浅谈新型数据中心的建筑设计—以国内某数据中心设计为例

　　摘要：本文通过近年笔者参与的数据中心项目，对数据中心的建筑设计原则进行总结，并通过一个实际数据项目举例说明数据中心的建筑设计要点及主要内容。

　　关键词：数据中心 设计原则 可靠性 高效性

　　Abstract: in this article, through the data center in recent years in project to the data center building design principle in summary, and through a practical project example data data center building main design and the main content.

　　Key words: data center design principles reliability efficiency

　　0 引言

　　我们可以用最简单的词语将数据中心 定义为：企业整个IT系统的核心交换和控制中心。随着全球互联网及电子信息技术的飞速发展，信息网络已成为人们日常工作和生活不可缺少的元素。新型的数据中心作为信息网络的关键节点，承担着越来越重要的作用。其建筑设计方面有许多值得研究和讨论的内容。

　　1 数据中心设计标准及设计依据

　　关于数据中心的设计标准，国内应用的最新标准为2008年制定的 《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)，另外还有北美地区常使用的由美国电信工业联盟 EIA制定的电信机房设计国家标准。

　　其中美国的EIA标准按照可靠性和安全性将数据中心的级别分为T1/T2/T3/T4，共四个等级。而我国的国标是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，共三个等级。

　　不管是国际标准还是国际标准，实际上对于数据中心自身的设备布置、环境要求、建筑结构、空气调节、电气、电磁屏蔽、机房布线、监控安全、给排水、消防等方面都有其特殊的要求。而其中数据中心的电力供应、空调系统是此类建筑区别于其它类型建筑的最重要特点之一。

　　2 一般数据中心建筑构成及特点

　　数据中心是为电子信息设备提供运行环境的场所，可以是一幢建筑物或建筑物的一部分，其内部的建筑基本组成部分主要有：主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。

　　主机房是主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间，包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。

　　辅助区是用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等。

　　支持区是支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、不间断电源系统室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。

　　目前国内数据中心的建筑设计，习惯根据主机房的规模将数据中心划分为两类：一种是主机房中每个单元面积在50-500平米的小型企业级数据中心、另一种主机房每个单元面积在500平米以上的中、大型企业级数据中心。

　　实际上无论是小型、还是中大型的数据中心，其建筑上的构成基本是一致的，其设计特点均为可扩展单元是组合，每个单元配合独立设置相应的供电、空调支持区。外围设置其它辅助及支持房间。目前一个衡量数据中心设计的趋势，面积指标已不是最主要的指标，实际上一个数据中心的提供的供电能力及制冷能力是衡量该数据中心的关键指标，所以数据中心的建筑设计也是围绕供电及制冷这两个指标开展的，处理好这两个问题，才能从根本上保证数据中心的运行的可靠性和运行的成本及费用。

　　3 本项目工程概况

　　笔者参与的该数据中心工程项目，建设地点位于北京市东部某电子园区内。总建筑面积6640㎡ ,其中室外平台面积750㎡。属于原有厂房改造项目。

　　原建筑是一幢电子类单层厂房，结构形式为钢筋混凝土单层结构，局部办公二层。建筑高度9.2m ,局部11.55m。

　　改造后一层功能分区详见图1。

　　生产火灾危害性类别：丙类;

　　消防设计：耐火等级二级，设置火灾自动报警系统、消防栓系统及气体灭火系统。本建筑办公区为一个防火分区，机房区域为一个防火分区。

　　4 本项目建筑设计要点

　　4.1 建筑功能组成

　　本项目布局采用辅助区域围绕主机房的布局形式，从机房面积看属于典型的小型数据中心。本项目主机房共设4个单元，主机房设计按照国标A级，EIA标准T4级标准，服务器均为24小时不间断运行，每个单元的机房均配置独立的配电间和精密空调区作为辅助机房。

　　机房区每个机房的建筑面积约375平米，每个空调设备区的建筑面积为60平米，每个单元共计495平米。每个机房单元内设8组机柜，每两组机柜面对面放置，中间为封闭式冷风通道，间距1200mm。不同组间机柜背对背距离也为1200mm，共同组成热通道。

　　每个机房单元对应的变配电室面积约200平米，每个机房单元对应的电池室(UPS室)面积约100平米。变配电室及电池室与对应的每个单元中主机房侧面紧邻，保证配电室的进出线方向顺直主机房机柜方向。机房(不含空调设备区)、配电、电池室面积关比约为4：2：1的关系。

　　本工程主机房室内建筑净空接近7400mm，建筑在竖向空间内划分为三个部分：上部为2400mm的建筑吊顶上空区域;中部4000mm为机房的实际占用空间，其中2800mm为机房机柜安装空间(含冷风通道)，上部1200mm为各种机电桥架安装空间;下部1000mm为超高层架空地板，保证机房设备支架的安装，以及提供充足的管线走线空间及保证精密空调送风系统的安装。

　　4.2 建筑交通组成

　　数据中心的交通流线相对简单，主要有工作人员流线和设备流线两条，本项目内部交通流线详见图5。其中主要特点是：人员流线区分日常办公、接待与日常生产管理两个方面;设备流线结合检测、拆包设置，同时兼顾设备搬运方便，与主机房的路径的便捷。

　　建筑内人员日常活动主要集中在南侧的辅助工作区，建筑中部核心区机房及配电室相对封闭，仅为相关工作人员维护和检修时使用，其外设环型走道连通所有区域，四个角部设疏散口、物流搬运口。

　　4.3 建筑设计特点

　　4.3.1可扩展性的布局

　　主机房是数据中心组成的核心部分，考虑到未来的扩展性和可靠性，一般均按单元分区设置。数据中心采用了模块化的设计思想，考虑合理的冗余，使每一个部件均可在线维护和更换。数据中心设计的一个重要特点就是要满足企业未来IT系统的可扩展性。这种扩展性不仅体现在其设备的可扩展，建筑的组成也要考虑扩展性。本工程所选用的装修材料尺寸标准化，装配简捷化，如金属石膏复合板墙面，尺度为300模数，即1200宽尺寸，装配方式简捷易操作。采用抗静电活动地板，便于开启，方便将来的线缆增加或变更;机房吊顶采用联合吊装支架系统，以保证顶上各种管、线、槽的合理安装与扩展，所有吊杆都集中与联合吊装支架系统连接固定，避免各种管线安装吊杆对楼板防水保护层的破坏，并具有灵活调整吊杆位置的特点，能满足机房扩展所需的吊挂要求，扩展时可实现无尘施工。

　　4.3.2 机房自身防入侵设计

　　机房工作区与外界生活区应有严格分隔，主机房区域与工作区严格分隔，以避免外界非法入侵的可能。本工程中门厅、接待室与机房工作区之间设有分隔墙体，墙体上安装防火门并配有门禁系统;门口设有警卫值班室，可视窗能够观察到进入本数据中心的人员活动情况。机房工作区内部走道相互联通，但不能随意通过，主机房区域走道设有墙体、门配有门禁系统，去往主机房的人员需要有单独的身份识别。从建筑设计上最大程度避免非法入侵的发生。

　　4.3.3保温、防结露设计

　　数据中心在消耗电力的同时，产生大量的热量。随着温度的升高，IT硬件的可靠性大幅降低。为确保空调系统冷量能够物尽其用，避免冷量浪费，机房周围的墙体与屋面要有很好的保温措施。本工程中屋面保温层全部重新铺设，采用70mm挤塑保温板;本建筑原有外墙为240mm页岩砖，已不满足节能的要求，故外墙增设50mm挤塑板保温层;外窗全部改为断桥铝合金中空玻璃窗;整栋建筑满足《公共建筑节能设计标准》的要求。主机房区域墙体采用200mm加气混凝土砌块，机房内侧采用单层金属石膏复合板内附50mm自带铝箔玻璃丝棉;主机房吊顶采用50mm金属岩棉夹芯板吊顶;采用这些措施后能够满足空调专业的要求，达到了保温，防结露的目的。

　　4.3.4防水设计

　　防止水侵入机房是建筑设计的一个重点。除建筑物本身应密闭防水外，机房内水源也应有有效的防水措施。机房内的水源有以下几种：专用空调的冷凝水、加湿水及新风处理机的冷凝水。空调设备区架空地板下地面上做一圈挡水围堰，以防可能出现的泄露水;新风机安装在吊顶下，安装位置选择在机房边角等无设备机柜摆放的位置。空调设备区挡水槽区域内刷防水涂料，并设地漏，消除漏水隐患。空调冷冻水管及立管均采用水泥纤维加压板包敷。有漏水隐患处设置漏水报警系统，有效的掌握可能发生的漏水情况，避免漏水事故造成严重危害。

　　4.3.7防火设计

　　本工程机房四周墙体采用200mm加气混凝土砌块，耐火时间4小时。机房内装修采用选用A级材料，所有门均采用钢制甲级防火;室内钢结构构件采用耐火极限2.0小时的油性防火涂料。

　　4.3.5防尘、防静电、防干扰设计

　　机房装修所选择的材料要具有防尘、不起尘、具有表面静电耗散性能、易清洁的特点。本工程中选用金属石膏复合板墙面、金属岩棉夹芯吊顶板、防静电架空地板等，均具有以上特点。利用金属材料具有防干扰的特点，本工程机房六面选材均选用具有静电耗散性能的材料，以减少来自外界的对主机房的电磁干扰等。

　　结束语

　　本文通过某数据中心的实际设计经验，阐述数据中心类建筑的特点，及建筑设计中的一些基本原则，并结合实例说明具体实施方式。希望对大家在设计此类建筑时，能够有所帮助。

　　参 考 文 献

　　《Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers》(ANSI/TIA-942–2005)

　　《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)

　　《电子计算机场地通用规范》(GB/T-2887-2000)

　　《防静电活动地板通用规范》(SJ/T10796-2001)

　　《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)

　　《建筑内部装修设计防火规范》(GB 50222-95)

　　《电子信息系统机房施工和验收规范》(GB 50462-2008)

　　《采暖通风与空气调节设计规范》 (GB 50019-2003)