一體化機柜技術(shù)在支行機房模塊化建設(shè)中的應(yīng)用

何國巨

（中國人民銀行梅州市分行，廣東 梅州 514011）

近幾年，隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，對承載著業(yè)務(wù)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的機房或數(shù)據(jù)中心提出了更高的要求。自2021 年5 月國家四部委聯(lián)合發(fā)布《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》以來，10 月又出臺了《關(guān)于嚴格能效約束推動重點領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》，各地政府部門也紛紛出臺機房、數(shù)據(jù)中心改造及淘汰方案。主要圍繞在機房基礎(chǔ)設(shè)施上節(jié)能降耗、加快應(yīng)用先進綠色技術(shù)產(chǎn)品及優(yōu)化綠色管理能力等方面展開推進。一體化機柜技術(shù)正是為支撐這些實時性要求高的業(yè)務(wù)而生，對中國推進機房模塊化建設(shè)起到了關(guān)鍵性作用，實現(xiàn)了節(jié)能降耗、建設(shè)成本低、綠色智能運維等要求，解決了以往難以統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)和運維管理的難題，同時符合《電子計算機房設(shè)計規(guī)范》和《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范，保障各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 一體化機柜技術(shù)

一體化機柜技術(shù)是將配電、UPS（Uninterruptible Power System，不間斷電源）供電、制冷、門禁、機柜、照明、消防、監(jiān)控和布線等基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)施全部整合至一個全封閉IT 機柜內(nèi)，通過各項子系統(tǒng)的監(jiān)控實現(xiàn)整體運維管理，為IT 設(shè)備間、機房、數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用場景提供前所未有的優(yōu)良工作環(huán)境和可靠保障平臺[1]。該技術(shù)將各種設(shè)備模塊化、標準化集成，再利用應(yīng)用軟件統(tǒng)一管理，應(yīng)用場景豐富、建設(shè)成本低，因而能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境經(jīng)常被金融網(wǎng)點、政府、教育、醫(yī)院、軍隊、交通等行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，支持單柜、單排、雙排等多種靈活部署方式，可以按照客戶業(yè)務(wù)需求定制功能模塊，擁有高密度與模塊化、高可靠性與可用性、靈活配置與快速部署、簡易安裝與節(jié)能降耗、綠色智能與運維監(jiān)控等特點。

1.1 硬件設(shè)備組成

一體化機柜的硬件設(shè)備主要由設(shè)備倉、蓄電池倉、門與門鎖組成。

設(shè)備倉用于放置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、計算機等設(shè)備，用隔板與蓄電池倉分開，便于設(shè)備空間的隔熱；蓄電池倉用于安裝蓄電池，機柜的外部板材上貼有保溫棉，以達到保溫效果；機柜門采用內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，門縫間隙緊湊，可采用人臉識別、指紋等技術(shù)開鎖，機柜門安裝開關(guān)門鎖告警傳感器，配合動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)報警和記錄。

1.2 軟件設(shè)備組成

軟件設(shè)備主要由機殼、溫濕度控制系統(tǒng)、照明單元、監(jiān)控系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和配線系統(tǒng)組成。

機殼：常見安裝內(nèi)尺寸為8 0 0 m m（W）×800 mm（D）×1 800 mm（H）、650 mm（W）×650 mm（D）×1 400 mm（H），其他尺寸均可定制，采用熱交換方式對柜內(nèi)設(shè)備進行散熱，可以安裝直流配電、PDU（Power Distribution Unit，機柜用電源分配插座）、DDF（Double Dragon Forever，數(shù)字配線架）等配件，機柜內(nèi)支持19 英寸（IEC297）的標準機架。

溫濕度控制系統(tǒng)：一體化機柜的電子設(shè)備在工作時會產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高，使用溫控設(shè)備控制柜內(nèi)的溫度和濕度，確保通信設(shè)備正常工作，同時提高電子設(shè)備的使用壽命和可靠性。

照明系統(tǒng)：每個獨立倉提供一套48 V/220 V LED（Light-Emitting Diode）燈照明，當機柜門打開時將開啟LED 燈，閉合時將關(guān)閉LED 燈。

監(jiān)控系統(tǒng)：通過RS232 或RS485 通信接口監(jiān)控UPS 系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、環(huán)境狀態(tài)、配電系統(tǒng)及電池系統(tǒng)的狀況，該系統(tǒng)提供實時告警信息、巡檢簽到功能、主機信息、歷史報表等功能，可查詢各子系統(tǒng)的各種狀態(tài)記錄和異常告警記錄。

防雷系統(tǒng)：采用機架式箱體設(shè)置SPD（Smart Power Distribution，智能配電系統(tǒng)）浪涌保護器等防雷設(shè)備，提供B+C 級防雷保護。

配電系統(tǒng)：采用3 kVA 后備2 h+雙路電源輸入，市電正常時，由UPS 逆變給IT 設(shè)備供電，并給電池充電，空調(diào)由市電供電；停電時，由電池逆變給IT 設(shè)備供電，空調(diào)停電，機柜彈門；發(fā)電機啟動，UPS 逆變給IT 設(shè)備供電，并給電池充電，空調(diào)由市電供電；UPS更換、大故障，手動切換至維修旁路，IT 設(shè)備、空調(diào)由市電供電。

配線系統(tǒng)：采用理線架和配線架，預(yù)留足夠的空間滿足機柜配線要求，柜與柜之間連接線由廠家配置，包括電源線、雙絞線、光纖等連接線。

一體化機柜原理圖如圖1 所示。

圖1 一體化機柜原理圖

2 支行機房基本情況

支行機房作為人民銀行機房建設(shè)的末端部位，其保障的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)是人民銀行信息系統(tǒng)的重要組成部分。但是支行機房往往因為人員不足、資金缺乏、技術(shù)落后、大樓陳舊等原因而達不到C 類機房建設(shè)標準，普遍存在以下3 個問題[2]。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施落后，風險隱患明顯

機房使用的不間斷電源（UPS）、發(fā)電機大多是脫保設(shè)備，未購買維護保養(yǎng)服務(wù)；簡單使用空氣開關(guān)和民用排插，未使用配電柜和PDU 設(shè)備；采用民用空調(diào)控制溫濕度，難以調(diào)節(jié)至規(guī)范要求（溫度指標為18～27 ℃，濕度指標為35%～75%）；機房門禁部分使用機械鎖，部分使用指紋鎖，均缺乏門禁系統(tǒng)統(tǒng)一管理；網(wǎng)絡(luò)綜合布線未使用地下管道或架橋式搭建，強弱電未分開鋪設(shè)，容易造成電磁干擾導(dǎo)致信號不穩(wěn)定，兩端標識不清晰，不易排查通信故障。

2.2 機房裝修不規(guī)范，節(jié)能減排不達標

因為機房大多是由支行大樓的辦公室改造而成，所以并未使用機房專門的裝修材料布局，沒有采用機房吊頂方式，墻壁也未考慮保溫、隔熱、防火、平整、光滑、不起塵等要求，強弱電沒有合理分離，交叉混合使用，各種線纜沒有使用管槽、軟管等保護，沒有鋪設(shè)防靜電活動地板。由于以上種種原因，導(dǎo)致能耗方面不符合節(jié)能減排的要求。

2.3 機房缺乏動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)管理，難以發(fā)現(xiàn)故障

機房各類設(shè)備陳舊、品牌不一致。大部分機房沒有部署監(jiān)控模塊，缺乏動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)測UPS、空調(diào)、配電、門禁系統(tǒng)、溫濕度等基礎(chǔ)設(shè)施，僅靠機房管理員每天到現(xiàn)場巡檢。且大部分機房管理員是支行辦公室人員兼職擔任，缺乏科技專業(yè)知識，特別是電氣、自動化等專業(yè)知識。人員缺乏導(dǎo)致兼崗及知識儲備不足，巡檢和管理工作往往靠機房管理人員的主觀意識去判斷，故障難以被發(fā)現(xiàn)。

3 一體化機柜在支行的實施做法

3.1 立足實際，量身定制

分行按照《中國人民銀行縣（市）級支行機房建設(shè)技術(shù)規(guī)范》要求，結(jié)合支行機房普遍存在的問題和市場調(diào)研情況，選取成熟、規(guī)范、安全的科華產(chǎn)品，型號為KDU01-030-030，該產(chǎn)品根據(jù)需求定制，包含6 個模塊，即機柜主體、UPS 單元、配電單元、制冷單元、監(jiān)控單元及門禁系統(tǒng)，集成了UPS（輸出功率為3 kVA）、空調(diào)（制冷量為3 kW）、配電系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)（紐貝爾）、溫濕度、動環(huán)監(jiān)控、配線架、PDU等功能的一體化機柜，具有強大的系統(tǒng)整合和極低的制冷消耗功率，以及集中管理本地、遠程雙模式的實時監(jiān)控和豐富強大的告警記錄功能。

3.2 選取試點，制定方案

為保證該項目順利推進，分行選取某中支縣支行作為試點支行，結(jié)合實際制定出《一體化機柜安裝實施方案》，試點支行按部就班地實施方案，并待一體化機柜成功上線后舉辦技術(shù)培訓會分享經(jīng)驗，由科華專業(yè)工程師講解一體化機柜原理和日常維護知識，試點支行分享經(jīng)驗做法，讓廣東省科技隊伍充分了解一體化機柜的原理和功能，為廣東省順利推廣一體化機柜應(yīng)用做好鋪墊。

3.3 提前準備，安全保障

首先，做好一體化機柜設(shè)備搬運至支行機房工作，大多數(shù)支行機房都設(shè)置在2 樓以上且沒有電梯，或者電梯、樓梯大小空間不夠，由于一體化機柜長1.4 m，寬0.6 m，高2.4 m，質(zhì)量約250 kg，所以建議拆除機柜部分配件減輕質(zhì)量后搬運；其次，支行機房先行布好一體化機柜輸入供電線路和空氣開關(guān)，一主一備共2 路，電纜規(guī)格為3 m×6 m，準備好安裝底座（1 365 mm×600 mm），采用國際鍍鋅角鋼制作，機柜輸入線路與機房照明、空調(diào)電路相互獨立，電纜提前引到機柜底座位中間處，為割接做好準備和節(jié)約時間；另外，為實現(xiàn)快速制冷和節(jié)能環(huán)保，一體化機柜空調(diào)室外機擺放位置與機柜位置小于10 m 為宜，空調(diào)排水管走靜電地板以下或管道，預(yù)留空調(diào)銅管走線位置；最后，厘清支行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，繪制與實際一致的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，并制作一張設(shè)備與端口（或接口）的對應(yīng)列表，所有線路兩端打好標簽，提前與運營商預(yù)約線路割接時間，以防出現(xiàn)問題時能快速查明，并在最短時間內(nèi)解決問題。

4 主要成效

4.1 大大縮短建設(shè)周期，架構(gòu)便于擴展

一體化機柜可以根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求定制功能模塊，將供配電、制冷、監(jiān)控、門禁和布線等基礎(chǔ)設(shè)施模塊化至機柜內(nèi)，后續(xù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求自由擴容擴展。一體化機柜模塊可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)和現(xiàn)貨供應(yīng)，出廠前可以預(yù)先測試單元模塊和標準化連接方式，減少現(xiàn)場配置與調(diào)試時間，提高設(shè)備安裝和調(diào)試效率[3]。傳統(tǒng)的機房從規(guī)劃設(shè)計到申報審批，從土建到裝飾裝修，從暖通到機電工程，涉及專業(yè)眾多，過程復(fù)雜、工程量巨大、建設(shè)周期較長，一體化機柜模塊化建設(shè)僅需1 個月，較傳統(tǒng)機房縮短了3～4 個月。

4.2 建設(shè)成本低，節(jié)能效果明顯

支行傳統(tǒng)機房建設(shè)成本約18 萬（含裝修和基礎(chǔ)設(shè)施，以6 000 元/m2，面積共30 m2為例測算），一體化機柜模塊化建設(shè)成本約6 萬，約節(jié)省67%。一機化機柜占地面積為0.84 m2，采用密封閉保溫設(shè)計，低能耗、低噪聲，有極強的環(huán)境適應(yīng)能力；空調(diào)設(shè)計在機柜內(nèi)，冷空氣在機柜全密閉下運行，內(nèi)部循環(huán)，制冷效果更快更佳，節(jié)能效果明顯。

4.3 智能綠色運維管理，保障機房安全穩(wěn)定運行

一體化機柜的動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)可以接入人民銀行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實時監(jiān)控UPS、空調(diào)、配電系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、溫濕度運行情況。該系統(tǒng)對供電電壓、電流、頻率、負載、功率、溫濕度、指紋運行參數(shù)指標進行智能分析，發(fā)生故障時系統(tǒng)會及時發(fā)出報警情況，中支機房管理員可通過動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)隨時了解支行機房運行情況，及時采取有效措施規(guī)避風險，解決以往機房運行狀況難掌握、難管理的問題。

5 結(jié)論及建議

5.1 選擇成熟品牌，延長原廠質(zhì)保服務(wù)年限

在采購一體化機柜時，首先，盡量選擇成熟品牌和維護保養(yǎng)網(wǎng)點較多的廠商，具有功能模塊齊全、配件充足的能力；其次，延長原廠質(zhì)保服務(wù)時間，一般情況下設(shè)備質(zhì)保時間是3 年，將其維修保養(yǎng)時間延長至6 年，每年4 次按季度進行現(xiàn)場巡檢，實現(xiàn)與電子設(shè)備報廢年限同步，優(yōu)化資產(chǎn)處置；最后，選擇具有技術(shù)力量的廠商，定期對設(shè)備運行情況進行安全檢查，且有解決故障的能力。

5.2 增加智能報警模塊，提高智能運維管理

在考慮功能模塊需求的同時，建議增加智能報警模塊，將短信和電話報警功能納入動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，由于機房管理員大多是兼職人員，不能時刻監(jiān)控動環(huán)系統(tǒng)，增加該模塊后可實現(xiàn)不在崗或下班后依然能接收報警信息的功能，達到7×24 h 保障一體化機柜穩(wěn)定運行。

5.3 制訂運維手冊，開展應(yīng)急演練

傳統(tǒng)機房的運維手冊不適用于一體化機柜，傳統(tǒng)機房的各種基礎(chǔ)設(shè)施都是分開的，各種設(shè)備操作也是不一樣的，一體化機柜集成了各種功能模塊，建議支行機房管理員與廠商技術(shù)員共同制定運維手冊，在發(fā)生故障時可以先按照運維手冊排查，提高運維響應(yīng)能力。支行機房管理員應(yīng)同步更新機房應(yīng)急演練方案，結(jié)合一體化機柜模塊化模式模擬發(fā)生場景，定期開展應(yīng)急演練，提高處理突發(fā)事件的水平。