肖非常

國防大學(xué)政治學(xué)院，上海 201602

作為高校信息化建設(shè)的“硬核”，數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟社會價值舉足輕重，已引起各高校高度重視。而作為保證數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè)備和裝置安全穩(wěn)定可靠運行的數(shù)據(jù)中心機房，其建設(shè)的規(guī)范性、安全性、易擴展性和高可維護性，也要求更為專業(yè)。本文以上海某任職教育院校數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)為例，通過詳細設(shè)計論證和嚴格的建設(shè)管理實施，提升了整個數(shù)據(jù)中心的安全性，節(jié)約了建設(shè)維護成本，使用綠色節(jié)能環(huán)保，維護管理靈活便捷，取得了預(yù)期的建設(shè)效益。

一、需求分析和關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）需求分析

新建機房，在業(yè)務(wù)上，立足未來10-15年的使用和運維需求，托管學(xué)校各類關(guān)鍵信息設(shè)備，承載運行各類信息系統(tǒng)，備份容災(zāi)重要信息數(shù)據(jù)，并充分考慮將來業(yè)務(wù)拓展對數(shù)據(jù)中心機房升級改造的要求；在安全上，按照等級保護原則分功能區(qū)建設(shè)，確保設(shè)備安全、數(shù)據(jù)安全，做到能夠規(guī)避多種災(zāi)難，使用安全可控；在管理上，使用界面友好、環(huán)境舒適，管理方便靈活，節(jié)能環(huán)保。

（二）關(guān)鍵技術(shù)分析

新建機房規(guī)避傳統(tǒng)機房設(shè)計上的不足，緊跟時代步伐，采用最新科技手段，如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G網(wǎng)絡(luò)通信等信息技術(shù)，以及電氣、制冷、新材料運用等相關(guān)學(xué)科關(guān)鍵技術(shù)，重點考慮機房供配電、暖通制冷、氣體消防、防雷接地、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、綜合布線、裝修布局、運行數(shù)據(jù)采集管理等模塊前沿技術(shù)的運用，做到機房環(huán)境安全可控、使用智能綠色環(huán)保。

二、模塊設(shè)計

按照數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計的流程，先平面整體布局，后基礎(chǔ)環(huán)境設(shè)計，再網(wǎng)絡(luò)布線、硬件陳設(shè)規(guī)劃，最后機房運行管理的流程逐步展開，重點介紹六個模塊：裝修布局、機房供配電、暖通制冷、氣體消防、網(wǎng)絡(luò)布線、機房運行管理。

（一）裝修布局

按安全等級、功能需求、維護管理等維度，劃分出不同的使用區(qū)域，如設(shè)備集中陳列區(qū)、監(jiān)控操作區(qū)、網(wǎng)絡(luò)配線區(qū)（含電話通信站）、UPS電源站（強電配電區(qū)）、鋼瓶間、備件庫、維修室，規(guī)劃相應(yīng)的使用面積、空間布局。各功能區(qū)根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用再進一步細分，如按照安全等級將設(shè)備集中陳列區(qū)設(shè)主輔區(qū)域各一個、主區(qū)域為云計算區(qū)，存放內(nèi)部資料，輔區(qū)域為屏蔽安全區(qū)，存放秘密資料，另立單間設(shè)互聯(lián)網(wǎng)機房，對外部署應(yīng)用。主輔區(qū)域又根據(jù)業(yè)務(wù)特點設(shè)若干個冷熱封閉通道，規(guī)劃列頭柜（強電柜、配線架等）、服務(wù)器、存儲、安管設(shè)備、交換路由設(shè)備以及其他配套基礎(chǔ)設(shè)施的空間布局。各區(qū)域按照消防規(guī)定、節(jié)能標準、外觀布局采用不同的物理材料進行隔離裝修。

（二）機房供配電

安排至少兩路不同來源市電給數(shù)據(jù)中心機房供配電，確保一路市電掉線時另一路市電能及時接管，通過技術(shù)參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)雙回路供給，確保機房網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、氣體消防系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備不間斷運行。設(shè)立強電配電區(qū)，建立UPS電源站，平時儲電，應(yīng)急時供電。新建機房UPS電源站建設(shè)至為重要，目前主流機房均采用鉛酸電池儲電，隨著技術(shù)進步，將來會逐步考慮配置鋰電池儲電，實際建設(shè)中可根據(jù)需求程度和經(jīng)費支持，靈活選擇、靈活配置。建立儲電可以確保無市電時仍有模塊化UPS系統(tǒng)通過雙路母線向機房設(shè)備供電，支撐相當時間電源供給，減少關(guān)鍵核心設(shè)備宕機概率，確保學(xué)校信息化業(yè)務(wù)不斷線。條件具備可在中心機房近旁建立發(fā)電站，通過燃油發(fā)電。本案例設(shè)計中在中心機房樓宇地下設(shè)立簡易發(fā)電站。

（三）暖通制冷

保持機房恒溫濕度是確保機房不發(fā)生消防事故等系統(tǒng)性風險、延長機房存放設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵一環(huán)，歷來是機房建設(shè)重中之重。機房制冷模式經(jīng)歷了由壁掛空調(diào)柜式空調(diào)等房間級空調(diào)，到大功率超大功率中央空調(diào)，到行間級精密空調(diào)，再到冷熱通道新風系統(tǒng)配合使用的發(fā)展歷程。目前制冷主要圍繞風速穩(wěn)定、溫濕度均勻、綠色節(jié)能的目標發(fā)展，采用新風系統(tǒng)給機房制冷換氣，采用精密空調(diào)、建立冷熱通道，精準給信息設(shè)備制冷保溫。新風系統(tǒng)充分考慮節(jié)能，如對進排風口按照風向合理設(shè)置區(qū)域位置，采用彎曲管道采集冷凝水地下水制冷，大大提高了節(jié)能效果。采取熱通道封閉、冷熱通道分離的先進技術(shù)，精密空調(diào)采用下送風，保證了機房空調(diào)制冷的高效節(jié)能。本次建設(shè)多措并舉，充分利用自然冷卻條件，廣泛運用各種節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心PEU（能源使用效率）值在1．9以下。另外，在設(shè)計中還充分考慮機房內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)采集方式以及精密空調(diào)漏水威脅等環(huán)節(jié)。

（四）氣體消防

隨著數(shù)據(jù)中心托管的設(shè)備越來越多，信息數(shù)據(jù)的重要性，機房消防的重要性毋庸置疑。消防設(shè)施是機房安全的守護者，能夠在機房即將發(fā)生災(zāi)難時發(fā)出預(yù)警，降低風險損失，是機房最后一道保險。消防設(shè)施也經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的噴淋頭、自動滅火器人工滅火到選用防火材料，運用卷閘門通道隔離，再到現(xiàn)在普遍采用煙感、光感、溫感預(yù)報警機制，通過氣體消防系統(tǒng)滅火，減少硬件設(shè)備損傷。滅火材料也由清潔、無毒、電絕緣性好、滅火效率高的七氟丙烷代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹵代烷。氣體消防設(shè)計中重點考慮噴氣口設(shè)置點、有效覆蓋范圍、滅火程度、鋼瓶壓力等因子，以及與其他信息系統(tǒng)的聯(lián)動。

（五）網(wǎng)絡(luò)布線

機房是網(wǎng)絡(luò)拓撲的核心節(jié)點，是萬線歸總的地方。合理劃分網(wǎng)絡(luò)功能區(qū)間，合理走線，不僅能極大提升機房管理效益，而且還能節(jié)約建設(shè)成本。如配合管道鋪設(shè)的地面，采用高架地板；配合走線的頂面，走線橋架的位置方向，饋線、地線、尾纖、電源線如何布線，需考慮周全。為便于后期維護擴展，盡量模塊化設(shè)計，合理規(guī)劃普通機柜與列頭柜（強電柜、配線架等）對應(yīng)關(guān)系，服務(wù)器、存儲、安管設(shè)備與交換路由設(shè)備對應(yīng)關(guān)系。

（六）機房運行管理

隨著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的擴容，數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟社會價值舉足輕重，靠人工值守既不準確，也不現(xiàn)實。數(shù)據(jù)中心目前普遍設(shè)立門禁和視頻監(jiān)控，規(guī)范人員進出。新建機房很有必要配備完善的動力環(huán)境系統(tǒng)，采集機房供配電、環(huán)境溫濕度、空調(diào)運轉(zhuǎn)、管道運行、地面漏水點、人員進出等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。運用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過本地巡檢和遠程巡查，手機短信定期推送等方式，建立多種不同的報警手段，使管理人員能夠全天候?qū)崟r監(jiān)控掌握機房運行狀態(tài)，做到遇到情況能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)處理。本案例中在機房平面布局時設(shè)立監(jiān)控操作區(qū)，通過控制室拼接屏和觀摩展示區(qū)的大屏可以實時查看主輔機房的環(huán)境及設(shè)備的運行狀態(tài)，24小時不間斷采集機房運行數(shù)據(jù)。

三、數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)實施

數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)部各子系統(tǒng)相關(guān)度很高，在設(shè)計時應(yīng)充分考慮系統(tǒng)之間的聯(lián)動。大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)正從細流演變成海嘯，作為承載新業(yè)務(wù)應(yīng)用、推動智慧校園建設(shè)的“底座”，數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)將不斷走向開放、綠色、智能。

（一）實施籌備階段

在完成詳細設(shè)計的基礎(chǔ)上，重點考慮三個因素，建設(shè)受限條件及可能隱患、新技術(shù)預(yù)留接口和如何綠色節(jié)能環(huán)保。

比如建設(shè)受限條件及可能隱患，首先要考慮單體建筑實際情況。機房設(shè)在低層還是高層？設(shè)在低層如何保證消防安全，如何排風排煙，其優(yōu)劣勢？設(shè)在高樓對制冷有何影響、對節(jié)能、防雷接地如何安排？對照受限條件補齊短板，封堵可能存在安全隱患。

比如新技術(shù)預(yù)留接口，目前高校數(shù)據(jù)中心機房大多屬于B類機房，秉承可靠、先進、節(jié)能、安全的理念[1]設(shè)計，采用了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、安防監(jiān)控等主流技術(shù)，實現(xiàn)模塊化管理。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模建設(shè)，“云-網(wǎng)-邊-端”四體協(xié)同即將改變?nèi)嗣裆罘绞?，?shù)據(jù)中心也將朝著云化和ICT融合演進[2]，機房建設(shè)新技術(shù)將接踵而至。新建機房不僅要滿足現(xiàn)在需求，還要充分考慮將來發(fā)展，為新技術(shù)革新留足接口，防止將來機房建設(shè)模塊“迭代”時空間受限，成為升級改造的天花板和制約瓶頸。

比如確保綠色節(jié)能環(huán)保，首先要考慮數(shù)據(jù)機房容量大小、能效指標。具體來講，主要包括供配電設(shè)置，空調(diào)選型、位置、參數(shù)設(shè)置，新風系統(tǒng)布局，進排風口位置方向及其各系統(tǒng)相互關(guān)系等等。

（二）實施施工階段

按照先外圍后核心，先硬件后軟件的順序梯次展開數(shù)據(jù)中心機房施工建設(shè)。一是場地布局，劃分功能區(qū)間，細分功能模塊，鋪設(shè)管道線纜，完成水電接入，完善隱蔽工程，搞好裝修裝飾；二是環(huán)境搭設(shè)。做好配電輸入輸出，搞好消防安全措施，合理布設(shè)空調(diào)新風系統(tǒng)；三是硬件陳設(shè)，設(shè)置冷熱通道，擺放業(yè)務(wù)機柜、列頭柜，完成網(wǎng)絡(luò)走線；四是采集數(shù)據(jù)，通過傳感技術(shù)等，部署動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控機房運行動態(tài)。

四、總結(jié)展望

本次數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)實踐重在模塊設(shè)計，對UPS電源功率、PEU能效指標、機房熱負荷等進行了科學(xué)的測算分析，保證了信息設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運行。通過采取熱通道封閉、冷熱通道分離的先進技術(shù)，保證了機房空調(diào)制冷的高效節(jié)能，改變了傳統(tǒng)機房空調(diào)系統(tǒng)能耗大、制冷率低的問題。

展望未來，基于開放架構(gòu)的軟件平臺將催生新的業(yè)態(tài)，ICT超融合是大勢所趨，邊緣數(shù)據(jù)中心、泛在計算將提上日程。尤其是隨著5G、AI時代的到來，無人值守、全智能、自動化、分布式將成為高校數(shù)據(jù)中心的標配，綠色機房、智能運維已悄然而來。