數(shù)據(jù)中心的建筑設計

崔琰

[摘要]

本文首先介紹了數(shù)據(jù)中心建筑的基本概念，并從建筑專業(yè)的角度出發(fā)，對數(shù)據(jù)中心建筑的組成、特點進行了闡述，并對數(shù)據(jù)中心這類建筑從功能上出發(fā)提出了建筑設計要求。

[關鍵詞] 數(shù)據(jù)中心，建筑功能，主機房，建筑設計。

Abstract: This paper first introduces the basic concepts of data center construction, and from the professional view of building , expond the data center construction, composition, characteristics, and put forward data center building starting from the functional architectural design requirements.

Key Words:data center, building function, computer room, and architectural design.

中圖分類號：S611文獻標識碼：A文章編號：

前言

電子信息系統(tǒng)機房（數(shù)據(jù)中心）的產(chǎn)生和發(fā)展是隨著電子計算機技術的發(fā)展而發(fā)展的，在現(xiàn)代科學技術高度發(fā)展的社會里，計算機越來越廣泛地應用于各個領域，由七十年代前主要用于國防尖端工程重大科研的數(shù)據(jù)計算發(fā)展到今天在國民經(jīng)濟及人們的日常生活中，越來越發(fā)揮其重大作用，已涉及到通信、交通、銀行、保險等各個領域。同時網(wǎng)絡技術在各個領域的也被廣泛應用，不斷創(chuàng)新與革命的網(wǎng)絡技術，使大量數(shù)據(jù)的傳輸成為可能，同時帶來的問題是：需要建設與之配套的大規(guī)模的空間對這些數(shù)據(jù)進行處理與存儲，計算機數(shù)據(jù)中心這類建筑類型應運而生。

數(shù)據(jù)中心的基本概念

從某種意義上說，數(shù)據(jù)中心這類建筑的主角不是服務于人，而是服務于機器。所以對數(shù)據(jù)中心建筑的要求都不是從人使用的角度出發(fā)，而是從為機器服務的角度出發(fā)的。計算機系統(tǒng)只有可靠的運行，才能發(fā)揮其效益，而為了保證計算機的可靠運行，需要一個比較嚴格的物理環(huán)境。如供電、配電、溫度、濕度、潔凈度等，這樣就需要有一個現(xiàn)代化的機房系統(tǒng)滿足計算機對環(huán)境的要求。

在數(shù)據(jù)中心的建筑設計中，為保證高效運轉的電子設備能夠無單點故障的運行，機器的要求高于人的要求。所以，簡單來說，數(shù)據(jù)中心這類建筑就是為了數(shù)據(jù)信息的傳遞且主要針對機器的要求而建設起來的這樣一個信息樞紐站，是為電子信息設備提供運行環(huán)境的場所。

數(shù)據(jù)中心的建筑組成

數(shù)據(jù)中心的區(qū)域劃分根據(jù)行業(yè)不同（例如金融行業(yè)、電信行業(yè)、IDC托管行業(yè)、政府機關，學校、企業(yè)等），其功能區(qū)的劃分有所不同，但一般由主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)、行政管理區(qū)等四大功能區(qū)組成。

3.1 主機房

主要用于電子信息處理、存儲、交換和傳輸設備的安裝和運行的建筑空間，包括服務器機房、網(wǎng)絡機房、存儲機房等功能區(qū)域。

主機和服務器區(qū)是機房的中心，主要是安置計算機主機、服務器設備的，機房其它的功能區(qū)域全部是為這個區(qū)域服務的。主機房內另設有核心保密區(qū)、網(wǎng)絡通信區(qū)、數(shù)據(jù)備份與介質存儲區(qū)等。由于數(shù)據(jù)備份設備、磁盤、磁帶要與計算機一同進行工作。所以該區(qū)域對環(huán)境的要求應與主機、服務器區(qū)域一致。

3.2輔助區(qū)

輔助區(qū)是用于IT設備和軟件的安裝、調試、維護、運行監(jiān)控和管理的場所，包括進線間、測試機房、監(jiān)控中心、備件庫、打印室、維修室等區(qū)域。

1）測試機房主要是對準備搬入主機房的設備進行安裝調試和穩(wěn)定性測試。

2）監(jiān)控中心主要放置機房各類IT設備的監(jiān)控終端控制系統(tǒng)及為維護機房的工作人員提供一個工作場所。

3.3支持區(qū)

支持區(qū)是支持并保障完成信息處理過程和必要的技術作業(yè)的場所，包括變配電室、柴油發(fā)電機房、UPS室、電池室、空調機房、動力站房、消防設施用房、消防和安防控制室等。

1）電源區(qū)主要放置供、配電設備。例如變壓器、配電柜、柴油發(fā)電機組、UPS電源、UPS電源后備電池組等。

2） 空調區(qū)主要放置機房專用空調，在機房面積較小時也可將空調置于主機房內。

3）消防鋼瓶間是為氣體用滅火裝置提供一個放置的空間。

3.4行政管理區(qū)

此區(qū)域是用于日常行政管理及客戶對托管設備進行管理的場所，包括工作人員辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣間和用戶工作室、接待室、會議室等。在數(shù)據(jù)中心建筑中，只有此區(qū)域是日常人員活動區(qū)域，為“動區(qū)”。

總之，無論是小型、還是中大型的數(shù)據(jù)中心，其建筑內的構成基本是一致的，怎樣將這四大功能區(qū)域在建筑中得到合理的布置，以最佳的狀態(tài)實現(xiàn)工藝要求，實現(xiàn)最優(yōu)的工藝效益，是這類建筑的設計重點。

數(shù)據(jù)中心建筑的特點

4.1安全可靠性原則

安全可靠性應從兩方面來解讀，一方面是從設備的運行上來說，保證電子設備應具有高可靠性運轉，不能出現(xiàn)單點故障。而另一意義的安全是數(shù)據(jù)中心自身的安全防范，從人員的控制上，保證進入機房人員身份，避免無關人員的非法入侵。

當然，實現(xiàn)機房的安全可靠性應從結構設計、供配電設系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、設備選型、安全監(jiān)控系統(tǒng)等各方面進行可靠性的設計和建設。但是，建筑平面布局是一個先決條件，合理的機房平面的布局是設計的前提。

首先，一般應將主機房布置在建筑的核心部位，要求其自成一體，與支持區(qū)隔離，這樣一方面可以減少無關人員（如專門為輔助設備服務的工作人員）接近機房，，同時減少支持區(qū)設備對機房的影響，比如柴油發(fā)電機運行時的振動，變配電對機房設備的電磁干擾，以及冷凍機組產(chǎn)生的水霧對機房設備的不利影響等等。但同時支持區(qū)又是主機、服務器等設備運行的保障，因此支持區(qū)必須不能離主機房太遠，以縮短與主機房聯(lián)系的管線長度，確保機房設計的合理性和經(jīng)濟性要求。

另外，機房工作區(qū)與行政管理區(qū)之間，主機房區(qū)域與支持區(qū)、輔助區(qū)應有嚴格分隔，以避免外界非法入侵的可能。因此在交通流線的設計上，首先工作人員和設備搬入應分設入口，實現(xiàn)人流與物流的不交叉干擾。辦公服務人員入口應靠近主要道路，方便工作人員的進出，門廳設接待前區(qū)區(qū)域，工作人員經(jīng)門廳通過防尾隨門禁系統(tǒng)進入辦公內區(qū)，機房運維人員和輔助設備區(qū)設施維護人員通過各自的門禁系統(tǒng)進入各自辦公區(qū)。機房工作區(qū)內部走道相互聯(lián)通，但不能隨意通過，主機房區(qū)域外圍走道用于設備搬入，內側走道與其他區(qū)域用墻體分隔，安裝防尾隨系統(tǒng)，進入主機房的人員需要有單獨的身份識別。從建筑設計上最大程度避免非法入侵的發(fā)生，保證機房自身的安全。

4.2靈活性與可擴展性

數(shù)據(jù)中心應具有良好的靈活性與可擴展性，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)中心業(yè)務不斷深入發(fā)展的需要，擴大設備容量和提高用戶數(shù)量和質量的功能。因此，建筑設計時應考慮一定區(qū)域的預留，用于擴展空間，另外房間的布局上也應能考慮到日后發(fā)展的需要。

4.3可分期性

數(shù)據(jù)中心建設的初期投資是很巨大的，還需考慮今后發(fā)展的需要，因此數(shù)據(jù)中心一般是分期實施的。標準化與模塊化設計是目前國際上對大型數(shù)據(jù)中心比較公認的設計方法，根據(jù)實際需求將工程分期實施，從而降低企業(yè)的建設成本、運行費用。

按模塊化的概念建設數(shù)據(jù)中心，先建成一個標準的模塊，以復制的方式去建，包括機房內設備等。這種方式基本配置都是一樣，機房要求也是一樣的，然后根據(jù)建設需要再一步步去建。還要結合用戶的實際情況，綜合考慮供電、空調、消防、疏散等因素。

按照上述思路，所有的設備可以根據(jù)業(yè)務的發(fā)展去增加，包括它的輔助設備，尤其上萬平米的數(shù)據(jù)中心，幾萬臺服務器，就可以采用這種模塊化的設計方式，以便于管理和虛擬化技術的應用。

這種模塊化設計將一個個主機房轉換成一個個標準的單元，采用單元復制的方式，完成整個機房的建設，并能適應技術的發(fā)展，功能上的隨需調整。

數(shù)據(jù)中心建筑的設計要求

5.1層高要求

主機房的凈高應根據(jù)機柜高度及通風要求確定，機柜高度一般為2.0~2.2m，因此，機房凈高一般不宜低于2.6m。防靜電架空活動地板在機房內是很重要的，它可使機房地板下形成一個地下空間。在活動地板上可安裝各類IT設備，而在地板下的空間則可用來敷設各設備的電源線、網(wǎng)絡線、監(jiān)控信號線管等設施。同時可作為空調的送風靜壓箱。通過地板上設置的送風口，把冷卻空氣送至IT設備，保障IT設備的安全運行。為了獲得最佳的通風效果，架空地板的高度不應小于400mm。機房吊頂上部空間需安裝強電、弱電線槽和管線，同時還要安裝消防滅火的氣體管道及新風系統(tǒng)風管、照明橋架等等。機房的層高應綜合考慮幾方面因素確定，一般會比較高。

5.2保溫節(jié)能

主機房內為了保證服務器、網(wǎng)絡設備的正常運轉，需要一個恒溫恒濕的運行環(huán)境，因此，主機房冬季保溫、夏季隔熱以及防凝露等技術問題成為機房設計的重要考慮因素。尤其在夏季，室外溫度較高，空氣相對濕度大，機房內外存在較大的溫差，這時如果機房的保溫處理不當，會造成機房區(qū)域兩個相鄰界面產(chǎn)生凝露，更重要的是下層天花結構面層的凝露會給相鄰部分設施造成損壞而影響工作，同時也會使機房區(qū)域的精密空調的負荷加大，造成能源的浪費。在冬季，由于機房的溫/濕度是恒定值，此時相對濕度高于室外，機房的內立面墻、地板和樓板產(chǎn)生凝露，使機房受潮，造成墻立面、地板和樓板造成損壞，從而影響機房的潔凈度。由于界面的凝結水蒸發(fā)，造成局部區(qū)域空氣含濕量增大，給IT設備的元器件和線纜插件造成損壞。因此，為了節(jié)約能源，減少日后的運行費用，機房外墻和上下機房相鄰界面應采取措施，減少各界面的能量散失。

5.2防水

水會給機房造成災難性的后果。機房中有大量的IT設備和其它外圍設備，這些設備需要大量的電力。另外，機房中的弱電系統(tǒng)也有大量的設備及信號線路，因此，機房內一旦發(fā)生水災，其后果是不堪設想的，所以機房中的防水非常重要。安裝漏水報警系統(tǒng)是很必要的，但機房地面的防水措施是前提。另外，進入機房的所有水管均應做好保溫處理，以防止由于溫差產(chǎn)生的結露水。

結束語

數(shù)據(jù)中心首先是一座建筑，因此，在數(shù)據(jù)中心的建筑設計中，建筑學所涉及的功能學、美學以及所追求的文化含義這三大要素同樣是缺一不可的。本文著重從對數(shù)據(jù)中心建筑的功能上進行了分析，當我們在數(shù)據(jù)中心這類建筑設計時，同樣，應在平面規(guī)劃在強調功能性合理的前提下，應綜合考慮建筑內部功能與外部總體環(huán)境的協(xié)調，創(chuàng)造出建筑風格與文化融合統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心建筑。

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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。