关于预制模块化数据中心建设发展的研究.pdfVIP

信息时代，数据中心作为数字经济运行的承载实体，其建设形式对数据产业的

发展具有直接影响。尤其在数字经济飞速发展的当下，线上交易量的高速发展

对大型数据中心的规模预估提出了巨大挑战，同时，面对数目庞大且形式多样

的数据中心建设需求，如何加快数据中心流水线建设、缩短建设周期已成为数

据产业发展需要直面的挑战。为解决上述问题，探索构建预制模块化数据中心

对于未来数据产业的发展有着重要的推动意义，其预制模式不仅能更好地满足

多种客户需求，提供更专业、便捷的投产条线和更智能的运维方式，同时通过

探索引入一系列新技术、新理念，还将有力推动相关技术和标准在数据中心落

地应用，并最终形成新的产业模式。

一、预制模块化数据中心发展背景及建设思路

从数据中心发展历程来看，模块化建设思路曾广泛应用于一些复杂环境下的工

业平台建设当中，如大型油气田厂、变电站、海洋工业平台等，而基于模块化

思想建造的一体化数据机柜更是常见于行军作业、外出会展、自然勘测等需要

机动计算的场景，即通过将供电系统、计算设备、温控设备集成于一体化机柜

中，可形成集装箱式的数据中心。举例来说，最早的一体化数据机柜是2006年

SUN微系统公司研发的BlackBox，具有便携、灵活的特点，此后在各类需求的

持续推动下，一体化机房的形式也不断扩展。在军用领域，有美军为舰载研发

的电子模块化封装箱EME以及戴尔公司推出的可空投数据中心TMDC。在商业领

域，微软、谷歌早在2009年即利用集装箱模块建设出各自的大型数据中心，我

国也于2013年获得了全球数据中心组织UPTIME颁发的集装箱式数据中心TIER

认证，并在数据中心模块化领域积极发展。

1.数据中心模块化架构设计

一般而言，数据中心本身具有地产和IT两种属性，传统建造过程冗长、成本颇

高，而且在投产后的能耗和成本更高，而根据模块化思路，数据中心从园区层

面即可进行模块化划分。例如，一个大型数据中心在发展过程中会随着容量需

求变化进行二期乃至多期的扩展，形成多期机房格局，或根据阶段过程分为投

产区和预留区等。但是，在模块化部署模式下，ECC、柴发、冷站等系统均可部

署在单独的建筑单元，如UPS、IT设备、空调、配电、消防等模块则可集中堆

叠部署在机房主产区。在此模式下，工厂模块预制生产和现场土建将可以同步

施工，且模块化单元将全部在工厂调测完成后再运输到土建现场，堆叠时只需

在带有钢构件的水泥基座上对模块进行吊装、安装、拼接即可。总体而言，预

制模块化布置方式不受建筑形式限制，且机房的抗震性能较强。数据中心模块

化架构如图1所示。

图1数据中心模块化架构示意

在组建吊装环节，模块化单元主要可分为一体化模块和功能性模块两种。其

中，功能性模块又可分为IT模块、供电模块、空调模块等，且各功能模块参数

按客户需求设计，只有完成严格标准的调验后才能出厂交付。此外，在堆叠布

局时，数据中心还可按实际需求设计摆放位置以及完成模块间连接。上述模块

化方式不仅对线路、管道的连接难度将比非模块化大幅降低，且由于接口形式

统一，在变更、扩增时对模块化单元的处理也将更加简单易行。

除此之外，为持续优化运行方略、实现精细化管控，上述模块化程度还可进一

步提升到微模块层面，即实现部件模块化。举例来说，无论是一体化机柜还是

专一功能区间内的锂电池、UPS、温控、母线接入等设备，通过对每个功能模块

进行体量精简，可使大功能模块由这类小模块拼接组成，真正做到标准化“即

插即用”。同时，功能微模块还可支持独立供电、储能或控温，从而实现冗余

运行、可靠运维。此外，对于一些高端设备还可进一步模块化至器件，诸如开

关、断路器、风扇等模块也可采用“即插即用”的形式进行冗余排列。

2.各子系统模块化建设要点

(1)配电模块

配电模块是数据中心运行的根本支撑，大型数据中心的供电要求通常为双路市

电或一路市电加备用发电机，并配置不间断电源系统。一般情况下，供电系统

可分为母线接入、配电柜、UPS、电池、柴发等几部分，而采用集成ATS的智能

精密配电柜、一体化UPS以及高密度锂电池，能有效提高电能密度。此外，柴

发模块因其体量、工作特性及备用特性可集中布置在底层，而电池模块则应视

需求选择集中布置或紧靠IT设备布置。在此模式下，模块化单元的布置方式将

极大地降低走线布缆的复杂度。

(2)暖通模块

暖通系统一般可分为风冷、水冷、混合冷源等几种类型，涉及冷站、空调机、

除湿机、配电开关柜等多个组件，该系统不仅是维持生产设备平稳运行的重要

辅助系统，也是改善PDU的