數(shù)據(jù)中心的防火設(shè)計分析
——以電信南方基地通信機樓土建項目為例

陳碧云，馮智彬

1.廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000 2.廣州市優(yōu)筑建筑設(shè)計咨詢有限公司，廣東 廣州 510000

由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)儀器精密，價格高昂，且其服務(wù)器儲存著大量重要數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)丟失或突然停止運行，將會給企業(yè)及社會帶來不可估量的經(jīng)濟損失，因此國家為保障數(shù)據(jù)中心的正常運行，制定了一系列標準，且將數(shù)據(jù)中心建筑列為重要建筑。

1 工程概況

案例項目位于廣州市中新知識城南起步區(qū)ZSCN-D4-1地塊內(nèi)，具體位置在KS2號路以南，永九快速路以東。該工程地塊占地面積為134999.2m2，擬規(guī)劃建設(shè)數(shù)據(jù)中心、科研樓以及綜合樓，規(guī)劃建筑面積為358887m2，其中數(shù)據(jù)中心占地面積不少于13.25萬m2。電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目位于地塊西南角，建筑規(guī)模約為6.8萬m2，包括2棟10層數(shù)據(jù)中心和1個連通地上2棟建筑的地下室，建成后數(shù)據(jù)中心可容納約10000個機架，IT功率平均密度將達到5k/機架以上，電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目作為中國電信集團的重點項目之一，將覆蓋大灣區(qū)的IDC業(yè)務(wù)。

2 數(shù)據(jù)中心的建筑消防設(shè)計要點

消防包括消滅火災(zāi)和預(yù)防火災(zāi)兩種。消滅火災(zāi)就是在火災(zāi)發(fā)生之后，依靠不同設(shè)備救火，是一種主動防火的手段；預(yù)防火災(zāi)則是在未發(fā)生火災(zāi)事故前，把引火源與可燃物、助燃物進行物理隔離，控制火災(zāi)不蔓延的一種方法，是一種被動防火的手段。除此之外，被動防火還跟耐火極限、燃燒性能、火災(zāi)性能、疏散距離、疏散門等有關(guān)，下面以電信南方基地A3、A4棟通信機樓土建項目為例進行說明。

2.1 數(shù)據(jù)中心的耐火等級

數(shù)據(jù)中心是一種特殊的建筑，它可以是工業(yè)建筑，也可以為民用建筑。當數(shù)據(jù)中心位于工業(yè)用地時，它執(zhí)行建筑設(shè)計防火規(guī)范的廠房建筑部分；當其位于其他用地時，它執(zhí)行民用建筑設(shè)計防火規(guī)范。該項目位于科研用地，屬于民用建筑，因此按建筑設(shè)計防火規(guī)范的民用建筑部分執(zhí)行。

《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018年版）》（GB 50016—2014）（以下簡稱《防火規(guī)范》）將工業(yè)和民用建筑耐火等級分為四級。耐火極限時間最長的為一級，通?？梢赃_到3h；耐火極限時間最短的為四級，通常為0.25～0.5h。只有民用建筑的地下室或半地下室和一類高層建筑的耐火等級規(guī)定為不應(yīng)低于一級，其他一般根據(jù)建筑物的高度、使用功能、重要性和火災(zāi)撲救難度來確定。數(shù)據(jù)中心的耐火等級不應(yīng)低于二級。廠房和民用建筑二級耐火等級建筑構(gòu)件的耐火極限和燃燒性能見表1。

表1 廠房和民用建筑二級耐火等級建筑構(gòu)件的耐火極限和燃燒性能

由表1可知，耐火極限是從建筑的柱、承重墻→梁→樓板→隔墻→裝飾逐漸縮減的，與蓋樓的順序相反，其目的是保證支撐房屋的承重構(gòu)件不易被破壞，房屋不易坍塌。目前相關(guān)規(guī)范只要求鋼筋的最小保護層厚度應(yīng)為20mm，然而火場的溫度極高，顯然這個厚度并不能滿足火災(zāi)發(fā)生時鋼筋所需的厚度要求，因此在設(shè)計階段應(yīng)考慮火災(zāi)帶來后果的嚴重程度，適當增加鋼筋保護層的厚度，或者采用耐火砂漿進行墻面抹灰。數(shù)據(jù)中心的耐火極限最低要求應(yīng)按表1執(zhí)行。然而，耐火極限為2.5h時也遠遠不足以保護精密儀器，因此在設(shè)計建筑防火時要合理考慮建筑的平面布局，確保能夠有效阻止火勢蔓延。與平面布局有關(guān)的參數(shù)包括防火分區(qū)、層數(shù)、安全疏散、功能布局和疏散門的數(shù)量。

2.2 數(shù)據(jù)中心的防火分區(qū)和層數(shù)

民用建筑中單或多層一、二級耐火極限的防火分區(qū)允許面積為2500m2，高層民用建筑的防火分區(qū)最大允許面積為1500m2。應(yīng)用在工業(yè)建筑的數(shù)據(jù)機房應(yīng)按丙類廠房一、二級要求：單層廠房建筑的防火分區(qū)不限，多層廠房建筑每個防火分區(qū)的最大允許面積為6000m2（一級耐火等級）或4000m2（二級耐火等級），高層廠房每個防火分區(qū)的最大允許面積為3000m2。當建筑內(nèi)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)時，均可按規(guī)定值增加1倍面積，局部設(shè)置時，防火分區(qū)的增加面積可按局部面積增加1倍計算。因此，在考慮數(shù)據(jù)中心平面規(guī)模時應(yīng)考慮防火分區(qū)因素，以盡量接近防火分區(qū)的規(guī)范值為優(yōu)。電信南方基地A3棟通信機樓總高度為60m，屬于一類高層建筑，建筑內(nèi)全部增設(shè)自動滅火系統(tǒng)，項目單層面積為2927m2，按1個防火分區(qū)計算，其優(yōu)點是平面內(nèi)不需要增加防火墻、安全出口，也不需要增設(shè)滅火設(shè)備系統(tǒng)等。

2.3 數(shù)據(jù)中心的安全疏散

數(shù)據(jù)中心單層面積都比較大，多層的數(shù)據(jù)中心平面面積約4988m2，剛好為1個分區(qū)面積。根據(jù)《防火規(guī)范》要求，建筑內(nèi)每個防火分區(qū)或1個防火分區(qū)的每個樓層，其安全出口的數(shù)量應(yīng)經(jīng)過計算確定，且不應(yīng)少于2個。每個安全出口都有規(guī)定的距離，對于民用建筑和高層工業(yè)建筑，布置在兩個安全出口之間的房間門距離安全出口的直線距離不應(yīng)大于40m；對于單層工業(yè)建筑，該距離不應(yīng)大于80m；對于多層工業(yè)建筑，該距離不應(yīng)大于60m。從房間內(nèi)部任一點到房間門口的疏散距離應(yīng)該等于袋形走道的疏散距離，而且只要建筑內(nèi)部全部設(shè)置自動噴淋系統(tǒng)，則該距離應(yīng)增加25%，相當于從房間內(nèi)到房間門再到疏散樓梯的距離，單、多層民用數(shù)據(jù)中心的該疏散距離不應(yīng)超過67.5m，高層民用數(shù)據(jù)中心的該疏散距離不應(yīng)超過65m。當數(shù)據(jù)機房內(nèi)設(shè)置高靈敏度的吸氣式煙霧探測火災(zāi)報警系統(tǒng)時，該機房內(nèi)任一點到最近安全出口的直線距離可增加50%，因此一個經(jīng)濟的平面布置首先要滿足消防要求，其次要節(jié)省交通面積。

2.4 數(shù)據(jù)中心的功能布局

一般情況下，數(shù)據(jù)中心的使用功能都是比較單一的，但當與數(shù)據(jù)中心不相關(guān)的其他功能房間也在同一個建筑內(nèi)時，數(shù)據(jù)中心與其他功能房間應(yīng)采用耐火極限不低于2.0h的防火隔墻和1.5h的樓板隔開，防火隔墻上的門應(yīng)采用甲級防火門。建設(shè)在工業(yè)用地上的數(shù)據(jù)中心，當室內(nèi)有辦公、值班等類似功能房間時，應(yīng)采用耐火極限不低于2.5h的防火隔墻和1.0h的樓板與其他部分分隔，并應(yīng)至少設(shè)置1個獨立的安全出口，隔墻上應(yīng)設(shè)置乙級防火門。

3 數(shù)據(jù)中心氣體滅火系統(tǒng)的選擇

主動防火是通過設(shè)置具體的消防設(shè)施來減輕火災(zāi)發(fā)生后造成的后果，如設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、可燃氣體探測報警系統(tǒng)、電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、消防控制室等。數(shù)據(jù)中心的消防設(shè)施通常使用管網(wǎng)氣體滅火系統(tǒng)、水霧滅火系統(tǒng)、火災(zāi)探測器，以及具有滅火系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動功能的火災(zāi)報警系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心中的主機房區(qū)域的滅火系統(tǒng)應(yīng)從可靠性、綠色環(huán)保性、節(jié)能性、通用性及經(jīng)濟性等多方面進行綜合分析，大多選擇氣體滅火系統(tǒng)。用于主機房和配電房時可選擇七氟丙烷滅火系統(tǒng)、IG-541氣體滅火系統(tǒng)和二氧化碳滅火系統(tǒng)。

二氧化碳的滅火機理是窒息和冷卻，它會對停留在保護區(qū)域中的人員造成嚴重傷害，甚至死亡，而且它并不是一種綠色環(huán)保的材料，還會加重溫室效應(yīng)，只能用于無人場所，而數(shù)據(jù)機房平時經(jīng)常有人檢修和維護，因此不推薦使用二氧化碳滅火系統(tǒng)。IG-541是氮氣、氬氣、二氧化碳混合而成的氣體，主要滅火機理是物理滅火，對人體安全無害，滅火劑用量大、系統(tǒng)壓力高、儲瓶數(shù)量多，其管網(wǎng)造價相對較高。七氟丙烷滅火劑價格是三者中最高且需要定期更換的，后期運維費用較大，但由于火災(zāi)時噴射劑量少、系統(tǒng)壓力低，其設(shè)備造價和管網(wǎng)造價也相對較低。國產(chǎn)的IG-541氣體滅火系統(tǒng)與外貯壓式七氟丙烷滅火系統(tǒng)的綜合造價基本上沒有差別。另外，采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)時，由于其氣瓶間的面積約為IG-541系統(tǒng)的一半，這樣就可以增加數(shù)據(jù)機房的利用面積，從而可以放置更多的機架，數(shù)據(jù)機房的利用率及機架的收益也會明顯增多。因此，經(jīng)過綜合分析比較后建議采用七氟丙烷滅火系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)中心中的公共區(qū)域，除了不宜用水撲救的部位，均設(shè)置預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)。這種系統(tǒng)由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)自動開啟雨淋報警閥，配水管道開始充水時，干式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成濕式系統(tǒng)，待噴頭自動爆裂后立即噴水。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，預(yù)作用閥及其補氣裝置、控制屏等設(shè)備應(yīng)由同一廠家配套提供。

4 結(jié)束語

無論是數(shù)據(jù)中心還是大型酒店或住宅的建設(shè)，建設(shè)單位都應(yīng)該把安全放在第一位，把“消”和“防”作為建筑設(shè)計的重點。對此，相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)不同類型建筑的實際情況，科學開展消防設(shè)計工作，努力貫徹落實消防法，進一步做好建筑消防設(shè)計工作。