醫(yī)院容災機房的建設(shè)

陳武鑫，王繼偉（通信作者），裴煒旻，唐德根

陸軍第七十三集團軍醫(yī)院信息科 （福建廈門 361003）

隨著網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的不斷推進，醫(yī)院各系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行和醫(yī)療數(shù)據(jù)資源的有效利用、存儲對醫(yī)院發(fā)展起到的作用愈發(fā)重要，因此，做好作為醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲中心的醫(yī)院容災機房的建設(shè)工作非常必要。醫(yī)療行業(yè)對容災機房中容災系統(tǒng)的要求如下：（1）容災系統(tǒng)必須考慮到機房、基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)等方面；（2）容災系統(tǒng)必須保證醫(yī)院各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不間斷運行；（3）容災系統(tǒng)必須考慮到各業(yè)務(wù)模塊間的關(guān)聯(lián)和影響；（4）容災系統(tǒng)不能影響醫(yī)院各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)；（5）當災難發(fā)生時，容災系統(tǒng)必須能全面、快速地恢復業(yè)務(wù)系統(tǒng)；（6）特殊地區(qū)容災需要做到異地容災，保證數(shù)據(jù)安全；（7）容災系統(tǒng)的備用系統(tǒng)必須為可用系統(tǒng)，備用數(shù)據(jù)必須為可用數(shù)據(jù)；（8）容災系統(tǒng)數(shù)據(jù)必須保證與生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時同步。總之，建設(shè)一個用于部署容災系統(tǒng)的容災機房，需重點考慮容災系統(tǒng)安裝環(huán)境的標準規(guī)范，避免因環(huán)境因素導致容災系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障，以此來提高醫(yī)院信息化抗風險能力和應對突發(fā)事件能力［1］。本研究即從多個方面闡述了建設(shè)容災機房的方法及體會。

1 基礎(chǔ)工程建設(shè)

受地理位置和空間限制，我院將原有醫(yī)院招待所4間客房改建為容災機房、外線間、操作間，總面積共105 m2。在區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)配套，原有裝飾、設(shè)備、墻體均被拆除清理，并砌筑了新墻體，安裝了門體，完成了窗體、磚體、玻璃貼膜，修補了地板、天花面層，校驗了機房承重，加固了設(shè)備，安裝了設(shè)備承載散力架等。

2 樓層承重加固

我院根據(jù)容災機房設(shè)備布局及設(shè)備重量承載要求對中心機房及外線間機柜、空調(diào)、綜合配電柜、UPS不間斷電源系統(tǒng)的安裝位置進行了加固設(shè)計。其中，中心機房面積為75 m2，設(shè)備負載15 320 kg，樓板荷載需204.27 kg／m2，見表1；外線間面積為17.2 m2，設(shè)備負載3 583 kg，樓板荷載需208.3 kg／m2，見表2。

表1 中心機房設(shè)備重量分析

表2 外線間設(shè)備重量分析

樓層承重加固平面設(shè)計見圖1，按照設(shè)計圖進行施工，將工字鋼入墻銜接部分與墊鐵焊接后平放，然后將墊鐵調(diào)平（調(diào)平墊鐵間應點焊固定）后于其下灌漿，并對鋼材表面焊接部位進行除銹后刷防銹漆；于工字鋼上水平安裝機房設(shè)備承重散力架，其采用槽鋼、角鋼等材料進行焊接，并進行了防銹處理。

圖1 樓層承重加固平面圖

3 供、配電系統(tǒng)建設(shè)

供、配電系統(tǒng)是容災機房的生命線，因此，做好機房供、配電系統(tǒng)的建設(shè)工作非常必要。容災機房供、配電系統(tǒng)包括市電供電和UPS供電系統(tǒng)、綜合配電系統(tǒng)、照明配電系統(tǒng)等，其中，供電系統(tǒng)用于給機房所有用電設(shè)備提供電力來源，配電系統(tǒng)用于將供電系統(tǒng)提供的用電直接或經(jīng)過不間斷電源系統(tǒng)后分配給機房各個用電設(shè)備。

3.1 供電系統(tǒng)建設(shè)

為了保障醫(yī)院招待所正常供電，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，我院招待所供電由城市供電管網(wǎng)提供高壓雙回路。

經(jīng)現(xiàn)場勘查，醫(yī)院招待所B2配電房到8樓機房的強電井電纜管路十分擁塞，無法同時鋪設(shè)兩路機房市電進線電纜到8樓機房（機房設(shè)計按B級標準，要求B級數(shù)據(jù)中心宜由雙重電源供電）。經(jīng)深化設(shè)計，在B2配電房設(shè)計1套前置配電柜，由配電房引出兩路來自不同地區(qū)變電所的電源回路接入前置配電柜，為8樓機房外線間的綜合配電柜提供雙回路供電；待雙回路接入前置配電柜的自動切換ATS后，引出單路市電進線電纜接入8樓機房外線間的綜合配電柜內(nèi)，實現(xiàn)機房的雙回路市電供電設(shè)計。前置配電柜系統(tǒng)設(shè)計見圖2。

待市電供電線路進入機房后，部分直接接入機房用電設(shè)備，部分經(jīng)UPS不間斷電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，用于為機房重要電子設(shè)備供電，其中，UPS不間斷電源系統(tǒng)是機房供電的核心部分［2］，設(shè)計要點為：（1）采用模塊化設(shè)置，以實現(xiàn)N＋1冗余，提高可用性，容量以一期負荷量計算，二期可擴容；（2）UPS輸出回路按照設(shè)計壽命期終端用電回路加冗余回路計算；（3）機柜均為接入UPS的雙輸出回路，同一機柜的兩路PDU均為同一相電；（4）預留電池柜保障終期可擴容；（5）根據(jù)載流量的大小及安裝的難易程度，UPS至設(shè)備柜的連接線纜選擇多芯或單芯銅線，均采用工業(yè)連接器并與機柜內(nèi)的PDU電源插座連接。

計算機設(shè)備供電采用“市電經(jīng)UPS不間斷電源”供電方式，電源通過UPS穩(wěn)頻、穩(wěn)壓后，向計算機設(shè)備供電，保障計算機設(shè)備的電能質(zhì)量和可靠運行，在市電斷電的情況下仍可由UPS后備電池供電。

機房UPS不間斷電源系統(tǒng)采用模塊化、全新結(jié)構(gòu)設(shè)計的高可靠性UPS系統(tǒng)，最大可以支持5×30 kVA的帶載能力，單個功率模塊的容量為30 kVA；當負載繼續(xù)增大超過現(xiàn)有APM的帶載能力時，為了滿足供電的需求，可直接在APM柜中增加相應個數(shù)的30 kVA功率模塊。本研究機房1期配置1臺模塊化UPS主機，配3個30 kW 功率模塊組成2＋1冗余60 kW，電池延時1 h；專用于空調(diào)應急供電的UPS用電功率為9 kW，考慮到電機啟動電流較大，配置1臺模塊化UPS主機，配2個30 kW 功率模塊，電池延時1 h，配置滿足需求。

圖2 前置配電柜系統(tǒng)圖

3.2 配電系統(tǒng)建設(shè)

機房電源按380／220 V的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計，采用TNS系統(tǒng)，即三相五線制、單相三線制，以實現(xiàn)強弱電設(shè)備無電流安全接地。

綜合配電柜作為機房配電的綜合載體，提供機房UPS不間斷電源系統(tǒng)、信息設(shè)備設(shè)施、空調(diào)機組、照明、墻插、新回風、消防排煙機及與機房有關(guān)的其他設(shè)備的用電回路。其安裝于外線間，主要負責2臺150 kVA模塊化UPS主機、2臺微模塊封閉通道配套專用的制冷量為25 kW 的列間精密空調(diào)、2組微模塊配電單元用電、消防用電、照明用電、輔助設(shè)備用電，同時負責事故照明、檢修備用插座及視頻監(jiān)控等設(shè)備用電（事故照明測算用電量為0.5～1.0 kW、檢修備用插座為2 kW）。

配置2臺配電單元，分別安裝于2組微模塊封閉通道內(nèi)，單臺負載總功率約為40 kW。2臺配電單元由UPS不間斷電源系統(tǒng)進行供電，每臺負責8臺服務(wù)器機柜的PDU電源分配電源單元供電，其中專用服務(wù)器機柜測算用電量5 kW、網(wǎng)絡(luò)機柜用電量3 kW，在發(fā)生事故的情況下，可通過綜合配電柜的UPS總輸出緊急切斷電源［3］。每臺機柜設(shè)置兩個回路，接入配電單元的UPS用電空開，配置2個24位32 A PDU電源模塊，PDU配有4位C19＋20位C13插座模塊。

正常照明、應急燈和安全出口門燈接入市電用電空開；事故照明接入UPS用電空開。

各個功能區(qū)的墻壁上前、后位置均安裝10 A五孔電源插座，作為機房臨時用電設(shè)備的接入，滿足調(diào)試、維護及應急需求。

4 精密空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)

機房機柜采用2拖8的微模塊全封閉冷熱通道設(shè)計，每個通道包含8個機柜，另配置2套通道式列間精密空調(diào)安裝于通道兩邊。

根據(jù)負載散熱情況，啟用其中1套或2套通道式行間精密空調(diào)提供通道內(nèi)不同制冷量；于建筑的外墻安裝空調(diào)外機，且內(nèi)外機間的距離要求盡可能近。

微模塊全封閉冷熱通道通過盲板封閉前門設(shè)備安裝部位的其他空置位置，人為設(shè)置了前門部位的冷通道，達到了冷熱通道隔離的目的，避免了機柜的熱島效應，利于設(shè)備更穩(wěn)定地工作［4］。

考慮到機房的密封性，微模塊全封閉冷熱通道在市電斷電的情況下，臨時的應急風扇系統(tǒng)難以對現(xiàn)有的設(shè)備進行散熱降溫，因此，我們需要找出一個可行的解決方案，確保在市電斷電的情況下，微模塊全封閉冷熱通道配套的精密空調(diào)系統(tǒng)仍然可以應急使用，保障機柜設(shè)備的正常運行。本次通過配置1套專用于精密空調(diào)系統(tǒng)應急供電的UPS不間斷電源系統(tǒng)來實現(xiàn)在市電斷電的情況下，通過手工切換使帶后備電池的UPS不間斷電源系統(tǒng)可以及時供電給精密空調(diào)系統(tǒng)；將市電線路和UPS不間斷電源系統(tǒng)輸出線路同時接入精密空調(diào)專用手動切換ATS設(shè)備內(nèi)，精密空調(diào)供電空開接入ATS手動切換設(shè)備的輸出回路上，通過ATS懸臂的手動切換，可以實現(xiàn)市電或UPS輸出回路供電給精密空調(diào)系統(tǒng)。

精密空調(diào)系統(tǒng)電路見圖3。

圖3 精密空調(diào)系統(tǒng)電路圖

圖4 三級浪涌保護器保護系統(tǒng)圖

5 防雷及接地系統(tǒng)建設(shè)

5.1 電源防雷系統(tǒng)

采取綜合雷電防護措施，即實行三級浪涌保護器保護：一級保護，作為電源系統(tǒng)第一級防雷，對雷電脈沖電流進行初級泄放；二級保護，作為電源系統(tǒng)第二級防雷，對雷電脈沖電流進行二級泄放；三級保護，作為電源系統(tǒng)第三級防雷，對雷電脈沖電流進行三級泄放。所有防雷器均帶有干節(jié)點檢測接口，接入環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。三級浪涌保護器保護系統(tǒng)見圖4，一級防雷裝置通過已安裝在配電房的避雷器實現(xiàn)，二級和三級防雷裝置均安裝在機房綜合配電柜內(nèi)。

5.2 設(shè)備接地系統(tǒng)

本設(shè)計采用防雷保護地、交流工作地、安全保護地共用大樓基礎(chǔ)接地裝置和建造獨立的直流工作地的接地方式。

機房內(nèi)鋪設(shè)防靜電地板與機房內(nèi)的大樓接地主鋼筋連接，并通過銅芯線與大樓的接地母排 （接地箱，圖5）連接。

圖5 接地箱圖

將機房內(nèi)所有的強弱電計算機金屬外殼、多種強弱電走線架、線槽、線管外殼、防靜電地板、墻面彩鋼板及配電柜的PE線都接到銅母排上，并用紡錘絕緣端子銅排固定，用6 mm2銅芯線就近接于各接地匯流排上。機房區(qū)域防雷系統(tǒng)采用40 mm×4 mm銅排繞機房區(qū)域一周作為防雷均壓帶，用100 mm×0.3 mm銅箔作泄流銅網(wǎng)，并通過等電位連接器采用35 mm2接地銅芯線與大樓的接地母排連接。為了消除機房內(nèi)不同接地裝置間的電位差對人員及設(shè)備的影響，需將機房內(nèi)的接地網(wǎng)格與獨立的直流工作地進行等電位連接，防雷保護地及直流工作地（邏輯地）的接地電阻應≤1Ω。機房防雷及接地平面布置見圖6。

6 環(huán)境監(jiān)控布置

機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要負責市電與UPS供配電及機柜用電（PDU插座）、溫度和濕度、空調(diào)機組狀態(tài)、漏水及消防設(shè)施等的監(jiān)測。為了適應無人值守的需求，除提供聲光報警信息外，還需提供短信等報警信息服務(wù)。

機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)布置如下。（1）動力監(jiān)控部分：UPS實時參數(shù)包含兩路，監(jiān)測UPS輸入?yún)?shù)、UPS輸出參數(shù)、UPS工作模式－雙變換、電池逆變、旁路；PDU實時參數(shù)包含36路，監(jiān)測PDU的配電參數(shù)及運行狀態(tài)［5］。（2）環(huán)境監(jiān)控部分：精密空調(diào)包含4臺，監(jiān)測精密空調(diào)的送回風溫濕度、空調(diào)風機開關(guān)狀態(tài)、空調(diào)壓縮機開關(guān)狀態(tài)、應急風扇開關(guān)狀態(tài)；溫濕度包含18個點，監(jiān)測機冷通道溫濕度閾值；溫感包含18個點，監(jiān)測熱通道溫度閾值；漏水包含6處區(qū)域式漏水配置漏水感應繩，監(jiān)測機房內(nèi)有無漏水發(fā)生；紅外監(jiān)測包含3路，通過開關(guān)量數(shù)據(jù)采集模塊，將紅外線信號送到監(jiān)控主機，同時可與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，有人走動時拍照；門磁監(jiān)測包含3路，監(jiān)測機房出入口是否有異常的開門情況。（3）安保監(jiān)控部分（接入醫(yī)院原有系統(tǒng)）：門禁管理包含2道雙開門1道單開門，采用進門刷卡＋出門按按鈕的驗證方式，實現(xiàn)對人員出入情況的管理；視頻圖像包含5路，監(jiān)視機房區(qū)域的實時圖像，并進行視頻錄像；消防包含1路，監(jiān)測消防控制箱提供的干接點火警信號。（4）門禁系統(tǒng)與消防聯(lián)動：在發(fā)生火災時，安裝有門禁的消防通道門電源強切斷電，門鎖系統(tǒng)斷開后自動開啟。機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)布置見圖7。

圖6 機房防雷及接地平面布置圖

圖7 機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)布置圖

7 消防系統(tǒng)的聯(lián)動設(shè)計和實現(xiàn)

機房消防系統(tǒng)見圖8。

設(shè)計難點：主機房微模塊由2個通道組成，在每個微模塊組均采用1臺專用機架式消防單元，消防單元的傳感信號接入開關(guān)量采集器傳送到數(shù)據(jù)采集單元；消防單元可以提供通斷的開關(guān)量（無法進行編號）和12 V的直流電輸出，大樓消防系統(tǒng)采用消防產(chǎn)品，需要通過識別編碼的開關(guān)量才能接入消防系統(tǒng)內(nèi)，而消防系統(tǒng)無法識別到消防單元的開關(guān)量。

圖8 機房消防系統(tǒng)圖

解決方案：通過在機房額外增加大樓配套的消防溫感和煙感監(jiān)測裝置接入大樓消防系統(tǒng)中，與機房現(xiàn)有的消防系統(tǒng)同步感知機房的溫、煙狀態(tài)，實現(xiàn)消防聯(lián)動功能。

具體實施：在8樓主機房吊頂下，安裝2個煙感和2個溫感，通過RS485總線接入醫(yī)院招待所1樓的消控中心，在消防煙感和溫感報警的同時，大樓的煙感和溫感同步報警，使大樓消控中心可以同步獲得8樓主機房的消防狀態(tài)［6］；8樓機房在2個消防單元的噴氣前，消防開關(guān)量由常開轉(zhuǎn)為常閉信號，于2個消防單元的開關(guān)量接口上分別接入1個8301輸入輸出控制模塊（該模塊可進行編碼，并可接入消控中心的消防主機上），經(jīng)過8301輸入輸出模塊的開關(guān)量變化，使消控中心的消防主機可以及時識別該報警信號。

8 小結(jié)

醫(yī)院容災機房的整體建設(shè)是一項極為復雜的工程，涉及強電、弱電、安全等方面的內(nèi)容，只有各個系統(tǒng)緊密結(jié)合、相互聯(lián)動，才能最大限度地保障容災機房內(nèi)各種電子設(shè)備的安全運行。醫(yī)院信息技術(shù)人員需要學習多方面的標準和知識，此外，在機房設(shè)計、建設(shè)及維護過程中，管理者需要不斷發(fā)現(xiàn)問題并總結(jié)經(jīng)驗，為醫(yī)院穩(wěn)定運行提供保障。