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目前国内尚缺乏预制模块化结构相应的国家标准,国内有关的技术标准只有一个行业规程《CECS334:2013装箱模块化组合房屋技术规程》。
一 预制模块化数据中心发展于技术标准
国内预制模块化数据中心发展始于近5年。以国内某云服务平台为例,为加速提升云计算业务,全球调研可行的快速机房部署方案。调研发现在英国和中东、澳洲有一种快速部署数据中心建筑的方法,即用集装箱拼接层叠。当时在国内只有临时性建筑叠一到两层,基本不超过三层。尝试将该方式应用在数据中心领域,研发出了预制模块化数据中心方案。该预制化数据中心方案由预制模块化建筑+模块化机房组成,先应用在东莞云数据中心(东莞的抗震设防烈度注1为6度),建成T1、T2、T3三栋预制化机房,每栋单体机柜数各1000台。而后在廊坊云数据中心(抗震设防烈度为8度)应用,由华东设计院完成施工图设计,审图时按钢结构建筑审图,2020年5月份一期项目验收。项目房产证已办理,建筑设计使用年限注250年。
目前,在H平台乌兰察布云数据中心(抗震设防烈度为7度)、建设中的贵阳云数据中心以及国外的巴林、阿联酋也均采用了此类预制模块化数据中心方案。
此类预制模块化数据中心方案为叠箱式,上部结构都是靠集装箱的螺栓连接,在地震中既要抗拔(纵向),也要抗剪切(横向),对结构抗震是一种考验。机房单层层高不超过4.2米(含800mm静电地板高度),支持间接蒸发冷却或水冷,模块箱体尺寸受交通路网限高限宽影响,因此方案设计前一定要有路勘。
基于整体建筑的模块化考虑,包括供电容量(每路10kV进线10000kVA)、空调系统间接蒸发机组进风、回风通道和气流,以及结构承重考虑,此类预制模块化数据中心方案机房不超过5层。
目前国内尚缺乏预制模块化结构相应的国家标准,国内有关的技术标准只有一个行业规程《CECS334:2013装箱模块化组合房屋技术规程》。审图公司审查施工图时采用的是结构专业相关的钢结构规范:《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)、《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-2008)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)2016版、《钢结构设计标准》(GB50017-2017)、《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82-2011)。
二 国内外预制模块化数据中心方案
1方案分类
预制化数据中心方案从形式上可分为四部分:
(1)建筑模块化:装配式建筑、管廊。
(2)电力模块化:配电柜、变压器、UPS及蓄电池。
(3)制冷模块化:冷水机组、换热器。
(4)IT模块化:机柜、综合布线、末端母排。
2国内预制模块化数据中心方案
(1)国内某大型互联网T公司的预制模块化数据中心方案为T-Block,2019年发布,其大规模部署版本叫T-Base。是继其2011年第三代数据中心方案MDC(微模块)后的第四代数据中心方案。包含电力模块化、制冷模块化、IT模块化三部分。
(2)国内某大型互联网A公司的预制模块化数据中心方案为PANAMA巴拿马等,2019年发布,包括电力模块化、IT模块化两部分。
(3)国内某云服务H平台的预制模块化数据中心方案为FusionDC,包含建筑模块化、电力模块化、制冷模块化、IT模块化四部分。
此外,国内某领先第三方数据中心W公司在其近两年的新建数据中心项目中也不同程度地应用了预制模块化方案,在缩短部署周期的同时,提升建造质量,减低建造环节的碳排放。
3国外预制模块化数据中心方案
国外模块化、预制化起步较早。2013年左右Schneider(施耐德)就发布了集装箱式预制化数据中心方案。Google(谷歌)对外展示的模块化数据中心,由45个集装箱组成,每个箱内装载了1160台定制服务器。Facebook(脸书)也在其瑞典的数据中心采用了低层大平层拼装的预制化建设模式,快速完成搭建。Microsoft(微软)在美国马萨诸塞州昆西建设的钢结构建筑数据中心中堆叠集装箱,实现了数据中心的分批、快速、并行交付。
三 特点与可行性分析
1特点
(1)快速部署(RDDC):预制化数据中心方案以工厂预制替代现场安装,提高关键方案质量,减少现场安装工程量,缩短整体交付期,实现快速部署。将常规3年左右的建设期缩短到9个月以内。
(2)分期扩容:相对传统浇筑式数据中心,预制模块化数据中心在按需建设与扩容上,更便于实现分期投资和部署。
(3)按需定制:IT模块、电力模块、制冷模块均可按用户需求与方案选型定制。建筑模块可根据整体规划,实现外立面统一(如:铝板、石材、玻璃幕墙)。
(4)工厂预制化,提升设备安装质量:如同综合布线系统较早采用的预连接产品,通过设备材料生产厂家的统一标准化生产,减少施工现场设备材料安装中的人工操作工作量,减少人为操作的不确定性,提升设备安装整体质量,也有助于降低建造环节的碳排放。
2技术与经济效益分析
预制模块化数据中心从设计上可满足国标A级机房标准,技术上满足高等级金融数据中心的建设要求,设备材料的选用范围、与档次也很灵活。目前,国内金融数据中心采用的预制模块化方案还是以IT模块化为主:机柜、综合布线、末端母排,如微模块。建筑、电力、制冷模块化,特别是整体预制模块化应用较少。
预制模块化数据中心方案初期造价费用较高,目前整体预制模块化机房造价约为40-50元/W,约是传统浇筑式数据中心造价的1.5-2倍。存在工厂预制成本和运输成本高,以及方案初期定价高的因素。
以规划中的第三数据中心为例,首期规划建设6000个机柜,估算机房造价如下表所示:
可见,在常规3年数据中心建设期内,如全部采用传统部署,面临外租机柜持续增长的问题,投资的固定资产转化率不高。如全部采用预制化,投资的固定资产转化率虽高,但投资总额偏高。如采用部分预制加传统的方式,既能通过预制化的快速部署解决机柜租用问题,减少公司租金损失,保护公司投资,也能有效控制公司固定资产投资规模,3年总体拥有成本反而最低。
四 结语
2011年国内某大型互联网T公司第三代数据中心方案MDC(微模块)面世以后,我们就开始研究其方案特点,并根据现场情况优化实施方案,将微模块方案应用到云机房,很好地支撑了公司云计算的发展。
在数据中心行业快速发展的背景下,在以往标准化、模块化的基础上,预制化的方式,无论整体还是局部,正逐步影响着数据中心行业的建设方式。结合业务技术环境现况与规划,探索适合自身的建设方式,推进云计算等业务的快速部署,研究正当时。在满足需求的基础上,合理采用新技术、新工艺,扬长避短,平衡质量、工期与造价,优化规划设计,关注设计、建造、运维全生命周期的碳排放,确保金融数据中心的高效与高质量交付,值得我们进一步探索。
参考资料
[1]韩玉、曾宪龙数据中心预制化课题研究报告中数智慧信息技术研究院2020年9月.
[2]钟景华等数据中心设计规范(GB50174-2017)中国计划出版社2017年5月.
作者简介
朱晓波
就职于中国银联股份有限公司,主要从事数据中心规划设计工作。
