王 超， 赵祎晨， 钱 龙， 高 航

(1. 中国建筑设计研究院有限公司，北京 100089； 2. 中信银行，北京 100010)

1 数据中心的“多样性”

2020年，国家进一步推进数字经济发展，在数字化浪潮的推动下，人们的工作、生活都在悄然转变，尤其是疫情防控期间，不论是外卖、快递、线上商城等业务的正常运转，还是工作、学习的稳定畅通，这些都离不开数据中心。

总的来说，数据中心的建设、类别、技术应用等方向，都具有多样性。

(1)类别多样化

类别分为政府、企业、自用、租用，建设地点可以城内或城外，建筑形式可以是平层或高层，其无定式。

(2)技术多样化

空间布局、流线规划、设备运输、建筑结构、机房配电、空调制冷、智能监控、消防报警、室内装饰等各功能模块环环相扣，既相互倚重，又相互制约。

(3)建设多样化

部分数据中心对所布置的服务器机柜数量有较高要求，在空间布局时，将尽可能增加IT机房模块面积，最大化机柜及服务器布置空间，相应用电量、制冷量等要求随之增加，如何平衡此间关系是需要重点考量的。

部分数据中心对建设等级、可靠性要求严格，则配电、网络的冗余、后备设计，主干路由的规划，制冷系统的形式选择成为重点，而其对于空间布局的要求、对机柜数量的影响，以及反过来IT电量、发热量对供电、制冷的影响，则需要在规划阶段做出平衡。

部分数据中心有分期建设的需求，此时，无论空间布局还是机房配电、空调制冷等机电系统，均需按照“模块化”定义设计，需考虑按模组投入建设、各功能模块匹配的设计思路，还需要兼顾先期低负载状况对供电、制冷系统的影响，以及后期建设对前期内容的影响等，此种情况对于各专业设计及专业之间的协同有着更高的要求。

2 数据中心工艺规划

数据中心的多样性决定了数据中心设计工作的复杂程度，除上述外，数据中心建设还涉及到等级评定、快速部署、“两地三中心”的总体规划、不同类型建筑的机房改造等，部分数据中心兼含多种需求，收集、整理、分析建设及使用需求，并据此制定与之匹配的设计方案，在其中平衡各功能模块，协调各系统的冲突，搭建最有利、最可靠、最适配的设计架构，这便是工艺规划设计的主要工作。

平衡、协调和整体考量贯穿于整个工艺规划过程，从工艺规划的角度，设计方案必须是一个整体，全部内容整体一致才是最佳方案，有时需要“牺牲”部分内容的“完美”，以达到整体的平衡。

例如在数据中心设计过程中，经常碰到工艺专业要求房间门的高度设为2 400mm，但2 400mm非标准尺寸，定制会增加造价，建筑专业接收工艺方案时通常会建议将房间门的高度改为2 300mm。但在数据中心建设中，各功能房间涉及设备运输，除变压器、冷机等大型设备可能考虑预留吊装口外，UPS、机柜等需利用设置的货梯运送至各房间，工艺专业会考虑设备运输流线的规划。而且，增加的造价在数据中心建设中并非不可接受，数据中心建成后，部署设备并非一台两台，而投产后运维阶段还会涉及设备更换，在门的尺寸上节省的造价，在之后的运维投产阶段会带来更多麻烦。所以将门的尺寸增至2 400mm是较为合理的。

3 数据中心协同设计

整体考量、平衡设计贯穿整个工艺规划阶段，而在接下来的细化、深化设计中，各种变更、调整也随时会“打破”这种整体、平衡。无论新建还是改造数据中心，设计过程中或多或少会有需求变更或条件制约，不得不调整设计方案。虽然最初涉及修改的往往是某一专业，但其可能对其他专业的设计方案产生影响，所以各专业的协同设计便十分必要。以下几个工程中的状况可更好地阐述协同设计的必要性。

3.1 装饰与空调

在某数据中心项目中，数据机房的制冷空调位于独立的空调间内，采取下送上回的送风方式。项目验收时，发现机房内声音特别嘈杂，偶尔还会有尖啸，同时机房、空调间内灰尘较大。在对项目设计、施工过程整体了解分析后，认为应是回风口尺寸过小导致。

经调查，在项目进入施工阶段后，结合现场情况、装修材料及装修效果，甲方要求修改机房模块与空调间隔墙的方案，装饰专业工程师根据要求修改了方案。数据机房与空调间隔墙下送风上回风的实现形式详见图1。

图1 数据机房隔墙方案

但修改后的方案变动了空调回风口的高度，此时，应由暖通专业按照规范规定，结合空调风量、回风口尺寸、回风口开孔率计算回风口处风速，避免因为风速过大而扬起灰尘及增加噪声。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)中7.4.13条规定：回风口的吸风速度，宜按表7.4.13选用，详见表1。

回风口的吸风速度 表1

但装饰专业修改方案后，并未交由暖通专业校核回风口尺寸。了解此事后，由暖通专业重新计算(过程详见表2)校核回风口尺寸，调整隔墙做法后，问题得到解决。

在此案例中，装饰专业工程师在接收甲方调整方案的要求后，径自调整并提交变更，未考虑回风口高度变小，未经暖通专业校核，导致施工完成后，回风风速过大，产生扬尘、噪音，对数据中心的使用造成影响。

回风风速校核计算 表2

3.2 不同种类的蓄电池

近年来，随着电动汽车的普及，由电池引发的事故也引起了全社会的普遍关注，电池的安全性能也成为了大众最关心的问题。在数据中心中，蓄电池作为不可缺少的后备电源，其安全性对于数据中心的安全、稳定运行，更是需要实时密切关注。《数据中心设计规范》(GB 50174-2017)中对数据中心电池的监控做出了明确规定，对于A级数据中心，更是要求“监控每一个蓄电池的电压、内阻、故障和环境温度”。故而，在设计方案中，蓄电池的集中监控方案是不可或缺的。

在电池的快速发展进程中，出现了各种类型的电池，例如铅酸电池、锂电池等，其工作方式、特性各有不同，也造成了监控方案存在差别。例如，锂电池由于其工作特性，对过充、过放等异常状态耐受度较低，容易对电池本身造成较大的损伤甚至损毁，所以一般锂电池在出厂时会对各单体电池集成监控模块，当出现异常时及时切断电池的连接，以避免出现损毁甚至事故。而相较于此，早期数据中心一般采用铅酸电池，铅酸电池稳定性较好，一般单独配置监控产品，目前市面上品牌监控产品多种多样。

在某数据中心工程设计中，最初甲方要求蓄电池类型采用锂电池，自控专业在设备监控方案中预留相应接口，读取数据，再接入动环系统进行统一监控。经济专业在编制工程清单及造价时，蓄电池项中添加描述“电池含(或自带)监控模块”。在随后的深化设计中，甲方取消采用锂电池的要求。

因锂电池与常用铅酸电池的功率密度、标称电压、重量等均有较大不同，在此项目中，当甲方变更要求时涉及多专业协同修改：电气专业需调整电池配置计算；结构专业重新复核电池间荷载；自控专业调整监控方案，改为单独设置监控系统，从末端的传感器、检测模块以及监控管理单元等，需逐一进行配置、设计；经济专业则需相应调整概算，从蓄电池自带监控模块调整为单独设置的监控系统，需于自控专业分项中单独增加此项。

在此案例中，如不清楚各类电池的区别，不能及时地针对需求变更做出各专业之间的同步联动调整，则各专业设计方案不能匹配，在施工招标、设备采购中，将出现招标清单缺项漏项，以及楼板承重等一系列问题，施工中，会出现相应变更、洽商，产生经济损失，甚至结构计算错误导致的建筑结构问题，对于整体工程是极其不利的。

3.3 建筑与消防

《气体灭火系统设计规范》(GB 50370-2005)中，3.1.5条规定：组合分配系统的灭火剂储存量，应按储存量最大的防护区确定。

某数据中心设计中，数据机房精密空调单独设计空调间，送风方式下送上回。同时，采用气体灭火系统，最大防护区为某一服务器机房连同为其设置的精密空调间，给排水专业工程师在对此进行核算后，确定了气体瓶组数量。在项目设计过程中，甲方根据使用需求提出变动局部布局，将上述服务器机房及邻近测试机房共用空调间。平面房间布局调整参照图2。

在接收此要求后，建筑师将此变动反馈暖通工程师，根据两机房制冷需求重新核算空调配置；反馈电气专业校核火灾报警探测器的设置；同时，反馈给排水专业工程师，此时，如空调间共用，虽然服务器机房与测试机房之间有隔墙分隔，但由于送风回风方式的原因，两房间间接联通，服务器机房、测试机房、精密空调间将作为一个气体灭火防护区，防护区变大，需重新计算气体瓶组数量，以及气体灭火钢瓶间房间尺寸(详见表3)。

图2 平面房间布局调整

在此案例中，如房间布局变更未能重新进行气体灭火防护区域的重新校核，将导致气体灭火钢瓶数量不足，灭火气体设计用量达不到规范要求。数据中心作为关键的数据、业务载体，一旦发生火灾，灭火气体浓度不够，火灾不能及时扑灭，相对于财产损失，导致的数据、业务的丢失、损毁，产生的负面影响将是巨大的。

3.4 协同设计的必要性

任何类型的建筑工程设计中，各专业都不是各自“作战”，无论建筑专业、结构专业还是机电专业，都是彼此依存、互相影响的。当其中某一专业做出修改，就需要考虑对其他专业，甚至整体的设计方案的影响。

对于数据中心的规划设计更是如此，数据中心建设要求高，资源需求大，设计节点数量多，工程技术复杂，各专业协同设计，才能保证设计方案的匹配、完整、统一。

灭火气体用量校核计算 表3

4 结束语

数据中心是一种较为复杂的建筑类型，其设计与一般的民用建筑有较大不同，最初的建设选址便需考虑所在地的地质、气象、人文、资源等诸多因素，而整体的设计方案需兼顾地理条件的匹配、建设等级、PUE指标要求、分期建设等约束条件，同时还需考虑建成后的管理制度、运维习惯。工艺规划设计给出的是满足需求、利用条件、平衡制约的综合解决方案，强调统一、整体、协同。

数据中心的设计，单单侧重建筑形体、新兴技术以及只强调PUE、绿色、节能是不明智的，应以功能性为主，在此基础上兼顾美观；对于用户而言，数据中心承载的都是核心数据、关键业务，稳定、可靠是最重要的要求，新兴技术由于没有得到足够的实际应用考验，万不可冒进采用；作为用能大户，为保障其安全可靠运行，数据中心消耗的电、水、油等能源量是巨大的，在一定范围内，PUE值尽可能低是建设单位、设计院的一致目标，但一味强调甚至“唯PUE论”则不可取，极端天气、上架率、自动化程度、运维策略等因素都可影响PUE，因此数据中心还是应以稳定性、可靠性高为准则。