关于数据中心预制化适用场景的研究分析

  数据中心预制化的应用在行业中受到广泛关注。在大规模数据中心标准化规划设计和模块化产品交付的基础上，通过预制化，数据中心从工程化到产品化逐步转变，实现并行交付，快速部署，灵活建设、分期模块交付，数据中心交付模式契合当前潮流。

  通常数据中心的选址位置会直接影响到业务使用者真实的体验、业务成本、安全性等多个角度，应多维度评估数据中心选址可行性。从机房安全性角度，需考虑地震、台风、洪水、危险爆炸源等潜在灾害因素；从成本角度，需考虑温湿度天气特征情况、用电用水价格成本及配套成本等因素；从长期运营角度，需考虑交通、城市发展配套以及人才环境等因素；从业务发展角度，需考虑市场需求容量、网络质量和政策环境等因素。

  采用预制模块化数据中心来建设数据中心对于数据中心选址的影响，大多数表现在以下几个方面。

  1）减少了用户对选址地用工条件以及环保政策等影响施工场地担忧。预制模块化设计降低了选址地的施工作业量，降低了选址地施工环境的要求，去现场工程化减轻了对选址地用工条件以及环保等政策性限制，尤其迎合了国内很多城市推行的预制化建筑比例政策，减少对项目地的施工环境影响，助力项目落地。

  2）有利于用户对不同选址地快速选择适应的数据中心技术方案。预制模块化设计使得用户都能够在很短的时间内结合自己业务特点，搭配不同的基础设施方案组合。

  3）受限项目所在地建筑规划约束。每个城市都会对建筑层高、容积率、绿化占地、外立面规划情况做审批，外结构及形式的预制化的多种形式，如室外集装箱或者模块化部署的发电机模块、单元式的风冷空调模块或者间接蒸发冷却机组模块会影响外立面或者室外绿地占用，需要事先与当地规划部门做沟通协调，规避前期规划落地问题。

  数据中心预制化是建立在标准化设计基础之上，以系统模块设计架构标准化引申至设备技术方面的要求的标准化，进而对设备设计进行标准化封装，通过各个组合封装模块再整合形成整体的模块化数据中心，可按照电气模块（E-MODULE）、制冷/ 机械模块（M-MODULE）、机房模块（R-MODULE）、柴油发电机模块（G-MODULE）等进行模块部署。

  预制化要求对设计工作进行提前，从而使得整体的工程实施进度及逻辑发生明显的变化，相应设计的具体方案及设备选型、采购在工程实施前期固化，由于模块采用预制方式，对设计的标准化程度要求比较高。此外，现场拼接、安装精度要求更高，对设计深度、最小颗粒度的要求相比原有传统数据中心设计的基本要求更高，采用三维建模等手段进行深化设计，确保现场的安装精度。

  结合项目实施的场景及需求，预制化数据中心的方案设计大致上可以分为土建、机电、机房模块（侧重IT 部分集成）三个层面。

  1）数据中心建筑及结构的预制与整合。适用于新建项目或交付时间紧张的场景，在设备层面集成的基础上，将弱电、消防等其他辅助设施进行整合，通过集装箱、钢结构厂房模块等方式来进行现场部署和拼接。

  2）设备层面的集成与封装。非常适合于已有建筑厂房的改建项目，或整体新建交付实施进度预留了土建厂房建设条件和建设周期的场景。数据中心配电设备、制冷设备和机房机柜等设备层面的整合，通过集成撬块、小型集装箱、预制框架组合等方式将设备做封装。

  3）IT 模块组件集成与封装。主要适合一些标准化需求的客户。按照每个客户的标准化机柜功率需求、对末端配电和网络布线提出标准化需求，进行标准化的机柜组合冷热通道密闭组件乃至集成多层强、弱电走线框架，结合进行预制化生产和现场拼装，典型的如微模块的预制化、机柜通道密闭与桥架预制化组合模块等。

  1）阶段差异。传统的建筑工程设计，通常能分为规划和方案设计、初步设计阶段和初步深化设计阶段、施工图设计阶段很典型的三阶段模式，而预制化工程设计，则主要是在施工图设计阶段，将施工图设计拆分为常规部分的施工图系统模块设计和预计组件的深化设计阶段。

  2）系统设计耦合度更高，专业衔接要求高。传统设计中不同设计人员主要关注自身所负责内容，对其他专业的是否完美衔接，是否与其他专业设计之间有矛盾和冲突缺乏全局考虑，部分依赖施工总包方的深化和施工能力解决集成问题，导致规划设想的实施可行性差或者给后来的运维工作带来难以克服的困难，而预制化设计，事先在方案规划阶段，就需要提前按照每个客户需求和可实施性对系统来进行切割模组化设计，因此，要求设计师对关联专业系统和预制化厂商可实现性有更多了解和交叉衔接，对设计师横向要求更高，而对于系统垂直专业要求相对降低。

  3）变更差异大。传统的设计变更，一般一个局部调整会带来其他多专业的同时跟进调整，需要团队式跟进调整；而预制化的设计变更，则根据调整的大小拆分不同，中小型的变更因模块封装设计，仅需要调整部分模组化预制件的设计，对多专业影响程度较低，假如慢慢的出现重大变更，预制化就需要全局性的系统切割和预制模块化论证设计，整体调整反而比传统设计变更影响更大。比如规划大二层钢结构集成AHU预制空调模块没办法实现，需更改为三层钢混结构，屋面需要部署AHU设施，则轻钢结构的屋面设计就无法实现。

  4）时间差异。预制化设计在方案规划阶段因成本，系统切割为标准模块，系统耦合等因素，在方案和初步设计阶段会花费更多的时间，而在施工图阶段则因为标准组件，利用成熟的方案，加速并简化规划阶段，缩短整体规划设计的时间。

  总之，预制化数据中心本身应归类为工业地产项目，其方案设计本身属于工艺流线-——总图布置-——单体建筑-——模块组件的设计流程，更需聚焦在各类功能齐备性、室外工程前瞻性、可按需扩容部署等环节。

  预制化模块的安装实施过程中，同样的工作在工厂内完成，相比在现场操作，在系统集成、性能测试、容量管理和可靠性保证等方面能借鉴成熟体系化管理方式，在产品集成和系统组装完成后，会根据相关要求加入集成测试环节，增加出厂品控环节。预制模块化在生产到集成多方面能提高系统可靠性。

  预制化模块数据中心通过采用信息化技术，对安全、质量、技术、施工进度等进行全过程的信息化协同管理。宜采用建筑信息模型(BIM) 技术对结构构件、系统组件和设备管线等进行虚拟建造。

  1）模块生产。预制模块通过工厂制造，相当于将大量的现场安装工作前置于工厂内进行。与传统数据中心的建设模式相比，对应的安装及一些必要的测试需求前置于制造厂执行。

  2）模块运输。可通过陆运或水运将模块化设备运至现场。在开展预制化模块设计之前，需结合实际路况勘察结果或国家标准制定模块最大尺寸，对于超宽、超高模块需考虑开具特别许可证、专业的运输车辆，并按照制定的路线与行程进行安排。在设备运输前，需与物流合作伙伴确认如下关键点：

  ● 装卸时应采取保证车体平衡的措施，模块任何松散的物品及零件已固定完毕或已移除；

  ● 运输时应采取部件防护免损措施，对构件边角部或链索接触处宜设置保护衬垫。

  相比传统数据中心建设模式，采用模块化设计后，如何能在工程实现上解决大模块场内搬运及吊装，同时建筑结构对各类模块进出路径和转弯半径等做好预留，预留好各模块对接接口和对接孔洞管线是现场安装的关键要素。

  以下图制冷机房的预制化装配为例，预制化数据中心的工程实施是从线上虚拟化安装到线下安装，从设计阶段就开始装配组合准备条件。

  预制模块化数据中心的推广实施将对各方参建主体的职能和定位带来重大变革，项目管理的难度得以下降。整个预制实施工程的质量管控重心前移至规划设计和工厂内部，进度控制焦点则在土建及外部管线接驳等门槛方面，投资管理核心聚焦在总包框架合同层面。

  传统数据中心在设备选择时，由于设备厂商不统一、接口及协议不一致以及建造过程中的人为调整，使传统数据中心的安装和调试很难，技术人员将付出较多时间和精力。预制化模块接口统一，批量标准化建设易于管控，将不同设备集中在同一模块中，融合了通讯隔阂问题，一个模块可视为一个控制管理单元，含有独立通讯管理硬件，接入上层管理平台实现集中监控。当规模化部署的时候，同样的运营流程和管理软件方式，使得数据中心的运营效率得到提升。

  预制化数据中心的规划设计大多数表现两方面的优势，一个是基于标准化的模块组件，将系统关联上下游进行匹配设计变化为大模块的封装盒子设计，虽然初次会增加模块分割和重新设计时间及难度，甚至有一定的成本提升；但是尤其是形成标准系列组件和基础后，进行迭代的规划，在方案规划、深化设计阶段均可以大幅度降低设计难度，以及减少设计时间，后续设计成本低，使得项目总体进度得以缩减，减少延期风险。

  参考《建筑经济》中《预制装配式对施工成本影响的具体分析》一文中，比较传统先交式与预制装配式施工成本差异对比，案例以装配式建筑为范例进行对比，从成本构成看，预制装配式的设备材料费对比传统建筑材料形式成本提高很多，而实施环节的人工费用和机械设备成本大幅度的降低。

  当前，数据中心预制化对比传统数据中心建设还缺少可以同等比较的案例和详细的数据对比，仅就部分系统如部分预制钢结构装配建筑、电力模块、空调预制模块、模块化数据中心项目同等对比。按照已有的预制化案例调研看，预制化数据中心的成本高于传统数据中心建设成本10%以上（全部成本，包括设备成本与安装整体交付成本），有多方面的原因存在，其中设备的集成预制成本高是核心原因，背后是供应链的规模化、前期研发成本分摊、竞争不充分等多种原因。

  预制化与数据中心供应链从目前看是一个重新建立和培育的过程，结合若干大型网络公司做过的微模块数据中心、电力模块化交付项目等进行复盘，都至少需要历经3-5年的市场培育期，大多数都是从预制研发——试点测试与同步试点供应商筛选——小规模应用与选择前几名核心供应商——批量项目推广放大吸引更多供应商参与实现规模角度与性价比——成熟市场实现需求方和供应链的规模与价格的平衡。但是，相对于传统数据中心供应链体系，预制化数据中心一旦到了小规模和批量项目推广阶段，在两个方面会加速体现优势：

  1）预制模块化数据中心的采购流程更便捷与快捷。某一些程度上来说，简便之处就是每个模块都可当作单独的完整系统从独立供应商处采购，而不是从不同供应商采购大量单独的子系统现场集成，减少直接关联供应商数量，收敛供应链，将垂直供应链很多整合与集成工作交由下游预制化供应商去解决。

  2）弱化设计院需求和技术能力，放大预制化供应商的规划方案参与度。将部分预制化模块中的设备对接和集成形成盒子化，减少设计院对专业细节深度的要求，增加架构和专业横向规划的能力要求。