者分机房来分期，后者就会要求建筑功能的划分上就要考虑到分期实施的可能性，这种分期不单是物理空间上的，更是涉及到电气桥架、暖通管道、给水排水等等一系列复杂的工艺流程设计。而对于A级数据中心，又要满足规范上要求的容错系统中相互备用的设备应布置在不同的物理隔间内，相互备用的管线宜沿不同路径敷设等各种要求。在本项目中，设计者将数据中心分四层设置数据机房，每层又对称分南北两区，既保证了分期的灵活性，又满足了容错系统物理分隔的要求。
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2.如何合理设计货运流线、参观流线、运维流线等，以及将不同流线合理地进行安防隔离。
数据中心建筑，通常具有极高的安防安保的等级要求。这对流线设计也提出较高的要求。本项目中，货运入口单独设置，货运流线通过电梯厅设置第一道安防屏障。货运流线和运维流线分开设置，并通过走道的门禁系统进行隔离。而最重要的数据机房和变配电室等重要辅助功能，通过房门门禁设置第二道安防屏障。参观流线则设计在一层，靠近门厅处，与展厅、会议室等公区一起单独设置安防区域。这样做到分层级设置安防区域，各条流线互不干扰。
四.通用性设计
通用性设计是当前数据中心设计所面临的的新课题。
目前信息技术水平飞速提高，无论是硬件设备还是软件实力都更新迅速。这就意味着目前数据中心常用的主流的设备，特别是服务器，迭代更新的间隔会越来越短。以BAT为代表的商用用户，现在其主流要求为7kW-8kW机柜，但是目前已经朝着平均15kW甚至20kW的高密度机柜的方向发展。所以，如何使数据中心既满足当前使用需求，又能适应未来设备更新发展，是当前数据中心设计的难点。
1.层高和空间设计。
大层高大空间的数据机房是一种有效的通用性设计。当服务器功率不断提升，高功率的机房必然伴随着更多更大的桥架管道，在不影响建筑性质，例如多层和高层的界定，建筑高度的限制等前提下，尽量预留出更高的建筑空间，为今后的升级改造预留出更多的可能性。而尽可能大的机房空间，尽可能少的结构柱子，能有有效提高机柜的物理密度。
2.降板设计。
降板也是通用性需要考量的因素之一。对于常规的3Kw-5kW的低功率机柜而言，常规的制冷方式采用架空地面送风吊顶回风的形式，这种形式需要满足1m左右的架空地板的高度要求。而对于更高功率的机柜而言，合理的制冷方式为行间空调的形式，而这种形式只需要0.5m左右的架空地面的高度要求。对于功率固定不变的数据机房而言，结构降板更有利于设备的进出搬运和安装，但是结构降板就意味着后期设备升级所带来的建筑高度的空间浪费。出于通用性的考虑，结构不做降板，而采用架空地板来实现架空空间，更加有利于实现不同功率机柜的不同架空要求。
3.制冷形式。
在制冷方式上，低功率机柜和高功率机柜采用两种不同的制冷形式，但是高功率机柜的行间空调的形式同样也可以满足于低功率机柜的使用要求。服务器和机柜功率不断增大的趋势是必然的，所以在未来新建数据中心设计中，笔者认为，采用行间空调的制冷方式有着较大的通用性优势。
4.设备选型。
建筑设计在程序上提前于设备选型，所以建筑设计时通常面对未知的设备厂家和型号，而能满足设备技术参数的厂家和设备种类繁多，尺寸不一。这里所说的设备选型的通用性在建筑设计上实际反映为建筑空间的预留思考。例如电池室、UPS和配电室的建筑空间，不能仅仅局限于目前的设计基础，在有条件的情况下，尽量按照较大尺寸的设备去考虑建筑空间，以此来应对未来可能出现的不同设备型号。
五.稳定性设计
稳定性是数据中心的最核心要求。在工程实践中，笔者认为稳定性设计体现在以下几方面。
1.建筑空间和系统工艺的兼容性。
建筑空间布局需要根据系统和工艺设计而确定。两者较为契合，既有效的保证了分期的顺利进行，同时也是数据中心长期稳定运行的基础。当前设计中，BIM的有效参与也至关重要，各专业的管道排布和碰撞研究需要贯穿整体设计，良好的管路设计是稳定性的基础之一。
2.设备选型。稳定性更关注设备的持续运行情况。同样的设备，不同功率的选择很多，而选择一款较常规、供给量来源较多、供给量较大的设备对于数据中心的持续运维是最为有利的。而设备采购前对各类产品进行高强度高标准的测试，也是当前数据中心建设环节必不可少的一项。
小结
通过工程实践，笔者从规划选址、设计定位、功能流线、通用性设计、稳定性设计等方面对当前数据中心的建筑设计提出了自己的看法。数据中心是一个复杂的系统性工程，其中所面临的问题远远不止于此，希望通过不断的学习和实践，积累经验，更好地完成此类工程。
论文作者:裘靖俏,黄巍巍
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年12期
论文发表时间:2019/10/9
标签：数据中心论文; 机柜论文; 设备论文; 建筑论文; 通用性论文; 功率论文; 机房论文; 《建筑学研究前沿》2019年12期论文;