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[摘要]文章首先簡介了大數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷程，并開創(chuàng)性地提出了大數(shù)據(jù)中心的“三代”進化理論。然后針對大數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計，從選址、能評、水電條件、地方政策等方面做了相關(guān)探討。最后以中國證券南方信息中心二期方案設(shè)計為例論述了大數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)鍵要點，即安全、綠色、靈活、運維可控。

[關(guān)鍵詞]第三代大數(shù)據(jù)中心；設(shè)計關(guān)鍵要點；數(shù)據(jù)中心建筑屬性

1大數(shù)據(jù)中心演進歷程

大數(shù)據(jù)中心的演進歷程起自1945年第一臺電子計算機“埃尼阿克”的誕生。繼而，人類的數(shù)據(jù)處理方式經(jīng)過了從集中到分散再到集中的過程。初期的電子計算機由于體積過于龐大、用戶界面晦澀難懂、運輸不便等因素，主要用于軍事、科研等領(lǐng)域，與此同時誕生了與之匹配的第一代數(shù)據(jù)機房。中期由于高效的集成電路的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)機房也隨著計算機的小型化開啟分散型路線。如今，隨著數(shù)據(jù)資源和計算能力的整合和優(yōu)化，數(shù)據(jù)機房開啟了新的發(fā)展階段，即大數(shù)據(jù)中心。大數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)以后先后經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。第一代大數(shù)據(jù)中心以單棟機房形態(tài)為主，多為電信運營商或金融證券企業(yè)的自用機房，規(guī)模有限，在布局方式上常與其它功能混合。隨著數(shù)據(jù)存儲和計算能力需求的爆發(fā)式增長，第二代大數(shù)據(jù)中心園區(qū)應(yīng)運而生，多呈現(xiàn)出大型數(shù)據(jù)園區(qū)的形態(tài)。數(shù)據(jù)機房、動力配套、運維配套等功能一應(yīng)俱全，形成了相對獨立的運營模式。第三代大數(shù)據(jù)中心園區(qū)將大數(shù)據(jù)上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)高度整合，形成了數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)運用、數(shù)據(jù)研發(fā)的全產(chǎn)業(yè)鏈形態(tài)，并由此帶來了更加復(fù)合、多樣的建筑空間形式。

2大數(shù)據(jù)中心前期咨詢設(shè)計

2.1選址

大數(shù)據(jù)中心的選址可以從兩個維度考慮。首先，從工藝需求及安全性角度出發(fā)，要求選擇自然冷源豐富，電價便宜，水資源豐富，遠離機場、高速、爆炸物等危險源以及洪水區(qū)，比如云南、貴州、內(nèi)蒙古、寧夏等地區(qū)。其次，從用戶心理角度出發(fā)，客戶傾向于租用大城市群周邊的數(shù)據(jù)機房，其運維的便利性以及“看得見，摸得著”的安全感比較符合客戶的心理預(yù)期，比如京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)。因此，大數(shù)據(jù)中心工藝對選址的要求與客戶對選址的要求是矛盾的。自然條件優(yōu)良的地區(qū)客戶資源有限，而客戶高度集中的地區(qū)又面臨著水電資源短缺、空氣污染等一系列問題。數(shù)據(jù)可直觀地分為兩類即熱數(shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)。熱數(shù)據(jù)可以簡單地認為是指訪問頻次較大的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)交換為主，主要要求是安全、低時延。冷數(shù)據(jù)主要承載離線業(yè)務(wù)，如企業(yè)備份、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要要求是安全、低成本。因此我們建議數(shù)據(jù)中心的選址從自然條件、工藝需求、客戶需求、數(shù)據(jù)類型等多維度考慮。一般對于冷數(shù)據(jù)建議選擇自然環(huán)境較好的中西部地區(qū)（貴州、內(nèi)蒙古、寧夏等），熱數(shù)據(jù)建議選擇需求旺盛的中心城市城區(qū)或郊區(qū)。

2.2能評

單位GDP能耗是反映經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量與能源利用效率的主要指標，我國提出實施能源消耗總量和強度“雙控”行動，“十三五”規(guī)劃綱要要求2020年全國單位GDP能耗比2015年降低15%，能源消費總量控制在50億t標準煤以內(nèi)。因此各省按照國家發(fā)改委的要求建立了GDP能耗指標公報制度，每年3月份向國家統(tǒng)計局和發(fā)改委報送單位GDP能耗指標和總能耗指標。因此，各省均對能耗指標進行嚴格的管控措施。大數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶，面臨著越發(fā)嚴格的能源審批問題。因此，當代大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，首先要解決能耗指標的申請。據(jù)了解年耗能大于5000t標準煤的項目需向省發(fā)改委申請能源評價。根據(jù)項目經(jīng)驗，浙江省能耗目標為0.6t標煤/萬元，而一般的大數(shù)據(jù)中心不考慮寬帶及其它增值服務(wù)的話可達到3t~4t標煤/萬元，與能耗目標相差甚遠。因此單位GDP能耗指標是制約數(shù)據(jù)中心建設(shè)的一項重要因素。

2.3供水能力

大數(shù)據(jù)中心園區(qū)用水包含空調(diào)系統(tǒng)補水、消防給水、生活用水等，其中空調(diào)系統(tǒng)補水用量最大且與制冷形式密切相關(guān)，開式冷卻塔水冷型空調(diào)單位IT功耗用水量最大，閉式冷卻塔水冷型空調(diào)適中，風(fēng)冷及蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)相對較小。在進行大數(shù)據(jù)中心前期咨詢設(shè)計時，首先應(yīng)根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c及工藝要求，選擇合理的空調(diào)制冷形式，然后預(yù)估園區(qū)總用水量。目前大數(shù)據(jù)中心園區(qū)空調(diào)系統(tǒng)補水一般市政引入或從自然水體引入，經(jīng)過水處理設(shè)備水質(zhì)達標后供空調(diào)系統(tǒng)使用。關(guān)于供水安全性，國家標準GB50174中要求單路即可，但目前阿里、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)標準中要求雙路供水，因此在設(shè)計前期需要精準定位客戶需求。

2.4供電能力

大數(shù)據(jù)中心園區(qū)能耗包含電力、柴油、燃氣等，其中柴油、燃氣用量較小，可忽略不計，因此能耗指標的申請最終落地性的指標為項目的總用電量。目前大數(shù)據(jù)中心園區(qū)電力引入方案主要包含3種，即：10kV市電直引、自建110kV或220kV變電站、市電引入+自建變電站相混合的模式。一般市電引入費用需要業(yè)主自籌且價格不菲，因此在項目前期階段務(wù)必了解清楚電力的外部設(shè)計條件。

2.4.110kV市電直引方案

指從上游兩處110kV變電站直接引若干路10kV市電進園區(qū)，適用于前期機架規(guī)模較少、用電量不大（＜5萬kVA）的情況下采用，可節(jié)省投資，減少資金占用。采用此方案時需要提前了解上游兩處110kV變電站區(qū)位以及有無多余容量。在園區(qū)規(guī)劃時不建議全部采用市電直引方案，因為多達幾十路的10kV電纜對市政管網(wǎng)壓力較大，且單位用電量費用較110kV高。

2.4.2自建110kV或220kV變電站方案

指從上游兩處更高等級變電站引入電纜兩路，接入園區(qū)自建變電站內(nèi)。此方案初期投資較大，一般一個110kV變電站投資約2億元，適用于前期機架數(shù)較多、用電量較大（＞5萬kVA）的情況。在決定自建變電站方案后，我們需要了解上游兩路變電站的位置、電力線路規(guī)劃及距離，以確保用電可靠性及節(jié)省電纜投資（110kV電纜+施工費用一公里約60萬~100萬元）。從供電可靠性上來說，例如110kV變電站，最理想的情況是從上游兩處不同的220kV變電站分別引入一路110kV電纜。若上游只有一處220kV變電站或另外一處距離過遠，也可從一處220kV變電站引兩路圖3第三代大數(shù)據(jù)中心20110kV電纜。由于變電站建設(shè)用費高昂，建議在做園區(qū)規(guī)劃時充分利用變電站容量（一個110kV變電站的最大容量為10萬~12萬kVA），以免出現(xiàn)電力空置的情況。

2.5大數(shù)據(jù)中心建筑屬性

根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》（GB50174—2017），大數(shù)據(jù)中心項目用地性質(zhì)若是工業(yè)用地則定義為丙二類廠房，若是其它性質(zhì)用地則定義為公共建筑。丙二類廠房和公共建筑在防火分區(qū)大小、疏散距離、疏散寬度與其它建筑（如變電站、埋地油罐）防火間距等方面差異巨大，公共建筑相對廠房各方面要求更加嚴格。因此，從項目拿地開始，大數(shù)據(jù)中心項目首選工業(yè)用地，因為工業(yè)用地在規(guī)劃指標上比較契合大數(shù)據(jù)中心園區(qū)特點，同時在停車位配比、人防、綠建、海綿城市、工業(yè)化等方面可享受一定的優(yōu)惠政策，降低開發(fā)成本。

2.6政策支持

隨著大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，一些地方政府逐漸認識到，大數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的引入雖然對當?shù)毓潭ㄙY產(chǎn)的投資拉動明顯，但對于當?shù)氐木蜆I(yè)、稅收等效益甚微，反而大大占用了當?shù)氐哪芎闹笜?，因此招商的積極性嚴重降低。他們迫切希望在引進大數(shù)據(jù)中心的同時，能將關(guān)于數(shù)據(jù)中心的上下游產(chǎn)業(yè)比如數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)應(yīng)用、智能制造、服務(wù)器裝配等入駐當?shù)?。這也是制約大數(shù)據(jù)中心發(fā)展的一項重要因素。

3中國證券南方信息中心項目簡介

中國證券南方信息中心項目（以下簡稱本項目）坐落于東莞市鳳崗鎮(zhèn)，園區(qū)總占地面積約為13.5萬m2，擬規(guī)劃成為深交所核心大數(shù)據(jù)中心、行業(yè)核心機構(gòu)南方備份中心、行業(yè)經(jīng)營機構(gòu)南方托管中心、行業(yè)云計算與數(shù)據(jù)中心、行業(yè)研發(fā)測試中心、行業(yè)金融科技創(chuàng)新實驗室，打造成為一個地位重要、技術(shù)先進、功能強大、運行安全、保障可靠、配套完善、管理科學(xué)、布局合理、環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)綠色的國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流的行業(yè)信息技術(shù)中心。南方中心二期新增15400個機柜，并與先前已投運的一期項目一起，形成一個占地約13.5萬m2，總建筑面積約29.23萬m2，能容納約2萬個機柜（T3+、T4級別），并擁有5萬m2研發(fā)辦公場所的大型高等級大數(shù)據(jù)中心園區(qū)。

4大數(shù)據(jù)中心設(shè)計要點

4.1安全性

4.1.1園區(qū)規(guī)劃

本項目不同于一般的大數(shù)據(jù)中心園區(qū)，屬于典型的第三代大數(shù)據(jù)中心園區(qū)，除了數(shù)據(jù)機房及其動力配套設(shè)施外，還有相當體量的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的研發(fā)測試用房。因此，從園區(qū)人員屬性上劃分，可分為機房運維人員、研發(fā)辦公人員以及行政辦公人員。從園區(qū)功能分區(qū)安全性上考慮，從規(guī)劃階段需要將幾種不同的人員進行物理隔離，同時需盡量規(guī)避動力中心的震動、廢氣等對辦公人員的干擾。本項目在規(guī)劃設(shè)計中引用分層布局的設(shè)計手法，專注于數(shù)據(jù)和人，從以機房為功能主體的區(qū)域，通過花園景觀為紐帶，逐漸過渡到以人為核心的區(qū)域，將項目用地規(guī)劃為6個層次，從北向南依次為動力中心、大數(shù)據(jù)中心、運維中心、花園核心、交通軸線、研發(fā)辦公，使得數(shù)據(jù)和人的功能關(guān)系布局既有機統(tǒng)一，又相互獨立，既層次飽滿，又簡明清晰。

4.1.2供電安全

本項目供電方式為28路10kV市電引入+備用柴油發(fā)電機組，集中建設(shè)一棟動力中心，共安裝98臺油機，主用功率1800kW。其中24臺油機和8套并機系統(tǒng)為2棟T4大數(shù)據(jù)中心提供保障電源；72臺油機和18套并機系統(tǒng)為2棟T3大數(shù)據(jù)中心提供保障電源；2臺油機和2套并機系統(tǒng)為研發(fā)樓提供保障電源。

4.1.3供冷安全

（1）制冷系統(tǒng)配置

T4級機房制冷系統(tǒng)采用2N冗余架構(gòu)，單系統(tǒng)設(shè)置了400m3蓄冷罐，電力故障時可提供連續(xù)15min供冷?？照{(diào)末端采用獨立雙盤管房間級空調(diào)，N+X配置，滿足T4機房容錯能力。

（2）封閉熱通道彌漫送風(fēng)

采用熱通道封閉技術(shù)把冷熱風(fēng)隔離，可以在不影響運維舒適度的情況下提高空調(diào)的回風(fēng)溫度，為高溫冷凍水的運用提供了基礎(chǔ)，同時機房空調(diào)采用彌漫送風(fēng)吊頂回風(fēng)的方式，不用設(shè)置地板和搬運坡道，保持了機房布置的靈活性，送風(fēng)阻力更小。

4.1.4供水安全

本項目從兩個不同方向市政路引兩路DN400供水管，滿足4500m2/天用水需求。為保證空調(diào)冷卻水的供水安全，在T3-1機房樓的地下室設(shè)置2座空調(diào)蓄水池，總?cè)萘?500t，以備城市自來水停水時空調(diào)系統(tǒng)供水。

4.1.5T4機房平面設(shè)計

數(shù)據(jù)機房為達到適用性、投資經(jīng)濟性，平面設(shè)計采用規(guī)整的矩形平面，力求使機房的利用率最高，各種管線最短。在矩形平面設(shè)置“U”型或“回”型走道，中間設(shè)置數(shù)據(jù)機房及空調(diào)室，四周設(shè)置電池電力室、UPS變配電及輔助用房，疏散樓梯均布置在疏散走道上。平面設(shè)計擁有多個獨立的物理隔離系統(tǒng)來提供冗余容量組件，每個機房單元的供冷、供電有兩個相互獨立的路由方向，滿足T4大數(shù)據(jù)中心容錯要求。

4.2綠色性

4.2.1花園式整體布局

方案充分利用優(yōu)質(zhì)地塊條件，輔以巧妙的景觀設(shè)計，園區(qū)整體打造了一個長130m、寬110m、總面積達15000m2的中央數(shù)據(jù)花園，花園核心布置現(xiàn)代化的多媒體展示中心和監(jiān)控中心，周邊建筑360°全方位環(huán)繞中央花園，最大化欣賞核心花園景觀，能夠給人帶來極大的感官沖擊。按本方案設(shè)計構(gòu)思，園區(qū)整體達到LEED金獎、綠建二星設(shè)計標準，其中T4機房達到綠建三星標準。同時通過增加維護結(jié)構(gòu)的隔熱性能、充分利用自然冷源、合理組織機房氣流、余熱回收等技術(shù)實現(xiàn)超低PUE（1.37~1.39）。

4.2.2海綿園區(qū)

本項目通過雨水花園、下凹式綠地、透水鋪裝、雨水收集等措施控制年徑流總量75%，徑流系數(shù)0.43。優(yōu)化綠色雨水設(shè)施與灰色雨水設(shè)施的配置，減小雨水峰值流量，對雨水進行資源化利用，同時做到減排防澇。

4.3靈活性

外租型大數(shù)據(jù)中心面臨客戶的不確定性需求，需要根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用等級的不同，靈活地分配基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)資源與需求的合理匹配。如何保持最大程度的靈活性至關(guān)重要。本項目的“靈活性”主要從以下幾個方面考慮：

（1）模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計理念貫穿始終，從機房單元到機房平面再到機房單體，模塊化設(shè)計層層遞進，便于根據(jù)市場需求靈活外租、分期建設(shè)、機動部署。

（2）集中式動力中心

在園區(qū)北側(cè)集中設(shè)置動力中心，便于儲備電量向各棟大數(shù)據(jù)中心靈活調(diào)配。

（3）機柜功率的多樣性

機房采用雙側(cè)彌漫送風(fēng)：空調(diào)雙側(cè)送風(fēng)靈活性好，不僅可以適應(yīng)單機架功耗從4kW至8kW的平滑過渡，而且還可以保證送風(fēng)更加均勻，有效地避免機房中局部熱點的產(chǎn)生,解決部分小型機的部署。

4.4運維可控性

4.4.1功能組織

作為典型的第三代大數(shù)據(jù)中心園區(qū)，本項目有大量的研發(fā)辦公用房需求。而大數(shù)據(jù)中心一般建設(shè)在工業(yè)用地上，相關(guān)規(guī)范條文對工業(yè)用地中配套用房的占地比例有明確限制要求，即不能大于7%。如何實現(xiàn)7%配套用房占地面積的最大化利用成為設(shè)計中面臨的重要挑戰(zhàn)。我們給出的解決策略為，將與大數(shù)據(jù)中心功能緊密聯(lián)系的運維辦公部分貼臨主體建筑設(shè)計，并將其架空于3層以上，兩者之間連廊連接，這樣每棟數(shù)據(jù)機房都設(shè)置了一個“小背包”，既滿足就近運維的需求，又規(guī)避了運維部分對珍貴的7%占地指標的占用。研發(fā)辦公部分相對獨立地設(shè)置于東側(cè)坡地上，與大數(shù)據(jù)中心區(qū)域之間利用中心花園實現(xiàn)物理隔離，既最大限度地保證物理安全，又可使周邊建筑共享核心中心花園景觀資源。

4.4.2流線分析

通勤班車流線、VIP參觀流線、研發(fā)辦公人員流線、機房貨運流線分而不隔，井然有序。

5結(jié)語

在“新基建”的時代背景下，大數(shù)據(jù)中心作為重資產(chǎn)，固定資產(chǎn)投資以及水電消耗量巨大，在前期項目決策階段需要對多個前置條件進行梳理以求得決策的科學(xué)性。隨著第三代大數(shù)據(jù)中心集中化、功能復(fù)合化發(fā)展趨勢，需要設(shè)計者從建筑空間組織、功能流線梳理、工藝流程管控等方面提供綜合性解決方案。

參考文獻

[1]樊云龍.當代數(shù)據(jù)中心設(shè)計的安全性與開放性———以上饒云數(shù)據(jù)中心工程為例[J].江蘇建筑，2019（1）：37-38.

[2]數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范：GB50174—2017[S].北京:中國計劃出版社，2017.

作者：劉瑞義   單位：中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司