高校数据中心机房建设与实践

肖非常

国防大学政治学院，上海 201602

作为高校信息化建设的“硬核”，数据中心的经济社会价值举足轻重，已引起各高校高度重视。而作为保证数据中心关键设备和装置安全稳定可靠运行的数据中心机房，其建设的规范性、安全性、易扩展性和高可维护性，也要求更为专业。本文以上海某任职教育院校数据中心机房建设为例，通过详细设计论证和严格的建设管理实施，提升了整个数据中心的安全性，节约了建设维护成本，使用绿色节能环保，维护管理灵活便捷，取得了预期的建设效益。

一、需求分析和关键技术分析

（一）需求分析

新建机房，在业务上，立足未来10-15年的使用和运维需求，托管学校各类关键信息设备，承载运行各类信息系统，备份容灾重要信息数据，并充分考虑将来业务拓展对数据中心机房升级改造的要求；在安全上，按照等级保护原则分功能区建设，确保设备安全、数据安全，做到能够规避多种灾难，使用安全可控；在管理上，使用界面友好、环境舒适，管理方便灵活，节能环保。

（二）关键技术分析

新建机房规避传统机房设计上的不足，紧跟时代步伐，采用最新科技手段，如物联网、云计算、5G网络通信等信息技术，以及电气、制冷、新材料运用等相关学科关键技术，重点考虑机房供配电、暖通制冷、气体消防、防雷接地、基础网络、综合布线、装修布局、运行数据采集管理等模块前沿技术的运用，做到机房环境安全可控、使用智能绿色环保。

二、模块设计

按照数据中心机房设计的流程，先平面整体布局，后基础环境设计，再网络布线、硬件陈设规划，最后机房运行管理的流程逐步展开，重点介绍六个模块：装修布局、机房供配电、暖通制冷、气体消防、网络布线、机房运行管理。

（一）装修布局

按安全等级、功能需求、维护管理等维度，划分出不同的使用区域，如设备集中陈列区、监控操作区、网络配线区（含电话通信站）、UPS电源站（强电配电区）、钢瓶间、备件库、维修室，规划相应的使用面积、空间布局。各功能区根据业务应用再进一步细分，如按照安全等级将设备集中陈列区设主辅区域各一个、主区域为云计算区，存放内部资料，辅区域为屏蔽安全区，存放秘密资料，另立单间设互联网机房，对外部署应用。主辅区域又根据业务特点设若干个冷热封闭通道，规划列头柜（强电柜、配线架等）、服务器、存储、安管设备、交换路由设备以及其他配套基础设施的空间布局。各区域按照消防规定、节能标准、外观布局采用不同的物理材料进行隔离装修。

（二）机房供配电

安排至少两路不同来源市电给数据中心机房供配电，确保一路市电掉线时另一路市电能及时接管，通过技术参数设置实现双回路供给，确保机房网络设备、气体消防系统等关键设施设备不间断运行。设立强电配电区，建立UPS电源站，平时储电，应急时供电。新建机房UPS电源站建设至为重要，目前主流机房均采用铅酸电池储电，随着技术进步，将来会逐步考虑配置锂电池储电，实际建设中可根据需求程度和经费支持，灵活选择、灵活配置。建立储电可以确保无市电时仍有模块化UPS系统通过双路母线向机房设备供电，支撑相当时间电源供给，减少关键核心设备宕机概率，确保学校信息化业务不断线。条件具备可在中心机房近旁建立发电站，通过燃油发电。本案例设计中在中心机房楼宇地下设立简易发电站。

（三）暖通制冷

保持机房恒温湿度是确保机房不发生消防事故等系统性风险、延长机房存放设备使用寿命的关键一环，历来是机房建设重中之重。机房制冷模式经历了由壁挂空调柜式空调等房间级空调，到大功率超大功率中央空调，到行间级精密空调，再到冷热通道新风系统配合使用的发展历程。目前制冷主要围绕风速稳定、温湿度均匀、绿色节能的目标发展，采用新风系统给机房制冷换气，采用精密空调、建立冷热通道，精准给信息设备制冷保温。新风系统充分考虑节能，如对进排风口按照风向合理设置区域位置，采用弯曲管道采集冷凝水地下水制冷，大大提高了节能效果。采取热通道封闭、冷热通道分离的先进技术，精密空调采用下送风，保证了机房空调制冷的高效节能。本次建设多措并举，充分利用自然冷却条件，广泛运用各种节能技术，实现了数据中心PEU（能源使用效率）值在1．9以下。另外，在设计中还充分考虑机房内温湿度数据采集方式以及精密空调漏水威胁等环节。

（四）气体消防

随着数据中心托管的设备越来越多，信息数据的重要性，机房消防的重要性毋庸置疑。消防设施是机房安全的守护者，能够在机房即将发生灾难时发出预警，降低风险损失，是机房最后一道保险。消防设施也经历了由传统的喷淋头、自动灭火器人工灭火到选用防火材料，运用卷闸门通道隔离，再到现在普遍采用烟感、光感、温感预报警机制，通过气体消防系统灭火，减少硬件设备损伤。灭火材料也由清洁、无毒、电绝缘性好、灭火效率高的七氟丙烷代替传统的卤代烷。气体消防设计中重点考虑喷气口设置点、有效覆盖范围、灭火程度、钢瓶压力等因子，以及与其他信息系统的联动。

（五）网络布线

机房是网络拓扑的核心节点，是万线归总的地方。合理划分网络功能区间，合理走线，不仅能极大提升机房管理效益，而且还能节约建设成本。如配合管道铺设的地面，采用高架地板；配合走线的顶面，走线桥架的位置方向，馈线、地线、尾纤、电源线如何布线，需考虑周全。为便于后期维护扩展，尽量模块化设计，合理规划普通机柜与列头柜（强电柜、配线架等）对应关系，服务器、存储、安管设备与交换路由设备对应关系。

（六）机房运行管理

随着业务系统的扩容，数据中心的经济社会价值举足轻重，靠人工值守既不准确，也不现实。数据中心目前普遍设立门禁和视频监控，规范人员进出。新建机房很有必要配备完善的动力环境系统，采集机房供配电、环境温湿度、空调运转、管道运行、地面漏水点、人员进出等基础数据信息。运用物联网和互联网技术，通过本地巡检和远程巡查，手机短信定期推送等方式，建立多种不同的报警手段，使管理人员能够全天候实时监控掌握机房运行状态，做到遇到情况能够在第一时间发现处理。本案例中在机房平面布局时设立监控操作区，通过控制室拼接屏和观摩展示区的大屏可以实时查看主辅机房的环境及设备的运行状态，24小时不间断采集机房运行数据。

三、数据中心机房建设实施

数据中心机房内部各子系统相关度很高，在设计时应充分考虑系统之间的联动。大数据时代的到来，数据正从细流演变成海啸，作为承载新业务应用、推动智慧校园建设的“底座”，数据中心机房建设将不断走向开放、绿色、智能。

（一）实施筹备阶段

在完成详细设计的基础上，重点考虑三个因素，建设受限条件及可能隐患、新技术预留接口和如何绿色节能环保。

比如建设受限条件及可能隐患，首先要考虑单体建筑实际情况。机房设在低层还是高层？设在低层如何保证消防安全，如何排风排烟，其优劣势？设在高楼对制冷有何影响、对节能、防雷接地如何安排？对照受限条件补齐短板，封堵可能存在安全隐患。

比如新技术预留接口，目前高校数据中心机房大多属于B类机房，秉承可靠、先进、节能、安全的理念[1]设计，采用了物联网、云计算、安防监控等主流技术，实现模块化管理。随着5G网络的规模建设，“云-网-边-端”四体协同即将改变人民生活方式，数据中心也将朝着云化和ICT融合演进[2]，机房建设新技术将接踵而至。新建机房不仅要满足现在需求，还要充分考虑将来发展，为新技术革新留足接口，防止将来机房建设模块“迭代”时空间受限，成为升级改造的天花板和制约瓶颈。

比如确保绿色节能环保，首先要考虑数据机房容量大小、能效指标。具体来讲，主要包括供配电设置，空调选型、位置、参数设置，新风系统布局，进排风口位置方向及其各系统相互关系等等。

（二）实施施工阶段

按照先外围后核心，先硬件后软件的顺序梯次展开数据中心机房施工建设。一是场地布局，划分功能区间，细分功能模块，铺设管道线缆，完成水电接入，完善隐蔽工程，搞好装修装饰；二是环境搭设。做好配电输入输出，搞好消防安全措施，合理布设空调新风系统；三是硬件陈设，设置冷热通道，摆放业务机柜、列头柜，完成网络走线；四是采集数据，通过传感技术等，部署动力环境监控系统，实时监控机房运行动态。

四、总结展望

本次数据中心机房建设实践重在模块设计，对UPS电源功率、PEU能效指标、机房热负荷等进行了科学的测算分析，保证了信息设备持续稳定运行。通过采取热通道封闭、冷热通道分离的先进技术，保证了机房空调制冷的高效节能，改变了传统机房空调系统能耗大、制冷率低的问题。

展望未来，基于开放架构的软件平台将催生新的业态，ICT超融合是大势所趋，边缘数据中心、泛在计算将提上日程。尤其是随着5G、AI时代的到来，无人值守、全智能、自动化、分布式将成为高校数据中心的标配，绿色机房、智能运维已悄然而来。