高校數(shù)據(jù)中心機房建設實例淺析

潘小星

(南京醫(yī)科大學，江蘇南京 211166)

隨著信息化建設不斷發(fā)展，校園信息化建設目標已從信息化邁向智慧化。教育部發(fā)布的《高等學校數(shù)字校園建設規(guī)范(試行)》意見中要求，在教育信息化2.0 發(fā)展中，應對信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和積極發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)＋教育”的發(fā)展需求，不斷改善學校辦學條件，營造網(wǎng)絡化、數(shù)字化、智能化、個性化、終身化的教育教學環(huán)境，提高教育教學質(zhì)量和科研服務水平，提升科學決策和教育治理能力，全面提升智慧教育建設水平。

南京醫(yī)科大學制定的“十三五”信息化發(fā)展規(guī)劃中將信息化校園明確提升為智慧校園。隨著學校大規(guī)模信息化建設，數(shù)據(jù)資源和智慧化應用需求的不斷增加和行政中心校區(qū)遷移，在新校區(qū)建設一個安全可靠、功能完善、設施領先、環(huán)保節(jié)能、智能化、空間足夠的數(shù)據(jù)中心機房需求迫在眉睫。學校老的數(shù)據(jù)中心機房于2012 年在老校區(qū)建設，長期以來有力保障了學校信息化發(fā)展的需求，同時也暴露出相應問題：

1)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心容量已飽和，初期建設采用傳統(tǒng)架構(gòu)，18個獨立機柜部署，承載全校網(wǎng)絡核心傳輸設備、智慧校園設備、二級部門托管設備等，已無可用空間。

2)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心只采用了一套空調(diào)系統(tǒng)、不間斷電源，物理條件存在單點故障，應對突發(fā)事件能力薄弱，無法保證業(yè)務連續(xù)性。

3)機房動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控內(nèi)容不夠豐富，報警方式單一，時效性欠缺，無法實現(xiàn)對機房運行狀態(tài)的實時監(jiān)控[1]。

1 機房建設總體規(guī)劃

根據(jù)學?？傮w安排，在新校區(qū)教學樓一層新建數(shù)據(jù)中心機房，為校園網(wǎng)絡接入、核心網(wǎng)絡設備、數(shù)據(jù)中心、校園一卡通以及二級部門服務器托管、高性能運算提供不低于國家機房建設標準B 級的房環(huán)境(GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》)。新建數(shù)據(jù)中心建成后與老機房形成主備運行模式，實現(xiàn)異地災備，進一步提高數(shù)據(jù)中心機房的可靠性。

按照學?？傮w需求，新建機房包含以下幾個功能區(qū)域：光纖接入間、電池電力間、數(shù)據(jù)中心區(qū)、會議及監(jiān)控室、備品備件室。光纖接入間為校區(qū)樓宇光纖線路匯聚點。鑒于原有光纖線路改道難度大，且禁止外單位線路維護人員進入機房的原因，單獨設置該區(qū)域，如圖1。

2 機房建設分項內(nèi)容

機房主要包含以下10個子系統(tǒng)：裝飾裝修系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、滅火報警系統(tǒng)、新風排煙系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控及門禁系統(tǒng)、機柜冷通道系統(tǒng)。

2.1 機房裝飾裝修

數(shù)據(jù)中心機房的裝飾裝修不是普通的室內(nèi)裝修，除了要考慮美觀外，更著重于安全性及實用性。機房裝飾裝修系統(tǒng)主要包含頂、墻、窗、地四方面。頂面防塵、保溫處理后，采用鋁方通吊頂?，F(xiàn)有層高3.72 米，主梁高度0.6 米，地面活動地板架高0.25 米鋪設，吊頂內(nèi)預留管道管線空間后，整體機房建設后凈高2.65米。滿足GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》中條文說明第6.1.3 條“機房凈高度不應小于2.6m”。墻、柱面設置采用鋪設C75 輕鋼龍骨，填充保溫巖棉，最終做彩鋼板飾面處理。窗戶參照墻面設計，做封閉處理。地面以下做防塵處理、B1級保溫層，地板下墻裙及地面刷立邦漆做凈化處理。最終鋪設抗靜電地板，地板支架高度為250mm,地板選用全鋼抗靜電活動地板。同時為保證機房裝飾裝修方面的質(zhì)量，本次機房建設過程中，引入專業(yè)的監(jiān)理單位，全程跟蹤把關隱藏工程[2]。

2.2 綜合布線系統(tǒng)

按實際使用需求，主要傳輸產(chǎn)品采用6類非屏蔽雙絞線和萬兆單模光纜布線系統(tǒng)。點位兩端配置對應的配線架、配線架理線器、模塊、保留足夠的物理通道冗余路由。綜合布線設計及施工方式采用上走線。光纖接入間至校園網(wǎng)絡冷通道：144芯單模光纖；光纖接入間至財務一卡通冷通道：72芯單模光纖；校園網(wǎng)絡冷通道至數(shù)據(jù)中心及其他冷通道分別部署一根24芯單模、24根六類非屏蔽雙絞線；冷通道內(nèi)部則采用定制成品跳線直連交換設備模式，最大化滿足冷通道內(nèi)部線路需求。具體綜合布線圖如下圖2。

圖2 綜合布線圖

2.3 供配電系統(tǒng)

機房強電配電系統(tǒng)設計主要考慮兩方面。一方面是動力用電(空調(diào)及照明)：12臺功率為18KW的行級精密空調(diào)，3臺功率為12KW 的行級精密空調(diào)；配電間2 臺基站空調(diào)，功率約6KW；照明、插座、新風機排煙機及其他用電約35KW;合計總用電功率約300KW。另一方面為設備用電：五個冷通道區(qū)域共計75臺機柜，其中15臺高性能機柜功率按8KW,其余每臺機柜功率按4KW；應急照明、消防排煙約3KW；合計滿載用電總功率為363KW；最終按需求UPS 選用400KVA 的機框，即滿載400KW；

學校配電中心獨立為機房提供三路市電電源，一路供給機房動力用電；兩路電源供給機房設備配電，市電經(jīng)ATS 自動切換開關，為UPS 設備供電。配電電纜容量選擇，需滿足回路開關的整定保護值，載流量應在相應保護范圍內(nèi)，所有配電電纜均安裝保護線槽，所有電纜均采用阻燃電力電纜。本次機房弱電綜合布線采用上走線方式，強電采用下走線方式。

2.4 UPS系統(tǒng)

經(jīng)以上供電計算設備用電負載，考慮到良性負載，則321.5/0.8≈400KW，因此本次部署兩400KVA模塊化UPS，互為備份做雙路供電架構(gòu)。(該主機的功率因數(shù)為1，400KVA=400KW)

本次建設兩臺UPS 配置容量各為150KVA，并分別提供當前負載下約60 分鐘后備延時,共160 節(jié)12V150AH 的蓄電池采用開放式電池架承載。

機房整體采取三級配電架構(gòu)，具體配電拓撲如圖3。

圖3 配電拓撲

2.5 制冷系統(tǒng)

該系統(tǒng)設計建設應考慮兩個方面：一是空調(diào)外機需充分考慮散熱，銅管及排水管路防凍等因數(shù)；如外機安裝位置在二樓及以上，還需考慮承重問題。本次案例中的空調(diào)外機是在機房外圍單獨修筑水泥平臺集中安裝空調(diào)外機，如圖4。

圖4 空調(diào)外機安裝

二是空調(diào)的選型及制冷量的設計，數(shù)量安裝方面采取N+1架構(gòu)，保障各功能區(qū)域的溫濕度穩(wěn)定。具體分配如下：校園網(wǎng)絡通道3臺制冷量為25KW的行級精密空調(diào)機組，2用1備。

數(shù)據(jù)中心通道：3臺制冷量為39KW的行級精密空調(diào)機組，2 用1 備；一卡通及財務通道：3 臺制冷量為39KW 的行級精密空調(diào)機組，2 用1 備；二級部門服務器托管通道：3 臺制冷量為39KW的行級精密空調(diào)機組，2用1備；高性能運算通道：3臺制冷量為39KW的行級精密空調(diào)機組，2用1備；電池電力間：2臺制冷量為12.5KW 的基站空調(diào)；會議室及監(jiān)控室各配置1 臺5P的商用吸頂式空調(diào)[3]。

2.6 滅火報警系統(tǒng)及新風排煙系統(tǒng)

目前機房氣體滅火報警系統(tǒng)主要采用七氟丙烷自動滅火系統(tǒng)，分有管網(wǎng)和無管網(wǎng)。涵蓋范圍主要包括校園網(wǎng)絡通道、主機房及電池電力間3個消防保護區(qū)。根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50370-2005并結(jié)合《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017，低于500 平米的機房可采用無管網(wǎng)。結(jié)合造價因素，本次設計預制滅火系統(tǒng)即無管網(wǎng)式。

同時按照《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017機房新風量設計為區(qū)域容積的兩倍，排風量為區(qū)域容積的五倍的要求，配套建設相應的新風及災后排煙系統(tǒng)[4]。

2.7 防雷接地系統(tǒng)

根據(jù)GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》要求，本機房電源防雷采用三級保護。A 級設置在大樓總配電柜輸出端，B 級防雷器安裝在機房配電間中的總電柜輸出端、C級防雷器在強電列頭柜輸入端。機房內(nèi)綜合接地系統(tǒng)接地電阻小于1歐姆。

2.8 動力環(huán)境監(jiān)控及門禁系統(tǒng)

機房動力和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要包括中心機房運行環(huán)境、供配電系統(tǒng)、UPS 系統(tǒng)、空調(diào)新風系統(tǒng)的集中監(jiān)控等。監(jiān)控內(nèi)容如下：

(a)機房動力監(jiān)控：配電監(jiān)控、UPS監(jiān)控等；

(b)機房環(huán)境監(jiān)控：漏水檢測系統(tǒng)、空調(diào)狀況及參數(shù)、機房內(nèi)的溫濕度等；

(c)各區(qū)域功能間無死角視頻監(jiān)控、出入口門禁監(jiān)控等；

(d)每組冷通道設置門禁(進門刷卡加密碼方式)、機房外走廊兩端設置人臉識別門禁；

(e)財務機柜單獨設置機柜門禁。

包含豐富報警形勢，如設置與校級短信平臺和電話平臺對接或者在監(jiān)控中心集中顯示，實現(xiàn)對機房運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

2.9 機柜冷通道系統(tǒng)

冷通道系統(tǒng)規(guī)劃主要考慮兩方面。一是按照功能需求設置通道數(shù)量。本案例中按照需求設置五組冷通道，用途分別為：校園網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心、一卡通及財務、二級部門托管、高性能運算。二是結(jié)合機房實際空間確定每組通道機柜數(shù)量。通道包含柜體、側(cè)門、機柜照明、背景燈帶、冷通道門禁、頂棚天窗、機柜頂部配套強電線槽、弱電線槽、一體式PDU、0U 配線架等配件[5]。

3 建設成效

經(jīng)過一年多的建設，學校建立了面積441.8 平米的標準化數(shù)據(jù)中心機房，滿足學校未來8-10 年的信息化發(fā)展需求。新的數(shù)據(jù)中心機房建設，實現(xiàn)了對資源的統(tǒng)一整合、按需分配，有效地提高了資源的利用率。為學校新一輪的智慧校園建設提供必要的基礎保障。由于采用了新的機柜冷通道建設架構(gòu)，數(shù)據(jù)中心機房的能耗值較老的數(shù)據(jù)中心，明顯降低，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的設計目標。功能完善、運行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中心機房，大大的減輕了管理人員的工作壓力，提高了安全管理級別，降低了人力運維成本。機房投入使用以來，已接待多批次的專家學者參觀交流，得到了高度評價，大大提升了學校的知名度。見機房全局實圖(圖5、圖6)。

圖5 機房全局實圖

圖6 機房全局實圖

4 結(jié)束語

高校的數(shù)據(jù)中心機房建設是一項對信息化管理人員專業(yè)性要求很高的工作。需要科學設計，充分利用現(xiàn)有的空間，要考慮性能、安全、功能等多方面因數(shù)。采用先進的技術(shù)架構(gòu)，既能滿足應用需求，又能達到節(jié)能減排的效果。采用分級部署，功能模塊化的建設架構(gòu)，打造出應變能力、靈活性、適用性都較強的智能化、管理型數(shù)據(jù)中心機房。