数据中心，即集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。本文主要介绍数据中心建筑设计的方案布置、消防设计、机电方案建筑相关设计等，分析数据中心常规建筑设计要点，以供设计同行参考。

一、引言

随着我国各地区、各行业数字化转型的深入推进，我国数据中心市场规模将保持持续增长态势，目前我院接触的数据中心项目主要以6kW左右每机架为主，未来伴随技术进步和业主对新技术应用的接受程度，也将会有更多更大单功率的机架投入市场。本文主要以6kW为主的单机架功率设计工程项目案例为主要分析对象，着重分析数据中心建筑设计过程中遇到的问题和工程经验总结，以供同行业参考，个人总结难免有错误和理解不足之处，望设计同行批评指正。

二、前期需求及规模确定

业主在建设数据中心前期时，需由专业的前期开发团队评估项目可行性，并选好开发城市及预选项目用地，与国土资源管理部门及时跟踪预选项目开发用地情况。

企业如需确定投资项目，应到发改委或经信委管理部门做好项目备案和立项，并同时按照下列步骤聘请具有相关资质的单位配合制作相应报审文件：

1.1 聘请专业节能公司编写项目节能报告提交给发改委管理部门进行审核批准；

1.2 提交环境影响评估资料给环保局管理部门进行审查报批；

1.3 提交交通影响评估资料给交通局管理部门进行审查报批；

1.4 提交供电方案设计文件及需求给电力局管理部门进行审查报批；

1.5 提交供水方案设计文件及需求给水务局管理部门进行审查报批等。

同时，应进行土地招拍挂相关流程跟踪及确认，并做好国有土地成交合同签署，做好规划局批复相关建设用地使用条件，及时提供给设计院进行建筑规划及报规设计文件深化，提供给规划部门进行审核确认，批复建设工程规划许可证。

此部分属于土建的报审阶段，一般新建的数据中心项目开发流程都是按照大开敞空间丙类厂房报规，到后续的施工图设计合格后，进行土建开发施工阶段，此阶段的土建施工图应落实机电工艺设计的土建相关条件，以免后续机电深化增加不必要的施工成本。

经过节能审批和报规文件等通过后，建设项目的建筑规模及总机架数量，总用电量等指标都会确定下来，同时机电深化在土建报规前也应该开展，以免后续机电深化影响报规文件的修改。

图示1

三、数据中心等级划分

各种类型的数据中心建设规模及要求差异较大，因此数据中心在建设前应与业主确认好本项目数据中心的等级要求，不同的数据中心等级会造成机电设计有较大的不同，甚至影响整个数据中心的方案可行性。

依据《数据中心设计规范》（GB50174-2017）,主要将数据中心分为A、B、C三级：

A级电子信息系统机房，应按照容错系统配置，运行期间，场地设备不应因操作失误、设备故障、外电源中断、维护和检修而导致电子信息系统运行中断。

B级电子信息系统机房，应按照冗余要求设置，场地设备在冗余能力范围内，不应因设备故障而导致电子信息系统运行终端。

C级电子信息系统机房，应按基本需求配置，应保证电子信息系统运行不中断。

四、数据中心选址及总图规划

4.1 数据中心选址

应首先考虑具体的需求地区，且应尽可能靠近主要应用城市，同时应考虑电力、通信、交通、水源、自然环境等问题：

4.1.1 电力

数据中心用电量一般都比较大，应考察建设地用电的电量供应及稳定性；

4.1.2 通信

数据中心应靠近核心网络节点，从而减少网络延迟；

4.1.3 交通

道路尽可能多且畅通，满足及时支援需求；

4.1.4 水源

数据中心散热主要由空调系统来处理解决，其中主要两种方式，第一空气冷散热，第二就是水蒸发散热，水蒸发散热每天每千瓦IT设备耗水量约为100L，如下公式：循环冷却水量（m³/h）=IT负载（KW）x（0.25~0.30），小时补水量为：循环水量（m³/h ）x1.4％，一天为24h；例如：6000kw的IT设备，每天耗水量为：6000x0.25x0.014x24=504吨，一年需要504x365=183960吨，因此，采用水蒸发冷却方式的制冷数据中心，水源应充足；

4.1.5 自然环境

建设不同地区的数据中心，其环境温度，空气洁净度等指标不同，会造成成本不同，其选择尽可能有利于节约能源的地区。

4.2 总图规划

对于已经选好的建设用地地块，在满足规划技术条件的情况下，应主要考虑一下主要内容设计：

4.2.1 竖向设计

新建的A级数据中心首层正负零绝对标高应高出当地洪水百年重现期水位线1.0m以上，并应高出室外地坪0.6m以上，同时应高与四周道路绝对高程，以防内涝；

4.2.2 分期规划

应结合业主需求，确定好分期实施，一般数据中心分土建阶段和机电阶段，业主为了控制投资一般会分期实施，以适应资金需求及客户变化需求；土建开发阶段主要以大开敞丙类厂房进行申报，待竣工验收后，进行机电施工，对于客户需求变化较大的，可能会涉及拆改和结构加固。

4.3 建筑布局

总图各楼栋布局应同时考虑防火间距要求、消防车道布置、柴发钢平台、蓄冷罐布置、储油罐位置、对周边地块日照、噪音影响、货车运输路径及转弯半径装卸操作距离、雨水收集池、地下管沟位置等。

图示2 项目案例总图布置

五、数据中心建筑设计

5.1 平面布局

5.1.1 分期需求

数据中心平面设计也应按照业主运营需求做好分期规划，如按层分期或者按照机房分期等；同一个数据中心楼业主可能会租给N个承租方，但每个承租方由于自身业务的需求不同，对于数据机柜的要求也不尽相同；

5.1.2 机架尺寸及间距

其中机架常规尺寸（宽mm×深mm×高mm）IT设备：600×1200×2200；

传输设备：600×600×2200。

成行排列的机架长度不超过15m时；通信机房内机架间距均为1200mm；机房内主运输搬运通道的宽度为1.5m，次通道的宽度不小于1m。以上尺寸主要相对于6KW的机柜来说，但对于高于6kw的单机柜，比如8KW或者10kw等，他们直接的排列间距可能要求更大，由原来的1.2m扩宽到1.5m甚至1.8m不等，主要是为了满足机柜的通风散热需要，单机柜功率越高，所产生的热量越高，因此对于机柜的散热要求越高；

5.1.3 功能流线

数据中心的建筑设计流线主要分为运营流线，设备运输流线，机房参观流线，每个流线应避免交叉，机房的流线主要围绕数据机房来设计，其中，高压机房、分界室、并机室、冷冻站、ECC监控室、通信机房等主要布置在首层位置，二层及以上根据数据机房的布置，布置相应的低压机房、电池室、UPS间等；

5.1.4 防火及节能

数据中心一般以工业建筑或者民用建筑为主要申报类型，是否工业或者民用主要以用地类型为准，一般工业用地，数据中心建筑按照丙类厂房来定性，如多功能用地或者其他类型用地，数据中心建筑按照民用建筑来定性；对于具体的防火要求，就可按照数据中心本身是按照民用建筑还是工业建筑来定性，可查阅《建筑设计防火规范》GB50016-2014等规范相关防火部分章节进行深化设计。对于数据中心的节能，有的地方无节能要求，有的地方申报是需要节能计算书、节能专篇等内容，具体以申报地方政府审查职能部门要求为准，节能也和防火相类似，具体的数据中心是以工业建筑还是民用建筑申报，分别查阅的节能规范不同，其中工业建筑节能以《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017为主，民用建筑节能以《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015以及地方规范为准。

5.2 立剖面设计

数据中心的剖面高度一般需结合具体的暖通技术要求中的设备尺寸为准，一般常用高度有5m、5.5m、6m，其中也有的项目设计中低于5m的，但具体的项目实施由于采用的设备厂家尺寸不同，需要建筑高度也不尽相同，如业主已有确定好的设备厂家，应尽可能的满足设备要求，以合理的层高节省项目土建成本，但也不能只考虑尽可能节省成本不考虑后期的设备厂家更换，土建成本对于机电的成本来说简直九牛一毛，还是要以机电工艺需求为主，同事还要考虑后期的变更需求。数据中心的立面设计一般是以简介工业风为主，因为数据中心的立面开窗要求较少，尽可能减少对于机房等电气房间的影响，由于立面开窗少，同事也对消防的立面救援窗、防排烟需求、立面效果设计等提高了挑战。例如有些数据中心由于整个面都没有都没有开窗，所以有些消防救援窗只能开在四角楼梯间，虽然防火规范条文中没有明确是否可以开在楼梯间，但是从逃生的流线角度考虑，楼梯间是发生火灾后主要的逃生通道，消防人员同时在楼梯间破窗而入，肯定会造成人流冲突，不利于救火（数据中心实际的运维人数很少，也是可以实施的）。

图示3 平面空间布局示意

六、机电设计技术要点

6.1 给排水技术要点

数据中心的给排水对于建筑布局的影响，地上主要就是钢瓶间、高位水箱间等，地下主要是消防水泵房及水池、补水机房及水池、生活水泵房及水池等；有些项目由于市政条件的限制，可能需要中水处理机房等需求；对于建筑的布局也是有些影响的，这个前期都应该和业主确认好市政条件，以免影响整个项目的时间进度。对于防火末端给排水主要分为气灭和喷淋区域，气灭主要应用于电房间，喷淋主要应用于走廊等非电气房间。整体来说给排水专业在数据中心的设计当中对于建筑的布局影响相对较小。

6.2 暖通技术要点

对于不同地区不同的项目要求，PUE也不尽相同，PUE的指标要求，主要还是靠暖通的技术方案来满足，不同的PUE要求值，可能会影响整个暖通的机电方案，同时影响建筑的布局，PUE要求越低，目前的相匹配的常规技术方案是间接蒸发系统、新型磁悬浮整体式氟泵系统，液冷技术也是用来满足单机柜大功率，能耗更低的项目，但是液冷技术目前业主实施的较少，伴随着以后技术越来越成熟可能也会大面积实施。目前数据中心设计领域主要还是间接蒸发、氟泵系统、水冷系统等，末端主要采用列间空调、空调机房等。对于建筑布局来说，暖通专业最大的建筑面积就属冷冻站，一般需要1000㎡左右，其余还有一些项目可能会涉及到机房空调、新风机房、屋顶冷却塔、排烟机房、补风机房等。

6.3 电气技术要点

数据中心电气专业主要分为供电专业、电照专业，弱电智能化专业，这个要比民用建筑电气专业要分的更细，因为数据中心主要在供配电这块，也是机电专业比较重要的专业内容。弱电智能化主要设计一些消防报警、安防、智能化、通信机房等，对于建筑布局来说，影响不是很大，主要涉及通信机房、ECC、消防控制室等弱电房间。对于建筑布局影响较大的还是供配电专业，不同的数据中心等级要求不一样，A级数据机房需要容错2N系统，比B级、C级机房要求的建筑面积更多，因为不仅要做两套系统的房间，还涉及到柴油发电机房。

对于A级数据中心供配电系统主要有3种架构：2N系统、DR系统、RR系统。

2N系统主要由2个供配电单元组成（建筑专业理解也就是两个相同的供配电房间），每个单元负载50％的负荷；一个单元故障另一个单元完全负载100％。

DR系统N≥3个供配电单元组成，每个单元负载66％的负荷，相邻2个单元供电，其中1个单元故障时，剩下1个单元继续与另1个单元继续供电。

RR系统由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其他运行单元的备用（也叫后备冗余），当一个运行单元故障，通过电源切换装置，备用单元继续为负载供电。

其中2N系统是最优的，不仅供电可靠而且系统架构简单，国内数据中心采用2N的也最多。对于建筑布局来说，供配电专业主要有高压机房、并机室、柴油发电机房、低压配电室、电池室等，也是数据中心设计中除了数据机房房间外，建筑面积占用最多的专业。

七、结束语

数据中心设计与民用建筑不同，不再以建筑专业为主导专业，数据中心更趋向于以供电专业为主导，制冷方案为辅的项目。作为建筑专业设计人员，要想做好数据中心项目，我们更应该多了解供配电的系统原理及各电气机房方案细节要求，同时对制冷的新技术、原理不同的优缺点，应多总结多交流，才能为后面的数据中心建筑设计做好准备。

 

参考文献：

[1]新基建：数据中心规划与设计/钟景华等编著.——北京：电子工业出版社，2021.1（新基建丛书）

[2] GB50174-2017数据中心设计规范.北京：中国计划出版社，2017

[3]数据中心供配电技术与设计/郭武主编—北京：机械工业出版社，2022.5