數(shù)據(jù)中心功能單元布局

文/張宏丙

1 引言

信息技術(shù)在經(jīng)歷了架構(gòu)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等階段后，已全面進(jìn)入以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、AR/VR等產(chǎn)業(yè)為主的智慧時(shí)代，數(shù)據(jù)流量極速增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和在線數(shù)據(jù)分析需求呈指數(shù)爆發(fā)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，作為信息數(shù)據(jù)匯聚地的數(shù)據(jù)中心，還將在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持目前這種高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。為此，有越來(lái)越多的資本涌入這一領(lǐng)域，使得數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)得到前所未有的關(guān)注和期許。近年來(lái)，在全國(guó)各地每年新投產(chǎn)的機(jī)架數(shù)保持在幾萬(wàn)至十幾萬(wàn)架不等，且呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)。

然而，眾所周知，數(shù)據(jù)中心具有資金投入大、生命周期長(zhǎng)、能源消耗大等特征。因此，對(duì)各數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商而言，要求其在整體規(guī)劃、技術(shù)選取、系統(tǒng)配置、運(yùn)維管理等方面加以持續(xù)關(guān)注并不斷優(yōu)化，而其中整體規(guī)劃又顯得尤為重要，它指引著后續(xù)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的方向。方向若是偏離，結(jié)果可想而知。為此，本文著重就數(shù)據(jù)中心功能單元布局進(jìn)行探討研究，以期在最初的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就把準(zhǔn)方向，使建成后的數(shù)據(jù)中心具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力及可持續(xù)發(fā)展能力。

2 數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)及所面臨的挑戰(zhàn)

2.1 數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)

歷經(jīng)二十余年，伴隨著信息通信技術(shù)的不斷升級(jí)演進(jìn)、迭代更新，數(shù)據(jù)中心在高速發(fā)展的同時(shí)，也逐漸呈現(xiàn)出大型化、模塊化、綠色化趨勢(shì)。

（1）單體規(guī)模的大型化。數(shù)據(jù)中心正在朝大型化方向發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)很多新建、在建的數(shù)據(jù)中心單體規(guī)模已普遍超過(guò)3000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架（以功率2.5KW為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架計(jì)），并開始出現(xiàn)10000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架以上的超大型數(shù)據(jù)中心。整個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部將構(gòu)成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器集群，以滿足高密度并行計(jì)算、存儲(chǔ)的需求。

（2）規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)交付模式的模塊化。由于客戶需求通常變化較快，過(guò)長(zhǎng)的建設(shè)周期可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和建設(shè)無(wú)法滿足客戶需求。而模塊化可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的預(yù)配置和預(yù)測(cè)試，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的快速部署。因此，模塊化的布局和建設(shè)方法可使數(shù)據(jù)中心分期建設(shè)、分期投產(chǎn)，從而降低建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)成本。

目前，國(guó)企海外形象明顯存在“兩個(gè)不匹配”：軟實(shí)力和硬實(shí)力不匹配，美譽(yù)度和貢獻(xiàn)度不匹配。在國(guó)企海外形象的塑造過(guò)程中，作為中國(guó)的相關(guān)管理部門，應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，搭建國(guó)有企業(yè)海外形象建設(shè)的支持平臺(tái)，提供多方面的指導(dǎo)和服務(wù)。

老福始終沒(méi)說(shuō)一句話，他默默地看著小宋，等著她往下說(shuō)；這會(huì)兒母親也沒(méi)招兒了，求助地看著老福，老福還是不說(shuō)話，用眼神鼓勵(lì)小宋說(shuō)下去。

（3）倡導(dǎo)綠色、節(jié)能和環(huán)保。如前所述，能耗大是數(shù)據(jù)中心的一個(gè)顯著特征。當(dāng)然，這并不是一個(gè)值得夸耀的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心的能耗水平已成為決定其服務(wù)成本和競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素，無(wú)論從社會(huì)效益還是經(jīng)濟(jì)效益，這都是衡量一個(gè)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵指標(biāo)。就在今年年初，上海市經(jīng)信委聯(lián)合發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)本市互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（滬經(jīng)信基【2019】21號(hào)），其中明確要求新建數(shù)據(jù)中心PUE值嚴(yán)格控制在1.3以下，改建PUE值嚴(yán)格控制在1.4以下。

那天她穿上最美麗的衣服，打理好自己的一頭長(zhǎng)直發(fā)，滿心歡喜地準(zhǔn)備去山頂見(jiàn)羅漠。顧盼就是在這個(gè)時(shí)候敲了她的門，告訴她，他無(wú)意中在局里的舊檔案上看到了楚西的死因。

2.2 所面臨的挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，尤其是空間布局設(shè)計(jì)，是一門學(xué)問(wèn)。規(guī)劃不好、設(shè)計(jì)不當(dāng)，都會(huì)給日后的建設(shè)運(yùn)營(yíng)及升級(jí)改造帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。

3.2.5 可維護(hù)性

（2）在更新改造過(guò)程中，由于預(yù)留通道過(guò)窄、空間過(guò)小而導(dǎo)致新設(shè)備無(wú)法搬入機(jī)房、正常維護(hù)，從而只能采購(gòu)非標(biāo)設(shè)備，造成采購(gòu)及運(yùn)營(yíng)成本增加。

后現(xiàn)代主義教學(xué)觀認(rèn)為，教學(xué)即生命的形成。教學(xué)過(guò)程是富有生命意義的，它是生命的發(fā)生、創(chuàng)造、凝聚、發(fā)展的過(guò)程。教師在課堂要體現(xiàn)人文關(guān)懷，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有助其生命成長(zhǎng)的環(huán)境，使學(xué)習(xí)過(guò)程成為學(xué)生享受生命情感、完成生命發(fā)展的過(guò)程。

單元模塊力求標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)易于擴(kuò)展，將來(lái)能方便平滑地對(duì)原有模塊進(jìn)行升級(jí)和更新。在平面設(shè)計(jì)上，數(shù)據(jù)中心內(nèi)隔墻應(yīng)具有一定的可變性。布局可按中、遠(yuǎn)期發(fā)展的趨勢(shì)，適當(dāng)預(yù)留設(shè)備擴(kuò)展和變化的空間，從而為未來(lái)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)?？傮w上，至少能滿足未來(lái)5-10年內(nèi)業(yè)務(wù)變化對(duì)數(shù)據(jù)中心資源的無(wú)縫增長(zhǎng)需求。

以上這些問(wèn)題，均可通過(guò)合理布局來(lái)加以改善或部分解決。因此，研究?jī)?yōu)化數(shù)據(jù)中心各功能單元的布局方案，對(duì)數(shù)據(jù)中心規(guī)劃和建設(shè)而言，具有十分重要的意義。

3 數(shù)據(jù)中心功能單元布局原則及建議

3.1 功能單元分類

在最新修訂并發(fā)布實(shí)施的《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50174-2017）中，數(shù)據(jù)中心被定義為：為集中放置的電子信息設(shè)備提供運(yùn)行環(huán)境的建筑場(chǎng)所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。

其中，輔助區(qū)、行政管理區(qū)、以及支持區(qū)中的柴油發(fā)電機(jī)室和冷水主機(jī)房，在布局上需作為一個(gè)共享基礎(chǔ)設(shè)施模塊來(lái)加以整體考慮；而主機(jī)房區(qū)則可結(jié)合支持區(qū)中的變配電室、電力室、電池室、末端空調(diào)機(jī)房、消防設(shè)施用房，設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)規(guī)模大小合適、高內(nèi)聚、低耦合、可復(fù)制、標(biāo)準(zhǔn)化的基本單元模塊。其相互之間的關(guān)系如圖1所示。

墨西哥民族和文化的本質(zhì)便具有混血性（mestizo）（陶家俊，2003：4）這種混血性的文化身份是帝國(guó)主義殖民擴(kuò)張和全球化的產(chǎn)物，體現(xiàn)了現(xiàn)代、后現(xiàn)代時(shí)期異質(zhì)文化間的張力。（61）

（1）主機(jī)房區(qū)是指用于數(shù)據(jù)處理設(shè)備安裝和運(yùn)行的區(qū)域，包括服務(wù)器機(jī)房、存儲(chǔ)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等。

（2）輔助區(qū)是指用于電子信息設(shè)備和軟件的安裝、調(diào)試、維護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控和管理的區(qū)域，包括拆包室、測(cè)試機(jī)房、備品備件室、網(wǎng)管監(jiān)控室、消防和安防控制室等。

（3）支持區(qū)是指為主機(jī)房區(qū)、輔助區(qū)提供動(dòng)力支持和安全保障的區(qū)域，包括變配電室、柴油發(fā)電機(jī)室、電力室、電池室、冷水主機(jī)房、末端空調(diào)機(jī)房、消防設(shè)施用房等。

（4）行政管理區(qū)是指用于日常行政管理及客戶對(duì)托管設(shè)備進(jìn)行管理的區(qū)域，包括辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣室和客戶操作室等。

根據(jù)功能不同，數(shù)據(jù)中心可被進(jìn)一步劃分為主機(jī)房區(qū)、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。其中：

3.2 功能單元布局總體原則

為順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)盡可能避免因空間布局不當(dāng)而引發(fā)的種種問(wèn)題，數(shù)據(jù)中心各功能單元在布局設(shè)計(jì)上應(yīng)遵循如下主要原則：

3.2.1 整體性原則

數(shù)據(jù)中心整體布局應(yīng)在最初規(guī)劃階段進(jìn)行統(tǒng)一考慮，統(tǒng)籌初期建設(shè)規(guī)模與遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)一致。對(duì)于同類建筑體內(nèi)的各基本單元模塊，應(yīng)具有較強(qiáng)的通用性。

3.2.2 安全性原則

應(yīng)從建筑安全性、區(qū)域邏輯管理安全性、運(yùn)行管理安全性、配套基礎(chǔ)設(shè)施安全性等不同維度進(jìn)行空間布局的總體規(guī)劃。

（1）各功能單元內(nèi)的設(shè)備排布盡可能緊湊，以使建筑面積得以充分利用；

3.2.3 模塊化原則

數(shù)據(jù)中心各功能單元應(yīng)遵循模塊化設(shè)計(jì)理念，其核心思想是將數(shù)據(jù)中心分解成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，以達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、按需擴(kuò)容的目的。每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，其他模塊的部署與改造不會(huì)影響現(xiàn)有模塊內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行，即符合低耦合特性。

3.2.4 靈活性及可擴(kuò)展性原則

（3）在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于空調(diào)管路過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致制冷效果下降，或由于電纜過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致電能傳輸損耗增加，使得能耗居高不下、運(yùn)行效率低下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能要求。

（1）在初期規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，如果一味追求當(dāng)期布局最優(yōu)最經(jīng)濟(jì)，很可能會(huì)給后期升級(jí)改造帶來(lái)困難。譬如，在擴(kuò)容時(shí)會(huì)遇到新裝UPS空間不足而造成前級(jí)市電或變壓器容量的浪費(fèi)，或者在擴(kuò)容完成后發(fā)現(xiàn)前期預(yù)留的變配電室空間無(wú)法充分利用等情況。

功能單元布局在可維護(hù)性上，主要體現(xiàn)在兩方面：

易非的聲音一下提高了八度，她從來(lái)沒(méi)對(duì)媽這么大聲過(guò)，身體像突然變了個(gè)淚球，眼淚想從喉嚨里、眼睛里各個(gè)地方噴涌而出。

（2）充分考慮設(shè)備搬運(yùn)、替換所需的通道，要人貨分離，并考慮大型設(shè)備搬運(yùn)的便利性。

3.2.6 經(jīng)濟(jì)性

功能單元布局在經(jīng)濟(jì)性上，主要體現(xiàn)在三方面：

（1）各功能單元內(nèi)的設(shè)備排列間距合理，留有維護(hù)所需的操作空間；

洞穴相對(duì)于巖鷹的巨翅而言，著實(shí)狹小了太多，那翅膀一抖，青辰根本無(wú)處躲避。巨大的力量扇在他的身上，他的身子直朝一旁跌出，重重?fù)ピ诙幢谏希炙ぢ湓诘?。不過(guò)，他的天葬刀也割開了巖鷹的翅膀，巖鷹發(fā)出一聲慘叫，拖著一串鮮血，飛出了洞穴。

朱熹對(duì)于“心”“性”之間的關(guān)系與胡宏大有不同。胡宏認(rèn)為，性就是天道、天命，甚至可以說(shuō)是萬(wàn)物中最高的本體;性還涵蓋了萬(wàn)理，義理的性和生理的性是其兩大重要組成部分。性、心、情三者之間的關(guān)系在朱熹看來(lái)可以用水來(lái)形容:“心譬水也。性，水之理也。性所以立乎水之靜;情所以行乎水之動(dòng);欲則水之流而至于濫也。”而胡宏把性、心、情之間的關(guān)系描述成:性就相當(dāng)于是水，水的下面就是心，水的波瀾就是情，水的波浪就是欲。朱熹認(rèn)為，心包括“性”與“情”，胡宏則主張“性體心用”。心包括“性”“情”的這個(gè)心指的是“氣”，這個(gè)“性”即是理;“性體心用”的“心”與“性”的概念和內(nèi)容是一樣的，不同在于性是主體，心是表現(xiàn)。

（2）各功能單元之間的相對(duì)位置盡可能合理，使得需連通的管線距離縮短，減少投資與損耗；

（3）各基本單元模塊的容量規(guī)劃盡可能匹配，使得數(shù)據(jù)中心能運(yùn)行在高效率、低PUE的工況下，減少運(yùn)營(yíng)成本。

圖1：功能單元分類架構(gòu)圖

3.3 功能單元布局建議

3.3.1 各功能單元之間的布局建議

根據(jù)前述模糊綜合評(píng)價(jià)的理論與方法，對(duì)已有研究數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，獲得初始權(quán)值，向6位專家進(jìn)行評(píng)價(jià)咨詢，進(jìn)行權(quán)值修正，確立權(quán)重集為K=(0.468,0.27,0.156,0.101)，進(jìn)而建立駕駛行為模糊綜合評(píng)價(jià)模型. 使用Matlab平臺(tái)進(jìn)行模型的算法求解，得到不同駕駛員的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示：其中1為節(jié)能駕駛，2為良好駕駛，3為合格駕駛，4為耗能駕駛.

（1）作為數(shù)據(jù)中心共享基礎(chǔ)設(shè)施模塊，由于所涉及的設(shè)備體積大、承重要求高，柴油發(fā)電機(jī)室和冷水主機(jī)房一般設(shè)置于底層，且靠近外墻。兩者之間應(yīng)避免相鄰，建議布局于建筑物的兩側(cè)，中間可考慮設(shè)置網(wǎng)管監(jiān)控室以及其他輔助或行政管理用房作為緩沖隔離。

（2）在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行大腦——網(wǎng)管監(jiān)控室的布局上，應(yīng)關(guān)注幾個(gè)細(xì)節(jié)：一是出于以人為本考慮，網(wǎng)管監(jiān)控室建議靠近建筑外墻一側(cè)，可以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)和自然采光；二是由于網(wǎng)管監(jiān)控室人員出入較頻繁，建議設(shè)置在靠近人流線路起點(diǎn)的區(qū)域，不宜設(shè)在物流起點(diǎn)的區(qū)域；三是網(wǎng)管監(jiān)控室與主機(jī)房或其他核心基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域之間應(yīng)能設(shè)置物理或邏輯隔離裝置，譬如門禁系統(tǒng)，以保證主機(jī)房或核心基礎(chǔ)設(shè)施的安全。同樣道理，客戶用房與主機(jī)房或其他核心基礎(chǔ)設(shè)施區(qū)域之間也要能做到安全隔離。

教學(xué)原則在夸美紐斯的教育理論體系中占有重要地位，而有關(guān)教學(xué)原則的論述則是他教學(xué)理論的重要組成部分。他認(rèn)為“一切知識(shí)都是從感官的感知開始的”“知識(shí)的開端，永遠(yuǎn)來(lái)自感官”他把通過(guò)感官所獲得的對(duì)外部世界的感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)作為教學(xué)的基礎(chǔ)，并宣布運(yùn)用直觀是教學(xué)的一條“金科玉律”。他認(rèn)為教學(xué)應(yīng)從觀察實(shí)際事物開始，在不能進(jìn)行直觀觀察時(shí)可以使用圖片或模型。幼兒教育從事的是3-6歲幼兒的教育，這個(gè)時(shí)期的孩子以直覺(jué)行動(dòng)思維、具體形象思維為主，因而最有效的方法是讓孩子通過(guò)自己的感官去認(rèn)識(shí)外部世界。

（3）除共享基礎(chǔ)設(shè)施模塊外，應(yīng)結(jié)合變壓器容量及相互之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將包括主機(jī)房、變配電室、電力室、電池室、末端空調(diào)機(jī)房、消防設(shè)施用房在內(nèi)的多個(gè)功能單元作為一個(gè)基本單元模塊來(lái)加以統(tǒng)一考慮。具體可結(jié)合數(shù)據(jù)中心所在建筑樓層數(shù)及單層面積，在水平和垂直兩個(gè)方向上進(jìn)行布局。特別地，如果建筑物形態(tài)較為狹長(zhǎng)，可考慮先做水平切分，然后利用垂直空間來(lái)跨樓層部署基本單元模塊，以避免電源走線過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。同時(shí)，變配電室的位置應(yīng)盡可能靠近電力室與柴油發(fā)電機(jī)室，一般在水平或垂直方向上緊鄰電力室為宜。

（4）出于安全考慮，互為冗余備份的功能單元不應(yīng)相鄰布置。垂直方向上應(yīng)盡可能規(guī)劃布局相同功能的單元。特別值得關(guān)注的是，主機(jī)房、變配電室、電力室、電池室不應(yīng)布置在用水區(qū)域的直接下方，以防水患。

（5）在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，人流區(qū)域與物流區(qū)域應(yīng)界線分明，以減少相互間功能性使用沖突。使物流通道位于數(shù)據(jù)中心非重點(diǎn)區(qū)域，減少對(duì)其他功能區(qū)域的干擾。

（2）能源動(dòng)力工程類。能源動(dòng)力工程類的詞匯選取了核電能源、新能源汽車空調(diào)兩個(gè)能源領(lǐng)域焦點(diǎn)專題及發(fā)展迅速的冷鏈物流專題進(jìn)行了匯總。

3.3.2 各功能單元內(nèi)部的布局建議

（1）主機(jī)房單元。機(jī)架排布所形成的冷熱通道與機(jī)房?jī)蓚?cè)末端空調(diào)的出風(fēng)方向保持水平。針對(duì)那些需求不明確且后期變動(dòng)可能性較大的機(jī)房，可采用頭柜集中靠墻布放方式。

基于圖1所示的DPD軟粒子模型,相應(yīng)的相互作用參數(shù)αij計(jì)算結(jié)果如表1所示.此外,鍵對(duì)粒子間通過(guò)簡(jiǎn)諧振動(dòng)彈性力=Crij相互連接約束,其初始鍵長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度.

（2）供配電單元。供配電單元主要包括變配電室、電力室、電池室三個(gè)功能區(qū)。視情況可考慮將變配電室與電力室合設(shè)，不做物理分隔，以減少配套面積和消防保護(hù)區(qū)數(shù)量。出于安全考慮，不建議將電力室和電池室合設(shè)。單元內(nèi)設(shè)備排布所形成的通道與兩側(cè)末端空調(diào)的出風(fēng)方向保持水平。若將互為冗余備份的設(shè)備放置在同一物理空間內(nèi)，則在布局上應(yīng)盡可能將其遠(yuǎn)離，避免發(fā)生故障時(shí)相互影響、干擾。

（3）末端空調(diào)單元。在不影響維護(hù)及日后更新改造的前提下，各末端空調(diào)之間的間距建議適當(dāng)緊湊，最好能在靠中間位置留出后續(xù)設(shè)備擴(kuò)容所需的安裝空間。

4 結(jié)束語(yǔ)

合理的機(jī)房布局不但能有效分離人流和物流、降低土建造價(jià)、利于后期擴(kuò)展，同時(shí)還能減少電源及冷源在傳輸過(guò)程中的損耗，達(dá)到節(jié)能減排要求。此外，降低機(jī)房的配套面積占比，可在同等建筑面積條件下，使可售面積最大，進(jìn)而能獲取更多的收益。因此，對(duì)數(shù)據(jù)中心功能單元布局的持續(xù)深入研究勢(shì)必會(huì)引起廣大數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的高度重視和更多關(guān)注。