微模塊數(shù)據(jù)中心應(yīng)用技術(shù)研究

馬強(qiáng)，鄭媛媛，沈立鵬

(北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100048)

0 引言

面對(duì)當(dāng)今市場(chǎng)快速變化的需求，為保持自身的競(jìng)爭(zhēng)力，電信運(yùn)營(yíng)商必須采用更靈活、更創(chuàng)新、更經(jīng)濟(jì)高效的方法構(gòu)建運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心。

本文涉及某運(yùn)營(yíng)商倉(cāng)庫(kù)改造為IDC(Internet date center)的建設(shè)項(xiàng)目，綜合考慮倉(cāng)庫(kù)的現(xiàn)狀、建設(shè)工期及投資等因素，項(xiàng)目里變配電、空調(diào)、UPS等系統(tǒng)采用傳統(tǒng)建設(shè)方式，機(jī)柜、空調(diào)末端及消防等系統(tǒng)采用微模塊建設(shè)方式。文中重點(diǎn)分析了微模塊數(shù)據(jù)中心相關(guān)技術(shù)要求的提出思路、參考規(guī)范、內(nèi)容、微模塊廠(chǎng)家對(duì)該技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)方法及在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中遇到并解決的問(wèn)題。

1 模塊化數(shù)據(jù)中心的概念及組成

1.1 模塊化數(shù)據(jù)中心的概念

在各種新型的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式當(dāng)中，模塊化的理念核心內(nèi)容主要是兩點(diǎn)——“分期投資，分期收益”和“可快速批量復(fù)制”。

以往建設(shè)的數(shù)據(jù)中心，在物理基礎(chǔ)架構(gòu)上并未實(shí)現(xiàn)真正的模塊化，因此發(fā)展速度受到了制約，這種模式被稱(chēng)為比較初級(jí)的模塊化設(shè)計(jì)。模塊化數(shù)據(jù)中心主要包括一系列采用模塊化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，通過(guò)相關(guān)模塊的排列組合形成完整的數(shù)據(jù)中心，其最大魅力在于可伴隨業(yè)務(wù)發(fā)展需求，逐步擴(kuò)張數(shù)據(jù)中心規(guī)模，從而實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)、精確復(fù)制已有優(yōu)秀方案的目的。

1.2 模塊化數(shù)據(jù)中心的組成形式

隨著全球超大型IT數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)，為了應(yīng)對(duì)云計(jì)算、虛擬化、集中化、高密化等服務(wù)器的變化，多種形式模塊化數(shù)據(jù)中心應(yīng)運(yùn)而生:傳統(tǒng)建筑采用模塊化設(shè)計(jì)理念、集裝箱式數(shù)據(jù)中心、倉(cāng)儲(chǔ)式數(shù)據(jù)中心、微模塊數(shù)據(jù)中心。

2 微模塊技術(shù)要求的提出思路

2.1 項(xiàng)目背景

對(duì)某運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有兩個(gè)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行改造，建設(shè)IDC機(jī)房。A倉(cāng)庫(kù)3 000 m2，96.8 m ×31 m，凈高 11 m;B 倉(cāng)庫(kù) 2 600 m2，84.8 m ×31 m，凈高10 m。根據(jù)市場(chǎng)部門(mén)調(diào)研，單機(jī)架功率確定為5 kW、10 kW兩種。

2.2 功能構(gòu)成

對(duì)于大型通用基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，目前的技術(shù)水平還難以在較小的面積內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，同時(shí)采用非標(biāo)、非通用設(shè)備時(shí)訂貨和交付時(shí)間將大大延長(zhǎng)，現(xiàn)階段欲將全部設(shè)施、系統(tǒng)采用模塊化的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)都比較大，在這種條件的限制下，采用了將IDC機(jī)房模塊化——即“IDC機(jī)房微模塊”的折中方案。

鑒于微模塊尚無(wú)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠(chǎng)家技術(shù)指標(biāo)相差較大，為保證微模塊安裝后能安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，對(duì)微模塊提出了相應(yīng)的技術(shù)要求。

2.3 分工界面

考慮倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)狀、結(jié)合工期要求、消防報(bào)批及便于建設(shè)部門(mén)管理和責(zé)任劃分等因素，規(guī)定了如下分工界面——工程設(shè)計(jì)單位提出各種功能接口要求，微模塊設(shè)備廠(chǎng)家配置接口、并負(fù)責(zé)各接口與外部各管線(xiàn)的連接，各管線(xiàn)施工單位配合完成，微模塊設(shè)備廠(chǎng)家應(yīng)配合外部各單位與微模塊進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)。

為滿(mǎn)足使用及監(jiān)控等要求，工程設(shè)計(jì)單位提出微模塊需配置12種功能接口——?dú)鉁缗棚L(fēng)、加濕水管、冷凍水管接頭、排水、門(mén)禁接口、視頻接口、市電空調(diào)配電、消防報(bào)警、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、UPS電源、光纜、接地。

3 微模塊技術(shù)要點(diǎn)

工程設(shè)計(jì)單位確定結(jié)構(gòu)、電源、空調(diào)、消防、安防及布線(xiàn)等方面的技術(shù)細(xì)節(jié)，技術(shù)要求具體內(nèi)容以技術(shù)規(guī)范書(shū)的形式正式提出，作為對(duì)微模塊廠(chǎng)家進(jìn)行招投標(biāo)的技術(shù)文件，這里不一一介紹具體要求，只列舉部分關(guān)鍵技術(shù)要求內(nèi)容:

1)結(jié)構(gòu)

微模塊的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)設(shè)備的電氣、機(jī)械性能和使用環(huán)境的要求，進(jìn)行必要的物理設(shè)計(jì)和化學(xué)設(shè)計(jì)，以保證機(jī)柜的結(jié)構(gòu)具有良好的剛度和強(qiáng)度以及良好的電磁隔離、接地、噪聲隔離、保溫等性能［1］。

2)電源

(1)模塊A的列頭柜主銅母線(xiàn)額定載流量不小于交流250 A，銅母線(xiàn)上配置最大通流容量不小于40 kA的SPD。接入截面不小于4×120 mm2+1×70 mm2。

(2)主進(jìn)開(kāi)關(guān)設(shè)置帶電指示燈和1套計(jì)量用智能多功能表，要求多功能表可實(shí)現(xiàn)三相電流、三相電壓、頻率、功率因數(shù)、累計(jì)有功電度的計(jì)量功能，并可通過(guò)RS485接口、采用免費(fèi)開(kāi)放協(xié)議上傳數(shù)據(jù)［2］。

(3)模塊A內(nèi)配置2個(gè)單路列頭柜，每架機(jī)架由A路、B路列頭柜各引出一路滿(mǎn)架用電量的UPS電源;模塊C內(nèi)配置4個(gè)單路列頭柜(每對(duì)列頭柜負(fù)責(zé)為一列機(jī)架配電)，每架機(jī)架由A路、B路列頭柜各引出一路滿(mǎn)架用電量的UPS電源［3］。

3)空調(diào)

微模塊內(nèi)的空調(diào)除了具有制冷、加濕、除濕功能，以確保微模塊內(nèi)的環(huán)境溫度為22℃ ～24℃，濕度為40% ～70%，達(dá)到溫濕度的要求，且空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)應(yīng)保證微模塊內(nèi)不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象［4］。

4)消防

微模塊本身不應(yīng)出現(xiàn)消防手續(xù)或驗(yàn)收方面的問(wèn)題，微模塊整體達(dá)到不燃要求，微模塊本身應(yīng)由投標(biāo)方負(fù)責(zé)達(dá)到消防部門(mén)驗(yàn)收要求，不影響整個(gè)倉(cāng)庫(kù)的消防檢查，并作出相應(yīng)承諾。微模塊本身的消防報(bào)警獨(dú)立建設(shè)，不接入為電力室、冷凍站設(shè)置的消防報(bào)警系統(tǒng)中［5］。

5)監(jiān)控

微模塊內(nèi)的視頻、門(mén)禁、火災(zāi)報(bào)警、動(dòng)環(huán)均引入到微模塊專(zhuān)用監(jiān)控室，動(dòng)環(huán)還需保留接口，用于遠(yuǎn)端上聯(lián)［6］。

4 微模塊廠(chǎng)家技術(shù)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)本項(xiàng)目的技術(shù)要求，微模塊廠(chǎng)家制定了具體的解決方案:

1)微模塊整體結(jié)構(gòu)

廠(chǎng)家具體實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖1、2。

圖1 微模塊內(nèi)部布置圖

圖2 微模塊外部布置圖

2)電源

微模塊內(nèi)的供配電系統(tǒng)包含對(duì)外接口柜、列頭柜、LCU配電盒、機(jī)架配電盒和插座。配電設(shè)備具體位置及形式見(jiàn)圖3。

3)電纜接口形式

考慮到微模塊的快速部署、施工的分工界面等原因，要求模塊與外部饋電電纜的接口采用外部接口裝置，分為模塊端和電纜端兩部分。

采用防水PG頭連接各種功率線(xiàn)纜，PG頭的型號(hào)及數(shù)量根據(jù)模塊而定，標(biāo)準(zhǔn)配置是4個(gè)電源接頭和8個(gè)信號(hào)接頭，電源接頭數(shù)量滿(mǎn)足兩路UPS和兩路市電輸入，信號(hào)接頭滿(mǎn)足門(mén)禁、視頻、消防報(bào)警、動(dòng)環(huán)及光纜等信號(hào)線(xiàn)纜的接入。防水接頭支持穿入單芯或多芯線(xiàn)纜，接頭擰緊后防護(hù)等級(jí)滿(mǎn)足IP66要求。

4)空調(diào)

如圖4所示，采用行級(jí)空調(diào)方案，靠近熱源、送風(fēng)距離大大縮短，從而減少了距離導(dǎo)致的氣流壓力損失和冷空氣的泄露損失，提高了冷量的利用效率。

空調(diào)給排水類(lèi)管路接口布置在微模塊的應(yīng)急出口側(cè)下部，設(shè)置有7個(gè)水管接口，其中2個(gè)冷凍水供水管接口，2個(gè)冷凍水回水管接口，1個(gè)冷凍水供水側(cè)排水口，1個(gè)冷凍水回水側(cè)排水口，1個(gè)加濕供水口，全部接口均為法蘭連接。

5)消防

消防系統(tǒng)包含消防報(bào)警系統(tǒng)及自動(dòng)滅火系統(tǒng)兩部分，微模塊內(nèi)部提供完備的消防系統(tǒng)并預(yù)留相應(yīng)接口，配合外部各單位與微模塊進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)，使得微模塊的消防系統(tǒng)滿(mǎn)足接駁功能，并獲得當(dāng)?shù)叵谰值呐鷾?zhǔn)。

圖4 空調(diào)管口布置圖

微模塊消防系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，功能、布局保持一致，與外圍設(shè)備無(wú)縫對(duì)接，支持現(xiàn)場(chǎng)快速部署，柔性擴(kuò)展，按需擴(kuò)容;火災(zāi)報(bào)警引入到微模塊專(zhuān)用監(jiān)控室，統(tǒng)一管控;微模塊整體達(dá)到不燃要求，微模塊內(nèi)部纜線(xiàn)采用阻燃或難燃級(jí)纜線(xiàn)。

5 相關(guān)問(wèn)題及解決

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中我們總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，也有稍許遺憾，在這里列舉部分內(nèi)容。

1)用途定位

我們知道，目前已建成的采用微模塊形式的數(shù)據(jù)中心案例并不多，規(guī)模也都很小，建設(shè)目標(biāo)幾乎全部都是企業(yè)自用數(shù)據(jù)中心——即EDC(Enterprise Data Center)因?yàn)樵谧杂们闆r下，企業(yè)往往更多的關(guān)注其可用性，而對(duì)實(shí)現(xiàn)形式并不太在意，這種情況下新的微模塊形式數(shù)據(jù)中心更容易被接受。但在潛在客戶(hù)范圍廣泛的對(duì)外租用型數(shù)據(jù)中心(即IDC)里這種重視功能性、忽略實(shí)現(xiàn)形式的優(yōu)勢(shì)卻難以發(fā)揮，因而在立項(xiàng)階段確定作為IDC建設(shè)時(shí)，目標(biāo)客戶(hù)群實(shí)際已限制在一定范圍內(nèi)——只能是應(yīng)用數(shù)據(jù)中心相對(duì)更專(zhuān)業(yè)、只關(guān)注內(nèi)在可用性、更易接受新生事物的租用客戶(hù)，除這類(lèi)客戶(hù)外的一般客戶(hù)在選擇入駐時(shí)不免會(huì)依托接下來(lái)的問(wèn)題。

2)作為IDC時(shí)的市場(chǎng)定位

目前業(yè)界對(duì)于非傳統(tǒng)機(jī)房型式的模塊化數(shù)據(jù)中心絕大部分尚處于探索和小規(guī)模試驗(yàn)階段，因此并沒(méi)有相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依據(jù)，即使生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)也并不多見(jiàn)，在很多細(xì)節(jié)方面無(wú)法與國(guó)標(biāo)或行標(biāo)的專(zhuān)用信息機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)接軌，并未完全得到最終用戶(hù)的認(rèn)可。一般用戶(hù)在考慮租用機(jī)房時(shí)依據(jù)的也是現(xiàn)行國(guó)標(biāo)或行標(biāo)的專(zhuān)用信息機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)，這就造成規(guī)劃設(shè)計(jì)初期的市場(chǎng)定位問(wèn)題——即確定建設(shè)哪種標(biāo)準(zhǔn)、哪種等級(jí)的機(jī)房——難以抉擇。最終，只能放棄細(xì)節(jié)繁多的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而選擇有一定市場(chǎng)接受度的運(yùn)營(yíng)商企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該說(shuō)，這種情況有一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，隨著一般客戶(hù)的日益專(zhuān)業(yè)、運(yùn)營(yíng)商企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的更新，未來(lái)應(yīng)該有更好的解決方法。

3)空間利用

因外市電容量、項(xiàng)目周期等各方面條件限制，層高10～11米的倉(cāng)庫(kù)空間未能充分利用。在微模塊形式的數(shù)據(jù)中心中如果能實(shí)現(xiàn)自承重和疊層部署，將大大改善這類(lèi)倉(cāng)庫(kù)、廠(chǎng)房改造為數(shù)據(jù)中心的空間利用效率。由于上述客觀(guān)條件限制，中對(duì)微模塊設(shè)備的自承重問(wèn)題并未加以約束，但這是將來(lái)微模塊發(fā)展的必經(jīng)之路，未來(lái)建設(shè)其他數(shù)據(jù)中心時(shí)在有條件的情況下還是應(yīng)該更合理的利用高度。

4)設(shè)備接口

使用微模塊設(shè)備的初衷之一是能夠快速的現(xiàn)場(chǎng)連接，達(dá)到“即到即插、即插即用”的效果，但實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分接口并未達(dá)到對(duì)接即可使用的目的。例如微模塊設(shè)備的用電接口，市場(chǎng)上大容量、帶保護(hù)裝置、高防護(hù)等級(jí)的工業(yè)連接器產(chǎn)品并不多，選擇范圍很有限，最終不得已仍退回到傳統(tǒng)的連接方式。這種情況可能隨著微模塊設(shè)備的更多應(yīng)用會(huì)有所好轉(zhuǎn)，也期待國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備廠(chǎng)商能夠快速跟進(jìn)填補(bǔ)這塊應(yīng)用的空白。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐，我們認(rèn)為利用倉(cāng)庫(kù)做簡(jiǎn)單改造后作為數(shù)據(jù)中心是一種很實(shí)用的思路、有特色的實(shí)現(xiàn)方式，但畢竟倉(cāng)庫(kù)與標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的電信機(jī)房之間有一定的條件差異，在沒(méi)有相應(yīng)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范指導(dǎo)的情況下很難符合高等級(jí)數(shù)據(jù)中心的要求。當(dāng)前市場(chǎng)環(huán)境下客戶(hù)仍以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)中心的可用性和等級(jí)，

更多的客戶(hù)愿意選擇高等級(jí)數(shù)據(jù)中心入駐，這在一定程度上限制了這類(lèi)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用范圍，最終成果還有待市場(chǎng)的選擇。為此，數(shù)據(jù)中心行業(yè)亟待對(duì)新生數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行深入研究，并盡早形成標(biāo)準(zhǔn)，使這些好的思路與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范接軌，更好的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

［1］中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.YD 5059-2005，電信設(shè)備安裝抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.YD/T 1821-2008，通信中心機(jī)房環(huán)境條件要求［S］.北京:北京郵電大學(xué)出版社，2008.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50054-2011，低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

［4］中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院.JGJ 16-2008，民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.2008

［5］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［6］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50174-2008，電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.