姜岳良,陳立彬,李 達

(1.松遼水利委員會水文局(信息中心),吉林 吉林 130000;2.鶴崗市水務(wù)局,黑龍江 鶴崗 154100;3.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院,哈爾濱 150000)

1 概 述

鶴崗市關(guān)門嘴子水庫工程是國家172項重大水利工程、省百大項目之一。數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫工程是黑龍江省數(shù)字孿生建設(shè)試點工程之一,在關(guān)門嘴子水庫已有信息化設(shè)計方案及正在建設(shè)的基礎(chǔ)上,按照水利部《數(shù)字孿生建設(shè)指導(dǎo)意見》《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》等要求,以工程建設(shè)管理業(yè)務(wù)為主,兼顧防洪興利調(diào)度與工程安全監(jiān)測業(yè)務(wù)為主線,建設(shè)數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫工程。

鶴崗市水務(wù)局機房作為數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫工程的數(shù)據(jù)中心,布置大容量的存儲設(shè)備和高性能的計算資源,承擔數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全運行的責任;通過采取各種安全防護措施和技術(shù),提高數(shù)據(jù)的保密性、完整性和可用性,有效防范并應(yīng)對各種安全威脅和攻擊,確保機房內(nèi)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運行;進一步為數(shù)字孿生平臺與業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺提供可靠的數(shù)據(jù)支持和良好的運行環(huán)境,實現(xiàn)關(guān)門嘴子水庫數(shù)字孿生工程信息化建設(shè)在實際應(yīng)用中發(fā)揮最大作用[1]。

機房位于鶴崗市水務(wù)局辦公樓二層,已使用多年,機房設(shè)施陳舊老化。機房在布局、供配電、空調(diào)、消防、監(jiān)控與安防等基礎(chǔ)設(shè)施方面,已經(jīng)不能滿足新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行要求,需要對機房進行改造。

2 總體思路

2.1 目標要求

機房改造遵循近期建設(shè)規(guī)模與遠期發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)一致的原則,做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、節(jié)能環(huán)保。機房設(shè)計標準依據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》(GB50174),按照C級標準機房建設(shè)。

2.2 改造內(nèi)容

機房改造內(nèi)容包括:機房裝修、供配電、電磁防護、空調(diào)、消防、監(jiān)控與安防、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等更新改造。機房組成依據(jù)性質(zhì)、任務(wù)、所選設(shè)備類型等主觀要求,進一步結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺數(shù)據(jù)處理的工藝流程、線路敷設(shè)方式等客觀條件,將機房分為:服務(wù)器設(shè)備區(qū)、電源區(qū)和空調(diào)區(qū)。

3 機房裝修

機房選用非燃燒材料(燃燒性能等級A)氣密性好、易清潔、符合環(huán)保要求、在溫濕度變化作用下變形小、具有表面靜電耗散性能。材料燃燒性能符合現(xiàn)行國家標準《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

機房采用微孔鋁天花板式吊頂;墻面采用金屬彩鋼壁板,防火等級達到A級標準;機房地面內(nèi)鋪設(shè)無邊防靜電活動地板,采用瓷磚面層、冷軋鋼板內(nèi)填充發(fā)泡水泥,地板高度150mm,活動地板下的空間主要為強電布線,電池柜下方設(shè)置散力架。地面進行防塵處理,機房現(xiàn)有窗口進行封堵;機房內(nèi)外門更換為甲級防火門;機房照明選用發(fā)光面積大、光擴散性能好(無眩光)的LED平板型燈具。

4 供配電及電磁防護設(shè)計

4.1 供配電

機房電源從辦公樓總配電柜引接,經(jīng)機房配電柜為UPS、空調(diào)等設(shè)備配電,再由UPS輸出至各設(shè)備機柜。機房入戶電源頻率:50Hz、電壓:380V,供配電系統(tǒng)采用TN-S方式(三相五線制),通過地板下走線方式實現(xiàn),強電電纜在金屬橋架內(nèi)敷設(shè)。如遇到長時間停電,用戶可租用第三方發(fā)電機、接至大樓總配電柜的本機房空開啟動臨時供電方案。

市電負荷:1臺精密空調(diào)13KW。UPS負荷:按照平均每個設(shè)備機柜3KW、2個設(shè)備機柜共6KW,考慮本機房機柜最多可增容至6臺,本次UPS負載選用30KVA主機。UPS主機選用三進單出工頻機,機房內(nèi)UPS供電由UPS自動平衡三相用電。

機房市電入戶進線采用YJV22-4×25mm2+1×16mm2鎧裝銅芯電纜,由辦公樓1層主配電柜經(jīng)樓后外墻進入機房下方1層的車庫,在車庫內(nèi)通過金屬橋架到機房下方穿樓板后進入到機房配電柜。UPS主機輸入采用4×10mm2+1×6mm2阻燃銅芯電纜,由機房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到UPS主機;UPS主機輸出采用3×16mm2阻燃銅芯電纜,由UPS主機經(jīng)地板下金屬橋架到配電柜UPS輸出空開。機房精密空調(diào)采用5×6mm2阻燃銅芯電纜,由機房市電配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到機房精密空調(diào)。主服務(wù)器機柜采用ZR-RVV3×4mm2阻燃銅芯線纜,由機房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到主服務(wù)器機柜;其它機柜采用ZR-RVV3×2.5mm2阻燃銅芯線纜,由機房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到各機柜;機柜供電電纜使用工業(yè)連接與PDU線纜進行連接。供配電設(shè)備包括:配電柜、UPS主機、電池組、機柜PDU等,機房地板下橋架主要采用200×100mm的金屬橋架,一層車庫天棚吊裝橋架主要采用100×100mm的金屬橋架。

機房照明配電按照新設(shè)計燈具位置,從UPS輸出供電配電線引出。燈具與裝修吊頂共面,所有照明線路在吊頂內(nèi)敷設(shè)并穿管保護。

4.2 電磁防護

機房接地保護設(shè)計采用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω,采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機房接地銅排,在機房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設(shè)備機柜外殼、金屬線槽、網(wǎng)格橋架、防靜電地板支架進行多點等電位接地就近接至接地銅排。防靜電地板支腳下方鋪設(shè)50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

5 空調(diào)設(shè)計

機房空調(diào)要能夠保持機房空間的恒溫恒濕要求,機房空調(diào)的運行狀況直接影響機房的運行安全,所以合理選擇空調(diào)對機房平穩(wěn)運行非常關(guān)鍵。

從計算機機房要求的物理環(huán)境而言,設(shè)計應(yīng)滿足以下要求:①溫度23°C±1°C,濕度40%-55%(開機時);②溫度變化率<5°C/h,并不得結(jié)露;③機房的空氣含塵濃度達到每升空氣中≥0.5μm的塵粒數(shù),應(yīng)<18000粒。

為了確保機房內(nèi)的系統(tǒng)設(shè)備在恒溫、恒濕工作條件下的送風量以及使人感到舒適的送風量,必須計算出機房內(nèi)的熱負荷。

機房的熱負荷主要來自以下5個方面:①房內(nèi)的計算機設(shè)備、照明燈具、輔助設(shè)施所產(chǎn)生的熱(以計算機發(fā)熱為主);②建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱,即由機房外部(墻壁、屋頂、隔斷和地面)進入的熱;③透過玻璃窗射入的太陽輻射熱;④從窗戶及門的縫隙滲入的風而侵入的熱;⑤新風機補充新風帶進來的新風負荷。

機房設(shè)備機柜先期配置2個、每個機柜平均3kW的熱負荷,共6kW熱負荷;機房制冷面積31m3,每m3基礎(chǔ)熱負荷50W,共1.5kW。綜上機房總熱負荷7.5kW,因機房要求使用恒溫恒濕空調(diào),為后期預(yù)留一臺機柜的熱負荷,從節(jié)能和滿足制冷考慮,選型12.5kW機房精密空調(diào)1臺。由于機房高度有限,根據(jù)電子信息設(shè)備本身的冷卻方式、設(shè)備布置方式、布置密度、設(shè)備散熱量以及室內(nèi)風速,氣流組織選用上送風形式,冷空氣從空調(diào)出風口吹向機柜前方,機柜內(nèi)設(shè)備從前方吸入冷空氣、向后方排出熱空氣。

空調(diào)上下水設(shè)計:空調(diào)上水采用PPR熱熔管引自機房下層車庫內(nèi)供水管道;空調(diào)下水采用PPR熱熔管,由空調(diào)出水口引到下層車庫內(nèi)下水管道,在空調(diào)下方地面制作應(yīng)急排水通道和防漏水圍堰。

6 機房接地與布線

6.1 接地

機房接地是涉及多方面的綜合性信息處理工程,是數(shù)據(jù)中心建設(shè)中一項重要內(nèi)容,不僅影響到計算機設(shè)備本身的正常運行,而且直接關(guān)系到計算機設(shè)備和工作人員的安全。國家GB/T2887-2011《電子計算機場地通用規(guī)范》中對機房接地部分,要求如下:①交流工作接地,接地電阻≤4Ω;②安全工作接地,接地電阻≤4Ω;③·直流工作接地,接地電阻≤4Ω;④防雷接地,防雷電感應(yīng)的接裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用,其工頻接地電阻≤10Ω;⑤四種接地共用一組接裝置,接地電阻<1Ω。

本次接地方案詳細設(shè)計如下:①設(shè)計利用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω;②采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機房接地銅排;③在機房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設(shè)備機柜外殼、金屬線槽、網(wǎng)格橋架、防靜電地板支架進行多點等電位接地就近接至接地銅排;④防靜電地板支腳下方鋪設(shè)50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

6.2 布線

本機房布線系統(tǒng)設(shè)計采用上走線方式,與強電下走線方式分離設(shè)計。即保障了有效間隔距離,又便于日常維護。上走線采用網(wǎng)格式橋架機柜上表面安裝方式,網(wǎng)格橋架尺寸為300×100mm,橋架底面距機柜頂面50mm,由機柜后側(cè)上方進線口進線。

7 消防設(shè)計

7.1 系統(tǒng)概述

機房消防系統(tǒng)按照國標《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》設(shè)計,采用無腐蝕作用的氣體自動滅火裝置。氣體滅火裝置的滅火性能可靠,不損壞電子設(shè)備,機房內(nèi)暗管布設(shè)方式安裝,不影響機房整體效果。

7.2 系統(tǒng)組成

機房消防系統(tǒng)主要由消防報警主機、消防氣體驅(qū)動箱、消防系統(tǒng)供電模塊、消防氣體罐箱、報警警示聲光警號、手自動切換開關(guān)等組成。

消防主機設(shè)備不允許安裝在消防防區(qū)內(nèi)部,本次設(shè)計安裝在機房主門外側(cè),便于值班人員監(jiān)控和操作。

8 監(jiān)控與安防設(shè)計

機房作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心,其內(nèi)部環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全保障是非常重要的,所以在機房系統(tǒng)的建設(shè)中除了相應(yīng)的控制系統(tǒng)及感應(yīng)系統(tǒng)外,還需建設(shè)一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)。一方面可以觀察機房內(nèi)部的實時情況,另一方敏可以在突發(fā)事故發(fā)生后查看存儲錄像、查看機房進出人員情況等內(nèi)容。

本次監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中前端安裝3臺攝像頭,采用IP網(wǎng)絡(luò)半球攝像機,安裝方式吸頂安裝,攝像頭的傳輸線纜采用超五類雙絞線纜,每個攝像頭通過星形組網(wǎng)方式連接到監(jiān)控硬盤錄像機,攝像頭使用POE供電方式,由硬盤錄像機直接供電。硬盤錄像配置1塊4T容量硬盤,滿足機房1個月的錄像時長需求。

門禁設(shè)備含國密門禁主機1臺、國密讀卡器1臺、磁力鎖1把、開門按鈕1個、閉門器1個,配置國密IC卡5張。

9 機房動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

9.1 系統(tǒng)概述

機房中的各種基礎(chǔ)設(shè)施:供配電、UPS、空調(diào)等設(shè)備,為計算機系統(tǒng)提供正常的運行環(huán)境。一旦它們出現(xiàn)故障,就會影響計算機系統(tǒng)運行,對數(shù)據(jù)傳輸、存儲及業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行的可靠性構(gòu)成威脅,如故障嚴重又不能及時發(fā)現(xiàn),就可能損壞硬件設(shè)備,甚至引起火災(zāi)、水患等造成嚴重后果。

針對上述問題,本機房設(shè)計采用機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對機房的各種環(huán)境設(shè)備實行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。系統(tǒng)可監(jiān)控機房環(huán)境和環(huán)境保障設(shè)備的運行狀況,具體有以下幾個方面:機房內(nèi)溫度、濕度是否正常、UPS是否工作正常、負載狀態(tài)、機房入戶電源是否正常,重要設(shè)備機柜是否有異常斷電、空調(diào)系統(tǒng)是否工作正常、機房內(nèi)是否出現(xiàn)水患、機房內(nèi)是否有火警等。

該系統(tǒng)完全基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸,管理人員可以隨時隨地了解機房的各種信息,提供完善的監(jiān)測和報警平臺,并可以生成豐富的監(jiān)測報告。提供電話、短信息報警信息發(fā)送,一旦發(fā)生意外及時通知管理人員。該系統(tǒng)具有嚴密的權(quán)限管理功能,可以設(shè)定不同管理人員的瀏覽和操作權(quán)限等。

9.2 具體監(jiān)測內(nèi)容

1)機房溫、濕度:可實時監(jiān)測機房內(nèi)的溫、濕度。當出現(xiàn)溫度過高、濕度過高、溫度過低、濕度過低時告警平臺自動發(fā)出相應(yīng)級別的告警信息,通知機房管理人員及時調(diào)整機房內(nèi)溫、濕度設(shè)備。

2)漏水探測系統(tǒng):計算機房由于地板下有大量的信號電纜和電源電纜,所以機房要絕對禁止有水流入。實時監(jiān)測地板下面主要防范位置(精密空調(diào)和相關(guān)管路下方),一旦發(fā)生漏水現(xiàn)象及時報警,告知機房管理員。

3)機房入戶電纜監(jiān)測:監(jiān)視市電入戶電纜的電壓(V)、電流(I),當出現(xiàn)機房入戶電纜斷電、入戶電纜缺項問題時及時發(fā)送告警信息,告知機房管理人員現(xiàn)在機房市電停電了,確認來電時間和UPS所能支持的延時時間。

4)機房空調(diào)監(jiān)測:對機房精密空調(diào)進行實時監(jiān)測,監(jiān)測空調(diào)內(nèi)部:壓縮機、加熱器、加濕器、抽濕風機、注水閥等部件運行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)問題及時通過報警平臺通知機房管理人員。

5)UPS主機監(jiān)測:對UPS內(nèi)部整流器、逆變器、電池、旁路、負載等各部件的運行狀態(tài)及運行參數(shù)進行實時監(jiān)視,一旦有部件狀態(tài)改變或發(fā)生部件參數(shù)越限,系統(tǒng)會自動報警。

6)機房內(nèi)重要設(shè)備機柜供電監(jiān)測:監(jiān)測機房內(nèi)各個重要設(shè)備所在機柜的供電空開狀態(tài),當出現(xiàn)異常斷路時,通過平臺發(fā)送短信或語音電話信息告知機房管理人員及時處理。

7)消防系統(tǒng)報警輸出:通過與消防系統(tǒng)對接,采集消防故障報警和火災(zāi)報警信號。當出現(xiàn)故障或火災(zāi)報警時,可以通過環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對外發(fā)出短信或語音電話信息,第一時間通知機房管理人員確認是否發(fā)生火災(zāi)及進行相應(yīng)處理。

8)告警方式:告警主要通過環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的短信、電話語音告警設(shè)備發(fā)送報警信息;同時在軟件系統(tǒng)中記錄告警信息;按照告警級別在一定時間內(nèi)沒有解決的問題將向上級管理人員發(fā)送告警信息,由上級管理人員督促處理告警事件。系統(tǒng)支持電子郵件,聲光報警等多種告警方式。

10 結(jié) 語

通過對數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫工程機房改造項目的實施,建設(shè)一個安全可靠、節(jié)能環(huán)保、可擴展的機房,滿足國家、水利部機房建設(shè)相關(guān)規(guī)范要求和信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求中對機房的要求,為數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫工程和水利信息系統(tǒng)安全運行提供保障。