数据中心的建筑设计

崔琰

[摘要]

本文首先介绍了数据中心建筑的基本概念，并从建筑专业的角度出發，对数据中心建筑的组成、特点进行了阐述，并对数据中心这类建筑从功能上出发提出了建筑设计要求。

[关键词] 数据中心，建筑功能，主机房，建筑设计。

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.

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

前言

电子信息系统机房（数据中心）的产生和发展是随着电子计算机技术的发展而发展的，在现代科学技术高度发展的社会里，计算机越来越广泛地应用于各个领域，由七十年代前主要用于国防尖端工程重大科研的数据计算发展到今天在国民经济及人们的日常生活中，越来越发挥其重大作用，已涉及到通信、交通、银行、保险等各个领域。同时网络技术在各个领域的也被广泛应用，不断创新与革命的网络技术，使大量数据的传输成为可能，同时带来的问题是：需要建设与之配套的大规模的空间对这些数据进行处理与存储，计算机数据中心这类建筑类型应运而生。

数据中心的基本概念

从某种意义上说，数据中心这类建筑的主角不是服务于人，而是服务于机器。所以对数据中心建筑的要求都不是从人使用的角度出发，而是从为机器服务的角度出发的。计算机系统只有可靠的运行，才能发挥其效益，而为了保证计算机的可靠运行，需要一个比较严格的物理环境。如供电、配电、温度、湿度、洁净度等，这样就需要有一个现代化的机房系统满足计算机对环境的要求。

在数据中心的建筑设计中，为保证高效运转的电子设备能够无单点故障的运行，机器的要求高于人的要求。所以，简单来说，数据中心这类建筑就是为了数据信息的传递且主要针对机器的要求而建设起来的这样一个信息枢纽站，是为电子信息设备提供运行环境的场所。

数据中心的建筑组成

数据中心的区域划分根据行业不同（例如金融行业、电信行业、IDC托管行业、政府机关，学校、企业等），其功能区的划分有所不同，但一般由主机房、辅助区、支持区、行政管理区等四大功能区组成。

3.1 主机房

主要用于电子信息处理、存储、交换和传输设备的安装和运行的建筑空间，包括服务器机房、网络机房、存储机房等功能区域。

主机和服务器区是机房的中心，主要是安置计算机主机、服务器设备的，机房其它的功能区域全部是为这个区域服务的。主机房内另设有核心保密区、网络通信区、数据备份与介质存储区等。由于数据备份设备、磁盘、磁带要与计算机一同进行工作。所以该区域对环境的要求应与主机、服务器区域一致。

3.2辅助区

辅助区是用于IT设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的场所，包括进线间、测试机房、监控中心、备件库、打印室、维修室等区域。

1）测试机房主要是对准备搬入主机房的设备进行安装调试和稳定性测试。

2）监控中心主要放置机房各类IT设备的监控终端控制系统及为维护机房的工作人员提供一个工作场所。

3.3支持区

支持区是支持并保障完成信息处理过程和必要的技术作业的场所，包括变配电室、柴油发电机房、UPS室、电池室、空调机房、动力站房、消防设施用房、消防和安防控制室等。

1）电源区主要放置供、配电设备。例如变压器、配电柜、柴油发电机组、UPS电源、UPS电源后备电池组等。

2） 空调区主要放置机房专用空调，在机房面积较小时也可将空调置于主机房内。

3）消防钢瓶间是为气体用灭火装置提供一个放置的空间。

3.4行政管理区

此区域是用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的场所，包括工作人员办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣间和用户工作室、接待室、会议室等。在数据中心建筑中，只有此区域是日常人员活动区域，为“动区”。

总之，无论是小型、还是中大型的数据中心，其建筑内的构成基本是一致的，怎样将这四大功能区域在建筑中得到合理的布置，以最佳的状态实现工艺要求，实现最优的工艺效益，是这类建筑的设计重点。

数据中心建筑的特点

4.1安全可靠性原则

安全可靠性应从两方面来解读，一方面是从设备的运行上来说，保证电子设备应具有高可靠性运转，不能出现单点故障。而另一意义的安全是数据中心自身的安全防范，从人员的控制上，保证进入机房人员身份，避免无关人员的非法入侵。

当然，实现机房的安全可靠性应从结构设计、供配电设系统、空调系统、设备选型、安全监控系统等各方面进行可靠性的设计和建设。但是，建筑平面布局是一个先决条件，合理的机房平面的布局是设计的前提。

首先，一般应将主机房布置在建筑的核心部位，要求其自成一体，与支持区隔离，这样一方面可以减少无关人员（如专门为辅助设备服务的工作人员）接近机房，，同时减少支持区设备对机房的影响，比如柴油发电机运行时的振动，变配电对机房设备的电磁干扰，以及冷冻机组产生的水雾对机房设备的不利影响等等。但同时支持区又是主机、服务器等设备运行的保障，因此支持区必须不能离主机房太远，以缩短与主机房联系的管线长度，确保机房设计的合理性和经济性要求。

另外，机房工作区与行政管理区之间，主机房区域与支持区、辅助区应有严格分隔，以避免外界非法入侵的可能。因此在交通流线的设计上，首先工作人员和设备搬入应分设入口，实现人流与物流的不交叉干扰。办公服务人员入口应靠近主要道路，方便工作人员的进出，门厅设接待前区区域，工作人员经门厅通过防尾随门禁系统进入办公内区，机房运维人员和辅助设备区设施维护人员通过各自的门禁系统进入各自办公区。机房工作区内部走道相互联通，但不能随意通过，主机房区域外围走道用于设备搬入，内侧走道与其他区域用墙体分隔，安装防尾随系统，进入主机房的人员需要有单独的身份识别。从建筑设计上最大程度避免非法入侵的发生，保证机房自身的安全。

4.2灵活性与可扩展性

数据中心应具有良好的灵活性与可扩展性，能够根据数据中心业务不断深入发展的需要，扩大设备容量和提高用户数量和质量的功能。因此，建筑设计时应考虑一定区域的预留，用于扩展空间，另外房间的布局上也应能考虑到日后发展的需要。

4.3可分期性

数据中心建设的初期投资是很巨大的，还需考虑今后发展的需要，因此数据中心一般是分期实施的。标准化与模块化设计是目前国际上对大型数据中心比较公认的设计方法，根据实际需求将工程分期实施，从而降低企业的建设成本、运行费用。

按模块化的概念建设数据中心，先建成一个标准的模块，以复制的方式去建，包括机房内设备等。这种方式基本配置都是一样，机房要求也是一样的，然后根据建设需要再一步步去建。还要结合用户的实际情况，综合考虑供电、空调、消防、疏散等因素。

按照上述思路，所有的设备可以根据业务的发展去增加，包括它的辅助设备，尤其上万平米的数据中心，几万台服务器，就可以采用这种模块化的设计方式，以便于管理和虚拟化技术的应用。

这种模块化设计将一个个主机房转换成一个个标准的单元，采用单元复制的方式，完成整个机房的建设，并能适应技术的发展，功能上的随需调整。

数据中心建筑的设计要求

5.1层高要求

主机房的净高应根据机柜高度及通风要求确定，機柜高度一般为2.0~2.2m，因此，机房净高一般不宜低于2.6m。防静电架空活动地板在机房内是很重要的，它可使机房地板下形成一个地下空间。在活动地板上可安装各类IT设备，而在地板下的空间则可用来敷设各设备的电源线、网络线、监控信号线管等设施。同时可作为空调的送风静压箱。通过地板上设置的送风口，把冷却空气送至IT设备，保障IT设备的安全运行。为了获得最佳的通风效果，架空地板的高度不应小于400mm。机房吊顶上部空间需安装强电、弱电线槽和管线，同时还要安装消防灭火的气体管道及新风系统风管、照明桥架等等。机房的层高应综合考虑几方面因素确定，一般会比较高。

5.2保温节能

主机房内为了保证服务器、网络设备的正常运转，需要一个恒温恒湿的运行环境，因此，主机房冬季保温、夏季隔热以及防凝露等技术问题成为机房设计的重要考虑因素。尤其在夏季，室外温度较高，空气相对湿度大，机房内外存在较大的温差，这时如果机房的保温处理不当，会造成机房区域两个相邻界面产生凝露，更重要的是下层天花结构面层的凝露会给相邻部分设施造成损坏而影响工作，同时也会使机房区域的精密空调的负荷加大，造成能源的浪费。在冬季，由于机房的温/湿度是恒定值，此时相对湿度高于室外，机房的内立面墙、地板和楼板产生凝露，使机房受潮，造成墙立面、地板和楼板造成损坏，从而影响机房的洁净度。由于界面的凝结水蒸发，造成局部区域空气含湿量增大，给IT设备的元器件和线缆插件造成损坏。因此，为了节约能源，减少日后的运行费用，机房外墙和上下机房相邻界面应采取措施，减少各界面的能量散失。

5.2防水

水会给机房造成灾难性的后果。机房中有大量的IT设备和其它外围设备，这些设备需要大量的电力。另外，机房中的弱电系统也有大量的设备及信号线路，因此，机房内一旦发生水灾，其后果是不堪设想的，所以机房中的防水非常重要。安装漏水报警系统是很必要的，但机房地面的防水措施是前提。另外，进入机房的所有水管均应做好保温处理，以防止由于温差产生的结露水。

结束语

数据中心首先是一座建筑，因此，在数据中心的建筑设计中，建筑学所涉及的功能学、美学以及所追求的文化含义这三大要素同样是缺一不可的。本文着重从对数据中心建筑的功能上进行了分析，当我们在数据中心这类建筑设计时，同样，应在平面规划在强调功能性合理的前提下，应综合考虑建筑内部功能与外部总体环境的协调，创造出建筑风格与文化融合统一的数据中心建筑。

参考文献

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[3] 黄锴. 建筑节能在数据中心建设中的探讨[A].建筑节能，2008（10）

[4] 黄岚. 数据中心建筑设计中的若干关键问题研究. 硕士论文

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