模塊化數(shù)據(jù)中心在智慧高速中的應(yīng)用研究

杜博文

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南鄭州 450000）

1 模塊化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 柜機(jī)冷通道系統(tǒng)

模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)柜根據(jù)鎖開門的不同可以分為多個種類，如無門、玻璃門、雙開網(wǎng)孔門等，一般情況下標(biāo)準(zhǔn)化的模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)柜主要采用前單開后雙開網(wǎng)孔門，且能夠有效滿足19英寸標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的安裝需求。在開展安裝作業(yè)的過程中，模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)柜的側(cè)門與前后門都可以拆卸，因此安裝位置的可選擇性更大，具有一定的靈活性。對于相鄰兩個柜機(jī)的并柜操作，可以利用冰柜孔與并柜壓鉚螺母予以實現(xiàn)。

1.2 制冷系統(tǒng)

在制冷系統(tǒng)的選擇上，模塊化數(shù)據(jù)中心選用了氟泵自然冷節(jié)能空調(diào)，具有高效與節(jié)能的特點。在機(jī)組內(nèi)，分別設(shè)置了獨立的壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)以及氟泵制冷系統(tǒng)。如果室外溫度相對較低，可以運行氟泵，降低機(jī)組的能源消耗。將風(fēng)冷直接蒸發(fā)式機(jī)組與氟泵循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，一方面能夠確保在夏天壓縮機(jī)能夠持續(xù)制冷，另一方面也可以促使冬季氟泵節(jié)能運行。氟泵自然冷節(jié)能空調(diào)具有三種工作模式，分別為壓縮機(jī)模式、氟泵自然冷模式以及壓縮機(jī)模式，借助這三種模式，可以實現(xiàn)室外氣候條件與室內(nèi)符合需求的切換，具有智能化與動態(tài)化的特點，能夠?qū)δ苄П冗M(jìn)行有效提升。

1.3 配電系統(tǒng)

在模塊化數(shù)據(jù)中心中，配電系統(tǒng)的主要作用有兩點，一方面為通信設(shè)備進(jìn)行交流電源分配，另一方面可以對相應(yīng)的電量參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測。

配電柜由多個模塊或單元共同組成，主要包含柜體、總開關(guān)模塊、支路開關(guān)模塊、總斷路器、支路斷路器、零線模塊、智能監(jiān)控單元等。模塊化設(shè)計的方式在安裝的便捷性與配置的靈活性方面發(fā)揮了較大優(yōu)勢。每一臺柜機(jī)上都配置了兩條配電單元，且可以進(jìn)行拆卸與更換處理。除此之外，配電系統(tǒng)中還可以根據(jù)實際情況配置電池在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對于電池單節(jié)的自動監(jiān)測，并提前預(yù)警。

1.4 不間斷電源系統(tǒng)

不間斷電源系統(tǒng)的模塊組成主要包含功率模塊、旁路模塊以及控制模塊等，模塊均支持熱插拔，維護(hù)較為方便，能夠?qū)ο到y(tǒng)可用性進(jìn)行一定改善。受到冗余配置與過度配置等因素的影響，傳統(tǒng)的高速公路機(jī)房UPS長期在10%～40%的低負(fù)載率的狀態(tài)下運行，導(dǎo)致機(jī)房的電力損耗幅度增加。

不同于傳統(tǒng)高速公路機(jī)房配置，模塊化設(shè)計數(shù)據(jù)中心的UPS即使是在低負(fù)載下也可以保持高效率運行，如果負(fù)載率處于15%以下則為極低負(fù)載率，在這種情況下可以啟動智能休眠功能，使部分模塊進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，實現(xiàn)對運行效率的合理改善。系統(tǒng)休眠后仍然會保持至少一個模塊的冗余，系統(tǒng)負(fù)載增加時會立即對休眠的模塊進(jìn)行喚醒操作，以此對系統(tǒng)運行的安全性與可靠性進(jìn)行有效保證。

1.5 封閉冷通道組件

封閉冷通道組件的構(gòu)成具有一定的復(fù)雜性，其構(gòu)成組件主要包含玻璃天窗組件、玻璃隔離門組件、鋼制假墻組件、消防聯(lián)動系統(tǒng)組件、環(huán)境監(jiān)控單元組件等。

密封冷通道的天窗主要以平頂結(jié)構(gòu)為主，天窗由兩部分共同組成，分別為功能天窗與消防翻轉(zhuǎn)天窗，通過設(shè)置于微模塊頂部的天窗，可以對冷通道頂部的密封功能予以有效實現(xiàn)。端門主要設(shè)置于模塊的兩端，可以防止冷氣泄漏，同時實現(xiàn)人員進(jìn)出的門禁功能。

數(shù)據(jù)化模塊中心的封閉冷通道組件改善了傳統(tǒng)機(jī)房的冷卻解決方案，實現(xiàn)了機(jī)房局部熱點的難題，且冷通道內(nèi)的與模塊外的溫度較為均勻，空調(diào)運行效率得到了大幅度提升。

1.6 安全管理系統(tǒng)

系統(tǒng)的活動天窗配置了電磁鎖，并借助主用與備用兩路輸入保證電磁鎖的供電的穩(wěn)定性。在系統(tǒng)運行的過程中，如果消防系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出異常信息，驅(qū)動單元會對這些異常信息進(jìn)行接收，便可以通過繼電器對天窗進(jìn)行控制。例如出現(xiàn)溫度過高或者煙火的情況時，安全管理系統(tǒng)會促使天窗自動打開，消防系統(tǒng)噴灑消防氣體，避免發(fā)生火災(zāi)。

2 模塊化數(shù)據(jù)中心在智慧高速中的具體應(yīng)用

2.1 在智慧高速收費站點中的應(yīng)用

對于高速收費站點而言，機(jī)房空間較小，且建筑承重十分有限，基于這兩個原因使得收費站點的施工工期較長，且施工質(zhì)量上也難以得到有效保障。除此之外，在收費站點機(jī)房中，地面屬于防靜電地板，其架空高度約為250 mm，且需要對地面的平均承載力進(jìn)行保證，一般控制在450 kg/m2以上。針對此情況，在充分結(jié)合智慧高速收費點基本特點的基礎(chǔ)上，可在收費站點機(jī)房內(nèi)部對起單列式模塊化數(shù)據(jù)中心進(jìn)行設(shè)置，主要配置包括2個IT機(jī)柜、2個通信柜、1個電池柜、2套機(jī)架式UPS、1臺配電插框、1臺列間精密空調(diào)、1套冷通道組件。配置時可以按照一排進(jìn)行排列，每排的柜位設(shè)置為6個較為適宜。

2.2 在智慧高速管理中心機(jī)房的應(yīng)用

對于智慧高速管理中心機(jī)房而言，凈空一般設(shè)置為4 m以上，機(jī)房內(nèi)部主要設(shè)置通信系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)部，設(shè)置大屏幕顯示器、監(jiān)控設(shè)備網(wǎng)管終端、維護(hù)終端、控制工作站等。為了對高速管理系統(tǒng)運行的流暢性進(jìn)行有效保證，在機(jī)房的主設(shè)備中需要設(shè)置專線，保證穩(wěn)定的電力供應(yīng)，不可與生活用電混合。

為了能夠?qū)χ腔鄹咚俟芾碇行臋C(jī)房的各項需求進(jìn)行有效滿足，需要在機(jī)房設(shè)置雙列式模塊化數(shù)據(jù)中心，具體結(jié)構(gòu)與配置包括5個IT機(jī)柜、3個通信柜、1個通信電源柜、3個電池柜、1套模塊化UPS、1臺精密列頭配電柜、1臺列間精密空調(diào)、1套管理系統(tǒng)、1套冷通道組件。

設(shè)置時，可以將上述的配置以兩排予以排列，每一列設(shè)置8個柜位，為了備用需求，額外配置數(shù)據(jù)中心的UPS電池，根據(jù)需求配置64只12 V/100 Ah電池較為適宜。

3 模塊化數(shù)據(jù)中心應(yīng)用于智慧高速的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)高速公路系統(tǒng)機(jī)房，模塊化機(jī)房具有多方面的優(yōu)勢，其總體的安全性能、維護(hù)性以及節(jié)能性都得到了很提升，借助模塊化數(shù)據(jù)中心，機(jī)房的維護(hù)與管理將變得更便捷、科學(xué)。

（1）冷通道封閉。

模塊化機(jī)房采用冷通道封閉，將空調(diào)送冷風(fēng)封閉起來，應(yīng)用于機(jī)架設(shè)備，冷量利用率得到了有效提高。使用冷通道封閉可以將模塊的外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行隔離，模塊內(nèi)的空調(diào)無須再考慮到房間的制冷問題，有效節(jié)省了環(huán)境熱負(fù)荷與溫濕度的能耗。

（2）柔性擴(kuò)容。

將模塊化數(shù)據(jù)中心應(yīng)用于智慧高速中，所有的部件都采用了模塊化設(shè)計，并配置了標(biāo)準(zhǔn)的接口，項目后期可以根據(jù)實際需求進(jìn)行擴(kuò)容，并結(jié)合實際情況進(jìn)行配置設(shè)計。

（3）部署效率。

采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊進(jìn)行配置，部署的周期約為6～12 d，減少了現(xiàn)場安裝與調(diào)試的時間。模塊化數(shù)據(jù)中心對于場地的限制相對較小，可以有效實現(xiàn)水泥地面與架高地板的地面安裝，對于機(jī)房的最低凈高要求僅為28 m，根據(jù)相關(guān)實踐統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)機(jī)房的配置，運用模塊化數(shù)據(jù)中心的智慧機(jī)房的占地面積可以節(jié)省40%左右。

（4）智能化管理。

在模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，配置了3D可視化智能管理平臺，并將多元異構(gòu)技術(shù)、AI技術(shù)、VR技術(shù)有效融入其中，在此基礎(chǔ)上采用了開放式的系統(tǒng)接口。將眾多傳統(tǒng)機(jī)房的運維系統(tǒng)納入統(tǒng)一的運維大數(shù)據(jù)平臺，在運維與管理方便發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，且功能十分豐富，主要包含3D網(wǎng)管管理、智能巡檢、特色大屏展示、容量管理、DCIM資產(chǎn)管理、告警管理、用戶管理等。借助3D可視化智能管理平臺，大幅度提高了運維可視化、診斷智能化以及移動終端化，智能性與高效性得到了充分展現(xiàn)。

（5）節(jié)能環(huán)保。

模塊化數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能性與環(huán)保性體現(xiàn)在多個方面，例如封閉冷通道技術(shù)可以對能耗進(jìn)行降低，可以提升機(jī)房空調(diào)的回風(fēng)溫度，空調(diào)能效比得到了有效提升。對于高熱密度的場景，模塊化數(shù)據(jù)中心中采用了列間空調(diào)予以制冷，制冷效率得到了顯著提升；對于負(fù)載發(fā)熱量波動的場景，借助變?nèi)萘繖C(jī)房空調(diào)產(chǎn)品，能夠有效實現(xiàn)實時冷涼跟隨，具有較好的高效性與節(jié)能性。

4 結(jié)語

本文針對模塊化數(shù)據(jù)中心在智慧高速中的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究。首先對模塊化數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)介紹，主要包含柜機(jī)冷通道系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、封閉冷通道組件以及安全管理系統(tǒng)等，在此基礎(chǔ)上闡述了模塊化數(shù)據(jù)中心在智慧高速中收費站點與中心機(jī)房的具體應(yīng)用，并從冷通道封閉、柔性擴(kuò)容、部署效率、智能化管理與節(jié)能環(huán)保分析了模塊化數(shù)據(jù)中心在智慧高速中應(yīng)用的優(yōu)勢。綜上所述，高速公路傳統(tǒng)機(jī)房在設(shè)計合理性、建設(shè)空間、經(jīng)濟(jì)性、可操作性、平臺兼容性以及智能化等方便的弊端日益凸顯，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化智慧高速的建設(shè)需求。將模塊化數(shù)據(jù)中心應(yīng)用于高速機(jī)房建設(shè)，發(fā)揮了巨大優(yōu)勢，有效提升了運維與管理效率，且更便捷智能。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，模塊化數(shù)據(jù)中心與智慧高速的結(jié)合將逐漸深入，發(fā)揮出越來越重要的作用與優(yōu)勢。