产业园设计控制要点（一）——数据中心

1    背景

国家于2021年启动“‌东数西算”工程，布局京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8个国家算力枢纽节点，整合优化全国范围内的算力资源‌，支撑全国一体化大数据中心协同创新体系的建设，赋能高新产业，助力形成增长新动能。

2    设计原则与关键性问题

2.1  重要性

数据中心是为电子计算设备提供运行环境的场所，是数据处理、储存的核心设施，多用于国家高科技领域，承担各类重大科学项目与工程计算，它不仅关乎企业数据的安危，更是国家信息安全的重要基石。随着科技的飞速发展，数据中心建设日益受到关注，通过高算力服务为政府产业引导、社会管理、经济运行、生活消费等各方面提供有效支撑。

2.2  设计原则

数据中心在“满足需求、适应未来”的总体策略基础上，遵循安全性、灵活性与可扩展性、可持续性原则。

安全性：首要是技术安全，水、电、温度、振动等均会影响数据安全。需要为此提供一个长期稳定可控的物理空间，选用成熟可靠的技术、工艺、材料等以保障安全。此外在管理上要按照功能需求分区，内外流线分离，对人员权限进行有效管控。

灵活与可扩展性：建筑布局优先考虑工艺的需求，强调工艺逻辑和管线的便捷高效。在此基础上，设计要具有较强的灵活性，在空间、荷载、层高、管道预留上，未来可以适配不同的机电方案，具有较强的弹性，满足多种业务，并为日后不同客户需求变化和扩容发展提供空间。

可持续性：数据中心的设计建造中，需要耗费大量的资源，绿色节能一直是业内研究的重点和难点。设计应当把绿色、低碳可持续放在首要位置，分别从设计阶段、施工阶段和运营阶段逐层落实，更好地实现建筑目标。

2.3  关键性问题

电力供应稳定性：确保机房内设备的持续稳定供电是最关键的基础保障。需要完善UPS、发电机等备用电源系统，确保电力系统的冗余度和可靠性。

制冷系统效率：大功率设备产生大量热量，需要先进的制冷系统来维持合适的温湿度环境，提高能效

网络安全防护：保证机房内外网络的高速稳定链接，加强对机房网络的访问控制、病毒防御、DDoS攻击防护等，确保机房网络安全。

灾难应急能力：完善灾难预警，应急预案和备用资源储备，提高机房抗灾能力，保障业务连续性。

2.4      基本构成

数据中心依据工艺特点，通常分为三类主要功能建筑和两类室外功能区域。建筑首要的是机房楼，包括主机房区、冷冻机房以及空调设备区、监控区、测试区、操作区等；其次是动力楼，布置柴发机、油储、并网机房等，为主机房提供动力保障；此外还有综合楼，容纳办公，管理区、生活服务保障等；室外区域包括仓储区：如蓄冷罐、地埋油罐等，以及室外停车区。

3    数据中心设计

数据中心与我们通常理解的一般建筑有着本质的不同，前者的服务主体是超级计算机机柜及各类设备机房，需要有严谨、精密、安全的物理基础设施，以保障机箱内部元件的安全运行。因此，设计强调工艺优先，充分了解并掌握各类工艺要求，避免后期可能发生的设计缺陷。（见图1）

图1机房楼物理基础设施

3.1  总体布局

基于数据中心项目的特殊性和复杂性，总体规划应对用地和功能需求做深入分析，依据用地现状条件布置，既要分区清楚，又要有机融合。

机房楼、动力楼、综合楼是核心。依据数据中心规模，三大功能大多独立成栋，或将机房楼与动力楼毗邻合建。室外蓄冷罐需与主机房毗邻、地埋储油罐与动力楼联系紧密，并关注由此产生的地下管沟等。总体布局还需要综合考虑工作人员步行交通、防火间距、消防救援场地、货运、装卸场地等因素，并结合地块日照、噪音、辐射等条件。

数据中心场地的出入口最好分为主次入口，以保证人员和设备的分离。各单体建筑外侧均设置环形道路，同时满足货车以及消防要求。建筑入口也要做到人流、货流分开设置。（见图2）

图2某市大数据产业园二期工程总平面图

3.2  平面布局

主机房楼（有时与动力楼合建）建筑首层通常设入口门厅、冷冻站、高压室、冷冻站配电室、电池室、钢瓶间、拆包测试间、ECC监控室、通信机房、报警阀间、消控室、智能化设备间等区域。

标准层通常为主机房区，主要包含了高性能计算资源设备、GPU服务器、存储系统设备、大数据机房、云计算机房、电子云机房、社会公共服务平台、AI人工智能深度学习机房、外部接入机房、灾备冗余机房、存储网络机房等等，机房配套设置相应电力室，且和数据机房一一对应；当然也有一层集中布置电力用房，上一层集中布置数据机房，形成上下关系的一一对应，如此便于机房功率的调整和大小机房的灵活分割。此外机房层还设置电池室、钢瓶间、备件室、空调间等，空调间通常与机房一一对应。（见图3）

建筑屋顶设通风排烟机房、电梯机房、消防水箱间、水冷机组及出屋面楼梯等。而生产水池、水泵房、中水泵房、生活水泵房、报警阀间及各专业进线间等通常利用地下空间设置。

动力楼独立建设，或与主机房楼毗邻建设独立分区。动力楼主要功能用房包括油机房、报警阀室、并机柜室等，为机房楼提供动力保障。

3.3  流线设计

数据中心机房楼主要分为运营流线，设备运输流线，机房参观流线，人、物流线应避免交叉。

本着便于管理，保证安防的原则，通常门厅附近设置展示机房，可直接对外。门厅与内部工作区之间设有分隔措施，并设置人脸识别和安保监控系统。标准机房层的通道围绕机房成环设置，有时会兼顾人员参观，但大多时候仅为工作人员的维护和检修使用，相对封闭。通道外围布置低压机房、电池室、UPS间以及竖向交通核心。通道净宽不小于2.5m，以满足大型设备转弯要求。设备专用的物流通道通常结合维修拆装区出口设置，通过货梯与主机房层连通便捷，货梯载重不小于3吨。机房各分区采用门禁等智能安保监控系统，实现安全措施的分级监控，最大程度避免了外界非法入侵的可能。（见图4）

图3某市大数据产业园二期工程机房楼、动力楼平面

图4某银行数据中心内部动线管理示意

3.4  模块化设计

数据中心机房运行着大量不间断计算的各类程序，不同级别的程序在遇到意外停机的损失也差异很大。因此将机房以及与其相配合的电池供电室、空调机柜房等进行模块化设计，外围再设置其他辅助支持功能。对于传统数据中心来说，机房模块和电力模块大约是1:2的对应关系；对于高功率的算力机房来说，电力模块对应关系会更高，这取决于后续工艺深化的设计条件。每个机房都包含相匹配的UPS室、电池室、低压配电室、空调机房，以满足每个模块机房区都可以独立运行。（见图5）

模块化、标准化的建设思路，不仅可以分区域管理运行，满足不同业务部门的需求，也适应了未来的机房扩容可能，简化了后期建设难度。土建工程适当提前建设，通过大空间建设模式增大灵活性。机柜分期部署，支持电力、制冷等关键资源逐步开启，并考虑合理的冗余，避免了部件维护更换的相互影响。另外，机电配套也可以定制化，根据用户需求确定合理配置标准，定制机房，从全生命周期考虑，具有一定的通用性。

图5某数字科技产业园智算中心模块化设计

图6标准机房模块化三维示意图

3.5      建筑层高

数据中心机房楼的层高设计是以机电工艺需求为主，基于合理、经济的原则，同时兼顾后期变更需求。

机房楼首层净高应满足变配电房和冷冻机房需求，动力楼毗邻设置的还需考虑柴发机组净高。设备房净高约5000mm，结构梁按1000mm计算，再加上空调静压箱800~1000mm。

标准机房层层高是由建筑的结构高度、消防及电气的管线高度、机架高度、架空地板高度四项综合确定的。机架和走线架高度是需要与工艺方沟通确定的，一般工艺要求从高架地板板面至天花吊顶底面之间的净距离不应小于3100-3600mm，为未来设备发展预留一些高度。地坪采用抗静电活动地板，方便机房设备支架安装，若采用下送上回的空调系统，架空空间还要保证空调送风系统的安装，高度通常为800-1200mm，结构梁高约1000mm。（见图7）

综合上述因素，机房建筑首层层高一般在6.5-7.0米，标准机房层层高一般在5.0-6.0米。

图7机柜布局与空调进排风所需的空间关系

3.6      柱距控制

数据机房柱距直接影响机柜和各类机电设备的部署，合理的柱间距能够充分利用空间，有效地将计算机机柜与机电设备结合设计，合理机柜间距形成冷热风道更可实现节能降耗。

机架设备常规尺寸600×1200×2200（宽深高mm），机房内面对面布置机柜，机架正面距离不宜小于1.2m，背面距离不宜小于0.8m，有维修测试需要时距离不宜小于1.2m。连排机架长度一般不超过15m，两侧设置通道，主运输搬运通道的宽度为1.5m，次通道的宽度不小于1m。当连排机架长度小于6 m时，可单侧设通道；大于15m时，中间还应增加通道，宽度不宜小于1m，局部0.8m。对于高功率机柜（8-10KW），由于产生的热量更高，排列间距通常1.5-1.8m，以满足通风散热需要。 

据此主机房柱距通常采用9600mm×9600mm 的柱间距，这是综合上述因素得出的经济数值。 

图8机柜平面布置尺寸与柱网关系

3.7      立面造型

数据中心的外立面较少开窗，阳光的直接照射，会严重影响服务器的正常运行，甚至造成破坏；服务器对空气的温、湿度以及洁净度都有很高的要求,减少开窗可以大大降低人工物理环境的维护成本；此外从能耗的角度来说，开窗面积大小直接影响空调的能耗，并反映在日常运营成本。当然，立面开窗也是必要的，一方面有消防的救援需要，同时也要考虑一定区域自然排烟的需求，因此建筑立面结合造型设计，适当考虑开窗，在工艺需求和立面效果之间寻找最佳的平衡。

随着数据中心建设需求的快速增长以及土地资源的稀缺，数据中心采用高层建筑模式越来越多。由于体量单调，开窗少，高层建筑形体比例和尺度会愈发失衡，造成建筑与城市环境格格不入。合理的控制是立面设计的关键，应从规划层面控制各单体建筑体量，综合采用体块切穿插、立面处理、材质色彩变化等处理手法，将建筑融于周边环境之中。

图9某数据中心外观

3.8      装饰构造

数据中心装饰构造设计的基本原则是“安全可靠”，在满足基本需求的基础上，还要涵盖以下几个方面的功能化特性：防尘、保温、防火、屏蔽、隔音。

机房楼的天花重视防尘设计。为减少粉尘污染，通常采用金属防静电吊顶（铝合金微孔天花板），上部线槽接地以防止静电吸尘。吊顶上部粘贴保温棉起到保温、降噪的作用，下部采用全铝塑喷涂微孔处理，如此在防尘的基础上，还兼具防火、防潮、易清洗和降噪的功能。

图10机房支架铜排地网敷设示意图

图11机房隔断墙体构造

机房楼地面通常采用全钢防静电架空地板。但在实施前，先要对地坪进行保温、防潮和等电位接地的处理。首先在地坪涂刷防潮层以防潮和霉变，还需刷防静电水泥漆，而后铺设保温板，在其上方安装一层0.5mm 镀锌钢板，完成等电位接地铜排的施工，或采用钢支架铜排地网敷设（见图9），最后再完成架高抗静电地板和设备承重底座安装固定。如此地坪能兼顾抗震、防火、洁净、等电位、屏蔽的功能。架空地板的承载力1吨/㎡，高度通常为500-600mm其下方形成静压力舱和消音气流分配风道，并与供配电系统相结合，方便铺设强弱电、消防等管道及相关电气设施 ( 插座、插 座盒、漏水传感器、烟感传感器等)。此外，地板模块可以选择集成防水插座，安全方便。

数据中心机房楼内隔墙关注防火、防尘、防潮，通常采用轻钢龙骨金属面夹芯彩钢板，定位根据设计图纸确定彩钢板铺设方向和先后顺序，在墙面进行龙骨定位。龙骨施工完毕后，在龙骨间隙中铺贴防火岩棉保温层，最后墙面表面安装饰面层。饰面大多为镀锌钢板，内衬12厚的石膏板（或硅钙板等非易燃板材），侧边采用U形底V形边槽设计，角部做弧形处理，既可以保证安装紧密性，又可以缓冲热胀冷缩的压力，确保安装后板面的平整度和牢固性，且防止积尘、易于清洁。局部观察和监控需要，会采用玻璃隔断，可使机房通透明快。

4    数据中心设计重点与难点

数据中心机房建设是为重要的数据设备提供安全稳定的物理环境，这就包括了光照、温度、湿度、微尘、虫鼠、电磁、静电、振动等，这其中任何一项因素不可控，都可能对机柜运行造成巨大损失。据此，数据中心的安全设计主要包括防水、防火、防电磁干扰、防虫鼠、防尘、隔振等。

4.1      防水设计

数据中心室内外高差在0.6-1米，以防止积水倒灌，也方便大型运输车装卸。机房楼防水类别应为甲类建筑，其地下防水、屋面防水、墙面防水等级均为一级，按三道防水设防。机房楼屋面开设的空调管道井是防水薄弱环节，在施工中需重视。卫生间、水泵房、冷冻站、水箱间、空调区等有水房间楼地面防水应加强，按两道设置，楼面标高落低20mm，门口设门槛，墙体设反坎。穿楼板的立管预埋防水套管，施工开设的空洞封堵完善，并做好防水措施。机房中更隐蔽的漏水事故发生源是空调系统供回水管路以及冷凝水泄漏，特别是冷凝水，积聚在空调机身的“水盆”中，排水不畅极易发生意外。

精密空调区地坪设置保温层，控制冷凝水发生。空调区竖向管道四周设置漏水报警监测绳，一旦发生意外，系统立刻报警。更重要的是，在机房四周及精密空调主机周围设100mm高防水地垄，入口安装防水挡板，防止外部水进入机房。并在发生漏水后，机房有一定的冗余能力，给维修人员及时抢修。

4.2      防火设计

数据中心产业园总体布局中，各建筑按照工业厂房进行设计，建筑间距满足规范要求。机房楼和动力楼火灾危险性分类应为丙类。地下储油埋罐与建筑距离不小于6米，与道路距离不小于3米。

机房楼通常采用标准回字形走廊布局，这样设计一方面便于各类管线在不穿越机房的前提下环通，另一方面确保安全疏散通道连接各个功能房间，缩短疏散距离。电池室、空调机房、电力室以及主机房等均设置面向走道的独立出入口，便于实现对机房的分级、分区管理，更好地满足消防疏散（见图5）。主机房的顶棚、隔断（包括夹芯材料)均为A级不燃烧体。地面及其他部位均为不低于B1级材料。主机房还设有高灵敏度的吸气式烟雾探测火灾报警系统。

针对喷淋等灭火系统，各部位策略不同：机房楼采用喷淋预作用系统；动力中心油机室设置高压细水雾系统，采用泵组式开式高压组合分配系统。数据机房、电力室、电池室、高压室等设计气体灭火系统。动力楼的并机室设七氟丙烷气体灭火系统。所有区域设置建筑手提式灭火器。

4.3      防电磁干扰设计

数据中心空间小、设备多、功率密度高、配电复杂、电磁干扰源多、敏感器件多，这样造成数据中心内部的电磁干扰问题异常突出。电磁干扰由三部分组成：干扰源、传输媒介和敏感器件。干扰源主要是电力传输线 、天线、 日光灯以及各种电气设备如缕流电机、继电器、接触器等，当然还有一种伤害更大的干扰源：雷击。防止电磁干扰最有效的方法有两种：接地与屏蔽。电磁屏蔽工程是将机房内的辐射限制于一个特定的范围内，或者是防止辐射进入机房一个特定的区域。具体措施包括：1）配线穿管，接头采用螺丝式；2）布线在吊顶上和地板下，严禁墙内埋设；3）布线采用电磁屏蔽线，要求穿管，4）机房内配线尽量不作环形配线，而采用辐射配线。5）在机房顶面处理中，要增设屏蔽措施；6）对机房的进出洞或孔，需预留并做屏蔽线接处理，对机房墙、顶、地间接缝处，要做屏蔽衔接处理。7）建立良好的接地系统。

4.4      防鼠防虫设计

数据中心应采取防鼠害和防虫害措施。‌在建设过程中，尽量少开与外界直接连通的孔洞。若有，则必须在安装后进行有效封堵，防止虫、鼠窜入。管道设备等安装完成后要及时密封，对外的风口处设置遮挡铁砂网，防止鼠类和昆虫进入。保持数据中心的环境卫生，定期清理垃圾和杂物，减少鼠类和昆虫的栖息地。平时使用合适的杀虫剂和灭鼠药，但需注意安全使用，避免对设备和人员造成伤害。‌定期检查数据中心内的鼠类和昆虫活动情况，及时发现并处理潜在的鼠害和虫害问题。

4.5      防尘设计

采用封闭式机房设计可以减少外部灰尘进入的可能性。合理设置通风口、密封门窗，减少室外空气对机房内部的影响。顶棚、墙面、地坪要求平整、无尘、无缝隙，最好选择金属饰面材料，便于清洁。机房温度控制在20℃，湿度在40-60%之间，减少灰尘产生和扩散。空调系统设置两级过滤系统，机房区保持5-10帕适度正压，防止灰尘渗入。有维护人员定期清洁和维护。

4.6      隔震设计

根据《数据中心基础设施施工及验收标准》GB50462，数据中心基础设施应采取抗震措施，设防烈度为 7 度及以上地区的A级数据中心，机柜和维持数据中心正常运行的设备应采取隔震措施。

从经济合理考虑，目前国内数据中心机柜及关键设备的抗震型式，主要采用刚性连接方式——即加大机架刚度以及机架与地板锚栓连接，确保即使在强烈震动下也能保持稳定，避免设备位移或倒塌。然而这种方式也有一定缺点，在地震力作用下，即使设备不倾倒，内部存储器及芯片等因不能承受过大的加速度，也可能会产生存储器损坏或者芯片失去功能。因此，也可以考虑在设备底座与地面之间设置弹性减震垫，一定程度可以分散地震力，减轻对设备内部结构的破坏。但若是在高烈度区域，重要机房楼应考虑采用减震台。

5    思考

与其他建筑不同，数据中心在设计上需要准确把握工艺需求与建筑创作之间的结合点。既不能简单地满足工艺提出的需求，被动地设计一个个方盒子，也不能过度关注形式创新，造成建筑空间的不合理。需要研究掌握数据中心建筑内工艺原理，用发散的思维，原创的理念，才能设计出优秀的作品。

更重要的是，设计师要把数据中心作为城市建筑的一个重要组成部分，处理好与城市的关系，秉承着适用、经济、美观、绿色的基本原则，多维度地满足时代要求，使其既能立足当下，又能面对未来。

未来数据中心建设的重点在于要依靠科技进步去推动节能方式的变革。一方面要最大程度地节约能耗，降低pue值；另一方面要转变思路，将数据中心与城市能源联系起来，不单纯的追求零能损耗，而是将产生的热能加以利用，在双碳目标的大背景下，迎接人工智能时代的到来。