醫(yī)院模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)計(jì)與實(shí)施

彭益多

摘要：分析醫(yī)院傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)所面臨的問題， 提出從設(shè)計(jì)入手采用模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房解決方案，旨在通過分析闡述模塊化數(shù)據(jù)中心的特點(diǎn)、功能和應(yīng)用對(duì)醫(yī)院新建數(shù)據(jù)中心機(jī)房起到參考和指引作用。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院數(shù)據(jù)中心;模塊化設(shè)計(jì);實(shí)施

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）26-0016-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

醫(yī)院信息化建設(shè)近年來高速發(fā)展，HIS（醫(yī)院信息管理系統(tǒng)）、電子病歷系統(tǒng)、LIS臨床檢驗(yàn)、PACS（影像歸檔和通信系統(tǒng)）、CA數(shù)字簽名等信息系統(tǒng)已廣泛運(yùn)用到醫(yī)院管理和臨床業(yè)務(wù)的方方面面，信息系統(tǒng)是否安全、平穩(wěn)的運(yùn)行關(guān)系到為患者服務(wù)是否穩(wěn)定開展的關(guān)鍵因素，而信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、交換、傳輸又必須要一個(gè)滿足信息系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，保證關(guān)鍵、核心設(shè)備的穩(wěn)定、高效運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)、建造一個(gè)符合國家標(biāo)準(zhǔn)、滿足信息系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)中心機(jī)房為醫(yī)院信息化建設(shè)的重中之重。

1 醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房的現(xiàn)狀

醫(yī)院數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)由于資金、技術(shù)等原因與金融、電信等行業(yè)相比大都起步較晚，隨著信息系統(tǒng)的應(yīng)用增多，矛盾逐漸突出，但大多醫(yī)院臨時(shí)應(yīng)對(duì)，根據(jù)場地增加機(jī)柜、布置網(wǎng)絡(luò)線路等，傳統(tǒng)式的設(shè)計(jì)方式，對(duì)機(jī)房安全、綠色節(jié)能以及運(yùn)用現(xiàn)代運(yùn)維軟件、技術(shù)較少，不能滿足《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》

（GB50174-2017）、《信息安全技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（GB/T22239-2019）等國家相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房基礎(chǔ)環(huán)境、物理安全的基本要求。

2 模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)模式

2.1 特點(diǎn)

模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房自2006年美國SUN公司提出以來[4]，經(jīng)不斷地發(fā)展和完善已在金融、電信等行業(yè)機(jī)房建設(shè)中廣泛的應(yīng)用，模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房已成為新一代數(shù)據(jù)中心部署形式，它可以應(yīng)對(duì)云計(jì)算、虛擬化、高密化等服務(wù)器發(fā)展的趨勢，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，最大限度地降低基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)機(jī)房環(huán)境的耦合，提高數(shù)據(jù)中心的整體運(yùn)營效率，實(shí)現(xiàn)快速部署、彈性擴(kuò)展、智能運(yùn)維和綠色節(jié)能。

2.1.1 高可靠性

供電架構(gòu)設(shè)計(jì)：供電系統(tǒng)采用環(huán)形供電架構(gòu)，任一環(huán)節(jié)中斷，弱電供電和信號(hào)不中斷，保證IT設(shè)備、制冷和信號(hào)傳輸無單點(diǎn)故障。

質(zhì)量控制：傳統(tǒng)機(jī)房工程質(zhì)量完全依托現(xiàn)場施工水平和施工管理，而模塊化數(shù)據(jù)中心將傳統(tǒng)的工程施工產(chǎn)品化（比如機(jī)柜拼裝等），依托現(xiàn)代生產(chǎn)管理流程精細(xì)化品質(zhì)管控，確保品質(zhì)的一致性和合格性。

2.1.2 易擴(kuò)容性

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心配電、制冷在建設(shè)前期一次性規(guī)劃好，架構(gòu)僵硬，后期難擴(kuò)容。模塊化數(shù)據(jù)中心采用模塊化部件（如模塊化UPS、行級(jí)空調(diào)等），通過簡單的接口將相關(guān)模塊進(jìn)行組合，快速形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)中心，有良好的靈活性與可擴(kuò)展性。

2.1.3 高維護(hù)性

數(shù)據(jù)中心配備智能化管理系統(tǒng)，信號(hào)傳輸部件和鏈路全部可視化掌控，出現(xiàn)告警通過分析處理迅速定位故障位置，并能夠通過網(wǎng)管系統(tǒng)派送工單給相應(yīng)責(zé)任人，迅速排查故障。

2.1.4 高密度性

過去的數(shù)據(jù)中心呈現(xiàn)分散化布局，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的興起，單機(jī)柜發(fā)熱密度也會(huì)越來越高。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心采用上送風(fēng)或下送風(fēng)方式，在較高功率密度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致局部熱點(diǎn)而引起設(shè)備宕機(jī)。

冷通道數(shù)據(jù)中心采用行間空調(diào)就近水平送風(fēng)、密閉冷通道的方案，送風(fēng)和回風(fēng)都處于較小范圍內(nèi)，氣流組織互不干擾，大大提高制冷效率，實(shí)現(xiàn)了精確制冷，確保了對(duì)高密數(shù)據(jù)中心制冷能力的支持，單機(jī)柜功率最高可達(dá)21KW。

密度對(duì)比：微模塊式更適應(yīng)中高密機(jī)房。

2.1.5 經(jīng)濟(jì)性

節(jié)省建設(shè)工期：傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心從規(guī)劃到建設(shè)完成通常需要六七個(gè)月，模塊化數(shù)據(jù)中心從設(shè)計(jì)到正式部署應(yīng)用，只需幾周的時(shí)間，而且更節(jié)約占地，可以快速部署。

2.1.6 智能管理性

隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)中心管理的任務(wù)必定會(huì)日益繁重。模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房實(shí)現(xiàn)集中管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)機(jī)房的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)燈光、短信等報(bào)警，實(shí)時(shí)事件記錄，這樣可以迅速確定故障，簡化數(shù)據(jù)中心管理人員的維護(hù)工作，為系統(tǒng)可靠的運(yùn)行提供最有力的保障。

2.1.7 綠色節(jié)能

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心冷熱氣流混合嚴(yán)重，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重，PUE通常高于2.0。模塊化數(shù)據(jù)中心使用密閉通道方式，有效隔絕冷熱氣流，避免無效熱交換，行間級(jí)空調(diào)通過精確制冷，減少能耗的浪費(fèi)，PUE低至1.5以下。微模塊數(shù)據(jù)中心相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心節(jié)能25%以上。

2.2 主要設(shè)計(jì)模式

2.2.1 單排冷熱封閉通道

此設(shè)計(jì)為通道一邊為金屬板，一邊為機(jī)柜，中間為冷或熱通道，兩端為通道門，一體化UPS、電池可集成在機(jī)柜中。此模式通常用于機(jī)房面積較小狹窄的環(huán)境。

2.2.2 雙排冷熱封閉通道

此設(shè)計(jì)為通道兩邊為機(jī)柜，冷通道由天窗、端門與機(jī)柜連 接組合而成，模塊兩端通道門。此模式通常用于機(jī)房面積相對(duì)寬松的環(huán)境。效果圖如圖1所示：

其中：（1）端門;2）翻轉(zhuǎn)天窗;3）控制天窗;4）智能ETH插座;5）走線槽;6）聲光告警器;7）PAD;8）門禁機(jī)。

2.2.3 冷熱通道全封閉

此設(shè)計(jì)由一個(gè)或多個(gè)IT機(jī)柜組成，將空調(diào)、配電、IT設(shè)備、動(dòng)環(huán)、監(jiān)控管理平臺(tái)集成一體 ，冷風(fēng)和熱風(fēng)在機(jī)柜中隔離循環(huán)，無須與外界熱交換，制冷效率高，環(huán)境影響較小，節(jié)能環(huán)保、節(jié)約空間，用戶將市電和網(wǎng)絡(luò)連通即可投入使用，多用于面積小機(jī)柜用量較少的場景。

3 案例

我院是一家三甲綜合醫(yī)院，床位1200余張，營業(yè)額約8億，信息系統(tǒng)運(yùn)行已達(dá)30多個(gè)。數(shù)據(jù)中心主機(jī)房位于綜合大樓一樓，2006年4月正式使用，面積僅約70㎡。傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)，無氣體滅火裝置、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、精密空調(diào)等。隨著信息系統(tǒng)的增加，面積太小，布局不合理，安全性差，不能滿足核心設(shè)備運(yùn)行環(huán)境要求日益突出，因此急需按照現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)新建機(jī)房。

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)醫(yī)院5-10年業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，以及服務(wù)器技術(shù)和云技術(shù)等發(fā)展的綜合考慮，基于模塊化機(jī)房的可擴(kuò)展性，按照冗余20%設(shè)計(jì)，確定以下建設(shè)目標(biāo)：

（1）按照《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017）標(biāo)準(zhǔn)，參照B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)1個(gè)微模塊化冷通道。

（2）設(shè)計(jì)20個(gè)IT機(jī)柜，2個(gè)綜合布線柜，2臺(tái)一體化UPS主機(jī)，2臺(tái)不低于40kW冷量行級(jí)空調(diào)。

（3）功耗設(shè)計(jì)：IT柜4kW/柜、布線柜2kW/柜，UPS總功耗實(shí)際配置要求不低于100kW，機(jī)房總負(fù)荷不低于213kW。

（4）配置環(huán)境監(jiān)控、自動(dòng)氣體滅火和防雷系統(tǒng)、KVM遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。

（5）布線要求：主供電電纜采用靜電地板下走線到配電柜，機(jī)柜內(nèi)部強(qiáng)、弱電線纜分開布局，強(qiáng)電走靜電地板下橋架到機(jī)柜，網(wǎng)絡(luò)布線走上橋架到機(jī)柜。

（6）數(shù)據(jù)安全性設(shè)計(jì)，增加防電磁泄漏措施。

（7）能耗設(shè)計(jì)，PUE≤1.5。

3.2 總體布局

數(shù)據(jù)中心面積總體規(guī)劃114.72㎡，其中：主機(jī)房面積68.8㎡，監(jiān)控室28.8㎡，UPS室17.12㎡。平面布局如圖2所示：

3.3 實(shí)施建設(shè)

3.3.1 冷通道微模塊

密封冷通道天窗實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)及單獨(dú)控制天窗開啟及閉合，天窗開啟實(shí)現(xiàn)與通道內(nèi)消防告警信號(hào)聯(lián)動(dòng)，在消防狀態(tài)下電磁鎖打開，旋轉(zhuǎn)天窗在重力作用下自動(dòng)打開，保證滅火氣體進(jìn)入密封冷通道。

通道尺寸規(guī)格為≥1200mm，模塊兩端采用微電腦控制電動(dòng)門，在消防狀態(tài)下斷電自動(dòng)打開。配置門禁管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)密碼、刷卡門禁管理。

3.3.2 配電系統(tǒng)

供電電源設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)兩個(gè)電源供電，主供電采用主設(shè)備和空調(diào)分別雙路供電設(shè)計(jì)，其中：

空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷 ≥ 73kW，主設(shè)備系統(tǒng)負(fù)荷 ≥140kW，UPS系統(tǒng)負(fù)荷≥100kW。采用2個(gè)UPS配電柜，UPS主機(jī)采用150KW 模塊化主機(jī)，電源模塊配置2塊以上，功率不低于30KW/塊，后備UPS電池保障時(shí)間設(shè)計(jì)不低于2小時(shí)，電池配置2組蓄電池組，40只/組，150Ah蓄電池，并配置智能管理采集模塊、電量傳感器。

3.3.3 空調(diào)系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)采用風(fēng)冷行級(jí)精密空調(diào)+密封通道的制冷方式，見下表：

3.3.4 防雷及氣體消防

1）防雷系統(tǒng)

感應(yīng)雷防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求對(duì)機(jī)房的電源系統(tǒng)和機(jī)柜進(jìn)行感應(yīng)雷的防范。接地系統(tǒng)采用“聯(lián)合接地”方式，機(jī)房內(nèi)設(shè)計(jì)獨(dú)立的接地匯流銅排，銅排連接到大樓接地銅排上。對(duì)機(jī)房采用三級(jí)電源防雷，接地工程設(shè)計(jì)接地電阻≤1歐，為了保證地網(wǎng)的質(zhì)量，地網(wǎng)工程需要采用聯(lián)合接地（保護(hù)接地、工作接地、防雷接地）。

在機(jī)房采用截面為40*4銅帶組成縱橫網(wǎng)敷設(shè)在地板下，組成M型或SM混合型等電位接地網(wǎng)絡(luò)。

2）氣體消防

采用“無管網(wǎng)式”七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。設(shè)計(jì)存儲(chǔ)壓力2.5MPa，最大工作壓力：4.2MPa，噴放時(shí)間不大于10毫秒。自動(dòng)控制，手動(dòng)控制，機(jī)械應(yīng)急操作。配置：火災(zāi)報(bào)警探測器、放氣指示燈、聲光報(bào)警器、火災(zāi)報(bào)警控制器、氣體緊急啟動(dòng)停止按鈕、手動(dòng)報(bào)警按鈕，探測器連接線等。實(shí)現(xiàn)與醫(yī)院總消防聯(lián)動(dòng)。

3.3.5 綜合布線

1）網(wǎng)絡(luò)布線

每個(gè)通道設(shè)置一個(gè)布線列頭柜，列頭柜與每個(gè)IT設(shè)備柜之間做24芯單模LC光纜預(yù)端，光預(yù)端接配線架采用單模配線。在列頭柜和每個(gè)IT設(shè)備柜之間做一個(gè)24口銅配線架連接，布線要求走機(jī)柜上橋架，布線要求整齊、平整、美觀。主機(jī)房與災(zāi)備機(jī)房采用萬兆單模光纖連接。

2）強(qiáng)電布線

強(qiáng)電電纜采用阻燃A級(jí)。輸入電纜要求滿足設(shè)備設(shè)計(jì)功率要求，布線走橋架或線管，走線要求整齊、美觀。

3.3.6 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

B/S物理架構(gòu)設(shè)計(jì)的思路，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)房的動(dòng)力、行級(jí)空調(diào)、UPS系統(tǒng)、溫濕度、視頻、門禁等設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、告警等的監(jiān)控管理。實(shí)現(xiàn)能效管理、電池管理、權(quán)限管理、移動(dòng)APP運(yùn)維功能。

3.3.7 電磁泄漏

為了滿足國家對(duì)信息安全的要求，增加了防電磁泄漏設(shè)計(jì)。機(jī)房內(nèi)采用100目銅網(wǎng)隔離，墻面采用0.6mm的金屬彩鋼板，地面和頂面采用銅網(wǎng)加鍍鋅鐵板保護(hù)。機(jī)房進(jìn)出采用屏蔽門，防電磁干擾設(shè)施建設(shè)接地，接地電阻小于1Ω。

4 結(jié)束語

我院數(shù)據(jù)中心新機(jī)房2019年7月實(shí)施完成投入使用，運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)和建設(shè)目標(biāo)，提高了信息系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，為我院未來5-10年信息化建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)。

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