摘 要

我國東部地區(qū)在數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中普遍面臨資源緊張的問題。數(shù)據(jù)中心作為其中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，更需要從規(guī)劃和設(shè)計階段采取針對性措施，在有限的土地及建筑空間內(nèi)最大化提升利用率。以某數(shù)據(jù)中心項目為例，對園區(qū)和建筑平面的集約化布局進行實證研究分析，提出在滿足工藝要求和投資受控的基礎(chǔ)上，適合數(shù)據(jù)中心園區(qū)在有限空間內(nèi)最大化提升出柜率的措施，助力東部大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)推廣。

前 言

隨著建設(shè)量的不斷擴大，數(shù)據(jù)中心的土地、電、水、材料等資源消耗量及其在社會整體消耗量中所占比例逐年攀升。在東部數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中，短時間內(nèi)單靠增加外部資源（土地、開發(fā)指標(biāo)等）的代價太大，且不符合“東數(shù)西算”總體思路。所以只有通過對布局進行創(chuàng)新優(yōu)化，提高利用率和出柜率，才是最為有效的方式。

某數(shù)據(jù)中心是國家東數(shù)西算戰(zhàn)略的重要節(jié)點，是滿足未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求和金融政企、高科技企業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)需求的國際化數(shù)據(jù)中心?？傆玫孛娣e為55 863㎡（83.8畝），總建筑面積為13.75萬㎡，規(guī)劃機架數(shù)為14 554架，PUE值為1.25。該項目在設(shè)計階段，結(jié)合國家東數(shù)西算政策總體要求，面對該地區(qū)土地資源緊張的問題，在工藝要求和投資受控的基礎(chǔ)上，通過高指標(biāo)牽引，土地資源最大化利用，集約模塊化布局等方面的多措施并舉，最終各項指標(biāo)均在業(yè)界領(lǐng)先：超高畝產(chǎn)率（173架/畝）、超高建筑利用率（81%）、超高出柜率〔7.9 ㎡/架（8 kW）〕。

0 1 高指標(biāo)牽引

數(shù)據(jù)中心建設(shè)經(jīng)過近20年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種獨立的建筑類型，有著專屬的設(shè)計規(guī)范、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、認證體系。建設(shè)思路也從剛起步階段的“一切工藝優(yōu)先”發(fā)展到目前更為科學(xué)的“在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)靈活適配、集約高效、安全可靠等更多目標(biāo)”。為此，國標(biāo)與企標(biāo)也出臺了很多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中出柜率作為評價集約高效的最核心的指標(biāo)也在不斷更新。在規(guī)劃和設(shè)計階段，只有將持續(xù)優(yōu)化和超越指標(biāo)作為總體思路進行牽引，才能有效實現(xiàn)超高利用率和出柜率的目標(biāo)。

1.1 出柜率

出柜率是指單機架所占建筑面積，單位是㎡/架，是評價數(shù)據(jù)中心物理空間資源利用率的核心指標(biāo)，相當(dāng)于住宅建筑的得房率。具體計算公式為機房建筑面積（不含門衛(wèi)、運維樓等公共建筑部分）/總機架數(shù)。因不同功率密度的機架所對應(yīng)的設(shè)備配套物理空間不是等比例變化關(guān)系，所以標(biāo)準(zhǔn)制定中通常給出4 kW、6 kW、8 kW 3種指標(biāo)，其他功率密度的機架按照插入法對應(yīng)換算，或者按照單位功率密度（單kW）進行換算，以便在同一維度下進行判斷與對比。

1.2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

本項目在規(guī)劃設(shè)計階段，正值《中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)V2.0》實行，《中國聯(lián)通數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)V3.0》修訂中。V2.0標(biāo)準(zhǔn)中對于出柜率的指標(biāo)描述如下：“生產(chǎn)用房總面積按照每標(biāo)準(zhǔn)機架（4 kW）綜合建筑面積估算，單機架綜合建筑面積不宜大于8 ㎡”；V3.0標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿中對于出柜率的指標(biāo)要求為：4 kW≤7.0 ㎡/架；6 kW≤8.5 ㎡/架；8 kW≤10.0 ㎡/架。按照本項目單機柜功耗8 kW來進行統(tǒng)一換算，實行中的標(biāo)準(zhǔn)出柜率限值為16 ㎡/架，修訂中的出柜率限值為10 ㎡/架，從中可以看出數(shù)據(jù)中心向高效集約發(fā)展的趨勢。本項目考慮到某地區(qū)資源緊張的現(xiàn)狀，需要在此發(fā)展趨勢中更進一步，尋求更高的出柜率，以實現(xiàn)資源的最大化利用。

1.3 對標(biāo)分析

除自身企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，其他運營商與第三方互聯(lián)網(wǎng)公司也有關(guān)于出柜率的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。各方的標(biāo)準(zhǔn)僅為普適性要求，具體執(zhí)行指標(biāo)還需要再對相鄰地域的落地實施項目進行分析。經(jīng)調(diào)研，各企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中8 kW機架的出柜率標(biāo)準(zhǔn)均在10 ㎡/架左右。

具體數(shù)據(jù)如下：

a）某運營商數(shù)據(jù)中心1，機架數(shù)為3 000（6 kW），出柜率為7.5 ㎡/架。

b）某運營商數(shù)據(jù)中心2，機架數(shù)為13 000（8 kW），出柜率為8.2 ㎡/架。

c）某第三方公司數(shù)據(jù)中心，機架數(shù)為 5 000（6kW），出柜率為8.7 ㎡/架。

可見，東部地區(qū)近期所建數(shù)據(jù)中心出柜率都比較高。所以，本項目也需要在周邊項目指標(biāo)基礎(chǔ)上進一步提高，持續(xù)優(yōu)化。

1.4 創(chuàng)新指標(biāo)

本項目所在地區(qū)土地資源緊張，開發(fā)指標(biāo)寶貴。所以在設(shè)計中除需要提高建筑自身物理空間利用率之外，也需要最大化提升土地資源利用率。結(jié)合高指標(biāo)牽引的設(shè)計思路，本項目引入業(yè)界新的評價指標(biāo)— —畝產(chǎn)率。畝產(chǎn)率=園區(qū)機柜產(chǎn)出總數(shù)/園區(qū)用地規(guī)模，單位是“架/畝”，可在一定程度上反映出土地的開發(fā)強度和資源利用率。

理論上，對于同樣的規(guī)劃條件，容積率越高，數(shù)據(jù)中心建筑面積越大，畝產(chǎn)率越高；運維辦公建筑規(guī)模越大，畝產(chǎn)率越低；對于同樣的容積率，數(shù)據(jù)中心單體出柜率越高，畝產(chǎn)率越高。

1.5 高指標(biāo)制定

結(jié)合企標(biāo)發(fā)展趨勢、周邊同類項目調(diào)研及對比分析以及創(chuàng)新指標(biāo)的引入，本項目在規(guī)劃設(shè)計階段按照高指標(biāo)牽引的設(shè)計思路，制定出在滿足工藝要求和投資受控的基礎(chǔ)上，出柜率（8 kW）達到8 ㎡/架，畝產(chǎn)率達到170架/畝的目標(biāo)。

0 2 土地資源最大化利用

本項目用地位于某地新片區(qū)，土地性質(zhì)是M2工業(yè)用地，總用地面積為55 863 ㎡（83.8畝）。所在地塊為高端制造板塊，交通便利，配套成熟。因土地資源緊缺，地塊控規(guī)及其他要求也十分嚴格，具體如表1所示。

表1 地塊控規(guī)及其他要求

上述控規(guī)指標(biāo)相對于一般工業(yè)用地，要求更加嚴格，其中綠地率、停車位、裝配式的要求并不利于數(shù)據(jù)中心建筑的規(guī)劃布置。在此客觀條件下，要做到土地利用率最大化，實現(xiàn)出柜率最大化，必須進行深入研究，采用一些創(chuàng)新性的技術(shù)措施。

2.1 因地制宜

本項目地塊的特點是形狀規(guī)整，近似正方形，僅東側(cè)及東南角不太規(guī)則，且整體地勢平整，無明顯高差，西側(cè)和南側(cè)臨城市道路。按照可行性研究報告的要求以及工藝對土建要求，需要建設(shè)1棟綜合樓、1棟變電站、2棟數(shù)據(jù)中心、1棟門衛(wèi)以及其他相關(guān)配套建、構(gòu)筑物。

結(jié)合場地特點及功能需求，總體規(guī)劃因地制宜，將綜合樓布置在西北角，相對安靜、獨立；變電站布置在西南角，電纜進線便利；2棟數(shù)據(jù)中心集中布置在地塊中部，相對安全；2棟油機平臺、蓄冷罐、地埋油罐等設(shè)備構(gòu)筑物集中布置在地塊東側(cè)，可充分利用東側(cè)的不規(guī)則用地，且相對隱蔽獨立，靠近數(shù)據(jù)中心（見圖1）。

圖1 總體功能布局

2.2 控規(guī)指標(biāo)極限利用

本項目受限于區(qū)域總體規(guī)劃，對建筑高度和容積率都有一定限制，對綠地率和停車位也提出了很高的要求，在此基礎(chǔ)上，需要對各項指標(biāo)進行分析，才能在合理合規(guī)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)極限利用。

a）容積率：控規(guī)要求1.2~2.0，按照滿容設(shè)計，地上建筑面積最高可達111 726 ㎡。

b）建筑限高（室外地坪至女兒墻）：控規(guī)要求小于等于30 m，按照極限設(shè)計，并保留施工誤差的區(qū)間，取定29.9 m，最大化增加建筑樓層。

c）綠地率：控規(guī)要求≥20%，其中集中綠地不小于5%（集中綠地是指整塊面積≥400 ㎡的綠地）。按照下限20%設(shè)計，盡量多預(yù)留用地投入生產(chǎn)。

d）停車位：按《建筑工程交通設(shè)計及停車庫（場）設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)》（DG/TJ08-7-2021）的要求進行設(shè)置。機動車位配比標(biāo)準(zhǔn)為：研發(fā)辦公1個/100 ㎡，生產(chǎn)廠房0.3個/100 ㎡。經(jīng)計算，本項目需要約400個停車位。數(shù)據(jù)中心園區(qū)是少人值守的園區(qū)，并不需要這么多車位，且會占用過多生產(chǎn)空間。因為此條件為強制性要求，在保證數(shù)量下限的基礎(chǔ)上，盡量采用小車位和地下車位，少占用寶貴的土地資源。

e）建筑密度：控規(guī)要求≥40%。雖然不設(shè)上限，但因為還有綠地率、停車位、建筑間距、運輸?shù)缆返南嚓P(guān)用地需要預(yù)留，所以理論上的最大值約為50%（綠地占20%，構(gòu)筑物約占10%，停車位按照一半地上設(shè)置約占5%，道路及設(shè)備轉(zhuǎn)運場地約占15%）。

綜上所述，滿足各項要求的極限指標(biāo)為：容積率為2.0；建筑高度為30 m；綠地率為20%；停車位為400輛；建筑密度為50%。

2.3 地下空間充分利用

通過對極限指標(biāo)的分析，容積率對應(yīng)的地上建筑面積存在上限，建筑限高的限制導(dǎo)致建筑層數(shù)也受限制，停車位過多導(dǎo)致地上土地資源更加緊張。所以要想實現(xiàn)上述極限指標(biāo)，需要對地下空間進行合理開發(fā)和利用，減少地上資源的壓力。

數(shù)據(jù)中心建筑對于防水、防潮、防火、防塵、防靜電均有特殊要求，所以地下空間不能過多使用，僅能將對防水無特殊要求的功能房間放置在地下，比如汽車庫、水泵房、冷凍站等。結(jié)合工藝總體要求，本項目綜合樓設(shè)置2層地下室，用于放置地下車庫；變電站設(shè)置1層地下室，用于電纜布線；2棟數(shù)據(jù)中心設(shè)置局部地下室，用于放置冷凍站、水泵房、消防水池、雨水回收池等功能房間，將能放在地下的房間盡量放在地下。最終地下建筑面積為23 750 ㎡，地下開發(fā)強度為0.43。在投資受控的基礎(chǔ)上，最大化釋放地上空間。

0 3 建筑空間最大化利用

本項目核心生產(chǎn)用房為數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心是“為集中放置的電子信息設(shè)備提供運行環(huán)境的建筑場所”，具有工藝性強、精密設(shè)備多、設(shè)計要求復(fù)雜的特點。

按照國標(biāo)和企標(biāo)相關(guān)要求，數(shù)據(jù)中心功能主要分為主機房（服務(wù)器機房，又名IT機房）、支持區(qū)（電力電池室、空調(diào)機房、變配電室、柴發(fā)區(qū)等）、輔助區(qū)（備品備件室、監(jiān)控室、維護值班室、客戶運維辦公等）三大部分。

提升建筑利用率的核心就是提升主機房的物理空間占比，減少支持區(qū)和輔助區(qū)的物理空間占比。為此，需要深度結(jié)合工藝架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上采取有效措施，從細節(jié)入手，精細化、極致化設(shè)計，才能實現(xiàn)利用率最大化。

3.1 樓層合理分布及豎向設(shè)計

數(shù)據(jù)中心建筑按照地下1層、地上5層進行豎向設(shè)計。地下1層以冷凍站、水泵房等為主要功能；地上1~5層均為核心標(biāo)準(zhǔn)樓層，以主機房、電力電池室、空調(diào)設(shè)備區(qū)等為主要功能。按照規(guī)范及工藝要求，建筑高度為29.9 m（室外設(shè)計地面至大屋面女兒墻），實現(xiàn)了極限指標(biāo)。各樓層層高如下。

a）地下1層為7.2 m，其中冷凍站局部下沉0.3 m，冷凍站層高達到7.5 m，主要凈高約為6.2 m。

b）室內(nèi)外高差0.9 m，滿足且高于防洪防澇要求。

c）1~5層層高為5.4 m，凈高約為4.4 m，樓層高度滿足機柜和走線架高度的凈空要求。

d）大屋面女兒墻高度為2 m，滿足遮擋屋面臨邊設(shè)備、管井、泛水收頭等要求。

3.2 超大平面

在本項目方案設(shè)計初期，總體布局為4棟數(shù)據(jù)中心。每個單體平面輪廓為常規(guī)的60 m×80 m（寬×長）的矩形平面，每層面積約為4 800 ㎡，標(biāo)準(zhǔn)機房層機架數(shù)量為640架。平面布局緊湊規(guī)整，建筑利用率約為75%。但是這種平面布局存在2個問題，一是受限于整體空間無法嘗試多種平面組合，二是滿足消防疏散和日常使用的配套房間無法減少。所以在此基礎(chǔ)上如要大幅提升利用率和出柜率，唯有打破常規(guī)，推陳出新。

數(shù)據(jù)中心建筑性質(zhì)為工業(yè)建筑，防火分區(qū)、疏散距離相比民用建筑更大更長。設(shè)計中充分結(jié)合此特點，突破性地采用超大平面的布局方式，把樓梯間、疏散走道、消防設(shè)施、配套用房的服務(wù)半徑用到極致。

為此，本項目將4個數(shù)據(jù)中心兩兩合并，組合成超大平面輪廓，形成80 m×120 m（寬×長）的矩形平面，單層建筑面積達到了9 600 ㎡。大開間的布局可以嘗試多種設(shè)備房間組合，可以節(jié)省一條運維走道，并將消防疏散和必要配套房間服務(wù)半徑極致應(yīng)用。

3.3 集約模塊化布局

數(shù)據(jù)中心生產(chǎn)用房主要由主機房、電力室、電池室、空調(diào)設(shè)備間組成，工藝強調(diào)電、冷、機柜的最佳匹配，即每個機房機架總功耗所對應(yīng)變壓器的供電量和空調(diào)系統(tǒng)的制冷量能夠得到最大化利用。因此數(shù)據(jù)中心設(shè)計通常采用模塊化布局形式，按照變壓器和UPS容量推導(dǎo)機架總功耗、機架數(shù)量、空調(diào)設(shè)備配置，從而形成一個標(biāo)準(zhǔn)的機房模塊；模塊之間進行組合形成一個機房單元；機房單元再增加交通體和配套用房就形成了完整的建筑平面。如果單純按照正向思維，層層推導(dǎo)，工藝要求可以滿足，但物理空間作為推導(dǎo)的最后一步，往往存在局部不合理或者浪費的情況。本項目為取得物理空間的最大化利用，需要雙向推導(dǎo)，形成電、冷、機柜、物理空間4個要素的最佳匹配。

超大平面為雙向推導(dǎo)、4要素最佳匹配提供了有利條件，在模塊組合中的靈活性更強。在深化設(shè)計中采取了如下措施以實現(xiàn)集約化的模塊布局。

a）從整體布局出發(fā)，因超大平面疏散距離非常極限，總體布局中把對疏散要求較低的主機房布置在兩邊（設(shè)置極早期煙霧報警系統(tǒng)，主機房疏散距離可增加50%），把對疏散要求較高的電力電池室布置在中間。同時電力用房到兩側(cè)主機房的電纜路由也最短，工藝性能最佳。

b）進行機房模塊推導(dǎo)，形成一個標(biāo)準(zhǔn)模塊，按照變壓器和UPS容量配置，1個電力電池室對應(yīng)2個主機房。

c）在模塊組合時充分考慮物理空間集約利用，對樓梯、電梯、走道、電氣間等用房進行優(yōu)化，同時對模塊組合進行適當(dāng)靈活調(diào)整。如圖2所示，2個標(biāo)準(zhǔn)模塊中的電力電池室整體右移，左側(cè)可擠出相對完整的空間放置配套用房；中間形成一個集中配套用房區(qū)，功能相對獨立，可通過在防火分區(qū)交界處設(shè)置門禁形成完全獨立的2個生產(chǎn)區(qū)；也可通過在走道位置設(shè)置門禁，將機房區(qū)與配套區(qū)隔離，更有助于運維管理和安全管理。

圖2 模塊集約優(yōu)化組合示意

綜上，本項目數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)層平面電力電池室居中，8個主機房依次布置在兩側(cè)，配套用房相對集約獨立，呈現(xiàn)出一個“蝶”形架構(gòu)（見圖3），建筑利用率提升至81%。

圖3 蝶形平面示意

3.4 大柱網(wǎng)

超大平面和集約模塊化布局提升了建筑利用率，但在每個設(shè)備房間內(nèi)部，還需充分考慮結(jié)構(gòu)對設(shè)備影響的問題，從細節(jié)入手，做到每個房間的最大化利用。

按照理想情況，主機房房間內(nèi)無柱是對設(shè)備排布的最有利條件。但按照控規(guī)要求，必須采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系。受預(yù)制構(gòu)件的搬運與安裝限制，無法采用超大柱網(wǎng)形成無柱空間。所以本項目采用局部大柱網(wǎng)形式，大部分柱跨在9~10 m，盡量減少房間內(nèi)柱子數(shù)量，并結(jié)合設(shè)備間距模數(shù)，保證柱子對機架布置的影響降至最低。最終形成每個標(biāo)準(zhǔn)機房面積600㎡（包含兩側(cè)空調(diào)設(shè)備間），內(nèi)部柱子不超過4根，柱子影響到的設(shè)備數(shù)量僅為8架，每個機房可布置機架數(shù)量為208架。

3.5 平面各項指標(biāo)

通過以上措施，本項目建筑平面的外輪廓尺寸為：80.18 m×119.94 m，主要柱網(wǎng)為 9.0 m×8.1（10.60）m，標(biāo)準(zhǔn)層面積約為9 600㎡，每層為2個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)布置4部封閉樓梯間，平面中設(shè)置2部客梯和2部3.0 t貨梯。電力機房占比為26%，主機房占比為55%，配套設(shè)備用房占比為11%，交通體占比為8%，總體建筑利用率高達81%，標(biāo)準(zhǔn)層共有4個機房模塊、8個主機房和1 604架機架。

0 4 總體優(yōu)化提升成果

通過充分調(diào)研與分析，綜合以上各項優(yōu)化措施，最終形成以下成果。

a）總體指標(biāo)。本項目機房總建筑面積約為114 500 ㎡，總機架數(shù)為14 544架，單機架功耗為8 kW。

b）土地資源最大化利用。容積率為1.992；建筑密度為48.43%；綠地率為21.02%；建筑高度為29.9 m；地下空間開發(fā)強度為0.43，均為控規(guī)和投資限制下的極限指標(biāo)。

c）建筑空間最大化利用。超大單體建筑為54581㎡；超大單層平面為9 600 ㎡；建筑利用率為81%。

d）算力資源最大供給。畝產(chǎn)率為173架/畝；出柜率為7.9 ㎡/架（8 kW）。

0 5 結(jié)束語

本文以某運營商某數(shù)據(jù)中心為例對東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心如何實現(xiàn)超高出柜率進行了研究。以高指標(biāo)牽引、土地資源最大化利用、建筑空間最大化利用為優(yōu)化思路，在工藝要求和投資受控的基礎(chǔ)上，在有限的物理空間內(nèi)最大化提升了算力供給。后續(xù)將結(jié)合技術(shù)的發(fā)展演進，繼續(xù)跟蹤研究“東數(shù)西算”政策下不同大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的成功經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上推廣建設(shè)，助力數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的高效發(fā)展建設(shè)。

本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心園區(qū)實現(xiàn)超高出柜率的設(shè)計研究

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