Фотоотчет о строительстве ЦОД с помощью 3D-принтера на примере Wavehouse

Прогуливаясь по улицам тихого немецкого города Гейдельберг, можно встретить странное серое здание, кажущееся не совсем уместной частью городского пейзажа. Бетонная постройка без окон расположена между административными зданиями, возведенными еще до Второй мировой войны, и детским садом. Оно находится на участке, который ранее занимали расквартированные в городе солдаты армии США.

Хотя здание без окон может показаться немного странным, постоянные читатели TelecomBlogger с уверенностью скажут, что под это описание отлично подходит заурядный дата-центр. Да, странная постройка в Гейдельберге – это дата-центр. Но его сложно назвать заурядным. Почему? Причин минимум 3:

• Во-первых, у него нет углов. Закругленная внешняя оболочка строения изгибается по всей его длине.
• Во-вторых, вместо традиционных блоков или сборных железобетонных панелей при возведении несущих стен и фасадов дата-центра использовались слои жидкого цемента.
• В-третьих, здание, известное как Wavehouse Campbell Heidelberg, де-факто — первый в истории полноценный дата-центр, напечатанный на 3D-принтере.

Какой рынок будет обслуживать напечатанный на 3D-принтере дата-центр?

Гейдельберг, расположенный примерно в 80 км к югу от Франкфурта на реке Неккар, — это город с населением около 160 тыс. Он находится в федеральной земле Баден-Вюртемберг. Это место известно благодаря авторитетному университету и нескольким научно-исследовательским центрам.

Там также базируется компания Heidelberger Druckmaschinen, считающаяся одним из крупнейших в мире производителей печатных станков. Но эта компания со 170-летней историей не участвовала в 3D-печати дата-центра. Проект – результат стечения обстоятельств, связанных с несколькими местными бизнесменами.

Первоначально местный поставщик IT-услуг Heidelberg iT и фирма Kraus Gruppe, занимающаяся операциями с недвижимостью, планировали построить на соответствующей площадке традиционную серверную ферму. Однако, прочитав о жилом доме, построенном на 3D-принтере немецкой фирмой Heidelberg Materials (ранее HeidelbergCement), Ханс-Йорг Краус, управляющий партнер Kraus Group, связался со своим товарищем Маттиасом Блатцем из Heidelberg iT и предложил развить эту идею. Так стартовал амбициозный проект по возведению ЦОД мощностью 500 кВт с применением 3D-печати.

Появившаяся в результате серверная ферма Wavehouse получила сразу несколько титулов:

• крупнейшее в Европе здание, напечатанное на 3D-принтере;
• первое в мире специально построенное промышленное здание, изготовленное с применением 3D-печати;
• первый в мире ЦОД, напечатанный на 3D-принтере.

С точки зрения дизайна Wavehouse резко контрастирует с другим дата-центром, недавно открытым неподалеку. Речь о ЦОД мощностью 2 МВт от компании Nexspace, поддерживаемой InfraRed Capital. Дата-центр, расположенный чуть более чем в 1 километре, был запущен в конце 2023 года. Фасад этого здания облицован гладкими бело-зелеными панелями, а все его стены встречаются под прямым углом. ЦОД Nexspace – единственный конкурент Wavehouse в городе.

Гейдельберг — один из самых теплых регионов Германии. Там достаточно тепло, чтобы выращивать виноград, миндаль, инжир и пальмы. Относительно небольшой местный рынок, сравнительно высокая температура и близость к Франкфурту, где очень много коммерческих ЦОД, означают, что Гейдельбергу не нужна крупная экосистема дата-центров.

Гипермасштабные дата-центры городу точно не требуются. Но спрос на небольшие коммерческие дата-центры в Гейдельберге есть. Несколько медицинских организаций, расположенных в этом районе, нуждаются в локальной инфраструктуре хранения и обработки данных для минимизации задержек. В частности, эта инфраструктура нужна оборудованию для МРТ. Интерес к местным ЦОД также демонстрирует малый бизнес.

Проект Wavehouse

Традиционно дата-центры строятся с использованием либо небольших блоков, либо готовых стеновых панелей, которые помещаются в нужное положение с помощью кранов. Однако при 3D-печати используется принтер для выдавливания слоев жидкого бетона друг на друга.

Дата-центр Wavehouse, ранее известный как Baufeld 5 (дословно переводится как «Строительная площадка 5») и расположенный по адресу Билли-Холидей-штрассе (Billie-Holiday-Strasse), 7, имеет общую площадь чуть менее 600 кв.м. Строение имеет 54 метра в длину, 11 метров в ширину и 9 метров в высоту. Оно находится к югу от центра города на месте бывших казарм армии США.

Партнерами Kraus Group и Heidelberg iT по данному проекту стали компания Peri 3D (входит в состав группы компании Peri Group и производит строительные леса), а также архитектурные фирмы Mense-Korte и SSV и Heidelberg Materials. Работы стартовали в 2023 году. Использовался строительный 3D-принтер Cobod BOD2. Здание было напечатано в течение 30 дней с использованием около 450 тонн бетона, предоставленного Heidelberg Materials.

Печать, которая выполнялась в период с конца марта по середину августа 2023 года, первоначально должна была занять 140 часов, что эквивалентно печати 4 квадратных метров здания в час. Но общее время работы 3D-принтера в итоге составило около 172 часов. Как шутят участники проекта, печать заняла больше времени из-за значительного интереса прессы: журналисты хотели увидеть, как все происходит. В результате иногда команда печатала не более 1 часа в день.

На момент написания статьи строительство здания было завершено. Но ЦОД еще не введен в эксплуатацию. Компания Heidelberg iT обустраивает машзалы и помещение для силового оборудования. Дата-центр будет предлагать мощность 0,5 МВт и вмещать около 100 стоек. Планируется, что благоустройство будет завершено к концу лета 2024 года. После этого владельцы намерены сдать ЦОД в долгосрочную сдачу.

Heidelberg iT планирует установить на крыше массив солнечных панелей мощностью около 80 кВт. ЦОД также будет получать электроэнергию от гидроэлектростанций. Компания Heidelberg iT обычно устанавливает в своих ЦОД больше солнечных панелей. Например, монтирует их на южные стены. Но местные регулирующие органы ограничили площадь под солнечные батареи в рамках этого проекта. Излишки тепла, генерируемого ЦОД, будут направляться в здания на прилегающей территории. Это произойдет после обустройства сети централизованного теплоснабжения.

Для покраски интерьера использовался малярный робот от DAW Deutsche Amphibolin-Werke. Он покрасил внутренние помещения Heidelberg iT в зеленый оттенок. Снаружи останется бетонно-серый цвет, но в будущем по всей длине будут установлены «живые» стены.

ЦОД не получит стандартных ограждений по периметру, что обусловлено особенностями местоположения. Но на входе на территорию будет установлено несколько ворот. Толстые стены также повышают безопасность.

На церемонии передачи здания заказчику в конце января 2024 года присутствовало около 1 сотни человек, включая представителей прессы, экспертов в области строительства и материаловедения. Мероприятия по вводу в эксплуатацию обычных дата-центров такую аудиторию, как правило, не привлекают.

Некоторые собравшиеся были разочарованы тем, что большой ключ, переданный во время церемонии, оказался изготовлен из пенопласта, а не напечатан на 3D-принтере. Возможность упущена. Но пресса всех мастей, включая корейские, китайские, американские и индийские СМИ, высоко оценила результаты проекта.

Дорогостоящие ошибки

Представители SSV Architekten отмечают, что до Wavehouse у этой фирмы не было опыта работы с 3D-печатью. Но архитекторы из Mense-Korte ранее в таких проектах уже участвовали, что было полезно для получения разрешений в регулирующих органах.

Поскольку приходилось использовать новые технологии, тесное сотрудничество между Peri 3D, Mense-Korte и Heidelberg Materials в процессе проектирования имело ключевое значение для успешной реализации проекта. Пришлось все продумывать на ранних стадиях, потому что потом изменить что-либо трудно.

Сертификация проекта оказалась непростой задачей. Большинство материалов и конструкций для такого типа зданий не прошли апробацию. Поэтому компаниям пришлось в некоторых местах менять проект. Так в машзале появилось несколько выступающих опорных колонн, которые потребовали регулирующие органы. Испытания, необходимые для утверждения бесколонной конструкции, вероятно, заняли бы несколько лет.

Но, несмотря на ограничения и доработки, участники проекта назвали сотрудничество с местными властями в целом «очень конструктивным». Почему? Отчасти ввиду заинтересованности чиновников появлением такого здания в Гейдельберге, которое могло бы стать его достопримечательностью.

Сейчас Heidelberg iT намеревается получить сертификат соответствия в TÜVs (немецкая организация по техническим испытаниям и сертификации), чтобы продемонстрировать безопасность и отказоустойчивость ЦОД. Также планируется получить «зеленый» сертификат Blue Angel, чтобы продемонстрировать экологическую устойчивость.

Минусы возведения дата-центра с применением 3D-печати

Отмечаются проблемы с обеспечением водонепроницаемости плоской крыши, которая обустроена с применением традиционных материалов, а не напечатана на 3D-принтере. Проблемы возникают в местах прилегания монтируемых вертикально плоских элементов к стенам, напечатанным на 3D-принтере. Кроме того, установка противопожарных дверей также оказалась непростой задачей. В обоих случаях причина кроется в неровностях стен, обусловленных спецификой технологии 3D-печати.

Из-за ограничений портальной рамы, на которой удерживается принтер, ЦОД Wavehouse был напечатан тремя сегментами. Затем были распечатаны и установлены соединительные детали, объединившие сегменты здания. Швы между сегментами заметны внутри, если внимательно присмотреться.

На этапе проектирования некоторые программы, которые использовали архитектурные фирмы, с трудом справлялись с предложенными формами и углами. Потребовалось дополнительное программирование для включения соответствующих расчетов в 3D-модели. Участники проекта отметили, что 3D-печать усложняется во время сильного дождя. Также лучше не делать слишком больших перерывов между сеансами печати сегментов.

Еще один минус – цена. Точных цифр участники проекта не называли, но отметили, что Wavehouse стоит примерно вдвое дороже, чем аналогичный дата-центр, который был бы построен с применением традиционных технологий. Отчасти из-за многочисленных доработок проекта. Но команда планирует сэкономить деньги в будущем при обустройстве новых ЦОД с применением 3D-принтера, основываясь на том, чему они научились в ходе проекта Wavehouse.

Неочевидные плюсы инновационного подхода

Стены Wavehouse изначально состояли из двух рядов монолитного бетона, расположенных на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Они соединены стальными стержнями. В жилых домах пространство между двумя рядами заполняется теплоизоляционными материалами. В случае нового ЦОД было решено заполнить пространство большим количеством бетона, поскольку нет необходимости сохранять тепло, и это повышает прочность стены.

В зданиях, напечатанных на 3D-принтере, используется гораздо меньше металла, чем в традиционных бетонных зданиях. И часто не требуется большое количество арматурных каркасов. Это означает, что в Wavehouse генерирует гораздо меньше помех по сравнению с традиционным дата-центром.

Проектировщики и строители также использовали нестандартный подход к обустройству фальшпола. В плите фальшпола вырезана метровая выемка, но теплоизоляцию туда решили не укладывать (она гидроизолирована). В результате более низкая температура окружающей среды (со стороны земли) снижает нагрузку на теплохладотехнику примерно на 20 кВт за счет естественного охлаждения.

Уникальный дата-центр?

Wavehouse может еще долго оставаться единственным дата-центром, напечатанным на 3D-принтере. Ранее сообщалось о планах по возведению аналогичного ЦОД в США, но в итоге было решено отказаться от этой идеи и обустроить дата-центр в модернизированном складе.

Этот проект выполнила американская компания EdgeCloudLink (ECL), обещавшая возводить с применением 3D-печати автономные водородные дата-центры из модулей мощностью 1 МВт. В компании заявляли о возможном сотрудничестве с местным застройщиком, занимающимся 3D-печатью, для первоначальной сборки, а затем купить собственные 3D-принтеры.

Технологические барьеры по-прежнему ограничивают размер здания, которое может быть напечатано на 3D-принтере. Учитывая текущие ограничения на 3D-печать с точки зрения физического размера, кажется, что возведение с помощью этой технологии многоэтажного дата-центра гипермасштабного размера или с высокими потолками на данный момент недостижимо. Более того, регулирующие органы по-прежнему настороженно относятся к непроверенным конструкциям и материалам.

Но оптимизм в отрасли сохраняется. Да, Wavehouse является первым дата-центром, напечатанным на 3D-принтере, но в компании Peri3D уверены, что он не станет последним. Руководители Kraus Group и Heidelberg iT также поддерживают эту концепцию. Они планируют в будущем напечатать минимум еще один дата-центр.