數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中存在的問題及對(duì)策

宋嘉

中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇 南京 210000

引言

數(shù)據(jù)是21世紀(jì)全球的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。2015年，黨的十八屆五中全會(huì)提出“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”，全面推進(jìn)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)工程。當(dāng)前，全球新一代信息產(chǎn)業(yè)處于加速變革期，大數(shù)據(jù)技術(shù)和應(yīng)用處于創(chuàng)新突破期，我國(guó)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)面臨關(guān)鍵性的發(fā)展機(jī)遇。與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)配套的數(shù)據(jù)中心的建設(shè)越來越受到全社會(huì)的重點(diǎn)關(guān)注。

1 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的概念

數(shù)據(jù)中心即互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center）簡(jiǎn)稱IDC。是通過互聯(lián)網(wǎng)通信線路、帶寬資源，建立標(biāo)準(zhǔn)化的專業(yè)級(jí)機(jī)房環(huán)境，可為政府和企事業(yè)單位提供安全、可靠、快速、全面的數(shù)據(jù)存放、服務(wù)器托管、租賃以及相關(guān)增值等方面的全方位服務(wù)的一類新型的公共建筑。數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)配合專業(yè)包括：建筑（含機(jī)房工藝平面）、結(jié)構(gòu)、給排水（含園區(qū)綜合管網(wǎng)）、建筑電氣、建筑暖通、變配電、電源及UPS、智能化（含傳輸）、機(jī)房精密空調(diào)、柴油發(fā)電機(jī)（含室外油罐）、造價(jià)、室外工程及景觀、機(jī)房裝飾、綠色建筑、海綿城市、人防工程、BIM等，相較傳統(tǒng)民用建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)周期安排更緊密，參與的專業(yè)多，團(tuán)隊(duì)人員多，專業(yè)協(xié)調(diào)難，設(shè)計(jì)和施工過程中變更頻繁，設(shè)計(jì)工作千頭萬緒，某一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，都會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

2 我國(guó)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)存在的問題

2.1 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)方案的合理性

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)受到的制約較一般民用建筑多，成功的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)往往需要做大量的技術(shù)比選工作。目前，很多數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)存在諸多可優(yōu)化之處，產(chǎn)生這樣問題的主要原因可以歸納為以下3點(diǎn)。

首先，外部接入條件的不確定性。數(shù)據(jù)中心是一種極其依賴外部接入條件的建筑類型，這些條件主要包括：能耗指標(biāo)、電力資源、水資源、通信網(wǎng)絡(luò)資源等。項(xiàng)目是否能順利拿到發(fā)改委的能耗指標(biāo)、能拿到多少、能耗指標(biāo)和用地規(guī)模與建筑規(guī)模是否匹配；項(xiàng)目建成后能否如期接入雙路市電、市電的容量能否滿足建設(shè)規(guī)模、項(xiàng)目能否建設(shè)110-220kV變電站；項(xiàng)目周邊是否能提供環(huán)狀供水管網(wǎng)、水量是否滿足暖通專業(yè)的需求、項(xiàng)目建設(shè)用地是否存在洪澇風(fēng)險(xiǎn)；項(xiàng)目周邊通信網(wǎng)絡(luò)接入條件如何、是否有專線接入、網(wǎng)絡(luò)速度如何等。上述是極其重要的社會(huì)資源，其中的任何一種都能夠決定數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的成敗，且具有最不確定的因素，當(dāng)以上四種資源做到最優(yōu)配置，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)就完備的外部接入條件。

其次，項(xiàng)目前期對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究工作不充分。數(shù)據(jù)中心投資大，建設(shè)周期緊，項(xiàng)目建議書和可行性研究報(bào)告的重要性毋庸置疑。為了項(xiàng)目能夠保證盡快獲批建設(shè)，咨詢專業(yè)偏重于對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的必要性、重要性等政策層面的研究，但是對(duì)資金來源、投資回收期、潛在客戶、技術(shù)架構(gòu)等核心問題研究不充分且缺乏詳細(xì)的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)建設(shè)方案的比選也較少，很多項(xiàng)目的實(shí)施方案與項(xiàng)目建議書和可研的方案相比，要做出較大的調(diào)整，甚至發(fā)生過推翻可研設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目建成后運(yùn)營(yíng)能力和技術(shù)先進(jìn)性未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期的情況，給建設(shè)單位造成了無可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

第三，標(biāo)準(zhǔn)化平面不能因地制宜。以互聯(lián)網(wǎng)頭部企業(yè)為先導(dǎo)開始推廣標(biāo)準(zhǔn)化平面。一方面，標(biāo)準(zhǔn)化平面讓繁雜的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單且有章可循；另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化平面將設(shè)計(jì)、施工和采購(gòu)的顆粒度細(xì)化，真正做到了建設(shè)成本可控。由于我國(guó)國(guó)土面積廣大，數(shù)據(jù)中心分布較廣，受建設(shè)用地范圍、場(chǎng)地高差、氣候溫度、規(guī)劃設(shè)計(jì)條件和要求、接入條件等眾多外部因素影響，機(jī)械的使用標(biāo)準(zhǔn)化平面常常設(shè)計(jì)變得并不標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心或多或少會(huì)突破標(biāo)準(zhǔn)化框架形成符合自身特點(diǎn)的設(shè)計(jì)。這種情況集中反映在數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的選用上，我國(guó)缺水的北方地區(qū)往往采用新風(fēng)AHU加冷凍水系統(tǒng)，而水量豐沛的南方地區(qū)往往采用蒸發(fā)水冷卻機(jī)組，采用不同的空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常導(dǎo)致平面布局變化。

2.2 數(shù)據(jù)中心建筑表達(dá)手法的創(chuàng)新性

數(shù)據(jù)中心作為全新的公共建筑類型，其建筑表達(dá)手法還有待進(jìn)一步提升。我國(guó)很多大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)用地選址緊靠北上廣深城市周邊，直線距離從十幾公里到一百公里不等，這些項(xiàng)目的選址遠(yuǎn)離主城區(qū)，多以工業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)，用地屬性為工業(yè)用地，參照工業(yè)建筑規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。建設(shè)單位從成本控制的角度出發(fā)，考慮園區(qū)綜合管線的復(fù)雜性，往往將數(shù)據(jù)中心的建筑表達(dá)參照工業(yè)廠房進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，導(dǎo)致設(shè)計(jì)中出現(xiàn)場(chǎng)地高差處理沒有順應(yīng)地形，規(guī)劃道路急升急降，建筑單體幾何形態(tài)規(guī)整單一，過分尊重功能而忽視了建筑形象的塑造，建筑造型沒有結(jié)合項(xiàng)目所在地的建筑風(fēng)貌，外立面失去個(gè)性，千篇一律，著色用材簡(jiǎn)陋且設(shè)計(jì)缺少細(xì)節(jié)，景觀綠化率偏低、種植品種單一等問題，這樣的設(shè)計(jì)與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)先進(jìn)性完全不匹配，與先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心建設(shè)理念存在很大的差距。

2.3 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的專業(yè)間協(xié)調(diào)

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)參與專業(yè)多，協(xié)調(diào)難是設(shè)計(jì)單位一致認(rèn)同的難點(diǎn)。與傳統(tǒng)的民用建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)相比，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)規(guī)模一般在30～40人，涉及專業(yè)包括建筑（含機(jī)房工藝平面）、結(jié)構(gòu)（含裝配式）、給排水（含園區(qū)綜合管網(wǎng)）、建筑電氣、建筑暖通、變配電、電源及UPS、智能化（含傳輸）、機(jī)房暖通空調(diào)、柴油發(fā)電機(jī)（含室外油罐）、造價(jià)、室外工程及景觀、機(jī)房裝飾裝修、綠色建筑、海綿城市、人防工程、BIM等十多個(gè)專業(yè)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人需要熟悉整個(gè)團(tuán)隊(duì)的人員，已經(jīng)就耗費(fèi)很多時(shí)間。在牽頭所有專業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要協(xié)調(diào)各專業(yè)進(jìn)度，組織技術(shù)研討解決技術(shù)問題，并負(fù)責(zé)對(duì)外聯(lián)絡(luò)工作。在數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人更多地承擔(dān)項(xiàng)目經(jīng)理人的管理角色，除了肩負(fù)技術(shù)總負(fù)責(zé)人的職責(zé)保持與建設(shè)單位的順暢溝通，還要把更多的具體技術(shù)工作和問題梳理、細(xì)化、分解給各專業(yè)負(fù)責(zé)人和設(shè)計(jì)人員，將主要精力用在人員組織和協(xié)調(diào)、監(jiān)督各專業(yè)設(shè)計(jì)人員認(rèn)真履職等方面。能否用好“人”是考驗(yàn)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是否稱職的關(guān)鍵。

2.4 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)在節(jié)能減排方面的不足

2017年4 月，工信部在《關(guān)于加強(qiáng)“十三五”信息通信業(yè)節(jié)能減排工作的指導(dǎo)意見》中指出：“十二五”期間新建大型數(shù)據(jù)中心的能耗效率（PUE）要普遍低于1.5；到2020年，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的能耗效率（PUE）值必須達(dá)到1.4以下。數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶，節(jié)能降耗的主要問題在于缺乏國(guó)家層面的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)，包括缺乏科學(xué)的能耗測(cè)量方法，缺乏節(jié)能規(guī)劃設(shè)計(jì)和節(jié)能技術(shù)改造的數(shù)值依據(jù)，缺乏整體節(jié)能規(guī)劃，設(shè)計(jì)和節(jié)能技術(shù)改造的評(píng)估和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。所以，有效的節(jié)能措施將影響數(shù)據(jù)中心節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[2]。

3 針對(duì)上述問題的解決對(duì)策

3.1 項(xiàng)目建議書和可行性研究應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)

數(shù)據(jù)中心投資大、建設(shè)總體周期緊，搞好項(xiàng)目建議書和可行性研究這兩個(gè)環(huán)節(jié)非常重要，前期的決策失誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心建成后沒有按期產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，就有可能損失慘重。如何避免這一問題呢？首先，咨詢專業(yè)應(yīng)該從實(shí)際需求、業(yè)務(wù)布局、潛在客戶這3個(gè)主要方面出發(fā)，用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光圍繞資金來源、投資回收期、技術(shù)架構(gòu)前瞻性等核心問題進(jìn)行研究。其次，項(xiàng)目前期應(yīng)該盡早引入成熟的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，發(fā)揮專業(yè)協(xié)同的優(yōu)勢(shì)，讓項(xiàng)目建議書和可行性研究中的建設(shè)方案具備可實(shí)施性。

3.2 重視數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)預(yù)規(guī)劃的作用

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)預(yù)規(guī)劃可以看成項(xiàng)目建設(shè)前的沙盤預(yù)演，對(duì)項(xiàng)目從用地現(xiàn)狀條件、規(guī)劃建設(shè)要點(diǎn)及條件、接入條件等多專業(yè)和多維度的一次梳理和排查，在最有利于項(xiàng)目建設(shè)的角度，規(guī)劃數(shù)據(jù)中心實(shí)施需要的各種條件，將不能滿足和可能不滿足的條件作為風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)逐一羅列，形成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告提供給建設(shè)單位和政府部門進(jìn)行決策，確定哪些條件可以滿足，哪些條件不能滿足，在簽署投資協(xié)議之前對(duì)建設(shè)單位和政府部門進(jìn)行層面的有效引導(dǎo)，保證項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)條件更加經(jīng)濟(jì)和合理，在后續(xù)的設(shè)計(jì)過程中避免出現(xiàn)因設(shè)計(jì)條件不合理導(dǎo)致返工和工期延誤，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 創(chuàng)新建筑設(shè)計(jì)理念

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的工藝復(fù)雜，管線設(shè)備相互交錯(cuò)，會(huì)直接或間接影響數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)的總平面布局和建筑外立面設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中要結(jié)合平面功能、工藝流程，認(rèn)真分析建設(shè)條件，在總體規(guī)劃上重點(diǎn)考慮場(chǎng)地標(biāo)高、土方平衡、道路走向、建筑布局、管網(wǎng)綜合等問題，盡可能利用原有地形，分段消化場(chǎng)地高差，利用建筑自然過渡的手法，避免采用粗暴的削山填水、橫平豎直的規(guī)劃策略，確保數(shù)據(jù)中心總體規(guī)劃體現(xiàn)先進(jìn)性。

數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)施，其建筑外立面應(yīng)具有科技性和標(biāo)志性，展現(xiàn)企業(yè)精神和形象，起到企業(yè)宣傳的作用。立面造型應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用、綠色節(jié)能的原則，建筑外形簡(jiǎn)潔大方，在遵循建筑美學(xué)的基礎(chǔ)上，需提供必要的標(biāo)識(shí)性和可識(shí)別性，在體現(xiàn)行業(yè)建筑的高科技特點(diǎn)的同時(shí)，更應(yīng)該具備當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)貌特色。作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，起到豐富了城市形象的作用。

3.4 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的全過程管理

針對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，因?yàn)閷I(yè)多、協(xié)同難，普遍存在設(shè)計(jì)“背靠背”現(xiàn)象，日常的設(shè)計(jì)管理過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行全面的跟蹤和指導(dǎo)，切實(shí)落實(shí)設(shè)計(jì)例會(huì)制度（專業(yè)例會(huì)，專業(yè)間例會(huì)），設(shè)計(jì)人員與負(fù)責(zé)人之間應(yīng)和保持順暢的溝通，設(shè)計(jì)例會(huì)上有問題盡早提出、有問題及時(shí)討論、有問題共同解決，讓設(shè)計(jì)工作做到透明化和有序管理，全面提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.5 運(yùn)用新技術(shù)降低數(shù)據(jù)中心PUE值

目前，我國(guó)普遍認(rèn)為節(jié)能的新建數(shù)據(jù)中心PUE值在1.4左右，部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)PUE值控制的要嚴(yán)格很多在1.25～1.3之間，部分國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)超過5年以上的數(shù)據(jù)中心PUE值都在2.0以上。影響PUE值的主要因素包括以下幾點(diǎn)：項(xiàng)目選址及其氣候條件、機(jī)柜和服務(wù)器功耗、數(shù)據(jù)中心電路傳輸?shù)膿p耗、數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷的損耗等。降低PUE值，首先要選擇合適的建設(shè)地點(diǎn)，既要靠近業(yè)務(wù)需求的主要區(qū)域，又要具備良好的自然條件，利于使用優(yōu)越的自然條件降低PUE，同時(shí)滿足以上兩點(diǎn)的區(qū)域，主要是北部京津冀周邊地區(qū)、渝蓉地區(qū)和南部粵港澳周邊山區(qū)；其次，當(dāng)選址不具備良好的自然條件時(shí)，就需要使用技術(shù)手段有效降低PUE，比如：供電系統(tǒng)模塊化降低供電系統(tǒng)能耗，目前主要使用巴拿馬電源系統(tǒng)將10kV市電直接轉(zhuǎn)化為240V數(shù)據(jù)中心用電，大大減少了供電系統(tǒng)內(nèi)的損耗；采用高效空調(diào)系統(tǒng)降低空調(diào)能耗，在自然條件優(yōu)越的地區(qū)，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、易于將冷凍水系統(tǒng)(間接自然冷)和新風(fēng)風(fēng)墻(直接自然冷)等多種運(yùn)行工況適時(shí)地組合起來，其他地區(qū)推廣采用封閉冷熱通道結(jié)合風(fēng)冷式精密空調(diào)的形式；推廣數(shù)據(jù)中心微模塊，完全整合機(jī)柜、空調(diào)、消防、照明、布線、配電、動(dòng)環(huán)監(jiān)控等系統(tǒng)，不僅節(jié)能，還能降低建設(shè)成本，縮短建設(shè)周期；推廣浸沒式液冷技術(shù)和裝配式數(shù)據(jù)中心等。

3.6 管理系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化，數(shù)字化技術(shù)普遍應(yīng)用

AI能效優(yōu)化：利用AI動(dòng)態(tài)建模技術(shù)，建立能耗與IT負(fù)載、氣候條件、設(shè)備運(yùn)行數(shù)量等的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，可在保障設(shè)備、系統(tǒng)可靠的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)診斷各個(gè)子系統(tǒng)的能耗，準(zhǔn)確推理和配置出數(shù)據(jù)中心最優(yōu)控制邏輯，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)，降低數(shù)據(jù)中心PUE。無人運(yùn)維：傳統(tǒng)大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)維主要依賴于人工，運(yùn)維效率低下，巡檢多為被動(dòng)響應(yīng)，質(zhì)量不可控。未來數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施將逐步實(shí)現(xiàn)運(yùn)維的自動(dòng)駕駛。一方面，通過數(shù)字化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)7×24不間斷巡檢，大大提升運(yùn)維效率，降低對(duì)運(yùn)維人員的技能要求與依賴程度。另一方面，依托聲音識(shí)別、圖像識(shí)別、智能傳感器、機(jī)器人等，將極大提升數(shù)據(jù)中心無人巡檢準(zhǔn)確度，變被動(dòng)告警為預(yù)測(cè)性維護(hù)，最大程度降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)和成本。提升資源使用率和運(yùn)營(yíng)收益，提升數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)管理水平[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)是一項(xiàng)不斷優(yōu)化提升、自我升華的創(chuàng)造性工作，需要建筑設(shè)計(jì)人員突破傳統(tǒng)建筑手段，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)工作思路和模式，探索更加合理的標(biāo)準(zhǔn)化與前瞻性的建筑設(shè)計(jì)方法，助力國(guó)家和社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。