灾备数据中心在既有建筑中选址分析
摘 要：现阶段数据中心选址在新建建筑方面研究较多,但是在既有建筑内的选址研究较少。以某银行灾备数据中心选址研究为例,考虑国内规范和相关因素,同时结合既有建筑特点,针对性地提出在既有建筑选址中应该考虑的因素。
随着互联网的高速发展，对承载其运行的数据中心建设需求也日益增加；各种需求中尤其对数据中心的安全性最为关注。根据数据中心的使用性质和数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度，将数据中心划分为A、B、C三级。银行作为国家金融体系的重要组成部分，同人们生产生活息息相关，其数据中心的安全性要求更高。
灾备数据中心作为灾难发生时，接替生产系统运行，进行数据处理和支持关键业务功能继续运作的场所，是保证数据中心安全性的有效保障措施之一。灾备数据中心是银行IT系统业务安全性的重要保障，也是IT系统合规的重要监管指标。
某银行现阶段缺少灾备中心，尽快弥补灾备中心的短板是其面临的重要任务之一。本次灾备数据中心的建设目标是建设一处A级灾备数据中心，机房建筑面积约5000㎡，300个机柜，单机柜功率4kW。在黑龙江、重庆、福建三地的既有建筑中进行选址分析，选出灾备数据中心最适宜的建设场所。
现阶段对新建数据中心选址分析较多，对于既有建筑的选址分析较少。新建数据中心的选址通常需要考虑地质灾害、气象条件、能源配套、基础设施配套、人才环境、能源价格、市场需求环境、政策环境等因素的要求,但是本项目属于建筑方自建自用，解决自身急需的灾备数据中心需求，在既有建筑之间进行对比分析，同时结合三地特点，常规选址因素中的气象条件、能源配套、人才环境、能源价格、市场需求环境、政策环境不是本项目考察重点和关键因素，故选取地质条件、周围环境、基础设施配套三个因素进行针对性对比分析。其中基础设施配套重点分析既有建筑的现状,对其可用建筑面积、电力配套、结构荷载、设备运输、建筑层高五个要素进行对比分析。
1 地质条件
数据中心建设投资大，且其内部存储的数据和进行的运算对用户十分重要，因此数据中心对环境的安全级别要求特别高，尤其对于地质灾害和气象灾害的安全等级要求更高，各类型地质灾害或气象灾害都有可能对数据中心的安全产生严重影响。因此，在数据中心选址过程中应该对当地的地质灾害和气象灾害状况进行全面研究。重点地质灾害主要包括：地震、洪水、台风、崩塌、泥石流等；结合黑龙江、重庆、福州三地的地质条件对比分析如下。
1.1 地震
哈尔滨位于东经125°42′~130°10′、北纬44°04′~46°40′之间，地处中国东北平原东北部地区，黑龙江省南部。抗震设防类别标准设防(丙类)，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，地震方面相比最为安全。
重庆位于中国西南部、长江上游地区，地跨东经105°11′~110°11′、北纬28°10′~32°13′之间的青藏高原与长江中下游平原的过渡地带。抗震设防烈度6度，但由于靠近2008年汶川地震震源，同时1999年以来重庆共发生7级以下、震源深度不大于100m的地震次数约7次，属于地震安全需要谨慎考虑的地区。
福州位于欧亚大陆东南边缘，地处中国东南沿海、福建省中东部的闽江口，位于北纬25°15′~26°39′,东经118°08′~120°31′，福州地貌属典型的河口盆地，盆地四周被群山峻岭所环抱，其海拔多在600~1000m之间；抗震设防烈度为7度，位于世界两大地震带—环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地震安全需要谨慎考虑。
按照GB50174—2017《数据中心设计规范》中4.1.1条：“数据中心选址应符合下列规定：应远离水灾、地震等自然灾害隐患区域”。附录A中各级数据中心技术要求：“地震断层附近或有滑坡危险的区域不应设置A级、B级数据中心，不宜设置C级数据中心”。重庆、福州属于在地震断层附近区域，故在福州和重庆不应设置A级、B级数据中心，不宜设置C级数据中心。
1.2 台风
中国台风主要集中于东南沿海地区，尤其以福建、广东居多。哈尔滨位于中国最北端，是中国纬度最高、气温最低的大城市；据气象局统计1949—2016年台风登陆次数为0次，无台风影响。重庆属亚热带季风性湿润气候，据气象局统计1949—2016年台风登陆次数为0次，无台风影响。福州属典型的亚热带季风气候,据气象局统计1949—2016年台风登陆次数不少于6次，每年平均台风直接登陆市境有2次，受台风影响大,不利于进行灾备中心建设。
按照GB50174—2017中4.1.1条：“数据中心选址应符合下列规定：应远离水灾、地震等自然灾害隐患区域”。附录A中各级数据中心技术要求：“有可能发生洪水的地区不应设置A级、B级数据中心，不宜设置C级数据中心”。哈尔滨、重庆属于内陆城市，受台风影响小，适宜建设数据中心；福州受台风影响大，不应设置A级、B级数据中心，不宜设置C级数据中心。
1.3 洪水
哈尔滨境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系，主要有松花江、呼兰河等。既有建筑南侧紧邻松花江(图1)，项目一层室内地坪高度120.56m。历史上(1998年)曾经发生洪水，松花江干流哈尔滨水文站最高水位120.89m，水位绝对高程高于建筑首层地坪高度0.32m。既有建筑存在洪水隐患。
重庆主要河流有长江、嘉陵江、乌江、涪江、大宁河、阿蓬江、酉水河等，自2000—2010年，重庆洪水受灾面积占比>3%，受洪水影响大。
福州市水资源十分丰富，闽江是全省最大的水系，福州自2000—2010年，福州洪水受灾面积0.5%<洪水受灾面积占比≤3%。既有建筑紧邻闽江(图2),建设需要慎重。
按照GB50174—2017中4.1.1条：“数据中心选址应符合下列规定：应远离水灾、地震等自然灾害隐患区域”。哈尔滨、重庆、福州三地既有建筑均存在不同程度的水灾隐患，故三地不应设置A级、B级数据中心，不宜设置C级数据中心。
2 周围环境
哈尔滨既有建筑距离哈尔滨站14km、哈尔滨北站10km、哈尔滨西站15km、哈尔滨东站22km、哈尔滨太平国际机场40km。最近的加油站在建筑的北侧1.4km处，建筑周围无高速路，最近地铁站世茂大道距离2.2km。项目周围为办公楼、酒店、公园、市政府办公楼。周围市政环境清洁、不存在产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或者存储易燃、易爆场所，无强震源和强噪声场所。
重庆既有建筑距离重庆站10km、重庆北站6.1km、重庆西站18km、江北国际机场22km。最近的加油站在建筑的北侧1.0km。南侧150m处紧邻沪渝高速，距离最近的地铁幸福广场站0.4m。项目周围为办公楼、酒店、公园。周围市政环境清洁、不存在产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或者存储易燃、易爆场所,无强震源和强噪声场所。
福州既有建筑距离福州站9.1km、福州南站11km、福州长乐机场45km。最近的加油站在建筑北侧1.2km。距离最近地铁三叉街站1.9km。项目周边均是企业办公大楼。周围市政环境清洁、不存在产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或者存储易燃、易爆场所,无强震源和强噪声场所。
依据GB50174—2017要求：“数据中心应在自然环境清洁，应远离产生粉尘、有害气体、易燃、易爆场所等场所”。根据走访调研，三处既有建筑所在地周围环境均适宜灾备数据中心建设。
3 基础设施配套
既有建筑现状是否适合灾备数据中心建设，对于项目可实施性影响大。对既有建筑可用建筑面积、电力配套、结构荷载、设备运输、建筑层高等五要素进行对比分析。
3.1 建筑概况
哈尔滨既有建筑为一类高层民用建筑，建筑耐火等级一级，建筑高度约80.0m，地下2层，地上17层，建筑室内地坪绝对标高为120.56m。总建筑面积43360.95㎡，地上建筑面积29999.85㎡，地下建筑面积13361.1㎡，建筑占地面积2186㎡，建筑室内外高差0.3m。建筑地下2层层高4.00m,地下一层层高6.35m，1层层高5.50m，2~16层高4.50m，17层高4.70m。建筑外立面采用玻璃幕墙、浅灰色和深灰色穿孔铝板。地下2层布置平时为车库，战时北侧区域为人员掩蔽所；地下1层布置设备用房、物业管理；1层布置大堂、消防值班室兼安防监控；2层布置物业办公室、物业公司；3~16层为办公区域。
重庆既有建筑为一类高层民用建筑，建筑耐火等级一级,建筑高度约91.8m,地下2层，地上23层，建筑室内地坪绝对标高为298.10m。总建筑面积26551.34㎡，地上建筑面积24670.67㎡，地下建筑面积1880.67㎡，建筑占地面积1174.67㎡，建筑室内外高差0.3m。建筑地下2层层高4.65m，地下1层层高4.80m，1层层高4.80m，2~23层高3.60m。建筑外立面采用玻璃幕墙、铝板幕墙。建筑地下2层布置消防水泵房、消防水池、成品生活水箱、配电房和弱电间；地下1层布置建筑入口门厅和消防控制室；1层为银行物业办公区；2层为食堂；3层为数据机房和监控室；4~23层为办公空间。
福州既有建筑为一类高层民用建筑，建筑耐火等级一级，建筑高度为99.60m，主楼建筑层数地下2层，地上22层，裙房建筑层数地下2层，地上4层，建筑室内地坪绝对标高8.50m。总建筑面积为52487.8㎡，其中地上建筑面积40463.0㎡，地下建筑面积12024.8㎡，室内外高差0.45m。建筑地下2层层高3.90m，地下1层层高6.60m，1层层高6.00m，2~4层层高5.40m，5~20层层高4.20m，21层高4.50m，22层层高4.80m。建筑外立面采用玻璃幕墙和石材幕墙。地下2层平时为车库，战时为人员掩蔽所；地下一层布置制冷机房、自行车库、柴油发电机房、进风机房、排风机房；1层布置大堂、消防控制室、营业厅等；2层布置服务间及设备间；3层布置布置多功能厅、会议室及设备机房；4层布置计算机房、安防控制中心、通信机房、有线电视间、总变配电间、气体消防室、UPS电源间；5层以上布置办公区、会议室及设备机房。
3.2 可用建筑面积
根据走访调研，哈尔滨既有建筑内4~6层空置，可用建筑面积约为5450㎡。重庆既有建筑内4~6层、11层空置，可用建筑面积约4300㎡。福州既有建筑内部五层及四层部分房间空置，可用建筑面积仅约1500㎡。同建设目标5000㎡相比较，哈尔滨完全满足建设目标，重庆可以基本满足建设目标，福州不能满足建设目标。
3.3 电力配套
哈尔滨既有建筑柴油发电机房位于地下1层，现状柴油发电机房内配套一台750kVA/600kW柴油发电机组，机房内空间无法满足增容需求。变配电总站位于地下1层，电源为双路市政供电，满足二级负荷要求。变电站内设置两台电力变压器，规格为2500kVa干式变压器一台、1600kVa干式变压器一台，两台电力变压器采用并列运行模式。现有变配电站内已布满设备，无增加设备的空间。
重庆既有建筑柴油发电机房位于地下2层，机房内空间无法满足增容需求。变配电总站位于建筑地下2层，电源为双路市政供电，供电容量为2路10kV，现状供电仅为其中一路供电，切换供电时需要人工手动切换。既有建筑内配置3台变压器，无剩余容量。
福州既有建筑柴油发电机房位于地下1层，内有1台1250kVA/1000kW柴油发电机组。机房内空间无法满足增容需求。变配电总站位于4层，市政双路10kV供电，满足二级负荷要求。现有变配电站内已布满设备，无增加设备的空间。
本次目标为300个机柜，单机柜功率4kW，三处既有建筑现状电力及柴油发电机配套均不能满足新建灾备数据中心的要求，需要进行增容。建筑内部无增加柴油发电机组的空间，需要在室外空间设置柴油发电机组。电力配套是否满足要求是数据中心安全运行的最基本保障，既有建筑均在发达的商业区或者金融区内，根据调研三地均可向供电公司申请增容，满足新增电量需求。
3.4 结构荷载
三处既有建筑内可用空间原设计使用功能为办公，结构荷载为2.0kN/㎡；数据机房最小荷载为8kN/㎡，现状结构荷载均不能满足机房荷载要求，需要进行加固。但是重庆、福州既有建筑需要加固区域内涉及现状投产数据机房，现状数据机房不能停止使用，加固施工不具备可实施性；哈尔滨既有建筑内机房位于建筑9层，需要加固的区域仅涉及部分办公空间，具备加固实施的条件。
3.5 设备运输
依据电力配套要求，三处既有建筑均需要进行电力增容，既有建筑的地下空间无可用空间，同时考虑三地均有水灾隐患，建议新增供电设备放置在地上空间，新增变压器等配电设备需要运输至地上建筑空间，电梯运输荷载不宜低于2000kg。但是哈尔滨既有建筑内部电梯吨位均是1150kg，重庆既有建筑内部电梯吨位均为1000kg；福州既有建筑内部电梯吨位分别为1600kg和1350kg，三处既有建筑内电梯运输荷载均不满足运输要求，需要对外立面进行拆除。建筑外立面为石材幕墙、铝板幕墙或玻璃幕墙，完成运输后需要对外立面进行恢复，需要精细化施工。
3.6 建筑层高
按照机房净高不低于3.0m为标准。哈尔滨既有建筑结构净高3.9m，福州既有建筑结构净高3.4m，满足数据机房3.0m高度要求。但是重庆既有建筑结构净高2.8m，不能满足数据机房3.0m高度要求。
4 结论及建议
按照GB50174—2017《数据中心设计规范》要求：“数据中心选址应符合下列规定：应远离水灾、地震等自然灾害隐患区域；应在自然环境清洁，应远离产生粉尘、有害气体、易燃、易爆场所等场所”。福州、重庆属于地震断层附近区域，故福州和重庆既有建筑内不应设置A级数据中心；福州受台风影响大，故福州既有建筑内不应设置A级数据中心；哈尔滨、重庆、福州三地均存在不同程度的水灾隐患，故三地不应设置A级数据中心；福州既有建筑内可用建筑面积不能满足建设目标要求，故不宜建设；重庆、福州既有建筑结构加固不具备实施条件，故不宜建设；重庆既有建筑层高不满足机房3.0m高度要求，故不宜建设。通过对上述各种因素进行评估打分，对每一项因素给予权重，结论为哈尔滨既有建筑相比较适宜建设A级灾备数据中心，重庆次之，福州最差，但是哈尔滨既有建筑存在的水灾隐患需要采取相应的技术措施。
哈尔滨既有建筑不利因素为洪水危险，按照GB50147—2017《数据中心设计规范》中6.1.9要求：“新建A级数据中心首层建筑完成面应高于当地洪水百年重现期水位1.0m以上，并应高于室外地坪0.6m以上”。哈尔滨既有建筑可用空间位于4~6层，4层绝对标高高于1998年洪水水位线，且高于1.0m以上，故在4层及以上进行机房建设可以避免洪水危险。同时柴油发电机组在现状建筑内无放置空间需要放置在室外，室外需设置柴油发电机平台，柴油发电机平台底标高应高于当地洪水百年重现期水位1.0m以上,同时高于室外地坪0.6m以上。通过以上措施，在哈尔滨既有建筑内可以建设A级灾备数据机房,各项因素满足A级数据机房的要求。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国质量监督检查检疫总局.数据中心设计规范:GB50174—2017[S].北京:中国计划出版社,2017.
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