案例：雄安城市计算中心项目给排水设计
我国计算中心工程的建设伴随着信息时代经历着迅猛发展，计算中心工程本身的功能定位更新升级，追求目标呈现多样。与之相适应，计算中心建筑给排水系统出现了新的特征，结合一项城市计算中心工程给排水系统设计案例，分析总结该工程备分冷却水系统、防淹防涝措施、计算机房特殊消防措施、全年不间断景观水系统的特征性技术手段，为同类型计算中心工程的研究和设计提供参考。
引用本文：王昊,李俊鹏,宋维. 雄安城市计算中心项目给排水设计［J］. 给水排水，2023，49（4）：81-86.
1、工程概况
该工程位于河北雄安新区，选址位于容东片区悦容公园内平缓的山坡地带，是国内首创景观化隐蔽式城市计算中心：建筑设计方案将建筑主体融入地下，建筑屋面采用覆土造景，建筑南、北、西3个方向大部分隐藏在公园起伏地形内，仅东立面建筑完全外露。从东立面可直接看到室内机房生态大厅，东立面外侧设有景观水体，立面的实体形象结合水面倒影的虚拟形态，共同组成“数字城市之眼”的建筑形象。水面倒影与建筑实体这“一虚一实”的景象也隐喻着该计算中心承载“数字孪生城市”的功能。建筑东立面外侧正对本项目用地的市政道路标高为9.50m，东侧主入口路面设计标高为10.00m。建筑专业定义首层（±0.00）为标高4.50m的楼层，建筑首层与西侧入口平接，建筑二层的标高为10.50m，与东侧入口平接。项目具体规划及效果如图1、图2所示。
图1 项目总平面规划
图2 项目东侧效果
2、冷却水系统
本工程计算中心总冷负荷约21042 kW，为提高能源利用率，计算机柜设备及电力室采用雄安新区能源站提供的区域供冷作为全年主导冷源。本工程是A级数据中心，出于对机房安全性保障的考虑，空调系统进行了冗余设计：按100%负荷设置电制冷备份机组，采用离心式冷水机组、开式冷却塔。空调专业所采用的“100%冗余”是A级数据中心普遍采用的手段，与此相对应的，其冷却水系统有两个技术因素需要确定：
（1）设计湿球温度的选取。不同于舒适性空调采用历年平均不保证50 h的湿球温度，机房工艺空调应具备更高的安全性。文献建议采用地区历年平均最高湿球温度作为设计参数，但由于新区历年数据量较少，担心不足以覆盖不利气候出现的频度，最终设计采用历年极端湿球温度29.9 ℃作为设计参数。
(2)冷却循环水补水保障。本工程应急备份冷源的冷却补水流量按循环水量的1.4%设计，冷却塔设置在半下沉式室外基坑当中，有条件采用市政自来水压力直接供水，但由于本工程仅有一个方向接市政管路，其余三个方向均临城市公园，市政自来水接入管也仅来自一个方向，因此仍然依据我国《数据中心设计规范》（GB 50174），在工程内部储备12 h冷却补水水量744 m³，本工程在地下一层设置冷却补水池，通过其相邻水泵房内的空调冷却补水泵（2用1备）供至冷却塔。冷却塔补水优先依靠市政自来水压力直接供给；在该供水管的倒流防止器下游设置压力开关，该供水管压力降至0.02MPa时发出电信号，启动自备冷却塔补水泵组，由水池吸水供至冷却塔，为制冷系统不间断运行提供保障。
3、排水系统
计算机房内大部分设备属于电气设备，并且不间断运行，一旦有水喷洒到带电的设备上，会引起电气短路、设备损坏、数据损失等严重后果。故此，杜绝水害是计算中心项目排水系统的重点，本工程主要计算机房均处在地下，排水系统在设计上采用了以下几项特殊措施：
3.1 防止管道漏水的措施
计算机房区域内的空调循环水管采用焊接管材，避免因橡胶老化导致的漏水事故发生，检修阀门均设置于计算机房外部。
采取从建筑构造上避免管道漏水引起的水淹事故的措施。经计算地下一层、首层空调水系统管网的总容积约为140m³，消防水管网水容积约为120 m³，地下一层隔一定的距离在走道上设置地漏，地漏接至低于机房地面层的事故排水仓，排水仓的体量考虑建筑构造，实际储水容积为2 600m³，远大于水管网容积，即便发生管道漏水，计算机房也不会遭水入侵。
3.2 事故排水系统
首层及地下一层每个机房配套的空调机房内，地板上每隔一定的距离设一个DN100地漏，用支管引至排水干管，排水干管在地下一层设集水坑收集后由潜污泵加压排至室外污水检查井。
本工程的机房维护走道及办公用房区域设置了自动喷水灭火系统和消火栓系统，为防止这两个系统误启动或消防灭火时，喷洒下来的水进入机房而损害设备，本工程设计了室内排水系统，首层、地下一层隔一定的距离在走道上设置地漏，地漏接至事故排水仓，收集后由潜污泵加压排至室外雨水检查井。二层及以上消防事故排水直接通过外门排至室外。
以上集水坑中的排水泵均设置备用泵，排水泵由市电和自备柴油发电机两路电源保障，供电时长为3 h，确保排水安全，设置超高液位报警和水泵故障报警，信号传至楼控中心。
3.3 防洪涝及防外水入侵措施
本工程为A级数据中心，防洪标准按100年重现期考虑。但当地水文观测记录年代有限，暂按设计开展时已取得的历年最高地下水位资料、降雨量数据为依据作场地及周边竖向、防洪涝设计。
根据本项目地勘报告：建设用地地下潜水位勘察时为-7.78~-6.96m，水位年变幅为2~4m，近3~5年最高地下水位为-5.0m。1990年以来历年最高地下水位为6.0m。根据气象部门记录，容城地区24 h最大雨量约209.3mm。
本工程除保证建筑入口标高高于洪水百年重现期水位1.0m以上，同时高于室外地面0.6m以上的要求外，考虑到工程周边地形较复杂，且计算机房位于地下室，一旦发生外水侵入危害极大，故在总图竖向设计和建筑设计上，采取了“三道防线”的加强措施：东侧主入口处市政道路标高约9.50m，建筑东入口的室内地面标高为10.50m，东入口与市政路衔接部位的高差为1.0m；场地中部有高于10.50m的连续地形，作为建设用地以外地表径流不会侵入建筑物的第一道防线。总平面竖向情况如图3所示。
图3 总平面竖向
西侧下凹地形的最低点标高为6.00m，按照降雨量计算下凹区域的最大积水深度为900mm（地下水位升高至6.0m，考虑雨量径流系数为1.0），建筑西出入口外侧设置标高为7.0m的挡水墙，作为防止西侧雨水侵入建筑物的第二道防线。建筑西入口门外设置储水仓，容积按照西入口附近室外下沉通道和坡屋面为汇水面积、100年重现期暴雨2 h雨量计算，所需容积为500m³，实际按550m³设计，作为防止西侧雨水侵入建筑物的第三道防线。
本工程针对西侧建筑入口的防淹设计采用了“蓄”“排”两种措施互为备份，即从以下两方面采取措施：一方面是按照100年重现期降雨量，计算西入口室外下凹地形蓄水量，进而确定建筑入口外挡水墙的高度：雄安新区100年重现期降雨量为168.4mm，下凹地形积水量可达1 496m³，积水深度约0.9m，故在建筑西入口外侧设置高度为1.0m的挡水墙；另一方面根据100年重现期暴雨强度，设计雨水泵站：降雨历时10min，暴雨强度为4.44L/（s·100 m²)，排水泵站分南北两座设置，在西侧下凹区域积水升高，产生入侵室内威胁时启用。共设置6台排水泵，每座泵站内3台水泵，2用1备，每台排水流量210m³/h。按照措施备份的原理，在降雨不大于100年重现期时，仅依靠“蓄”或“排”一种措施即可维持建筑防淹安全，当出现超重现期降雨时，两种措施可同时起作用，假设允许的下凹地形积水深度为0.9m，同时开启雨水泵站所有排水泵对外排水，可抵御的最大小时降雨量约为219mm/h。
为了降低结构渗水对建筑室内产生的风险，地下室外墙设置双层墙体，地下室设置架空层以及底部事故排水仓，如图4所示，在事故排水仓内设置潜污泵加压排水排至室外雨水井，解决建筑物渗水及排水问题。
图4 事故排水仓和地下室架空层
4、景观水系统
本工程室外景观水体为建筑风貌提供必不可少的造景条件，也意味着该水景须达到“全年不间断造景”的要求，因此有3个问题需要解决：
4.1 景观补水水源
根据我国《民用建筑节水设计标准》（GB 50555），景观用水水源不得采用市政自来水和地下井水；本工程场地下垫面产流较少，华北地区降水时间分布不均，致收集雨水补充景观水也不理想。故仅能够由市政设施方面争取，通过向雄安新区规划师责任单位申请，悦容公园区域具备市政中水供水条件，本工程景观水池补水采用市政中水水源补水。
4.2 水体防冻
采取加热池水防止冬季水池结冻，本工程利用来自地下计算机房的空调系统废热为池水升温，同时也可利用水池为计算机房自然散热。在设计过程中，采用全年动态模拟，估算维持水体所需供热量为2 650 kW，可保证池水温度不低于4 ℃。从计算机房安全角度考虑，在水景水处理机房隔壁单独设置循环水换热机房，该机房内设置板式换热器及一次侧换热循环水泵。
4.3 水质控制
已有学者针对华北地区毗邻城市公园的景观水体水质做了监测和研究，此类水体的水质受人员活动和季节性降雨有较大波动，且易发生富营养化，改善其水质的推荐措施是加大水体循环量以增加含氧量。同时维持水体清洁和保持其较好的透明度，也是保证建筑风貌的关键因素。
景观水池面积约5 300m²，根据建筑风貌需要，水景应呈现镜面水池，意味着本身无造景循环量要求，为加大水循环量以保证水质，水循环周期设计为72hr，采用逆流式循环系统，溢水槽边沟回水，通过重力管道进入平衡水池，循环水泵由平衡水池吸水，经过净化处理和换热器加热后，再由池底布水器送入景观水池。净化工艺采用投加絮凝剂后过滤，再加藻类抑制剂，如图5所示。
图5 景观水体循环处理及加热流程
5、消防系统
5.1 机房生态大厅消防系统
本工程建筑设计将生产空间与生态展示相结合，在首层机房生态大厅采用错落式的空间布局，将堆叠式机房、室内生态景观，未来技术展示等空间一体化呈现，如图6所示。
图6 机房生态大厅室内效果
机房生态大厅消防保护场所有两个，①大厅本身，即净空高度大于12m且采用玻璃天窗的高大空间；②在大厅堆叠放置的集装箱机房内部空间。
5.1.1 大空间智能型主动喷水灭火系统
生态机房大厅设置大空间智能型主动喷水灭火系统，采用自动扫描射水高空水炮灭火装置。本工程开展设计时,国家标准《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》（GB 51427-2021）尚未发布,当时执行了行业标准《大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程》（CECS 263-2009）。炮头双列布置，最大同时开启个数为6，设计流量为30L/s，最大允许保护半径30m，安装高度约16m，标准工作压力0.6MPa。火灾延续时间1 h。
本系统与自动喷水灭火系统合用消防主泵。系统设置电磁阀、水流指示器和信号阀，平时管网压力由消防稳压设备维持。自动扫描射水高空水炮灭火装置为探测器、水炮一体化设备。设有自动、手动和现场应急3种控制方式。
5.1.2 集装箱机房内部自动灭火系统
根据我国《数据中心设计规范》(GB 50174)，A级数据中心的主机房宜设置气体灭火系统，也可设置细水雾灭火系统。但由于标准集装箱机房自身的构成，并不包含灾后排风系统，故本工程采用高压细水雾系统保护集装箱机房内部空间。
高压细水雾系统采用开式分区控制系统，设计按照同一时间，一处火情原则，系统最大保护单元喷头数量为40只，总流量400L/min，喷头设计工作压力10MPa。
系统自动控制程序为：灭火分区内一路探测器报警后，火灾控制报警系统联动开启警铃；当两路探测器报警确认火灾后，系统联动开启声光报警器，并打开对应灭火分区控制阀，向配水管供水喷放灭火，系统压力开关反馈系统喷放信号，火灾控制报警系统联动开启喷雾指示灯。该系统同时设置手动和现场应急两种控制方式。
5.2 计算中心主机房消防系统
由于本工程计算中心主机房区域不允许有充水管道进入，而采用沟槽连接的湿式消火栓系统，难免会产生跑冒滴漏现象，因此不适宜采用充水的湿式消火栓系统。同时《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974）中对于干式消火栓系统的应用场所有明确规定，综合考虑后确定在地下一层主机房区域维护走道内设置干式消火栓系统。干式消火栓系统由建筑室内湿式消火栓管网接出，接出位置设置电动阀，通过电动阀来快速开启系统充水。同时在干式系统管道的最高点设置快速排气阀，以便快速排出系统内空气，保证系统充水时间不超过5min。
计算机房自动灭火系统采用组合分配式IG541灭火系统，按全淹没灭火方式设计：气体灭火系统的最小灭火设计浓度为37.5%，最大设计灭火浓度为43%，火灾浸渍时间10min。
考虑到计算机房内的设备属于重要精密设备，干粉灭火后的残留物对电子设备有腐蚀作用和粉尘污染，且难以清洁，故采用气体灭火器，可有效降低灭火器对设备及环境的损害。根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB 50140）3.2.2条，计算机房使用性质重要，故按照严重危险级场所设计；同时依据该“规范”4.2.5条，计算机房场所可以采用二氧化碳或卤代烷灭火器，二氧化碳灭火器在使用中具有安全隐患，当二氧化碳浓度达到20%以上时，人体会出现呼吸衰弱症状，生命安全受到严重威胁，并且液态二氧化碳喷放时会吸取环境中大量热能，导致环境温度急剧降低，对人体及电子设备产生“冻伤”。该“规范”附录未给出七氟丙烷灭火器规格对应的灭火级别，市售常规5kg灭火器灭火级别为34B，不满足严重危险级场所灭火器的最低配置基准，因此设计采用二氧化碳灭火器配置并满足对于该场所的全面保护，增配七氟丙烷灭火器作为补充措施，在小型火灾时优先使用，以降低二氧化碳灭火器对设备的损害。
6、结语
强调生态和谐、风貌独特、安全可靠、灵活高效，是计算中心这一新型基础设施在新时期展现出的设计追求，计算中心建筑给排水设计人员需要研究与之相适应的技术措施，在雄安城市计算中心项目的设计过程中，经过分析分别采用了冷却补水备份系统冗余设计、事故漏水入侵验算、雨水入侵多重防范措施叠加、争取外部中水源条件、景观水体水质水温控制、有选择采用特殊消防系统的方法，也体现了计算中心工程的水系统部分新特征。雄安城市计算中心项目于2023年底竣工，设计所采用的措施，还需要在项目投入运行的过程中接受验证。
微信对原文有修改。原文标题：雄安城市计算中心项目给排水设计；作者：王昊、李俊鹏、宋维；作者单位：国家建筑工程技术研究中心、中国建筑科学研究院有限公司。刊登在《给水排水》2023年第4期。
