数据中心园区海绵城市建设方案研究_冉杨涛.pdf

冉杨涛（中通服咨询设计研究院有限公司，南京210019）当前海绵城市已经进入了系统化全域推进建设阶段，近些年5G、云计算、智能化等数字技术大规模推广，网络计算量不断加大，作为数据存储及计算的核心，数据中心规模呈现快速增长趋势1。国内数据中心开展建设时多以产业园区方式进行，各地纷纷开展数据中心园区建设，如南京移动数据中心园区、阿里杭州临平数据中心园区及中国电信太原数据中心园区等。在此情形下，数据中心园区已成为当地推进海绵城市建设必不可少的载体，基于海绵城市理念，探索数据中心园区海绵城市建设方案存在较强意义。与典型建筑小区、办公楼不同，数据中心园区建筑密度大，建筑基底占比高，同时绿地率低，场地内绿化面积较小。但是，目前各地出台的标准导则没有对数据中心园区海绵城市建设提出差异性要求，各数据中心园区一般仍按照传统建筑小区类项目开展海绵城市建设，存在一定困难。本文分析数据中心园区特点，针对海绵城市建设中各类问题，制定适合于数据中心园区的海绵城市建设方案。1数据中心园区海绵城市建设特点及难点（1）园区综合径流系数大。数据中心园区一般由一栋运维管理楼、数栋数据机房、油机房（部分园区采用室外油机）及变电站组成，园区内建筑基底占地面积较大，建筑密度大。同时，数据机房屋面存在冷却塔、光伏等设备，故数据机房屋面不宜采用绿色屋顶形式，仅运维管理楼屋面可少量建设屋顶绿化。鉴于数据中心园区一般为工业用地，项目绿地率较低，可以设置下凹式绿地、雨水花园等海绵设施的绿色空间较少。部分数据中心为了营造园区形象，运维管理楼前会集中设置大块绿地，导致数据机房周边可利用的绿色空间更加稀少2。数据中心园区道路一般采用沥青形式，可以设置为透水铺装的场地有限。园区建筑密度大、绿地率小、不透水铺装比例大，故数据中心园区综合径流系数摘要：在分析数据中心园区海绵城市建设需求及特点的基础上，探讨其海绵城市建设中存在的问题，有针对性地提出数据中心园区的海绵城市建设策略。以某数据中心园区为例，介绍具体的海绵城市建设方案及实施效果，以供其他数据中心园区项目参考。关键词：海绵城市；数据中心园区；工业建筑；低影响开发；年径流总量控制率中图分类号：TU992.02文献标志码：A文章编号：10092455（2022）06004305Research on sponge city construction scheme of data center parkRAN Yangtao（China Information Consulting&Design Institute Co.,Ltd.,Nanjing 210019,China）Abstract：Based on the analysis of the construction needs and characteristics of sponge city in datacenter park,the problems existing in the construction of sponge city were discussed,and relevant solutioncountermeasures were put forward.Taking a data center park as an example,the construction scheme and theimplementation effect of sponge city were introduced in detail,which provided reference for other center parkprojects.Keywords：sponge city;data center park;industrial building;low impact development;control rate ofannual runoff volume数据中心园区海绵城市建设方案研究工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.，202243工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.，2022大（一般大于07），降雨时场地径流较多，海绵城市建设时应设置较大规模的低影响开发设施3。（2）地下管线复杂。数据中心类项目地下管线类型多，一般有给水、污水、雨水、消防、电力、油管、冷却塔补水管及通信等管线，部分数据中心园区由于电力管线和通信管线较为复杂，还要铺设电力管沟及通信管沟4。这些地下管线或管沟一般设置于绿地中，这进一步压缩了园区海绵城市建设时可利用的绿色空间。海绵城市建设时，应注意对地下管线进行保护并避开地下管沟。（3）场地景观分布存在差异性。数据机房属于无人值守机房，日常运行时仅少数运维人员进行巡检，工作人员日常办公多集中在运维管理楼内5。为打造园区形象，运维管理楼周边会合理选择绿化方式，形成乔木、灌木、草坪结合的复层绿化，而数据机房楼周边绿地以草坪为主，一般不种植乔木、灌木6。海绵城市建设时，应认识到数据中心园区景观分布的差异性，营造适合于数据中心园区的生态海绵景观7。2数据中心园区海绵城市建设策略在分析数据中心园区建筑屋面类型、下垫面类型和雨水径流组织后可知，数据中心园区各类型建筑径流存在显著差异。运维管理楼与普通办公建筑并无明显区别，海绵设施建设难度低，建筑屋面可采用绿色屋顶形式，建筑周边可设置为海绵设施的绿色空间较多。数据机房及油机房屋面布满冷却塔、太阳能光伏及其他设备，可以设置为绿色屋顶面积较小，且该类建筑周边地下管线复杂，可以设置为海绵设施的绿色空间较少。基于以上特点，数据中心园区海绵城市建设时应该分区进行规划，对不同性质建筑周边雨水径流分别设计8。运维管理楼周边应按照高标准开展海绵城市建设，且运维管理楼及周边尽可能多设置绿色屋顶、下凹式绿地及雨水花园等绿色海绵设施9。数据机房、油机房周边绿色海绵设施建设难度较大，可按照略低标准开展建设，同时设立雨水调蓄池10，绿色海绵设施与灰色海绵设施并举，最终达到海绵城市建设目标。目前大多数省市对项目雨水调蓄池建设有一定要求，数据园区内绿地空间有限，绿色海绵设施建设难度大，也有必要建设雨水调蓄池。数据中心园区主要负责数据存储及计算，园区内污染小，屋面与场地雨水比较清洁，雨水污染程度相比于住宅项目并无明显区别。同时数据中心园区地下管网复杂，难以另行建设1套专门收集屋面雨水的管网，故建议园区在室外雨水管网末端建设雨水调蓄池。3数据中心园区海绵城市建设案例3.1数据中心园区概况及功能分类某数据中心园区内总用地面积为131 93580m2，总建筑面积为173 05196 m2，其中地上建筑面积170 35816 m2，地下建筑面积2 69380 m2，建筑密度为3642，绿地率为28。场内主要建筑为6栋数据中心楼（数据机房）、6栋油机房（柴油发电机房）、1栋220 kV变电站及1栋运维管理楼，如图1所示。根据当地海绵城市政策要求，本项目属于新建工业建筑，设计标准为年径流总量控制率70，对应设计日降雨量约212 mm。3.2竖向分析本项目场地较为平整，场地标高起伏变化较小，场地竖向标高对于园区海绵城市建设影响较小。项目在规划设计时优化场地竖向，场地竖向有利于雨水调蓄及收集。3.3下垫面分析本数据中心园区的人行步道及停车位采用透水铺装，运维管理楼屋顶采用绿色屋顶。场地下垫面可分为普通屋面、绿色屋顶、不透水铺装、透水铺装及绿地。各下垫面分布如图2所示，规模统计如表1所示。3.4海绵设施选择（1）运维管理楼地块。数据中心园区运维管理楼屋面一般为上人屋面，屋面宜结合造型设置屋顶绿化。运维管理楼周边并没有重型车辆出入，道路图1数据中心园区功能分类Fig.1Functional classification of data center park220kV44荷载要求低，故周边道路宜采用透水铺装形式，然而传统的透水材料如透水砖、透水混凝土等景观效果稍差，为营造企业形象，周边铺装宜采用仿花岗岩透水板，该种透水板表层类似花岗岩石材，渗透系数约为30 105ms，在保障周边铺装效果的同时，有效削减地表径流。运维管理楼周边绿地可设置下凹式绿地与雨水花园，引导周边铺装雨水进入绿地空间进行调蓄，如运维管理楼采用外排水方式，可将屋面雨水断接，就近引入周边下凹式绿地、雨水花园等海绵设施内。综上所述，运维管理楼地块宜设置屋顶绿化、透水铺装（仿花岗岩透水板）、下凹式绿地及雨水花园等海绵设施。（2）数据机房及油机房地块。数据机房及油机房屋面存在大量冷却塔等设施，且建筑空置屋面被鼓励设置太阳能光伏设备，可以设置为屋顶绿化的屋面面积较少，故数据机房及油机房屋面宜采用传统硬质屋面形式。日常工作时，数据机房及油机房一般处于无人值守状态，仅少数工作人员进行巡检，为节约成本，该类型楼栋周边一般仅种植草坪。同时，数据机房及油机房周边地下管线复杂，各类型管沟、检查井等设施设备分散布置于建筑周边，建筑周边设置传统的雨水花园、渗透性植草沟等底部基质层较厚的海绵设施较为困难，数据机房及油机房屋周边尽可能设置下凹式绿地形式。考虑到数据机房及油机房不透水屋面面积较大，如周边绿地空间仅设置下凹式绿地，周边绿地空间的海绵设施调蓄空间可能存在不足，故周边绿地空间可设置新型玻璃轻石雨水花园，该雨水花园种植土层及排水层厚度约550 mm，底部基质层厚度相比于一般雨水花园薄，玻璃轻石种植土层渗透系数达5 105ms，单位面积玻璃轻石雨水花园调蓄容积可达350 mmm2，并不比传统雨水花园调蓄容积小。油机房内部为柴油发电机，运行时排风口位置会产生大量热气，该部分位置如果种植植物，受热气影响，后期植物生长较差，景观效果较差，为保障景观效果，建议油机房排风口位置不种植绿色植被，而是建设透水铺装，削减地表径流。综上所述，数据机房及油机房地块宜设置下凹式绿地及玻璃轻石雨水花园，油机房排风口位置宜建设透水铺装。（3）变电站地块。变电站一般由专业电力设计院进行设计，而室外景观绿化、建筑设计由土建设计院进行设计，二者设计阶段存在时差，同时变电站周边存在大量电力管沟，海绵设施设置困难，故变电站周边一般不设置绿色海绵设施。变电站屋面及周边绿地道路的雨水宜由室外雨水管网输送至雨水调蓄池进行调蓄回用。（4）集中铺装绿地地块。硬质铺装方面，为削减地表径流，园区内小型停车位可以采用嵌草砖，人行步道可以采用透水砖。由于数据中心存在重型车辆驶入情况，场地内车行道材质选用传统沥青路面，不宜选用透水铺装。车行道两侧尽可能设置下凹式绿地、雨水花园、植草沟等海绵设施，雨水优先引导至海绵设施内，多余雨水溢流进入雨水调蓄池。园区可采用环保雨水口，对场地径流污染进行削减。3.5海绵城市规模与布局该项目根据场地条件及建筑类型不同，将场地分为S1 S11共11个分区，如图3所示，其中S1、S7、S11分区属于集中铺装绿地地块，S2 S5、S8、S9分区属于数据机房及油机房地块，S6分区属于运维管理楼地块，S10分区属于变电站地块。S1、S7、S11分区内仅有铺装及绿地，本分区图例冉杨涛：数据中心园区海绵城市建设方案研究下垫面类型规模m2占比普通屋面47 340.7335.88绿色屋顶705.000.54不透水铺装38 358.0529.07透水铺装8 590.006.51绿地36 942.0228.00合计131 935.80100.00表1下垫面规模统计Tab.1Statics of underlying surface scale绿色屋顶透水铺装绿地用地红线图2数据中心园区下垫面分布Fig.2Underlying surface distribution of data center park不透水铺装图例：45工业用水与废水INDUSTRIAL WATER WASTEWATERVol53No6Dec.，2022S6分区运维管理楼屋面结合建筑风格设置705m2屋顶绿化，周边设置3 102 m2仿花岗岩透水板。因为本项目屋面已经采用屋顶绿化，且项目立面采用玻璃幕墙形式，雨水采用内排水方式，故屋面雨水未断接进入海绵设施，屋面雨水进入雨水调蓄池（容积62 m3）。运维管理楼周边绿地共设置250 m2下凹式绿地及159 m2雨水花园，引导周边道路雨水进入下凹式绿地及雨水花园。S6分区海绵设施调蓄量计算如表3所示，海绵设施分布如图5所示。经计算可知，需要调蓄容积为149.82 m3，海绵设施调蓄水量合计为150.15 m3。3.6景观设置方案数据中心园区内室外景观应结合海绵城市理念进行专项设计，微地形塑造时下凹式绿地、雨水花园等海绵设施尽可能采用整体下凹形式，便于海绵设施与整个室外景观相融合11。下凹式绿地采用高羊茅和黑麦草混播方式，雨水花园则采用花叶芦竹、旱伞草、鸢尾、黄菖蒲等灌木与地被植物搭配，并辅以景石作为点缀，整个海绵设施内植物品按照常规方式开展海绵城市建设即可，即尽可能设置透水铺装，并充分利用绿地空间设置下凹式绿地、雨水花园等绿色海绵设施。S10分区内仅变电站，地块内难以设置绿色海绵设施，雨水引导至雨水调蓄池进行调蓄。鉴于本文主要论述数据中心园区与常规民用建筑海绵城市方案差异，而S1、S7、S10、S11分区与常规民用建筑小区无明显差异，上述分区不属于本文重点研究范围，故本次仅选取S5、S6分区，分析分区内各类型地块的海绵设施规模及布局。根据34节分析结果，数据机房及油机房地块宜设置下凹式绿地及玻璃轻石雨水花园，油机房排风口位置宜建设透水铺装；运维管理楼地块宜设置屋顶绿化、透水铺装（仿花岗岩透水板）、下凹式绿地及雨水花园等海绵设施。经计算，本项目S5分区油机房排风口设置457 m2透水铺装（即透水混凝土），同时分区内绿地内设置439 m2下凹式绿地及42 m2雨水花园，同时雨水排水管网末端设置130m3雨水调蓄池。S5分区海绵设施调蓄量计算如表2所示，海绵设施分布如图4所示。经计算可知，需要调蓄容积为200.74 m3，海绵设施调蓄水量合计为201.77 m3。建筑屋面绿地分区编号汇水分区线用地红线图例：图3汇水分区示意Fig.3Catchment zoning海绵设施类型规模单位面积调蓄水量（m3m-2）调蓄水量m3透水混凝土457 m2下凹式绿地439 m20.1357.07雨水花园42 m20.3514.70雨水调蓄池130 m3130序号下垫面类型总面积m2占比径流系数1普通屋面7 17853.060.852不透水铺装3 27824.230.853透水混凝土4573.380.364绿地2 61419.330.1550.70合计13 527100表2S5分区海绵设施调蓄量计算Tab.2Calculation of storage capacity of sponge facilities in zone S5图4S5分区海绵设施分布Fig.4Distribution of sponge facilities in zone S5C数据中心雨水花园透水混凝土23油机房图例：下凹式绿地Z32F2F46相丰富，各种植物组团错落有致。3.7实施效果该数据中心园区基于分区设计的理念，通过“灰绿结合”方式，实现场地雨水径流削减与错峰排放，达到年径流总量控制率70要求，通过各种海绵设施对雨水径流污染的削减，完成面源污染削减率453的目标。在满足项目年径流总量控制率和面源污染削减率同时，该项目采用了多种海绵设施，在一定程度上改善了场地景观效果。4结语数据中心园区进行海绵城市建设时，需充分考虑园区各类型地块特点，分区开展海绵城市设计。园区中运维管理楼地块及集中铺装绿地地块应充分挖掘绿地空间的海绵特性，建设透水铺装、绿色屋顶、雨水花园及下凹式绿地等海绵设施；数据机房及油机房地块绿地空间主要以设置下凹式绿地为主，油机房排风口位置可建设透水铺装；变电站地块雨水宜引导至雨水调蓄池。本项目合理规划场地雨水径流，并根据各类型地块精细化选择海绵设施类型，在解决园区场地径流控制及面源污染控制的同时，实现了园区特色海绵景观打造，可为其余数据中心园区海绵城市建设提供借鉴。参考文献：1 王奖，张勇军，李立浧，等数据中心园区能源互联网的关键技术与发展模式J中国工程科学，2020，22（4）：65732 孙玉童，方志华，夏明升，等基于海绵城市理念的雨水湿地系统构建J工业用水与废水，2020，51（1）：79813 冉杨涛，吕伟娅，袁校柠水资源综合利用专项规划评估体系构建及应用J深圳大学学报（理工版），2021，38（4）：3583664 黄黛诗，王宁，吴连丰，等海绵城市理念下既有工业厂区建设方案研究J给水排水，2019，55（11）：63665 揭小锋，郭迎新，周丹，等基于“分质分区处理”理念的工业厂房海绵改造策略J中国给水排水，2020，36（12）：14196 吕国栋，刘依林，余平伟，等国家超级计算郑州中心给水排水设计探讨J给水排水，2021，57（6）：1041097 孟军海绵型工业园区关键技术与设计方案研究D南京：东南大学，20158 谢胜，吴晨浩，吕永鹏工业项目的海绵城市建设标准与技术要点J净水技术，2021，40（3）：1181219 程明涛，薛峰浅议污水处理厂海绵城市设施建设设计方案J净水技术，2020，39（12）：12713110 王梦迪，徐得潜，陈国炜控制径流污染雨水调蓄池优化设计研究J工业用水与废水，2021，52（6）：333711 潘若平 LID组合措施在杭州低影响开发区项目中的应用研究基于SWMM模型J工业用水与废水，2021，52（2）：4347作者简介：冉杨涛（1991），男，安徽芜湖人，工程师，硕士，主要从事海绵城市、绿色建筑咨询工作，（电子信箱）。收稿日期：2022-03-14（修回稿）冉杨涛：数据中心园区海绵城市建设方案研究海绵设施类型规模单位面积调蓄水量（m3m-2）调蓄水量m3绿色屋顶705 m2透水板3 102 m2下凹式绿地250 m20.1332.50雨水花园159 m20.3555.65雨水调蓄池62 m362序号下垫面类型总面积m2占比径流系数1普通屋面2绿色屋顶3不透水铺装4透水板5绿地65 05940.520.857055.650.401 1799.440.853 10224.850.362 43919.540.15合计12 484100.000.57表3S6分区海绵设施调蓄量计算Tab.3Calculation of storage capacity of sponge facilities in zone S6图5S6分区海绵设施分布Fig.5Distribution of sponge facilities in zone S6绿色屋顶下凹式绿地雨水花园透水板运维管理中心图例：47