針對數據中心的建筑設計研究

劉德建 左思聰 (中國建筑設計研究院有限公司 北京 100044)

2020年以來,黨中央再一次強調了“新基建”的重要性。中國建筑設計研究院作重點服務國家戰略,發揮技術優勢,已在城際高速鐵路、城市軌道交通、數據中心、5G 基礎設施建設等領域開展了多角度的研發和探索,并取得了相應成果。而國家東南健康醫療大數據中心是我國統一布局的五大國家健康醫療大數據區域中心第二個落地實施的,本數據中心由中國建筑設計研究院設計完成,現對該數據中心建筑設計進行全面介紹。

1 項目概述

國家東南健康醫療大數據中心坐落福州濱海新城,屬于規模龐大的健康醫療大數據產業園,占地60畝,總建筑面積12.0萬平方米,終期供應1.2萬架機柜。項目由3棟機房樓、1棟科研樓、1棟ECC 控制中心樓組成。機房樓及科研樓輪廓為折線形,共同圍合出一個巨大的內部院落,建筑整體輪廓為“八角大樓”造型。數據中心布局的三級結構數據的傳播距離、覆蓋范圍這兩個指標會受到技術的限制。由于我國幅員遼闊,數據中心布局必定是一種多級結構。第一級別為區域級:例如,阿里巴巴在華北、東南、華南、西南分別建設了數據中心,每一個區域中心的規模都在50萬平方米左右,采用”一地三中心“的模式,保證了足夠的機柜數量和安全性,百度、騰訊、華為等公司也都采用這一模式,國內目前的數據中心建設正處于這一階段。第二級為城市級:區域之下的重點城市會建設自己的城市級數據中心,規模預計在3～5萬平方米左右。第三級為用戶級:如產業園區、辦公園區、住宅區的弱電機房改擴建,直接對接企業及個人用戶。這三級結構將支撐起中國未來的5G 時代。只有看清楚了布局,明確了需求,才能規避掉盲目性。目前,我國東、西、南、北、中五大醫療健康大數據區域中心已基本確定。位于福州的國家東南健康醫療大數據中心已成為第二個落成并投入使用的醫療健康大數據區域中心。福建東南健康醫療大數據中心項目圖如圖所示 。

2 城市與場地設計

整個園區有一條貫穿其中的城市景觀帶,南北向穿過本地塊。但被地塊中央的ECC控制中心阻擋。經于規劃部門協商后,將ECC控制中心的部分建筑沉入地下,并采用下沉庭院解決地下展廳的采光與通風,取得了豐富的空間的效果和景觀效果。本項目用地僅有60畝,非常較局促。數據中心場地處理的經典模式是:柴油發電機房、蓄冷罐、冷凍站都位于地上。這樣的處理綜合考慮了消防、進排風、排煙等問題。而現實情況:安排好四棟主體建筑后,場地已經無法滿足。迫使設計充分研究了規范,在滿足了各項規范的要求后,將上述功能轉入地下室。并結合地上建筑小心的處理了大量出地面的進排風井道,排煙井道。取得了良好的效果。

圖1 福建東南健康醫療大數據中心項目圖

2.1 筑藝術及建筑文化表達

數據中心應該做的務實一些,多考慮房屋適用性和造價,也不排斥少部分數據中心項目由于各種原因,可以投入更多一些。本項目規模較大,要想保證城市設計控制水平,要以公共建筑為參照物,確保其建筑文化表現出較高的地域性。同時,在信息時代背景下,誕生出數據中心這一產物,表明該數據中心屬于信息時代,不完全屬于工業時代,所以,要突出建筑藝術表達的科技性、細膩性。為了呈現出完整的建筑形象,體現出項目本身具有的氣質。采用了類似福建民居“土樓”的處理方式。把四棟樓采用相同的折線形處理,并圍合出內部院落。這樣的處理既可以形成強有力的形象,在周邊松散的環境中脫穎而出,切削出的角部也對市政道路的十字路口做了回應。建筑外立面采用白色埃特板,在紅土綠樹的環境襯托下既顯得安靜又突出。福州濕熱多雨的氣候逐漸發展出注重通風、防雨的建筑文化。由此入手,在研發樓大量采用中庭、邊庭的方式。在建筑內設計了9 個錯層、挑空的外部休息空間。大面積的陰影和平臺綠化結合海風,營造出清涼的室外休息環境。地下建筑使用空間也采用下沉庭院與窗井采光、通風。建筑外立面采用通長的橫向遮陽板+穿孔鋁板遮陽設施。外窗采用內開內倒開啟方式加大開啟面積。鼓勵更多的自然通風降溫,減少空調用電量。

2.2 室內空間及精裝修設計

辦公樓緊緊連接于裙房會議中心處,呈現出“L”型外觀,為用戶提供良好的公共空間體驗,確保用戶能夠更好地沐浴陽光。同時,還要利用裝配式技術,對室內空間進行科學設計,并不斷擴大玻璃頂棚鋼構截面尺寸,以起到遮陽作用,另外,還要結合天窗的十字網格,對噴灑裝置和燈具進行科學設計。

2.3 幕墻設計

埃特板幕墻優點在于重量輕,不褪色。但如果大面積平鋪后會比較單調,缺乏細節。我們選用了規范允許范圍內厚度最薄的板材,通過局部雙層疊加處理,形成了橫線條的紋理。同時弱化了板材安裝時露在板材表面的釘孔。在一定程度上也遮蓋了幕墻安裝時出現的不平整的問題,取得了比較好的效果。在設計幕墻期間,需要采用抽象設計法,以突出幕墻花瓣的柔美特性,避免為了過于突出形似而犧牲實用性和造價面,確保用戶在相似與不相似之間擁有更多的想象空間。金屬幕墻在實際設計中,要對縱向拉槽進行處理,從而形成相應的紋路,確保平板式的有趣性和靈動性,便于后期夜景照明效果的增強創造了良好的條件。在設計玻璃幕墻期間,要借助金屬豎向遮陽板,對整個花瓣造型進行延伸,所使用玻璃材質要選用空鍍膜玻璃,確保其材質與周邊綠化地帶能夠有效地融合。在對幕墻進行施工期間,要對幕墻材料進行提取加工,從而形成相應的龍骨板塊,確保鋼結構的穩定性和可靠性。在此基礎上,做好對單元板塊的吊裝處理。另外,在組裝幕墻單元式框架期間,要采用工廠化加工的方式,避免出現現場的交叉、重復施工,使得幕墻施工效率和效果得以大幅度提高,從而降低施工安全風險。

2.4 夜景照明設計及標識設計

在四棟樓體的屋面設計了一圈2米高的金屬百葉格柵墻體,原本是遮擋屋面的冷卻塔等設備用的。在這個墻體上設計了橫向的LED 燈帶,強化了八角大樓的整體形象。并在格柵墻體上預留了標識安裝的條件。避免了建筑上到處安裝標識的問題。標識設計簡潔得體,采用藍色與紅色為主色,在白天和夜間均有著高識別度。

2.5 景觀設計

本項目到濟南段的距離在1公里以下,通過將持刀土層設置為粉質黏土,可以確保土層具有一定的厚度。通過利用鋼筋混凝土,對樁基進行灌注操作,可以有效地滿足空間布置通透需求。樁基的直徑較高,高達800mm,通過對樁長進行優化后,將該樁長設置為40m。機房樓樓面等效荷載較高,遠遠超過辦公建筑的等效荷載。為了更好地滿足數據中心的設計需求,需要將各個樓層的高度和層數分別設置為7m、10層。該數據中心屬于規模龐大的乙類設防建筑,為了保證其具有較高的抗震設防能力,需要不斷提高該建筑的安全等級。為了確保整個建筑結構具有較高的堅固性、安全性和經濟性,在設計項目結構期間,要做好對多種結構性能的全面化分析和對比,通過對相關參數模型進行構建,可以實現對結構構件斷面尺寸的科學化調整和控制,從而提高建筑藝術性能,為保證結構施工質量產生了積極的影響。

2.6 EPC模式應用的提速增效

本項目要求建設速度要快、嚴格控制建設成本。因此采用了EPC模式,我們作為設計總包方,從方案階段就去考慮施工周期和成本控制,并在施工過程中不斷優化。除了做設計之外,還做了大量的現場督造工作,工作范圍的增加也鍛煉了建筑師的綜合能力。在機房設計上采用機房模塊的標準化、模塊化。在建筑外墻、內裝修采用了裝配式技術,也起到提速增效的目的。

2.7 數據中心布局的三級結構設計

數據的傳播距離,覆蓋范圍這兩個指標是受技術限制的。由于我國幅員遼闊,不可避免的會決定中國的數據中心布局會是一種多級結構。第一級別為區域級:以阿里巴巴的布局舉例,在華北,東南,華南,西南分別建設了數據中心,每一個區域中心都在50萬平米左右,采用一地三中心的模式。這樣保證了足夠的機柜數量和安全性。百度,騰訊,華為等公司都采用這一模式;(國內目前的數據中心建設正處于這一階段)第二級為城市級:在區域之下的重點城市會分別建設自己的城市級數據中心,規模預計在3～5萬平米左右;第三級為用戶級:產業園區,辦公園區,住宅區的弱電機房改擴建,直接對接企業及個人用戶。這個三級結構將支撐起中國未來的5G 時代。只有看清楚了布局,明確了需求,才能規避掉盲目性。

2.8 機電設計

本項目屬于國家大型基礎設施,對系統安全性要求很高:在電力上除了2路來自不同方向的110KV 電力保障同時,還有2N+1的柴由發電機組、蓄電池的保障;在制冷系統上采用水冷機組的冷卻方式;在節能上獲得國際LEED金級認證。整體PUE 低于1.2。目前項目運行良好。

3 工程基礎設施施工

為了進一步提高項目工程基礎設施施工水平,技術人員除了要做好對機房裝修系統的安裝和應用外,還要做好對地面工程、隔斷工程和門窗工程的施工,為保證數據中心建筑設計的規范性和合理性發揮出重要作用。

3.1 機房裝修系統

對于計算機機房而言,其吊頂板具有表面平整、抗腐蝕性強、邊緣整齊等特點,通過對其封邊進行處理后,可以避免脫膠現象的發生,此外,還要做好對頂棚的填充處理,確保頂棚具有較高的保溫性能,另外,還要做好對隔音材料的平整、干燥、包縫處理。在此基礎上,還要嚴格按照相關標準和要求,做好放線操作,確保按照位置的精確性和合理性。在定準吊頂期間,要將龍骨與吊頂有效結合,以實現配合安裝。

3.2 地面工程

整個地面在鋪設地板之前,需要做好防塵、防潮工作。為了確保活動地板所對應的建筑面具有一定的平整性和光滑性,要做好對其保溫防塵處理,另外,將等電位體設置在機房內防靜電地板上。

3.3 隔斷工程

在對無框玻璃進行隔斷期間,要優先選用槽鋼架構,并在隔斷墻位置處,將彈性密封材料固定在龍骨建筑圍護上,確保龍骨定位的合理性和精確性,此外,還要采用校正處理的方式,將龍骨豎直放置于沿地,確保玻璃低于12mm。

3.4 門窗工程

在對門窗工程進行施工期間,技術人員要確保所選用的鋁合金門框型號完全符合相關設計標準和要求,確保整個門框の堅固性、平整性。同時,還要使用非腐蝕性材料,對其進行密封處理。另外,還要將隔斷墻各個立柱固定點的間距統一設置為800mm。

結束語

總之,醫療健康大數據中心的構建是一項體量龐大、投資額度大、復雜程度高的綜合性系統工程,而隨著國家經濟的快速發展和人民生活水平的進一步提升,民眾對醫療健康衛生事業的要求進一步提升,利用先進科學的健康醫療大數據信息處理技術是大勢所趨。因此,各省市醫院應在切實考量自身實際情況的基礎上順應時代發展的潮流,將健康醫療信息和大數據處理技術等進一步融合,充分利用大數據中心為我國醫療衛生事業的進一步發展做出相應的貢獻。