高校數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)與實(shí)踐

肖非常

國(guó)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(jì)社會(huì)價(jià)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(yùn)行的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，其建設(shè)的規(guī)范性、安全性、易擴(kuò)展性和高可維護(hù)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(jī)房建設(shè)為例，通過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì)論證和嚴(yán)格的建設(shè)管理實(shí)施，提升了整個(gè)數(shù)據(jù)中心的安全性，節(jié)約了建設(shè)維護(hù)成本，使用綠色節(jié)能環(huán)保，維護(hù)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(jī)房，在業(yè)務(wù)上，立足未來(lái)10-15年的使用和運(yùn)維需求，托管學(xué)校各類(lèi)關(guān)鍵信息設(shè)備，承載運(yùn)行各類(lèi)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(lái)業(yè)務(wù)拓展對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房升級(jí)改造的要求；在安全上，按照等級(jí)保護(hù)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(jī)房規(guī)避傳統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)上的不足，緊跟時(shí)代步伐，采用最新科技手段，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)通信等信息技術(shù)，以及電氣、制冷、新材料運(yùn)用等相關(guān)學(xué)科關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)考慮機(jī)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(yùn)行數(shù)據(jù)采集管理等模塊前沿技術(shù)的運(yùn)用，做到機(jī)房環(huán)境安全可控、使用智能綠色環(huán)保。

二、模塊設(shè)計(jì)

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

（一）裝修布局

按安全等級(jí)、功能需求、維護(hù)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(qiáng)電配電區(qū)）、鋼瓶間、備件庫(kù)、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(jìn)一步細(xì)分，如按照安全等級(jí)將設(shè)備集中陳列區(qū)設(shè)主輔區(qū)域各一個(gè)、主區(qū)域?yàn)樵朴?jì)算區(qū)，存放內(nèi)部資料，輔區(qū)域?yàn)槠帘伟踩珔^(qū)，存放秘密資料，另立單間設(shè)互聯(lián)網(wǎng)機(jī)房，對(duì)外部署應(yīng)用。主輔區(qū)域又根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)設(shè)若干個(gè)冷熱封閉通道，規(guī)劃列頭柜（強(qiáng)電柜、配線架等）、服務(wù)器、存儲(chǔ)、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(biāo)準(zhǔn)、外觀布局采用不同的物理材料進(jìn)行隔離裝修。

（二）機(jī)房供配電

安排至少兩路不同來(lái)源市電給數(shù)據(jù)中心機(jī)房供配電，確保一路市電掉線時(shí)另一路市電能及時(shí)接管，通過(guò)技術(shù)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)雙回路供給，確保機(jī)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(yùn)行。設(shè)立強(qiáng)電配電區(qū)，建立UPS電源站，平時(shí)儲(chǔ)電，應(yīng)急時(shí)供電。新建機(jī)房UPS電源站建設(shè)至為重要，目前主流機(jī)房均采用鉛酸電池儲(chǔ)電，隨著技術(shù)進(jìn)步，將來(lái)會(huì)逐步考慮配置鋰電池儲(chǔ)電，實(shí)際建設(shè)中可根據(jù)需求程度和經(jīng)費(fèi)支持，靈活選擇、靈活配置。建立儲(chǔ)電可以確保無(wú)市電時(shí)仍有模塊化UPS系統(tǒng)通過(guò)雙路母線向機(jī)房設(shè)備供電，支撐相當(dāng)時(shí)間電源供給，減少關(guān)鍵核心設(shè)備宕機(jī)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(jī)房近旁建立發(fā)電站，通過(guò)燃油發(fā)電。本案例設(shè)計(jì)中在中心機(jī)房樓宇地下設(shè)立簡(jiǎn)易發(fā)電站。

（三）暖通制冷

保持機(jī)房恒溫濕度是確保機(jī)房不發(fā)生消防事故等系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)機(jī)房存放設(shè)備使用壽命的關(guān)鍵一環(huán)，歷來(lái)是機(jī)房建設(shè)重中之重。機(jī)房制冷模式經(jīng)歷了由壁掛空調(diào)柜式空調(diào)等房間級(jí)空調(diào)，到大功率超大功率中央空調(diào)，到行間級(jí)精密空調(diào)，再到冷熱通道新風(fēng)系統(tǒng)配合使用的發(fā)展歷程。目前制冷主要圍繞風(fēng)速穩(wěn)定、溫濕度均勻、綠色節(jié)能的目標(biāo)發(fā)展，采用新風(fēng)系統(tǒng)給機(jī)房制冷換氣，采用精密空調(diào)、建立冷熱通道，精準(zhǔn)給信息設(shè)備制冷保溫。新風(fēng)系統(tǒng)充分考慮節(jié)能，如對(duì)進(jìn)排風(fēng)口按照風(fēng)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(jìn)技術(shù)，精密空調(diào)采用下送風(fēng)，保證了機(jī)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(yùn)用各種節(jié)能技術(shù)，實(shí)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(jì)中還充分考慮機(jī)房?jī)?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(lái)越多，信息數(shù)據(jù)的重要性，機(jī)房消防的重要性毋庸置疑。消防設(shè)施是機(jī)房安全的守護(hù)者，能夠在機(jī)房即將發(fā)生災(zāi)難時(shí)發(fā)出預(yù)警，降低風(fēng)險(xiǎn)損失，是機(jī)房最后一道保險(xiǎn)。消防設(shè)施也經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的噴淋頭、自動(dòng)滅火器人工滅火到選用防火材料，運(yùn)用卷閘門(mén)通道隔離，再到現(xiàn)在普遍采用煙感、光感、溫感預(yù)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)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(wú)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(jì)中重點(diǎn)考慮噴氣口設(shè)置點(diǎn)、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(dòng)。

（五）網(wǎng)絡(luò)布線

機(jī)房是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞暮诵墓?jié)點(diǎn)，是萬(wàn)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(jī)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(hù)擴(kuò)展，盡量模塊化設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃普通機(jī)柜與列頭柜（強(qiáng)電柜、配線架等）對(duì)應(yīng)關(guān)系，服務(wù)器、存儲(chǔ)、安管設(shè)備與交換路由設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（六）機(jī)房運(yùn)行管理

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

三、數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)實(shí)施

數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)部各子系統(tǒng)相關(guān)度很高，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)正從細(xì)流演變成海嘯，作為承載新業(yè)務(wù)應(yīng)用、推動(dòng)智慧校園建設(shè)的“底座”，數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)將不斷走向開(kāi)放、綠色、智能。

（一）實(shí)施籌備階段

在完成詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮三個(gè)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(shí)際情況。機(jī)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(fēng)排煙，其優(yōu)劣勢(shì)？設(shè)在高樓對(duì)制冷有何影響、對(duì)節(jié)能、防雷接地如何安排？對(duì)照受限條件補(bǔ)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(jī)房大多屬于B類(lèi)機(jī)房，秉承可靠、先進(jìn)、節(jié)能、安全的理念[1]設(shè)計(jì)，采用了物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、安防監(jiān)控等主流技術(shù)，實(shí)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(jìn)[2]，機(jī)房建設(shè)新技術(shù)將接踵而至。新建機(jī)房不僅要滿足現(xiàn)在需求，還要充分考慮將來(lái)發(fā)展，為新技術(shù)革新留足接口，防止將來(lái)機(jī)房建設(shè)模塊“迭代”時(shí)空間受限，成為升級(jí)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(jī)房容量大小、能效指標(biāo)。具體來(lái)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(fēng)系統(tǒng)布局，進(jìn)排風(fēng)口位置方向及其各系統(tǒng)相互關(guān)系等等。

（二）實(shí)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(kāi)數(shù)據(jù)中心機(jī)房施工建設(shè)。一是場(chǎng)地布局，劃分功能區(qū)間，細(xì)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(fēng)系統(tǒng)；三是硬件陳設(shè)，設(shè)置冷熱通道，擺放業(yè)務(wù)機(jī)柜、列頭柜，完成網(wǎng)絡(luò)走線；四是采集數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感技術(shù)等，部署動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)房運(yùn)行動(dòng)態(tài)。

四、總結(jié)展望

本次數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)實(shí)踐重在模塊設(shè)計(jì)，對(duì)UPS電源功率、PEU能效指標(biāo)、機(jī)房熱負(fù)荷等進(jìn)行了科學(xué)的測(cè)算分析，保證了信息設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)采取熱通道封閉、冷熱通道分離的先進(jìn)技術(shù)，保證了機(jī)房空調(diào)制冷的高效節(jié)能，改變了傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗大、制冷率低的問(wèn)題。

展望未來(lái)，基于開(kāi)放架構(gòu)的軟件平臺(tái)將催生新的業(yè)態(tài)，ICT超融合是大勢(shì)所趨，邊緣數(shù)據(jù)中心、泛在計(jì)算將提上日程。尤其是隨著5G、AI時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人值守、全智能、自動(dòng)化、分布式將成為高校數(shù)據(jù)中心的標(biāo)配，綠色機(jī)房、智能運(yùn)維已悄然而來(lái)。