株洲白關(guān)數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)

曹詩(shī)敏

（美國(guó)swa景觀設(shè)計(jì)公司，美國(guó) 休斯頓 得克薩斯州 77002）

1 項(xiàng)目背景

國(guó)家電網(wǎng)公司通過(guò)變電站、分布式清潔能源、儲(chǔ)能站、充電站、5G基站、北斗地基增強(qiáng)站等與數(shù)據(jù)中心全方位的優(yōu)化整合，及與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的深度合作，可以幫助企業(yè)節(jié)約成本，提高服務(wù)效率、快速響應(yīng)業(yè)務(wù)需求、與業(yè)務(wù)目標(biāo)更加匹配，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，在助力國(guó)家戰(zhàn)略工業(yè)4.0發(fā)展的同時(shí)，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)需要不斷創(chuàng)新，積極面對(duì)信息爆炸、能源消耗與業(yè)務(wù)升級(jí)帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)，與變電站融合建設(shè)主要考慮邊緣數(shù)據(jù)中心站（主要支撐對(duì)內(nèi)業(yè)務(wù)）和核心數(shù)據(jù)中心站（主要支撐對(duì)外業(yè)務(wù)），從而實(shí)現(xiàn)“三流合一”的新模式。

2 場(chǎng)地概況

數(shù)據(jù)中心位于株洲市蘆淞區(qū)白關(guān)鎮(zhèn)新莊村，位于規(guī)劃中的株洲航空城和服飾城產(chǎn)業(yè)園區(qū)中。處于規(guī)劃中的服飾大道與千億大道交匯處的西南側(cè)。場(chǎng)地為丘陵地貌，地形起伏較大，城市規(guī)劃能源站周圍山地為綠化用地。

站內(nèi)豎向布置采用臺(tái)階布置，臺(tái)階高差3m，變電站、數(shù)據(jù)中心位于高出儲(chǔ)能站3m的平臺(tái)上。數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)將同環(huán)境協(xié)調(diào)，與場(chǎng)地緊密聯(lián)系。

3 設(shè)計(jì)策略

3.1 動(dòng)態(tài)模塊結(jié)構(gòu)

1）模塊化設(shè)計(jì)可快速部署，靈活擴(kuò)容，支持能源站預(yù)期的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。2）在電力供應(yīng)、通信端口上預(yù)留合理余量，滿足對(duì)升級(jí)設(shè)備及服務(wù)的需求。

3.2 綠色節(jié)能技術(shù)

1）行間空調(diào)＋封閉冷通道模塊化建設(shè)方式，避免冷熱流混合，提高能源利用效率。2）建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用新技術(shù)，配合立面金屬網(wǎng)板裝飾，打造“綠色建筑”數(shù)據(jù)中心。3）模塊化數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比，減少60%－65%能耗。

3.3 創(chuàng)新美觀工藝

1）立面采用裝配式板材與擴(kuò)張網(wǎng)板，增強(qiáng)了專業(yè)數(shù)據(jù)機(jī)房的視覺(jué)感受，賦予了建筑現(xiàn)代感。2）結(jié)構(gòu)采用全裝配預(yù)制鋼框架，采用“建筑元器件”的設(shè)計(jì)概念，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件或建筑功能單元為基本元件組合而成，具有構(gòu)件裝配化、圍護(hù)一體化、生產(chǎn)工廠化等特點(diǎn)。3）裝飾上，頂棚直接利用壓型鋼板底模不需二次裝修，架空防靜電地板、石塑地板，直接拼裝，美觀簡(jiǎn)約，節(jié)約投資，加快建設(shè)進(jìn)度。

3.4 智能綜合管理

1）智能管理系統(tǒng)全面感知電氣、空調(diào)等子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高智能運(yùn)行能力。2）站內(nèi)“三流合一”，數(shù)據(jù)互通。

3.5 安全高可信度

1）遵循Tier3標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備安全可靠。2）設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮抵御自然災(zāi)害的能力，有可靠的站內(nèi)電力及冷量供應(yīng)。3）配置完善的監(jiān)控系統(tǒng)，提升機(jī)房防災(zāi)防盜能力。

4 建筑設(shè)計(jì)理念

4.1 平面設(shè)計(jì)

（圖片來(lái)源：湖南省電力設(shè)計(jì)院）

1）模塊化的應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心一期包含九個(gè)微模塊，微模塊內(nèi)部集成供配電、制冷、機(jī)柜、氣流遏制、綜合布線、監(jiān)控等子系統(tǒng)，每個(gè)微模塊都獨(dú)立成1個(gè)小型數(shù)據(jù)中心機(jī)房，建筑平面圍繞微模塊展開(kāi)，再圍繞微模塊配套設(shè)備用房。一期共兩個(gè)模塊，配合預(yù)制結(jié)構(gòu)，遵循簡(jiǎn)化、緊湊、靈活擴(kuò)展的原則，提高機(jī)房比例，降低土建成本，同時(shí)通信接入間單獨(dú)組成模塊并入機(jī)房，采用模塊化建設(shè)方式，未來(lái)隨著業(yè)務(wù)升級(jí)可靈活復(fù)制。2）簡(jiǎn)化裝修與功能。簡(jiǎn)化裝修與功能能夠節(jié)約投資，加快建設(shè)進(jìn)度，提高機(jī)房占地面積與利用率。機(jī)房?jī)?nèi)一層輔助用房面積為709m2，交通面積為142m2，機(jī)房利用率達(dá)到83%。3）內(nèi)外流線分開(kāi)。數(shù)據(jù)中心首層平面分為工作流線及外來(lái)用戶流線，功能分區(qū)明確，既可形成各子系統(tǒng)物理分區(qū)，又可提高建筑的使用效率。4）預(yù)留豎井與管線通道。在設(shè)計(jì)時(shí)即統(tǒng)籌規(guī)劃，預(yù)留出豎井與管線通道，能有效避免施工過(guò)程中各專業(yè)的管道交叉，滿足設(shè)備的安裝和維護(hù)檢修要求。

4.2 立面設(shè)計(jì)

立面造型遵循穩(wěn)重樸素、經(jīng)濟(jì)適用、綠色節(jié)能的原則。墻面采用銀灰色裝配式金屬板材，結(jié)合國(guó)網(wǎng)元素，門廳及交通空間點(diǎn)綴國(guó)網(wǎng)綠色，墻面外配置擴(kuò)張網(wǎng)板，通過(guò)配色與材質(zhì)處理塑造出數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)代感與科技感，同時(shí)入口純凈的玻璃幕墻強(qiáng)化了立面造型的秩序感。

1）經(jīng)濟(jì)適用。采用裝配式墻體，采用DW 雙層集成墻板加金屬擴(kuò)張網(wǎng)板，方便拆換維修與回收。2）環(huán)保節(jié)能。利用金屬擴(kuò)張網(wǎng)板的遮陽(yáng)效果，更利于機(jī)房控制夏季的室內(nèi)溫度。同時(shí)擴(kuò)張網(wǎng)板相對(duì)價(jià)格便宜，可以滿足造型的同時(shí)節(jié)省造價(jià)。3）美觀舒展。以均勻的肌理和舒展的線條消解了過(guò)大的體量，體現(xiàn)了建筑適宜的尺度感，展現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)代性與科技感。4）立面構(gòu)成。墻體為裝配式DW 雙層集成墻板及擴(kuò)張網(wǎng)板，公共交通空間突出，利用立面構(gòu)建光影效果。數(shù)據(jù)中心入口門廳設(shè)于建筑一角，連接園區(qū)道路，采用了玻璃幕墻的形式，配合一體化遮陽(yáng)，在視覺(jué)上明顯突出，便于外來(lái)客戶識(shí)別。高度為建筑總體高度三分之一，使整體建筑尺度適宜，不至于過(guò)分夸大。

立面設(shè)計(jì)滿足盡可能少開(kāi)窗的原則，開(kāi)窗位置以平面功能為基礎(chǔ)，窗戶開(kāi)在樓梯間、衛(wèi)生間、門廳、輔助用房這些非機(jī)房而又需要通風(fēng)采光的房間，在形式上，為配合建筑立面，采用正方形窗的形式。配電間機(jī)房沒(méi)有開(kāi)窗。屋頂采用大跨度的平屋頂設(shè)計(jì)。屋面放有光伏板及機(jī)電設(shè)備，檐部設(shè)置1.4m的女兒墻，能立面上遮擋設(shè)備，保持立面的純凈有序

（圖片來(lái)源：湖南省電力設(shè)計(jì)院）

5 裝修導(dǎo)則

數(shù)據(jù)中心進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須以整個(gè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的總體設(shè)計(jì)要求為基礎(chǔ)，在滿足總體功能要求的基礎(chǔ)上，為機(jī)房?jī)?nèi)相關(guān)設(shè)備提供一個(gè)安全運(yùn)行的環(huán)境，同時(shí)兼顧美觀實(shí)用性原則。

1）安全可靠性原則。數(shù)據(jù)中心機(jī)房進(jìn)行裝飾設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確保機(jī)房的防火、防雷及防盜等方面的安全性，如通過(guò)阻燃裝飾材料的使用及安防系統(tǒng)的建設(shè)等措施確保數(shù)據(jù)中心機(jī)房的安全可靠性。2）經(jīng)濟(jì)適用性原則。從數(shù)據(jù)中心的整體需求出發(fā)，應(yīng)在符合系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)裝飾設(shè)計(jì)的實(shí)用性及其技術(shù)方面的可行性，強(qiáng)調(diào)各個(gè)環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。裝飾材料的選擇及裝修過(guò)程的投入性價(jià)比應(yīng)盡可能高，確保資金產(chǎn)出投入比盡量達(dá)到最大值。3）美觀舒適性原則。對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，應(yīng)進(jìn)行門廳、用戶工作室以及行政辦公室的設(shè)置，人員進(jìn)出主機(jī)房必須進(jìn)行更衣?lián)Q鞋，以確保室內(nèi)衛(wèi)生環(huán)境。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的整體裝飾應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出機(jī)房區(qū)域的特點(diǎn)，從室內(nèi)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)高科技現(xiàn)代化的工作環(huán)境，突出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)氛圍，裝飾的線條應(yīng)當(dāng)盡可能簡(jiǎn)潔大方，裝修時(shí)色彩應(yīng)莊重典雅，裝飾材料應(yīng)當(dāng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

6 綠色節(jié)能技術(shù)

數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題已越來(lái)越成為人們所關(guān)注的重點(diǎn)，綠色數(shù)據(jù)中心的呼聲越來(lái)越高。由于數(shù)據(jù)中心涉及的專業(yè)很多，要從多專業(yè)綜合考慮節(jié)能降耗。

特別是數(shù)據(jù)中心建筑，圍繞“綠色建筑”概念，優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型，通過(guò)采用先進(jìn)節(jié)能設(shè)計(jì)理念和施工技術(shù)使建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化，極大限度地提高建筑的保溫、隔熱和氣密性能，顯著降低建筑的采暖和制冷需求，通過(guò)采用多重綠色節(jié)能技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)建筑保溫隔熱、采光、通風(fēng)、降噪、光伏發(fā)電等功能。

數(shù)據(jù)中心的組成應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)及設(shè)備具體要求確定，宜由主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)、行政管理區(qū)等功能區(qū)組成。根據(jù)最新國(guó)標(biāo)及企標(biāo)測(cè)算，本數(shù)據(jù)中心安裝的198個(gè)機(jī)柜約需配置建筑面積2500m2。由于采用“三站合一”和“模塊化機(jī)房”技術(shù)，在保證所有功能用房的前提下，通過(guò)功能優(yōu)化，將配套用房面積壓縮，減小數(shù)據(jù)中心建筑面積，簡(jiǎn)化工藝系統(tǒng)，將同等規(guī)模數(shù)據(jù)中心建筑面積由2500m2減小至1900m2，建筑面積減少率為24%。

數(shù)據(jù)中心外墻創(chuàng)新采用DW 雙層集成墻板，在墻板外增加金屬擴(kuò)張網(wǎng)板，作為外飾面，相當(dāng)于在建筑外部穿了一件衣服，形成建筑雙層表皮，增強(qiáng)圍護(hù)墻體的隔熱、散熱和防噪聲。數(shù)據(jù)中心通過(guò)高性能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，高效的建筑能源系統(tǒng)和優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行管理，與同類建筑能耗相比，節(jié)能30%以上。

1）控制窗墻比。對(duì)數(shù)據(jù)中心的機(jī)房區(qū)域采用無(wú)窗密閉護(hù)圍，以避免和減少進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱?？刂平ㄖ皦γ娣e比，采用斷橋鋁合金框＋中空玻璃雙層玻璃窗和Low－E玻璃幕墻，金屬擴(kuò)張網(wǎng)板設(shè)施可以減少太陽(yáng)輻射量。2）保溫隔熱。雙層表皮保溫，與主建筑物形成空隙，形成氣流過(guò)渡層。采用DW 雙層集成墻板體系，墻體采用內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)板采用聚苯顆粒復(fù)合墻板作為內(nèi)板，外板采用金屬?gòu)?fù)合夾芯板，中部通過(guò)輕鋼龍骨連接成單元式整體板塊，墻板中空有著顯著保溫隔熱優(yōu)勢(shì)。墻板和金屬擴(kuò)張網(wǎng)板組合達(dá)到節(jié)能減排低碳的效果。3）通風(fēng)散熱。屋頂表面設(shè)置光伏板，形成雙層表皮，光伏板和屋面形成架空層，達(dá)到通風(fēng)散熱的效果，同時(shí)利用側(cè)面擴(kuò)張網(wǎng)板的空隙，可以通過(guò)建筑內(nèi)外溫差形成“煙囪效應(yīng)”，有效引導(dǎo)氣流方向，提高散熱排風(fēng)效率。4）自然采光。建筑的兩端樓梯間及門廳外墻采用玻璃幕墻，一樓對(duì)外的輔助用房采用斷橋鋁合金中空玻璃窗，滿足建筑自然采光。5）吸聲降噪。表皮整體設(shè)計(jì)降噪，擴(kuò)張網(wǎng)板像一個(gè)罩子罩在建筑結(jié)構(gòu)上，建筑外墻與外表皮之間隔有空氣層，可以有效降低噪聲的傳播達(dá)60%。建筑外墻板采用DW雙層集成墻板，內(nèi)板采用聚苯顆粒復(fù)合墻板，外板采用金屬?gòu)?fù)合夾芯板，中部通過(guò)輕鋼龍骨連接成單元式整體板塊，構(gòu)成雙層墻板體系，達(dá)到高氣密性，降低通風(fēng)傳熱損失，避免建筑構(gòu)件結(jié)露發(fā)霉，延長(zhǎng)建筑壽命，增強(qiáng)墻體的隔聲降噪效果。6）屋頂光伏發(fā)電防光污染。選用低反光的光伏發(fā)電太陽(yáng)能板降低光污染，同時(shí)對(duì)光伏板的設(shè)置角度進(jìn)行計(jì)算，光伏板傾角很小，基本朝天，組件也是黑色組件，最終使得整體光伏板的反光朝向無(wú)人區(qū)域，避免了對(duì)周邊居民的影響。7）生產(chǎn)融合。表皮留有運(yùn)維門洞，金屬擴(kuò)張網(wǎng)板表皮體系在主要設(shè)備出入口設(shè)獨(dú)立可開(kāi)啟門扇洞口，門扇開(kāi)啟后的洞口尺寸可保證設(shè)備搬運(yùn)所需空間，保證檢修等各項(xiàng)工作正常開(kāi)展，門板樣式與周圍表皮相協(xié)調(diào)，關(guān)閉后與表皮外觀形成一個(gè)整體。8）建筑安保。門窗洞口安裝入侵探測(cè)系統(tǒng)，如遇非授權(quán)開(kāi)啟情況可立即信號(hào)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，切實(shí)保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)部安全；數(shù)據(jù)中心核心部位設(shè)電子圍欄，實(shí)現(xiàn)公眾參與與電氣安全智能雙控。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)學(xué)習(xí)行業(yè)規(guī)范，分析運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，借鑒LEED綠色導(dǎo)則，湖南省電力設(shè)計(jì)院提出了能夠可持續(xù)發(fā)展的數(shù)據(jù)中心建筑設(shè)計(jì)理念，將數(shù)據(jù)中心本身作為一臺(tái)能夠自行升級(jí)的智能計(jì)算機(jī)，圍繞五大設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能、高效智能、靈活擴(kuò)容、安全可靠。建筑設(shè)計(jì)在技術(shù)上采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)、節(jié)能保溫墻體等創(chuàng)新方法；功能上能夠靈活擴(kuò)容，服務(wù)內(nèi)外，滿足未來(lái)發(fā)展；立面強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)潔舒展，體現(xiàn)智慧能源站的工業(yè)感與現(xiàn)代性。數(shù)據(jù)中心將與站內(nèi)產(chǎn)業(yè)緊密相連，與互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈協(xié)同持續(xù)發(fā)展。