中國人民銀行益陽市中心支行科技科 馬國勝

隨著IT 基礎(chǔ)架構(gòu)的轉(zhuǎn)型，以數(shù)據(jù)集中為重要標志的信息化建設(shè)，雖然提高了業(yè)務(wù)處理的效率，提升了IT 架構(gòu)的可靠性，降低了運維成本，但對數(shù)據(jù)中心機房的快速部署、靈活擴容、穩(wěn)定運行提出了更高的要求。筆者所在的單位運用模塊化機房建設(shè)方案，使用近3 年的時間，分別對市縣兩級機構(gòu)的機房統(tǒng)一實施標準化更新改造，建成規(guī)范標準、安全可靠，運維便捷、綠色節(jié)能的機房，為業(yè)務(wù)運行提供了安全可靠的IT 基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境。

圖1 模塊化機房組成

什么是模塊化機房

模塊化機房如圖1 所示,是指將IT 機柜、配電柜、精密空調(diào)、冷通道、UPS 主機、電池柜、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備和設(shè)施按功能分類，通過工廠預(yù)制的方式生產(chǎn)成相應(yīng)的功能模塊和組件，在現(xiàn)場以搭積木的方式組合成整體的機房。模塊化機房有以下明顯優(yōu)點。

1.組件標準，整體具備高可靠性。組件采用模塊化、標準化和高可靠性設(shè)計，核心設(shè)備可以根據(jù)需求，靈活實現(xiàn)N+1、N+X、2N 等冗余備份方案，整個系統(tǒng)穩(wěn)定度高，安全可靠。

2.集成簡化，建設(shè)周期有效縮短。所有的功能模塊采用批量生產(chǎn)、預(yù)先測試、現(xiàn)場集成的方式供貨和部署，對基礎(chǔ)環(huán)境，供水供電等外部環(huán)境保障接口統(tǒng)一，甚至基礎(chǔ)設(shè)施和IT 設(shè)備能一體化交付，機房規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)實施、聯(lián)調(diào)驗收等環(huán)節(jié)的工作量大幅減少。

3.分期建設(shè)，按需靈活拓展部署。模塊化機房按末端制冷、末端配電、末端布線的理念,按需部署組件，通過預(yù)留外部接口的方式，與機房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)解藕，在降低初始投資的基礎(chǔ)上，可以通過靈活擴展供配電和制冷等組件，適應(yīng)未來需求。

4.綠色節(jié)能，運行成本大量節(jié)省。模塊化機房采用密封通道技術(shù)，隔離冷熱氣流，制冷系統(tǒng)的容量與負載需求匹配更精準，制冷效率更高，電能轉(zhuǎn)換率能高達95%，整體PUE 可≤1.5，能節(jié)省運行費用。

5.智能管理，運行風(fēng)險精準防控。所有組件自帶運行狀況內(nèi)部監(jiān)控功能，能獨立對組件進行可視化化管理，支持通過標準的RS485、SNMP 協(xié)議與機房整體環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集成，配合3D 虛擬展示技術(shù)，能實時集中提供設(shè)備和設(shè)施運行狀態(tài)顯示，故障告警等功能。

圖2 市級機構(gòu)模塊化機房布局圖

模塊化機房建設(shè)實踐

筆者所在單位包含1 個市級機構(gòu)和4 個縣級機構(gòu)，5 家機構(gòu)根據(jù)本單位業(yè)務(wù)需要，均設(shè)計建設(shè)了機房。隨著信息技術(shù)的更新和制度規(guī)范的修訂，5 家機構(gòu)原來的機房暴露出安全隱患，并存在不符合新標準的情形。

市級機構(gòu)原有的機房建成于2004 年，占用建筑面積約370 平米，存在設(shè)備超期服役老化造成故障頻發(fā)；空間規(guī)劃不合理和利用率低造成耗能偏大；各子系統(tǒng)獨立運行造成應(yīng)急能力差等問題，且整體能效偏低，PUE 值>2.2。市級機構(gòu)的機房更新改造必要性、緊迫性突顯。改造工作列為全系統(tǒng)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃的省級重點信息化建設(shè)項目。

4 家縣級機構(gòu)原有的機房分別占用建筑面積為25-50 平米，但因為建設(shè)時無統(tǒng)一標準、經(jīng)費緊張的原因，遺留下選址不合理使基礎(chǔ)環(huán)境無法達標，設(shè)備老舊和型號不一使運維困難，未配備安防監(jiān)控設(shè)施造成機房運行和管理存在風(fēng)險等問題。

1.市級機構(gòu)模塊化機房建設(shè)

（1）整體方案

市級機構(gòu)模塊化機房建設(shè)參照上級單位發(fā)布的《計算機機房規(guī)范化工作指引》（以下稱“指引”）,主要性能指標按指引中的C 類計算機機房設(shè)計和國家2 星級綠色數(shù)據(jù)中心標準設(shè)計，部分關(guān)建和重要設(shè)備參照《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB50174-2008）中B 級機房標準配備，整體面積107 平方米，分主機房、辦公網(wǎng)機房、監(jiān)控操作室、電池室、新風(fēng)室，其中電池室在辦公大樓負一樓，其他分區(qū)在原機房位置改建。主機房采用雙排單通道的布局部署一套模塊化機房，其中1 臺一體化智能配電柜，1 個綜合布線柜，2 個網(wǎng)絡(luò)機柜，2 個運營商機柜，6 個服務(wù)器機柜，2 臺行間精密空調(diào)。在通道加裝網(wǎng)孔隔斷門，將模塊化機房劃分為運營商設(shè)備區(qū)和核心業(yè)務(wù)區(qū)，并使用門禁控制實現(xiàn)分區(qū)之間單向出入，如圖2 所示。

（2）主要設(shè)備部署情況

市級機構(gòu)模塊化機房共部署供配電系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、靜電防護系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、新風(fēng)與排氣系統(tǒng)、自動消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、入侵報警系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、機柜與冷通道系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、集中遠程管理系統(tǒng)等15 個子系統(tǒng)，如圖3 所示。

供配電系統(tǒng)設(shè)計負荷100KW，分別在大樓配電間市電和發(fā)電機輸出開關(guān)引入2 路供電線路，經(jīng)智能配電柜中的ATS 開關(guān)，提供3 路UPS 和多路動力設(shè)備供電，并配備210KW 的應(yīng)急發(fā)電機作為后備供電系統(tǒng)，用于應(yīng)急制冷。

UPS 系統(tǒng)分為IT 應(yīng)急配電和輔助應(yīng)急配電兩部分，IT 應(yīng)急配電使用2 臺機架式20KW 主機和80 節(jié)容量為100Ah 的電池，按2N 冗余模式運行，為服務(wù)器機柜中的設(shè)備進行雙回路供電，輔助應(yīng)急配電使用1 臺機架式6KW 主機和16 節(jié)容量為100Ah 的電池，為門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)供電。

照明系統(tǒng)由工作照明，應(yīng)急照明和疏散照明組成，均采用LED 綠色光源。

防雷接地系統(tǒng)采用三級防雷設(shè)計，在配電柜市電總輸出端設(shè)置二級防雷，在UPS輸出端安裝的C 類防雷產(chǎn)品。接地采用聯(lián)合接地方式，使用銅排在地板下構(gòu)成等電位聯(lián)結(jié)網(wǎng)格，機柜、線路、金屬管槽、墻面龍骨架、吊頂龍骨架、地板支架接地全部連接到網(wǎng)格中，銅排連接處使用熔錫工藝，進行防氧化處理，并使用螺桿加固連接。

圖3 市級機構(gòu)模塊化機房配電柜系統(tǒng)圖

空調(diào)制冷系統(tǒng)配備2 臺25KW 制冷量的恒溫恒濕水平送風(fēng)行間精密空調(diào)，按2N 冗余模式運行，并設(shè)置成自動輪巡模式。

新風(fēng)與排氣系統(tǒng)為整個機房提供空氣正壓和緊急情況下的排煙功能，新風(fēng)量達到2500 立方/小時，排氣量達到3000 立方/小時。

自動消防系統(tǒng)采用無管網(wǎng)氣體自動滅火系統(tǒng)及消防報警系統(tǒng)，配有機房專用空氣呼吸器，具備與供電系統(tǒng)聯(lián)動功能，并與大樓消防報警系統(tǒng)集成。

門禁系統(tǒng)采用雙向門禁模式，分別在房間進出門、通道兩端和隔離門等位置安裝支持國密算法IC 卡技術(shù)的讀卡器。

視頻監(jiān)控采用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控設(shè)備，布放10 個高清攝像頭和1 臺硬盤錄像機，對所有分區(qū)實無死角和全天候的監(jiān)控，并與大樓安全保衛(wèi)管理系統(tǒng)集成。

動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在接入全省統(tǒng)一機房監(jiān)控平臺的基礎(chǔ)上，通過智能接口卡采集配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)和新風(fēng)與排氣系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，監(jiān)測漏水情況，顯示在監(jiān)控大屏上，并通過短信和電話對非法入侵、設(shè)備運行異常等情況進行實時告警。

綜合布線系統(tǒng)采用支持萬兆傳輸速率的超六類雙絞線和多模光纖，在所有的運營商、網(wǎng)絡(luò)、IT 設(shè)備柜中分別布放24 口網(wǎng)口和光纖配線架，所有線纜采用上走線和金屬線槽敷設(shè)的方式全部接入到綜合布線柜中統(tǒng)一進行配線。

集中遠程管理系統(tǒng)分別采用采用1 臺32 口KVMover-IP 交換機和1 臺16 口Serial-over-IP 交換機,對機房中所有服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行集中管理。

（3）建設(shè)周期

項目于2017 年4 月立項后啟動設(shè)計工作，同年7 月設(shè)計方案獲得上級單位批復(fù)，10 月完成項目采購。項目建設(shè)于2017 年12 月正式開工，2018 年2 月竣工，工期62 天。2018 年6 月 項目通過初驗，模塊化機房投入試運行，并于同年10月通過上級單位的終驗。

2.縣級機構(gòu)模塊化機房建設(shè)

（1）整體方案

縣級機構(gòu)的機房更新改造按照裝修標準、選址合理、配電規(guī)范、標識清晰、規(guī)范達標的原則，以實現(xiàn)機房建設(shè)、運行和管理標準化為主要需求，參照上級單位發(fā)布的《電子信息系統(tǒng)機房建設(shè)規(guī)范》（以下稱“規(guī)范”），按規(guī)范中IV 級機房標準設(shè)計，部分設(shè)備參照國標C 級機房標準配備。4 家縣級機構(gòu)分別選用位于辦公樓2、3 樓的20-30平米全封閉房間作為機房場地，對原機房進行遷址建設(shè)，采用單排單通道的布局配備1 套模塊化機房，其中2 個IT 機柜、1 臺列間精密空調(diào)，1 臺精密配電柜，并預(yù)留1 個IT 柜的位置。

（2）主要設(shè)備部署情況

縣級機構(gòu)的模塊化機房，部署了與市級機構(gòu)機房功能相同的15 個子系統(tǒng)，但根據(jù)實際情況，對部分部署的子系統(tǒng)進行減配，消防系統(tǒng)改為手動滅火器結(jié)合火災(zāi)自動報警方式，綜合布線系統(tǒng)不設(shè)專門的布線柜，改為超五類網(wǎng)線直接接入IT 設(shè)備柜的方式，如圖4 所示。

圖4 縣級機構(gòu)模塊化機房布局圖

供配電系統(tǒng)負荷30KW，市電和發(fā)電機供電經(jīng)大樓配電間ATS 開關(guān)后，通過1 路供電線路接入一體化配電柜。柜電柜集成市配電、UPS主機和電池電源，按上下位置劃分成3 個區(qū)域，上部安裝配電模塊，模塊中包含UPS輸入輸出配電，空調(diào)配電及6路IT 設(shè)備配電，安裝有B、C級防雷器；中部采用導(dǎo)軌方式安裝UPS 主機，并采用電池入列的方式將電池擺放在配電柜下方。

UPS 系統(tǒng)使用1 臺機架式6KW 主機和16 節(jié)容量為65Ah 的電池，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、監(jiān)控和門禁系統(tǒng)等重要設(shè)備提供應(yīng)急電源。

空調(diào)制冷系統(tǒng)配備1 臺12.5KW 制冷量的恒溫恒濕水平送風(fēng)列間精密空調(diào)，所有機柜頂部配備4組應(yīng)急制冷風(fēng)扇，在緊急情況下用于機柜內(nèi)冷熱空氣對流。

綜合布線系統(tǒng)采用支持千兆傳輸速率的超五類雙絞線，在2 個IT 設(shè)備柜底部分別布放48 口網(wǎng)口架，采用先上后下走線和金屬線槽敷設(shè)的方式連接信息點。

動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一的機房監(jiān)控平臺，按集中監(jiān)控，分級告警的模式，將各子系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時顯示在設(shè)在市級機構(gòu)機房內(nèi)的監(jiān)控大屏上，統(tǒng)一設(shè)定閥值后，系統(tǒng)會根據(jù)異常情況發(fā)生位置向所在單位的管理人員實時告警。

（3）建設(shè)周期

為控制好機房建設(shè)標準，4 家縣級機構(gòu)機房更新改造工作整合成統(tǒng)一的縣級機構(gòu)模塊化機房項目進行建設(shè)。項目在2018 年10 月立項后啟動設(shè)計工作，同年12 月完成項目采購。項目采用“建成一個，驗收一家”分步建設(shè)的方式實施，2019 年3 月首家縣級機構(gòu)模塊化機房開工建設(shè)，至8 月所有縣級機構(gòu)的模塊化機房完成驗收，建設(shè)周期160 天。

實踐效果

1.技術(shù)更新，提升安全可靠性能

使用模塊化機房技術(shù)的完成兩級機構(gòu)機房更新改造后，徹底化解了原來大量關(guān)鍵設(shè)備和設(shè)施超期服役帶來的風(fēng)險隱患，建成了綠色節(jié)能環(huán)保的IT 基礎(chǔ)平臺，為業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)連續(xù)性運行提供了安全可靠的基礎(chǔ)平臺。改造后，機房電源由一體化精密配電系統(tǒng)供電，消除了大樓內(nèi)線路和原配電設(shè)備老化的問題，使IT 設(shè)備運行的供電保障有了數(shù)量級提升。

2.綠色節(jié)能，提升整體經(jīng)濟效益

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，相比改造前，模塊化機房的投運后，地市級機構(gòu)機房運行消耗的電能減少了18 萬度/年，PUE值達到1.2，縣級機構(gòu)機房運行消耗的電能減少30%，PUE值為1.1。

3.標準規(guī)范，提升運維管理質(zhì)效

建設(shè)的標準統(tǒng)一、配置統(tǒng)一、監(jiān)控統(tǒng)一和運維統(tǒng)一的模塊化機房，使設(shè)備、設(shè)施和線纜標識規(guī)范清晰，運行狀態(tài)可視化，提高了運維工作的效率，并為推廣集中統(tǒng)一運維模式和統(tǒng)一監(jiān)控?zé)o人值守模式提供了基礎(chǔ)條件。