数据中心多场景预制化解决方案白皮书

数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 分布式存储技术与产业分析报告 1 [编号ODCC-2022-02106] 数据中心多场景预制化解决方案白皮书 开放数据中心标准推进委员会 2022-09发布 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 前言 数据中心是全球协作的特定网络设施，用于传递、加速、展示、计算、存储数据信息。随着国家新基建战略的提出、消费互联网的成熟、产业互联网的兴起、5G移动通信的推广、云计算与AI智能的业务增加等，数据中心市场呈爆发增长的态势。 不数据中心是一切信息化的基础，是数字经济的“算力底座”。随着数字经济的发展，数据中心的建设成本、质量、周期有着更高的要求。而数据中心预制化是促进产业转型升级、实现高质量发展的必然趋势。 长期以来，我国数据中心业主要依赖传统资源要素投入，工程周期、质量、成本等问题一定程度上限制了数据中心高质量快速发展。目前传统的数据中心工程建设发展模式难以满足产业发展，迫切需要通过推动预制化技术与数字化技术协同发展，形成集“设计”、“生产”、“供应链”、“装配”、“测试”五位一体的闭环体系，打造出适配不同场景下的数据中心预制化解决方案产业链。 本白皮书提出多种场景的数据中心预制化解决方案，供行业参考。ODCC始终关注数据中心以及相关前沿技术的发展，联合相关单位共同编写本白皮书，促进数据中心行业发展提供参考，贡献力量。 本规范感谢以下起草单位（排名不分先后）：万国数据、中国信息通信研究院（云大所数据中心团队） 起草人（排名不分先后）：褚文刚、刘伟民、吴美希、陈永圣、胡志强、米新锋、伍利兵、宫伟文 I 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 目录 前言I 一、引言1 二、数据中心预制化必要性1 （一）数据中心预制化背景及趋势1 （二）数据中心预制化方案优势2 三、预制化场景分析3 （一）场景1：全预制方舱堆叠4 （二）场景2：大平层+全预制方舱拼装4 （三）场景3：建筑+预制方舱5 （四）场景4：边缘型数据中心6 四、数据中心预制化场景方案介绍6 （一）全预制堆叠场景解决方案6 （二）大平层+全预制方舱拼装场景解决方案7 （三）建筑+预制化方舱场景解决方案7 1.预制化配电方舱产品8 2.预制化IT方舱产品8 3.预制化制冷方舱产品9 4.预制化柴发方舱产品10 5.工程交付方案分析10 （四）边缘型场景解决方案11 五、数据中心预制化方案挑战与思考13 II 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 六、总结及展望14 III 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 一、引言 随着数据中心行业的蓬勃发展与技术革新，国内外数据中心建设根据各自的特点及具体需求，提出并实践了诸多特色的预制化解决方案，常见的有集装箱型、撬块型等。 本白皮书分为六个章节：第一章为引言、第二章主要分析了数据中心预制化的必要性、第三章主要分析了数据中心的多种预制化场景、第四章介绍了多种场景的数据中心预制化解决方案、第五章为预制化挑战与思考、第六章为总结及展望，供行业参考。 二、数据中心预制化必要性 （一）数据中心预制化背景及趋势 世界正进入数字经济快速发展的时期，数字经济不仅成为推动经济发展的重要引擎，也是世界各国新一轮科技革命的重要战略基础。数据中心已成为支撑数字经济飞速发展的新一代信息基础设施，世界主要国家都将数据中心相关产业作为政策支持的重点。 美国在1993年宣布将建设“信息高速公路”作为振兴美国经济的一项重要基础措施，耗资2000～4000亿美元，2012年3月又出台了“大数据研究与开发计划”，计划涉及美国六个联邦政府部门，超过两亿的科研经费，2016年5月，发布了《联邦大数据研发战略计划》，加强科研网络基础设施建设，2018年推出了《美国重建基础设施立法纲要》，以专项计划形式重点投资包括了以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网等通信网络基础设施。 欧盟及其成员国已制定大数据发展战略，2012年9月，欧盟委员会公布“释放欧洲云计算服务潜力”战略，旨在把欧盟打造成推广云计算服务的领先经济体。2013年英国政府发布《英国数据能力发展战略规划》，并建立世界首个“开放数据研究所”。 1 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 近年来，我国紧随信息化趋势，高度重视数据中心产业的发展，2018年在中央经济工作会议上强调要加快5G、人工智能、工业互联网、数据中心等新型基础设施建设。“十四五”规划和2035年远景目标纲要中明确提出，要加快构建全国一体化大数据中心体系，建设若干国家枢纽节点和大数据中心集群。随着我国碳中和碳达峰目标的确定，以及“东数西算”工程启动，我国数据中心产业正由“高速发展”向“高质量快速发展”全面演进。 数据中心预制化是促进产业转型升级、实现高质量发展的必然要求。长期以来，我国数据中心业主要依赖传统资源要素投入，工程周期、质量、成本等问题一定程度上限制了数据中心高质量快速发展。随着云业务的快速增长带动了DCL1快速发展。同时，AI带来功率密度攀升、5G催生大量边缘节点，因此，云、AI、5G带来了数据洪流，对数据中心提出了更高要求，正面临以下四大挑战： 挑战1：传统建设模式周期1.5-2年，难以匹配IT演进升级。挑战2：数据中心资源消耗与日俱增，绿色环保迫在眉睫。 挑战3：数据中心运维效率和资源利用率低。 挑战4：数据中心面临可靠和安全的挑战，基础设施是薄弱环节。 同时，特别是在近年疫情反复爆发的特殊背景下，传统制造业及建造方式受到较大冲击，传统的数据中心工程建设发展模式难以满足产业发展，迫切需要通过加快推动预制化技术与数字化技术协同发展，形成集“设计”、“生产”、“供应链”、“装配”、“测试”五位一体的闭环体系，打造出适配不同场景下的数据中心预制化解决方案产业链。 （二）数据中心预制化方案优势 2 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 数据中心的预制化较大程度解决了传统数据中心周期长、升级扩容难、成本质量不可控、高能源排放等问题，备受市场青睐，具备快速交付、灵活部署、成本质量可控和低碳建设等典型特点。 快速交付 通过将现场工程量大的组装、焊接、接线、浇筑、调试、测试等工作，尽可能地放到工厂内完成，在现场土建施工时，工厂即可同步完成设备地预制集成，实现工序并行，极大地缩短了工程周期。 灵活部署 利用模块化的方式进行设计和安装，以模块化三维空间为基础单元，重构数据中心的系统架构，实现分期部署。大大减少项目初期的资金投入，降低CAPEX，有助于最佳TCO的实践，同时随着未来新技术的发展，满足新技术架构的部署，获得更好的兼容性。 成本质量可控 以工厂内标准化流水线作业，自动化机械标准制作工艺，完善的质量管理体系；代替工程现场以施工经验主导的施工作业。以工厂内透明化、精细化的物料管控，代替工程现场粗放式的物料使用，很好的控制成本；大大提升了工程质量，也避免了工程返工，同时节省了大量材料，节省了整体工程成本。 低碳建设 一方面，预制化减少了许多传统工程中的钢筋水泥材料，代替使用的是具有回收价值的金属合金材料，传承了低碳建筑的绿色理念；另一方面，预制化减少了现场大量可能造成环境污染、噪音污染及潜在危险的工程，实现了现场绿色施工。 三、预制化场景分析 3 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 数据中心根据性质或服务对象不同，可分为互联网数据中心和企业数据中心，按照规模划可分为超大型、大型和中小型。如要按照典型预制化方式来分，可分为全预制堆叠、全预制拼装和建筑+预制,以及适应边缘节点的边缘型预制化方案。 （一）场景1：全预制方舱堆叠 面向新建无楼场景，具备快速交付，预制化程度高等优势。方案采用箱式装配式建筑（集装箱为基础），采用全模块化设计，预制化交付，功能模块在工厂预制及预调试，建设周期相比传统方案大幅缩短。 （二）场景2：大平层+全预制方舱拼装 全预制拼装方案，在物理功能上将数据中心拆分为多种特定的可在工厂预制的功能方舱，所有中压、低压、IT、办公、空调、柴发等方舱设备均在工厂按设计标准在集装箱内制作完成再到现场组装。通过大平层方式建设厂房，厂房搭建和各个功能方舱工厂预制同步进行。 4 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 （三）场景3：建筑+预制方舱 采用混凝土多层建筑+室内预制方舱形式，建筑标准化适配预制方舱实践，预制方舱根据建筑类型以最小单元方舱组合成一个完整的数据中心。 根据模块化思路，数据中心从建筑层面即可进行模块化划分，建筑可按传统混凝土多层建筑施工，在标准化快速交付与灵活面对不同业务场景的双重目标下，可将预制化的“颗粒度”收敛到了“方舱”级别，即一个物理空间，包含了这个空间内的设备、布局、走线等所有专业系统。按照功能区域可包括IT方舱、配电方舱、制冷方舱和柴发方舱四大类别。 5 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 （四）场景4：边缘型数据中心 适用于大型数据中心的边缘业务覆盖或政企应用；一般项目规模相对较小。多数利用已有建筑。主要建设形式有：全集装箱拼箱方案或Allinone形式、室外集装箱+室内方舱形式、单层建筑+室内方舱形式。 四、数据中心预制化场景方案介绍 （一）全预制堆叠场景解决方案 全堆叠预制解决方案采用全模块化设计，所有核心子系统及模块全部工厂预制，实现了工程产品化。工厂预制与现场土建并行，减少数据中心建设过程中的不确定性，获得更短的TTM（TimetoMarket）。 每层都有集装箱的完整功能模块，（一层楼即一个可独立运行的数据中心）的全新架构重塑了预制模块化数据中心，通过冷电模块化、供电母排化，实现部署弹性化，无需新建DC，可实现单柜功率密度弹性配置。 全预制堆叠方案在设计阶段： 6 数据中心多场景预制化解决方案白皮ODCC-2022-02106 1.采用BIM技术3D数字化设计，提升设计的精确性，实现所想即所得，所得即所需，保证方案和需求完全贴合，同时保障方案实施的可行性。 2.采用标准化生产流程，在工厂环境下进行预制组装，各个模块品质如一。出厂前，全系统进行上电预调测，确保高质量和高可靠性。 3.采用软件仿真以及钢构的固定与连接，遵循建筑设计标准，可支持集装箱多层堆叠，实现抗震、防火、防水及抗风设计。另外，箱体经过专有的防腐技术处理，最大可以支持50年使用寿命。 （二）大平层+全预制方舱拼装场景解决方案 当前互联网数据中心的需求是：超大规模、快速部署、高性价比、高效可靠、自动运营、弹性配置、绿色低碳等。如在超大规模方面，要求支撑未来几百万台服务器的部署需求；在快速性方面，要求在半年内甚至几个月内快速交付满足业务的需求；同时，海量的需求，也要求数据中心进一步降低投资建设成本，以及希望实现更低PUE、WUE和CUE来降低费用支出，通过自动化运营来减少运维人力开销；还有未来的云数据中心希望能弹性满足不同场景、不同客户的需求；此外，绿色和环保也是不容忽视的“刚需”。 基于上述需求，传统的北上广深旧楼改造模式是很难再开展了。再加上现在核心城市严控能耗指标，数据中心成本居高不下。基于上述种种理由，可在满足上述条件的地址上采用预制化方案。有别于传统的旧楼改造模式，全预制方案具备良好的土地资源，具备良好的扩展能力，新建建筑在土建方面可以完全按照预制数据中心的需求来定义装配式预制化建筑，实现标准化设计以及快速建设交付。同样，在机电方面，采用更为标准化、产品化的IT模块和中低压配电模块、间接蒸发冷空调等技术实现预制化场景产品。 （三）建筑+预制化方舱场景解决方案 预制化是相对的，小到一个配电柜是预制化产品，大到一个DC也是预制化产品。对于单栋数据中心楼，如何选择预制化