微模塊機房在軌道交通的實踐應(yīng)用

曹亞麗

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019）

數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)信息計算、交換和存儲的中心，為了保證服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以穩(wěn)定、可靠地運行，數(shù)據(jù)中心須具備可靠的機房設(shè)施、高水平的網(wǎng)絡(luò)管理能力和完善的增值服務(wù)。因此，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計既要滿足當(dāng)前系統(tǒng)的各項需求，又要滿足面向未來快速增長的發(fā)展需求。在基礎(chǔ)設(shè)施方面需要滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及工作人員對溫濕度、潔凈度、風(fēng)速、電源質(zhì)量、噪聲、照明、振動、防火防盜、防雷、屏蔽和接地的要求。近年來，依托華為、浪潮等IT廠商及百度、阿里巴巴和騰訊等IDC服務(wù)商在各行業(yè)的大力推廣，微模塊機房以其多種技術(shù)融合的優(yōu)勢，逐漸成為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)趨勢。傳統(tǒng)軌道交通弱電設(shè)備機房采用各專業(yè)獨立設(shè)置，即設(shè)計通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備機房及對應(yīng)的電源室。如果在網(wǎng)絡(luò)化控制中心（NCC），就需要設(shè)置每條線的通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備機房及對應(yīng)的電源室，對建筑面積有較大的需求。經(jīng)過方案對比論證可知，采用微模塊機房建設(shè)軌道交通弱電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心可以達到縮短建設(shè)周期、節(jié)省投資成本以及降低能耗的目標(biāo)。

1 建設(shè)目標(biāo)

該項目的建設(shè)目標(biāo)如下：1） 節(jié)約建設(shè)和運營投資成本。2） 節(jié)能。比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能30%。3） 具有可擴展性。4）業(yè)務(wù)工作運行規(guī)范、高效。5） 安全保障全面有力。6） 系統(tǒng)設(shè)施與建筑結(jié)構(gòu)和諧共存。7） 充分運用新技術(shù)。8） 系統(tǒng)可靠性強，維護操作方便快捷。

2 系統(tǒng)組成

微模塊設(shè)備由配電系統(tǒng)（配電柜組成的配電鏈路）、機柜系統(tǒng)（服務(wù)器柜、網(wǎng)絡(luò)柜等）、冷通道系統(tǒng)（門、天窗和線槽等）以及動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（軟硬件平臺、溫濕度和視頻等）組成。

2.1 配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)采用綜合電源方案為通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備供電。

該系統(tǒng)采用UPS不間斷電源，配置市電交流配電屏和蓄電池組。根據(jù)通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備的功耗來計算UPS容量，采用1+1熱備冗余。交流配電屏負責(zé)從動力照明專業(yè)處引接2路電源進行自動切換，對切換后的電源進行一次分配，為UPS提供電源。交流配電屏還將UPS單元輸出端接入配電裝置的輸入端進行分配，二次輸出至精密列頭柜。每列精密列頭柜負責(zé)為整列IT機柜設(shè)備供電，根據(jù)各IT機柜設(shè)備功耗分配電源空開至機柜PDU。蓄電池采用密封免維護膠體蓄電池，其主要功能是在市電正常時將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并儲存化學(xué)能；當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r，將儲存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，為UPS電源的負載提供后備工作電源。每臺UPS配套的蓄電池后備時間為1 h。配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 配電系統(tǒng)圖

設(shè)置電源網(wǎng)管設(shè)備，集中對電源設(shè)備進行實時監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括UPS、交流配電屏以及蓄電池單體等。電源監(jiān)控系統(tǒng)具有性能指標(biāo)監(jiān)控、維護管理、告警觸發(fā)及輔助處理等功能，可以集中監(jiān)控UPS電源設(shè)備的交流部件（輸入電源、輸出電源）、交流配電屏、整流部件、直流部件、逆變部件以及蓄電池等參數(shù)，還可以對主要數(shù)據(jù)進行測試。其具有電池智能化管理功能，可以定期自動地對電池進行充、放電，預(yù)告電池壽命和當(dāng)前負載下的備用時間；具有電池容量在線監(jiān)測、設(shè)置電池放電終止電壓以及強制蓄電池退出功能，能夠在監(jiān)控系統(tǒng)終端上定期地對電池進行充、放電維護。

2.2 機柜系統(tǒng)

機柜系統(tǒng)配置1個32柜位（包括2個精密列頭柜柜位）的微模塊通道。機柜分2排并柜組裝，每臺機柜配置PDU、垂直理線槽、盲板以及相應(yīng)的冷通道組件。機柜尺寸采用2種標(biāo)準(zhǔn)機柜（600 mm×1200 mm×2200 mm 、800 mm×1200 mm×2200 mm）。通道距離為1 200 mm，方便維護人員操作維修，詳細情況如圖2所示。機柜前門采用單開門設(shè)計，后門采用雙開門設(shè)計。機柜前后為網(wǎng)孔門，可以滿足散熱要求。機柜前、后配機械鎖，根據(jù)各專業(yè)配置不同的鎖芯。機柜背面豎向安裝了3個PDU，雙路電源在機柜左、右側(cè)設(shè)PDU，單路電源在機柜右側(cè)設(shè)PDU，PDU可采用不同顏色進行區(qū)分。機柜框架采用2.0 mm鋼材焊接制造，柜體門板采用厚度為1.5 mm的冷軋鋼板，機柜側(cè)板、頂蓋采用厚度為1.5 mm的冷軋鋼板（機柜采用冷加工工藝）。

圖2 機柜平面布局圖（單位：mm）

2.3 冷通道系統(tǒng)

冷通道系統(tǒng)由活動天窗、自動門、機柜與線槽等組成，如圖3所示。

圖3 冷通道分解視圖

天窗采用單翻鋁合金天窗，寬度為600 mm。天窗主要由磁力鎖、線材等組成。旋轉(zhuǎn)天窗通過電磁鎖與頂板連接，工作狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)天窗處于水平狀態(tài)，消防狀態(tài)下由報警聯(lián)動觸發(fā)自動將電磁鎖通電打開，旋轉(zhuǎn)天窗在重力作用下自動打開，保證滅火氣體可以進入密封冷通道。

天窗開啟，與通道內(nèi)的消防告警信號聯(lián)動，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打開，保證滅火氣體可以進入密封冷通道。 通道門采用自動平移門，通道門開啟后不妨礙機房內(nèi)的通道通行及設(shè)備搬運。通道門及天窗采用鋼化玻璃材質(zhì)，端門鋼化玻璃面積大于或等于總面積的98%，厚度大于或等于8 mm，透光率大于或等于90%。通道門頭支持全彩氛圍燈設(shè)計，門框內(nèi)部內(nèi)嵌門型燈帶，通過I/O管理模塊達到燈帶RGB顏色全彩可調(diào)的目的，可以根據(jù)需求變換燈帶的顏色。該燈帶作為外顯裝置可以與監(jiān)控主機實現(xiàn)告警聯(lián)動，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)告警后，燈帶會變化顏色，提示管理人員微模塊機房的運行狀態(tài)，不同的告警等級關(guān)聯(lián)不同的燈帶顏色，從而實現(xiàn)優(yōu)先級顯示的目標(biāo)。通道照明燈選用T5照明燈，適用于交流220 V的場景，搭配人體感應(yīng)開關(guān)可以實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅的目標(biāo)。

機柜頂部設(shè)置上走線槽，強、弱電分開設(shè)置（弱電線槽寬為150 mm，強電線槽寬為300 mm）。走線槽內(nèi)采用不同顏色的固線器對線纜進行標(biāo)識，固定件采用膨脹錨栓進行固定。冷通道設(shè)置尾纖槽，尾纖敷設(shè)在尾纖槽內(nèi)。每個機柜都配置了接地線，可以將其引至上走線槽內(nèi)的接地銅排。密閉通道所有部件均由工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場組裝即可，不需要現(xiàn)場切割成型。

2.4 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

通過RS485總線將各個設(shè)備連接起來，形成一個網(wǎng)絡(luò)智能型動力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、計算分析、數(shù)據(jù)存儲、報警觸發(fā)、報警處理以及邏輯控制功能，可以通過Web瀏覽的方式進行遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢以及維護管理。該系統(tǒng)還具備聲光報警功能，支持回放時對錄像場景的自定義區(qū)域進行智能搜索。 動力環(huán)境監(jiān)控設(shè)備包括監(jiān)控主機、交換機、硬盤錄像機（NVR）以及門禁控制器等，可集中擺放在某一個機柜內(nèi)，便于施工與后期運營維護。該設(shè)備具備多種數(shù)據(jù)接口，可接入配電柜、溫濕度、漏水、煙感以及視頻等各種監(jiān)控對象，從而提供完善的報警處理機制。該系統(tǒng)配置了1塊大于或等于10寸的觸摸展示屏，可以實時展示微模塊的運行狀態(tài)。動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)具備以下功能：1） 系統(tǒng)安全。對機房內(nèi)的視頻、門禁以及消防設(shè)備進行實時監(jiān)控，支持不同訪問級別，還可以對多種角色的權(quán)限進行設(shè)置。2） 視頻監(jiān)控。采用高清半球數(shù)字攝像機，支持PoE供電。采用NVR對視頻進行集中控制和管理，視頻錄像至少可以保存90 d。攝像機可以實時監(jiān)視各路視頻圖像，還可以靈活設(shè)置錄像方式。3） 門禁監(jiān)控。機房管理系統(tǒng)可實時監(jiān)控每個門的狀態(tài)并記錄相關(guān)狀態(tài)。門禁控制器采用TCP/IP方式進行通信，支持多種開啟方式（人臉識別、IC 讀卡以及密碼等）；實時監(jiān)控人員進出的情況并記錄相關(guān)信息；可對門控器進行遠程管理操作；支持防盜報警功能；能夠與消防聯(lián)動；對非法開門或長時間未關(guān)門的情況進行報警。4） 漏水監(jiān)測。當(dāng)檢測到發(fā)生漏水時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警報。5） 煙霧探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用空氣采樣式煙霧探測技術(shù)。 6） 消防聯(lián)動。機房內(nèi)部消防系統(tǒng)可與樓宇消防系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)自動快速遏制火源的功能。煙感探測器、聲光報警器一旦產(chǎn)生告警信號，就會將信號上報至管理系統(tǒng)并發(fā)出聲光告警。7） 天窗控制器。當(dāng)機房內(nèi)任意1個煙感探測器檢測到煙霧超標(biāo)時，控制天窗打開，同時上傳告警信號。聲光告警器工作，發(fā)出聲光報警。天窗控制器可以接收消防系統(tǒng)的控制信號，實現(xiàn)開窗功能?？梢圆捎媚J配置的煙感，也可將消防煙感、溫感接入模塊通道內(nèi)，實現(xiàn)探測報警和聯(lián)動控制的功能。8） 時鐘同步。該系統(tǒng)具備時鐘同步功能。

3 系統(tǒng)特點

該項目的工作重點在于前期收集各專業(yè)（通信、信號以及綜合監(jiān)控系統(tǒng)）的需求，包括機柜數(shù)量、機柜尺寸、設(shè)備電源功耗、線纜數(shù)量、各專業(yè)的接口界面以及需要實現(xiàn)的功能。與樓宇裝修專業(yè)確定機房裝修、空調(diào)通風(fēng)以及低壓配電等要求。所有需求穩(wěn)定后，廠家開始生產(chǎn)微模塊設(shè)備，經(jīng)工廠監(jiān)造、出廠檢驗以及開箱報驗層層質(zhì)量把關(guān)后，將設(shè)備運至現(xiàn)場進行組裝、安裝。

由于機柜內(nèi)的設(shè)備由各專業(yè)提供，因此制定了詳細的施工作業(yè)指導(dǎo)書，對現(xiàn)場施工管理、線纜敷設(shè)工藝、成品保護和進度安排提出要求。各施工單位按照計劃安排各專業(yè)設(shè)備進場、設(shè)備安裝和配線，按規(guī)定進行線纜綁扎和標(biāo)識。各專業(yè)設(shè)備一切就緒后，微模塊設(shè)備完成系統(tǒng)調(diào)試和驗收工作。

經(jīng)現(xiàn)場施工可以得出微模塊機房的應(yīng)用優(yōu)點如下：1）快速部署，縮短建設(shè)周期。可以批量生產(chǎn)微模塊，從而提高設(shè)備的交貨速度?，F(xiàn)場安裝操作采用標(biāo)準(zhǔn)化組裝方式，可以加快安裝速度，還可以縮短微模塊數(shù)據(jù)中心的建設(shè)周期，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心實施階段需要7~8個月，采用微模塊建設(shè)只需要3~4個月。2） 安全可靠。結(jié)合供配電、機柜冷通道、制冷以及集中監(jiān)控等系統(tǒng)于一體，采用冗余設(shè)計，保障微模塊安全、可靠地運行。3） 節(jié)能高效。采用風(fēng)冷行級精密空調(diào)、密閉冷熱通道系統(tǒng)，配合綠色節(jié)能配電方案，數(shù)據(jù)中心全年P(guān)UE值可小于1.5。4） 可擴展。微模塊方案擴展性好，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心分期建設(shè)。模塊與土建分離，大樓主體及基礎(chǔ)水電一次性規(guī)劃，可以實現(xiàn)快速部署、靈活擴容的目標(biāo)。5） 運營管理簡單。微模塊機房可以無人值守，實現(xiàn)7×24 h智能管理，通過配電系統(tǒng)和動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以快速進行故障定位和問題處理。

4 創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 冷通道制冷

該項目的制冷系統(tǒng)采用精密空調(diào)+密封通道的制冷方式，提高了制冷效率，從而達到節(jié)能的目的。弱電機房采用專用空調(diào)機組，其中1臺為備用機組，空調(diào)的制冷量根據(jù)設(shè)備的總制冷量來進行計算。機房空調(diào)為下送風(fēng)，微模塊冷通道下須布設(shè)通孔地板，非冷通道區(qū)域布設(shè)封閉地板，保證精準(zhǔn)制冷。在冷通道的兩端設(shè)置空調(diào)送風(fēng)口，可縮短送風(fēng)距離。設(shè)備及機架采用“冷熱通道”的布置方式，將機柜并柜擺放，這樣在兩排機柜的通道內(nèi)形成1個冷空氣區(qū)（“冷通道”），冷空氣流經(jīng)設(shè)備后形成的熱空氣排放到兩排機柜背面的“熱通道”中，熱空氣回到空調(diào)系統(tǒng)，使整個冷通道機房氣流、能量流流動通暢，提高了冷通道機房精密空調(diào)的利用率，進一步提高制冷效果。由于該項目通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備較多，32個機柜已基本用完，因此微模塊冷通道內(nèi)未設(shè)置空調(diào)。如果在冷通道內(nèi)直接設(shè)置列間空調(diào)，那么制冷效果就更好。

4.2 系統(tǒng)整合

該微模塊機房整合通信、信號以及綜合監(jiān)控等系統(tǒng)設(shè)備，減少了機房面積，降低了土建建設(shè)成本。該項目首次在微模塊冷通道內(nèi)設(shè)置信號機柜，信號機柜有特殊要求，信號機柜須采用電磁抗擾屏蔽柜，保護柜內(nèi)安裝的設(shè)備免受外界電磁波的干擾，機柜EMC/EMI測試指標(biāo)須符合規(guī)范要求。

在項目實施過程中，將信號機柜發(fā)往信號集成商指定位置，待信號集成商完成設(shè)備安裝和相關(guān)測試后，由信號集成商發(fā)往微模塊機房，最后完成安裝工作。

5 結(jié)語

綜上所述，微模塊機房在軌道交通中具有明顯的優(yōu)勢，它可以解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)周期長、耗資成本大、場地利用率低、運行能耗高和運營難度大的問題。該技術(shù)不僅可以應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，而且還可以逐步應(yīng)用在其他行業(yè)中。