数据中心建筑设计探析

文章编号：1009-6825（2013）05-0009-03数据中心建筑设计探析收稿日期：2012-12-18作者简介：陈文（1974-），男，工程师；黄莉（1980-），女，注册城市规划师，注册咨询工程师（投资）陈文1黄莉2（1．深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东深圳518031；2．广州市城市建设开发有限公司，广东广州510623）摘要：从数据中心适应性的角度，论述了数据中心建筑设计的几个关键问题，包括建筑空间组合、建筑的造型与外墙构造方式、数据中心的结构与建筑设备等，旨在使建筑师了解数据中心设计的重点，从而提高设计效率和设计质量。

关键词：数据中心，建筑设计，空间组合，建筑设备中图分类号：TU243文献标识码：A1概述数据中心（IDC ）是专门用于存放IT 基础设施的空间，数据中心的建筑设计是随着IT 设备的演进，其空间尺寸、电力和供冷要求而不断发展的。

随着互联网和信息产业的发展，数据中心的建设规模越来越大，除了传统的通信运营商和互联网企业，银行、政府、跨国集团、大型企业甚至是个人日常生活都离不开数据中心的正常运转，数据中心已经是当今信息社会必不可少的新建筑类型。

数据中心和其他公共建筑一样，使用周期一般为50年。

然而IT 设备的更新换代一般只有几年，在数据中心的生命周期内必将经历几代IT 设备和技术的更替，但数据中心一旦建成，其空间组合、结构和设备配套形式就很难随着IT 设备需求的变化而灵活的改变，即使是进行局部改造也将付出高昂的代价，而且对已经投入运营的机房而言改造风险极高。

数据中心的建筑设计是数据中心其他专业设计的基础，本文将从数据中心适应性的角度，讨论数据中心建筑设计几个关键的问题。

2数据中心建筑空间的组合2．1功能与空间的组成数据中心从20世纪60年代 70年代的大型计算机，80年代 90年代小型机与PC 服务器，90年代 21世纪初的互联网和宽带，到现在高密度云计算平台四个阶段的发展，其IT 设备也经历了大型机—小型机—大型机的演进，但数据中心主要的功能空间没有太多的变化，主要由数据机房、基础配套设备用房及公共用房等功能空间组成（见表1）。

2．2空间组合的特点数据中心人的流线不复杂，各机房空间没有严格的流线要求，各机房通过各种工艺空洞进行沟通联系。

数据中心的基础设备空间的发电机室、高低压变配电室和空调制冷中心为了方便管线的布置往往集中设置，气体消防气瓶间则根据气体消防分区的需要按分区进行设置；各纯通信机房（数据、交换和传输机房）需要与电池电力室和空调风柜房成组布置；其他公共空间则根据人流与机柜的进出进行设计。

表1数据中心的空间构成数据中心公共空间值班管理（消控、监控、安防等）后勤服务（含卫生间）交通（水平、垂直、枢纽）基础配套设备空间自备发电机房高低压变配电房空调制冷机房气体消防气瓶间数据机房机房配套空间空调末端风柜房电池电力室备品备件间纯通信机房传输机房交换机房数据机房数据中心是逐步投入装机运营，因此在数据中心的空间组合应注意对通信机房（包括数据、交换和传输机房）及其对应的电池电力室和空调风柜房进行模块化配置，每个机房模块包含匹配的各种类型机房，整个机房按模块逐步投入使用。

从空间的温度进行划分，数据中心可以按其温度分为：冷空间、热空间和暖空间（见表2）。

为了减少冷热空间上下或左右相邻带来的冷凝结露，应从空间组合上尽量避免冷热空间相邻，在避免不了的情况下应做好保温隔热的构造处理。

表2数据中心空间的冷暖分类空间类型主要空间特点冷空间传输机房、交换机房、数据机房、电池电力室恒温供冷热空间自备发电机房、高低压变配电房、空调制冷机房等不设空调，但设备会少量发热暖空间公共空间、未投入运营的机房人短暂停留或值班2．3数据中心层高的分析数据中心的层高由建筑的结构高度、消防等管线高度、走线架高度、施工维护所需的操作高度、机架高度、空调风管高度（包括下送风的架空高度）等因素确定（见图1）。

结构高度、消防等管线高度、空调风管及架空地板高度在数据中心使用过程中基本都是不变的，然而机架高度和走线架高度是由IT 设备的装机工艺确定的，在IT 设备更新换代时极有可能带来调整櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。

The influence of industrial concept to city planning and city designHAN Jian（Shanghai Tianhua Architectural Design Limited Company ，Shanghai 200235，China ）Abstract ：This paper analyzed the necessity of industry planning in city planning and city design ，through the research on a city design ，put for-ward countermeasures ，discussed the relationship of city planning and city design and the possibility of making industrial idea into city design ，had certain realistic directive significance．Key words ：city planning ，city design ，industrial design·9·第39卷第5期2013年2月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol．39No．5Feb．2013数据中心层高是提高机房空间对未来IT 设备适应性的重要指标，而且层高并不是数据中心建设成本控制的敏感指标，因此在可能的情况下应有所冗余，新建数据中心层高建议不低于5．4m 。

图1数据中心层高分析架空地板层高工艺净高机架操作空间走线架消防管结构注：结构：600~700；消防管：200~300；走线架：600~900；操作空间：300；机架：2200；架空地板：800~1000；层高：4700~55003数据中心的造型与外墙构造方式的选择数据中心的机房空间是承重IT 设备的恒温恒湿空间，因此保温是数据中心外墙的第一要求，在数据中心的造型和外墙材料的选择上应注意避免设置大面积的窗和做好外墙的保温构造设计（见图2）。

对于建在南方湿热多雨气候的数据中心如果采用外墙砖或涂料的外墙，在室内外长年累月温差的作用，外墙施工质量再好都不能避免会出现裂缝，当台风暴雨季节来的时候雨水就从裂缝渗到机房里面来。

因此笔者建议南方的数据中心尽可能选用幕墙类外墙材料，至少有以下两个好处：一方面是利于结合幕墙进行外墙保温层的施工，另一方面是由于幕墙外饰面与基层墙体之间有大约10cm 15cm 的空腔，可确保雨水就算渗进了外墙的饰面层也进不了基层墙体到达机房里面。

图2典型的数据中心外观设计4数据中心的结构与建筑设备4．1数据中心结构承重冗余IT 设备的更新换代一般只有5年 10年，从通信机楼的使用周期上看，在设计寿命内经历几代通信技术发展已经是必然。

根据目前数据设备及其UPS 集中化的趋势，未来的IT 设备会越来越重。

在设计阶段适当提高机房楼面均布活荷载对于结构成本的增加不明显，为了提高数据中心对未来数据设备的适应性，建议在通信数据中心结构设计时尽可能提高其楼面均布活荷载的取值，建议不低于16kN /m 2考虑。

4．2数据中心空调系统数据中心的空调系统设计也是伴随着IT 设备的更新换代而不断优化的过程，目前最常见的空调制冷对比分析见表3，随着目前大规模高发热量数据中心的兴起，目前集中水冷制冷系统得到越来越多的应用。

表3空调冷系统的对比分析表项目集中水冷制冷系统集中风冷制冷系统分散式制冷系统系统组成普通水冷冷水机组+冷水泵+冷却塔+冷却水泵+空调末端风冷冷水机组+冷水泵+空调末端分散式精密空调机组对建筑的要求占用的制冷机房面积较大，需单独的制冷机房占用较小的泵房面积，制冷主机需放置于屋面或室外空地，对环境有一定影响，噪声、减震问题亦难解决，对屋顶的结构有更高的要求室外机台数多，且需放置于屋顶或建筑周边，对环境及噪声有一定影响，铜管较长及高差对制冷量影响较大系统自控要求可实现群控，根据末端负荷变化控制开启主机数量及出力，控制系统要求较成熟简单可实现群控，根据末端负荷变化控制开启主机数量及出力，控制系统要求较成熟简单机组台数较多，可选用中央集中控制器，由设备厂家配套设计节能方面技术成熟，机组COP 值较高，能达到5．9，能较节约能源机组COP 值较低，耗能机组COP 值较低，耗能施工难度及运行管理方面施工工艺成熟，运行管理较简单施工工艺成熟，运行管理较简单施工简单，管理方便，但分散式主机亦给维修管理带来不便使用寿命长长一般在空调送风方式上，以往先冷机房后冷设备的上送风方式在高发热的数据中心基本消失了，取而代之的是分设冷热通道和机架内设冷通道的两种下送风方式，相比之下，笔者认为机架内设冷通道的下送风有着更高的送风效率（见图3，图4）。

图3分设冷热通道下送风机架机架机架机架热通道冷通道热通道冷通道热通道静压箱4．3数据中心的电源数据中心的电源工程包含外电引入、备用电源及高低压变配电等分项工程，数据中心对电源的可靠性要求非常高，外电引入要求从两个稳定可靠的独立电源（变电站）引入两路10kV 供电线路的一类市电，并且还要进行柴油发电机的备用电源设计。

对于平均5kW /机架的数据中心，其耗电量估算约为1kW /m 2建筑面积，为普通办公楼的10倍以上。

图5是典型数据中心电源系统示意图。

图4机架内设冷通道下送风机架机架机架机架热通道冷通道热通道冷通道热通道静压箱冷通道冷通道对于大型的数据中心，其用电量大于40MVA 时，地块需要预留建设用户专用变电站，并采用110kV 或更高电压等级供电，每个110kV 变电站应预留约3100m 2的建设用地。

因此外电容量将是大型数据中心建设规模的决定因素，在编制大型数据中心修建性详细规划时务必包括地块的供电规划的内容。

·01·第39卷第5期2013年2月山西建筑文章编号：1009-6825（2013）05-0011-03基于复杂性科学的乡村景观规划收稿日期：2012-12-11作者简介：周仿颐（1983-），男，助理工程师；杨扬（1983-），女，讲师周仿颐1杨扬2（1．四川省城乡规划设计研究院，四川成都610081；2．成都大学美术学院，四川成都610106）摘要：指出乡村景观是个开放的复杂巨系统，其发展是自组织和他组织复合发展的过程，通过对乡村演进的自组织的研究，提高对乡村景观演进规律的认识，以便通过科学的规划来调整、引导乡村景观的演进过程和发展方向，使这一过程向更有序的方向发展。