郝 飞

（中国移动通信集团设计院有限公司）

基于提高数据中心装机容量的建筑平面设计研究

郝 飞

（中国移动通信集团设计院有限公司）

数据中心设计是一个系统化的工程，需要土建及机电各专业的统筹配合。建筑专业作为土建及机电设计的基础条件提供方，需要充分了解各专业的功能需求，进而创作出满足功能需求同时具备建筑学品质的设计方案。在近年来的设计实践中，建筑专业遵循整体化、标准化的设计理念，形成了较完备的数据中心机房技术解决方案。面对越来越复杂的数据产业发展，各行业对数据中心的需求也日益增强。论文重点从数据中心建筑平面设计入手，结合近期工程设计的案例，探索应对较高装机需求的设计解决方案，并总结设计中的若干问题，提出新的设计思路。

数据中心；建筑平面；装机容量

1 概述

伴随着互联网及通信技术的迅速发展，作为数据信息的载体，近年来数据中心的建设也日新月异。在通信设计行业，设计重心也从传统的通信机房逐步转向规模更大、功能更强的数据中心机房，由此带来的变化不仅是设计规模的扩大，其内部更强大的工艺需求及更复杂的机电设计则越来越多地对数据中心自身设计产生影响。数据中心的土建设计作为基础设施的设计根基，势必需要对新形势下数据中心的设计进行更新与改进，以适应更为复杂的功能需求。

2 数据中心机房平面发展及类型

依托对国内外数据中心的广泛调研，遵循整体化、标准化的设计理念，我院建筑专业协同机电设计各专业逐渐探索出一套具备自身行业特色的数据中心机房技术解决方案，并通过在中国移动系统内一系列工程实践，得到较好的应用及发展。

数据中心机房由于其内部功能的要求，多采用规矩的平面轮廓，方形、矩形等是常用的平面形式。从早期的通信机房到目前流行的数据中心机房，大致经历了传统机房——模块化数据中心——模块化+集中化数据中心——标准化+集约化数据中心的发展历程。在这个过程当中，不断地追求高效、集约化设计，成为机房设计的趋势。早期的标准化机房方案主要解决了机房从自由设计到有序设计的问题，随后的模块化、集约化机房方案则是促进了机房从粗放到精细的转变。

3 某案例引发的思考

在近期的设计实践中，提高数据中心的装机容量逐渐成为业主需求的主旋律，在有限的建筑空间内，尽可能多地解决有效装机数量，直接关系到数据中心后期自用或客户租用的使用效益。在此形势下，提出更加高效的建筑平面，是整个工程设计的重要基石。以下以某数据中心工程设计为例，归纳建筑平面设计的手法。

3.1任务限定

该项目地处华北地区某城市，通过对本次设计任务的梳理，有几点需要重点关注之处：

1）容积率限定，即地上建筑面积≤103100㎡。

2）机架数限定：预计20000个机架或5～7m2/机架。

3）平面轮廓限定：遵循总体规划的建筑轮廓。

4）单体功能限定：4栋单体（数据机房A2-1、A2-2、A2-3和动力中心A2-4），每栋机房功能根据不同需求而定，A2-1、A2-2、A2-3地上建筑面积均应控制在31000～32000㎡范围内，A2-4动力中心地上建筑面积应控制在7000～9000㎡范围内。如图1所示。

图1　单体功能限定（绘图 赵昱）

3.2设计目标确定

在如此限定之下，本次设计面临的最大问题已凸显，即在限定的建筑面积内解决限定的装机数。由于该项目地块内前期启用的数据中心机房已进行装机运行，可以先对其数据进行梳理。机房外轮廓基本一致，地上层数、面积也基本相同，因此对既有数据进行总结可更直观的指导本次设计。通过梳理，得出以下数据：

单体建筑面积30300㎡；

装机数3100架；

平均单机架建筑面积约10㎡/架。

再次对照拟建建筑的需求，可以清晰发现本次设计所要求的装机数确实是超出常规的，这成为了本次设计的重点目标。

4 解决方案

在长期实践中，建筑师往往能够根据经验进行平面设计的早期判断，主要包含对面积及装机数的比例的掌握。通常机房平面设计中，一般遵循如下原则：建筑师提基本建筑平面——工艺设计提装机需求——空调专业提空调形式——电源专业提电量需求——建筑师根据反馈调整建筑平面，由于建筑、工艺、电源等的需求均互相影响，需要达到最终的动态平衡，如此的流程需要进行数次，最终完成满足各专业需求的平面。

4.1既有轮廓梳理

本次设计中，平面轮廓根据前期场地规划方案已基本确定，即78m×100m。在既定的平面轮廓中探寻最优化的功能布局，是本次设计的前提（见图2）。根据机房内主要功能空间的使用情况，将其划分为IDC机房、电源、辅助空间3种主力模块。通过对3种模块的不同组合，提出“集中化”“分散化”“组团化”等不同模块的组合方式，选出较为理想的模式进行深化。

平面原始尺寸限定

图2　既有轮廓（绘图 李楠）

通过对比可以发现，模块组团化的平面形式具备了功能明确、路由便捷、扩展性好、流线清晰的多重优势，是较为理想的机房平面雏形（见图3）。

图3　设计推导：平面布局概念对比（绘图 李楠）

4.2装机空间精细化设计

机房内模块布局大致确定后，下一阶段设计围绕此轮廓进一步确定基本的开间及进深柱网尺寸。在这个设计过程中，为了达到最大装机效果，建筑师引入了更为精细化的空间尺寸推敲体制，即建筑空间完全根据装机空间来设计，而并非套用传统的建筑模数尺寸。

1）步骤1：机柜尺寸确定

在设计之前，经与主要专业沟通，确定本方案的基本前提：单个机柜尺寸600mm×1200mm×2200mm（见图4），主力机房采用精密空调，设空调区。

2）步骤2：单列机柜长度

根据GB 50174—2008《电子信息系统机房设计规范》4.3.4第5条，一列机柜超过15m应设维护走道，因此，控制每列机柜在15m左右能够更加合理地利用空间（见图5）。

3）步骤3：维护空间

根据机柜维护要求，在两端设主次维护通道，宽度分别为1.5m和1m（见图6）。

图4　机柜尺寸确定（绘图 李楠）

图5　单列机柜长度（绘图 李楠）

图6　维护空间（绘图 李楠）

图7　空调空间（绘图 李楠）

4）步骤4：空调空间

主力机房均采用精密空调，沿机柜排列方向两端需设置空调区，综合空调设备的摆放原则，确定尺寸为2.4m（见图7）。

5）步骤5：确定柱网

综合前几步的空间尺寸，得到机房内单列机柜最长时的空间长度为22.8m，结合建筑结构的合理区间，设置2跨柱网，即进深方向柱网11.4m，这样每2跨形成一个装机空间，在完整柱跨内布置机房，可以避免小柱网产生的消极空间（见图8）。

开间方向的尺寸确定，则主要受制于消防疏散的要求。根据现行《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）要求，房间内一点离疏散出口距离不应超过22m，在此基础上，综合开间方向的整体长度，确定8.7m为主的开间柱网尺寸，在开间方向形成匀质的空间构成。

4.3确定交通空间

根据机房装机空间的大致思路，将平面纵向划分为3组功能区，均可作为装机空间及电力空间。在此基础上形成了双通道布局，保证两侧房间的单面疏散距离，中间房间采用双向疏散。同时使每个机房的空调区均对走道开门，便于维护的独立操作。

同时，在建筑两端增加横向联系走道，由于机房纵向长度较大，在通向走道的适当位置，布置的疏散楼梯必须要满足消防疏散的要求。根据多层建筑疏散楼梯的要求，布置4部疏散楼梯，同时结合走道布置辅助用房，最大程度地减少对装机空间的影响（见图9）。

4.4优化辅助空间

根据前两个阶段的设计，机房的空间布局及柱网尺寸均确定，在此基础上对其他辅助空间进行优化，使平面具备更强的实用性。

5 平面指标分析总结

图8　确定柱网（绘图 李楠）

图9　平面生成（绘图 李楠）

机房的建筑空间基本确定后，对其进行工艺设计则是机房的重点内容，装机的合理性及数量则是考核建筑空间的核心指标（见图10）。根据工艺设计要求，考虑客户需求多样性，合理配置3kW、5kW、7kW比例。机房等级划分见表1，装机指标见表2.（注：此部分内容参考工艺设计部分，设计人：孙丽玫）

最终指标达到20112装机数，满足任务书的要求，单机架面积为5.1m2。

表1　机房等级划分

图10　机房装机平面布置

表2　机房装机指标

6 思考

本案中3栋机房均采用相同的平面柱网及空间布局，最终的装机数却不尽相同，作为建筑师，对不同的数据进行对比分析，进而掌握影响装机的空间因素，对今后的数据中心设计是很有必要的。

6.1电力用房对装机的影响

一直以来，机房内电力用房的占比成为制约装机数的一大因素，电源专业根据各层的工艺功耗合理配置电力用房的比例，可在最大程度上保证装机数量。根据工艺需求，本案的3栋数据中心机房楼分别按GB 50174 A类（A2-1楼）、B类（A2-3楼）和TIA-942标准T3（A2-2楼）配置标准建设，高低压配电室、电力室使用面积按不同机房标准规划。可以看到，A2-3在装机数量上有着明显的优势，究其原因，主要是标准层中电力电池室的面积得到了有效的控制。

根据电源设计的主要思路，A2-3的用户需求尚未明确，对于此类客户，A2-3数据中心拟提供多种的供电方式，UPS交流供电、336V高压直流供电、240V高压直流供电都在本设计的考虑范围内。特别是随着IDC用户的普及，更多的中小型企业也在发展建设IDC机房，面对此种需求，在A2-3数据中心内还考虑了微模块机房的建设可能，每个模块可根据用户需求，灵活设定容量及配置方案。

又鉴于在A2-3数据中心内可能采用的多种供电模式，本设计电力电池室的设置满足UPS N+X（即采用高频模块化UPS系统）并联冗余系统对机房面积的需求，同时合理规划机房布局。为采用其他供电需求的用户设置小型供电系统，随着铁锂电池在机房的普及使用，建议采用组合式的336V（或240V）高压直流供电系统或微模块方式，打破通信机房与电力电池室的分界，既可增加机架数量，同时还能降低机房荷载，不再单独为电力电池室增大荷载。（注：此部分内容参考电源设计部分，设计人：刘驰）

由此可见，在电力用房上发展新技术，对机房整体使用率有着明显的提高。

6.2空调形式对装机的影响

在设计过程中，针对不同的机房功耗，配置了不同的空调形式。本案的主力装机空间均是按照3kW，5kW机房采用精密空调形式进行设计，即两侧设空调区。除了精密空调外，7kW机房采用了列间空调形式。列间空调的优势在于不需空调区，原本空调区的位置可用来容纳更多的机架，但其需在每列机柜内穿插设置，且原装机空间按每列15个机柜进行模拟，超出此范围后仍需设维护走道，最终的装机数在核减空调位及维护空间后，仍然能与精密空调房间保持在相似的水平。关于这两种空调方式的装机数比较，本文不做过多探讨。在不同的房间尺寸下，可产生不同的对比效果，寻求一个最优的空间尺寸，可作为今后研究的一个方向。

7 结束语

本案作为一次投标方案，完成了任务书中关于高装机率的要求，同时也产生了一种不同于以往传统机房平面的新的设计思路。在设计过程中，还在其他方面做了新的尝试，包括立面推敲，规划布局等，不再详述。本案作为一次关于机房平面的创作过程，有其值得探讨之处，希望能对今后的工程设计产生抛砖引玉的作用。

Research on IDC Architectural Plane Design Based on Improving the Server Capacity

HAO Fei

（China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd.）

IDC design is a systematic project， which requires the coordination of architecture design and equipment installation. As the basic conditions of construction，the architectural design needs to fully understand the functional requirements of the professional， and then create a design program to meet the functional requirements of the architectural quality at the same time. In the design practice in recent years， the architectural profession follows the integral， the standardized design idea， which formed the more complete IDC technology solution. In the face of more and more complex data industry development， the demand for IDC is also growing. This paper focuses on graphic design from the data center construction of combined with recent engineering design case， exploration deal with a higher loading machine demand design solutions， and summarizes the problems in the design， and put forward the new design idea.

IDC； architectural plane design； server capacity