大型IDC機房的多專業協同及設計案例

陳金芬

【摘要】首先介紹了大型IDC機房的建設趨勢，并提出多專業協同設計是大型IDC機房成功建設的前提條件;然后詳細地分析了土建、裝修、電氣照明、弱電監控、消防、空調、電源、工藝等8個專業在大型IDC機房建設中的設計要點;最后提出了大型IDC機房的多專業協同措施，并以案例來具體說明大型IDC機房的多專業協同設計流程和設計結果。

【關鍵詞】IDC機房????多專業協同????PDU

中圖分類號：TN915.02????文獻標識碼：A????文章編號：1006-1010（2014）-22-

Multi-Discipline?Coordination?and?Design?Case?of?Large-Scale?IDC?Room

CHEN?Jin-fen

（Huaxin?Consulting?and?Designing?Institute?Co.，?Ltd.，?Hangzhou?310014，?China）

[Abstract]This?paper?first?introduces?the?construction?tendency?of?large-scale?IDC?rooms?and?proposes?multi-discipline?coordination?is?the?premise?to?construct?large-scale?IDC?rooms.?And?then，?the?paper?analyzes?the?design?points?of?eight?disciplines?including?civil?work，?decoration，?electrical?lighting，?electronic?monitoring，?fire?control，?air?conditioning，?power?and?craft?in?the?construction?of?large-scale?IDC?rooms.?Finally，?it?presents?multi-discipline?coordinative?measures，?as?well?as?illustrates?the?flow?and?results?of?multi-discipline?coordination?design?by?means?of?specific?cases.

[Key?words]IDC?room????multi-discipline?coordination????PDU

1???大型IDC機房建設趨勢

IDC（Internet?Data?Center，互聯網數據中心）是電信部門利用已有的互聯網通信線路、帶寬資源，建立標準化的電信專業級機房環境，為企業、政府提供服務器托管、租用以及相關增值等方面的全方位服務。行業趨勢、競爭壓力推動大型IDC機房向高密度、高效率、模塊化建設、云計算技術應用方向發展。

傳統的IDC機房最大支持3kW/機柜，導致機柜內空間浪費嚴重。為了降低成本，提高機柜利用率，新建IDC機房實際功耗可達4.5～7kW/機柜。

傳統的IDC機房PUE（Power?Usage?Effectiveness，電源使用效率）在2.1左右，電源容量限制、企業社會責任驅動新建IDC機房PUE值向1.5靠近。

為保證競爭力，IDC機房建設應能夠根據各機房（區塊）容量及建設等級靈活調整。

云計算幫助IDC中心建立業務與資源之間的關系，使現有IDC資源和業務優先級對應，所有服務器可以作為資源池進行統一調度、管理且按需動態分配，從而降低IDC運營成本。

上述IDC機房建設趨勢要求各個專業緊密協作，多專業的協同設計是大型IDC機房成功建設的前提條件。

2???大型IDC機房建設涉及的專業

大型IDC機房建設涉及土建、裝修、電氣照明、弱電監控、消防、空調、電源、工藝這8個專業，每個專業的設計要點如表1所示：

表1????大型IDC機房建設涉及的專業及設計要點

專業

設計要點endprint

土建

機房選址、平面布局、機房載荷、機房層高等

裝修

機房的分割、吊頂、隔斷、防火門、孔洞的開鑿和封堵、隔熱保溫層、靜電地板等

電氣照明

消防報警、照明等

弱電監控

視頻監控、門禁監控、動環監控、環境監控等

消防

消防管道、鋼瓶、煙感、溫感等

空調

機房溫度和濕度、氣體組織結構規劃等

電源

供電模式、電源容量、柴油發電機等

工藝

機房整體的布局規劃、走線架/尾纖槽道規劃、冷/熱通道封閉、機房內綜合布線

3???大型IDC機房的各專業設計要點

下面詳細分析土建、裝修、電氣照明、弱電監控、消防、空調、電源、工藝這8個專業在大型IDC機房建設中的設計要點。

3.1??土建專業

除了一般選址要求，電力引入條件、政府能耗指標和電價優惠政策等因素正成為大型IDC機房選址的關鍵要素，選址過程中要充分考慮電力電壓等級、電力可供容量以及最近的變電站情況和此區域電力規劃情況。

理想的機房平面應該是長方形、大開間（7.2/7.5/8.4/9/9.6m進深），以最大限度提高機房利用率，便于通信設備的安裝布置。按照功能模塊劃分，IDC機房布局分為集中供電和分散供電這2種。

單個空機柜（含擋板）為150～720kg，機墩約為30kg，內置設備重量與型號和數量有關，三者重量相加即為單機柜重量。根據經驗，15A機柜重量為600～700kg，20A機柜重量為800～900kg。對于租賃機房，還應根據實際設備重量進行承重再核實。

主機房梁下凈高由氣體滅火管道高度、工藝生產要求的凈高、送風風管或活動地板高度組成，一般為3.2～4m。柴油發電機房梁下凈高為3.5m（設備容量≤80kW）或者不小于4m（設備容量>80kW）;其他電力機房梁下凈高與進線方式和設備要求有關，一般為4～5.6m。

3.2??裝修專業

大開間機房應該根據消防要求、安全疏散距離要求、安全疏散通道要求進行合理分割。機房開門位置要盡量選擇在冷熱通道，裝修時應將搬運斜坡設置在走廊上，以免浪費機柜位置。

暫時不用的孔洞需要做好封堵;空調背面的上線井需要預留足夠的空間以防被堵。

為避免水管漏水導致機房進水，需要在空調水管與IT機房間設置混凝土擋水坎;為了有效排水，在土建階段需要預留排水地漏。

靜電地板高度一般設置為500～800mm。

在機房垂直空間富裕的情況下，建議做吊頂，吊頂以上空間可作為機房的靜壓送風或空調熱回風通道。為防止因為溫差出現凝露，機房一般需要做隔熱保溫，可選擇地板保溫或者吊頂保溫。

3.3??電氣照明專業

火災自動報警系統的傳輸線路應采用穿金屬管、經阻燃處理的硬質塑料管或封閉式線槽保護方式布線[1]。在機房內火災自動報警系統應單獨布線，不可與機房通信系統或其他弱電監控系統共用布線橋架。

越來越多的IDC機房使用了封閉冷通道的方式以加強空調制冷效果，為了實現封閉冷通道內的氣體滅火，通常采用頂板的控制與消防聯合動作的方式來解決消防問題。在設計階段，需要將此部分的控制作為干接點接入消防報警系統。

燈具的高度不能與工藝各橋架沖突。

3.4??弱電監控專業

弱電監控專業包括視頻監控、門禁監控、動環監控以及環境監控等。

（1）視頻監控分為機房內監控和機房外公共空間監控這2種。一般運營商都建設機房外公共空間的視頻監控，有選擇性地建設機房內的視頻監控。機房內視頻監控攝像頭一般設置在列頭和列尾，線纜較少可與通信線纜共用走線架，線纜較多則需單獨設置走線架。

（2）門禁監控包括門開關狀態、合法（非法）刷卡狀態、出門按鈕開關量、緊急碎玻按鈕開關量、門禁封鎖等。

（3）動環監控包括柴油發電機狀態、低壓配電柜狀態、交流UPS及高壓直流系統狀態、電源列柜狀態以及PDU（Power?Distribution?Unit，電源分配單元）狀態等。

（4）環境監控包括機房溫濕度、漏水監測、空調檢測、防雷器運行狀態以及新風系統排風機狀態等。

3.5??消防專業

消防專業的設計要點主要有以下方面：

（1）在機房垂直空間緊張的情況下，機房內消防管網需嚴格貼梁安裝施工，否則將影響機柜上方走線空間，一般預留消防管網的空間為200mm。

（2）消防鋼瓶間的承重要求達到8kN/m2[2]。

（3）在做機房劃分時，一個防護區的面積不宜大于800m2（北京要求不宜大于500m2），且容積不宜大于3600m3。

（4）地板或吊頂高度大于800mm時，需要設置消防探頭。

（5）2個或2個以上的防護區采用組合分配系統時，一個組合分配系統所保護的防護區不應超過8個。

3.6??空調專業

機房溫度過高或過低、機房濕度過高或過低都會影響服務器設備的電子器件和邏輯電路的穩定運轉，造成服務器出現故障。空調專業設計的目的是保證機房內溫度和濕度滿足服務器的運行要求，同時節約能耗。

空調的設計跟機房內設備功耗直接相關，不同的單機柜功耗直接影響機房內設備的排布以及空調的制冷方案。

當單機柜功耗在3kW左右時，一般采用下送風上回風的氣流組織，此類機房的排列較為簡單，可不做冷熱通道封閉。endprint

當單機柜功耗達到5kW以上時，效果較好的解決方法是冷（熱）通道封閉技術，機柜頂部架設頂板，兩側安裝封閉門，封閉整個冷熱區域，以此來達到精確制冷的目的。

當單機柜功耗超過8kW時，要采用平行冷空氣供應，以便從上到下的溫度能夠保持一致。由于機架式空調緊靠高密度機架進行安裝，在運行過程中，機架產生的熱風及時送入空調，處理后的冷風首先進入機架，所以風路的行程縮短，制冷效果明顯提高。

3.7??電源專業

（1）供電模型比較

供電模型分為分散供電模式和集中供電模式2種。

集中供電模式的優點是電源設備集中，便于維護人員集中維護;缺點是初期大量電源設備擱置待用或輕載運行，造成浪費。

分散供電模式的優點是可靠性高、承受故障能力強，能合理配置電源設備，節約了初期投資，減少了設備和系統資源的浪費[3]。

一般根據建筑面積、可用機架、電費、運維人員數量及成本等多個因素來選擇供電模式。

（2）電源容量設計

首先根據IT機房設備用電、UPS充電用電、空調設備用電、照明用電、弱電辦公用電、消防用電和電梯用電計算出電力需求總容量;然后得出市電引入容量;最后進行變壓器容量、油機容量、UPS容量和電池容量設計。

（3）柴油發電機組設計

柴油發電機組設計包括油機容量、油機基礎、冷卻和通風系統、排煙系統以及噪音控制設計。

一類或二類市供電方式下，發電機組的容量應能同時滿足通信負荷功率、蓄電池組的充電功率、機房保證空調功率以及其他保證負荷功率。

機房的承重必須能支撐機組濕重加上動負荷，一般按1.0～1.25倍的機組濕重計算，當機房位置底層為樓板時，計算樓板承重須考慮基礎的重量。

當機房位于負一層時，進風口應處于通風暢通的空間且保證足夠的風量，排風應將其引至室外，并避免與進風發生“短路”;當機房位于地面一層時，除了保證足夠的進排風口面積外，還應盡量避免進排風口位于同一立面，不可避免時間距應在10m以上，排風口盡量避開人行通道。

機房內和人易接觸的地方應用隔熱材料（厚50mm）包裹煙管。

柴油發電機組的噪聲標準要求滿足《GB3096-2008聲環境質量標準》[4]。

3.8??工藝專業

工藝專業的設計要點包括IDC機房整體的布局規劃、走線架/尾纖槽道規劃、冷/熱通道封閉、機房內綜合布線等。機房布局直接影響后續的運行成本和節能減排解決方案，下面將重點分析機房布局。

單機柜功耗在4kW以下可采用下進風機柜，單機柜功耗超過4kW需采用前后通風機柜。采用下進風機柜時，機柜冷通道距離可不按地板模數進行鋪設;采用前后通風機柜時，由于需要采用開孔地板，一般冷通道距離按地板模數即600mm的倍數進行鋪設。

機柜按冷、熱通道進行排布，即正對正、背對背放置。

成排服務器機架列長度超過6m時，兩端應設出口通道，出口通道超過15m時還應增加中間出口通道，寬度不低于1m。

機架與空調機組的維護間距不低于1?200mm，配電列頭柜與空調機組維護間距不低于1?500mm，設備搬運通道不低于1?500mm。

增加機柜數量可以獲得更多的租金收入，可采取以下措施多排機柜：

（1）采用定制機柜，部分廠家能提供560mm寬的19英寸機架，從而使縱向由15個機柜增加到16個機柜。

（2）采用冷通道封閉時，為保證通風效果，機柜前門可不設，因此機柜深度可適當減小。

（3）在滿足機房散熱的前提下減小通道距離，若采用機柜內通風，機架正面通道可縮至900mm，背面散熱通道可縮至1?000mm。

（4）設備排布時盡量將柱子放在機柜列中間，以減少對機房氣流組織的影響。下送風機房盡量將柱子留在冷通道，柱子與機柜距離應大于650mm以方便開門。

4???大型IDC機房的各專業協同措施

大型IDC機房設計過程中涉及的專業較多，各個專業分別由不同的設計人員完成，以及建設需求變化導致設計方案頻繁變更等原因，各個專業在平面布局、走線等方面不可避免地存在沖突。大型IDC機房設計過程中常見的問題如下：

（1）各個專業缺乏協同，導致機房內部的空調管道、消防管道、弱電管道、強電管道在走線方面發生沖突。

（2）空調和工藝專業缺乏協同，導致強弱電橋架與空調回風方向出現交叉甚至垂直（強弱電橋架安裝時應該與空調回風方向順直）。

（3）空調和工藝專業缺乏協同，導致空調與機柜同向設置（空調宜設在機柜列側向位置）。

（4）電氣照明和工藝專業缺乏協同，導致無吊頂機房頂部的燈具安裝在設備或者機柜正上方（燈具應安裝在設備或機柜列中上方）。

（5）裝修和空調專業缺乏協同，裝修時沒有預留足夠空間，導致上線洞被空調管線堵住。

針對大型IDC機房設計過程中存在的各專業缺乏協同問題，建議采取的措施如下：

（1）組建相對穩定的IDC設計和項目管理團隊。該團隊要求具有極強的執行力，選擇熟悉各專業設計要點且有責任心的人擔任項目負責人，負責審查各個專業提交的設計成果，并且在不同專業發生沖突時及時協調。

（2）有條件的話集中辦公，以便各個專業的設計人員溝通順暢，某個專業發生設計變更后能及時通知其他專業。

5???大型IDC機房設計實例

下面以1個案例來分析大型IDC機房的多專業協同設計流程和設計結果。endprint

該IDC機房的基本概況是：共5層，建筑面積為9?000m2，機房樓建筑高度為24m，屬一類高層建筑，層高為4.2m，承重可加固到10kN/m2。客戶要求80%機架負載4kW、20%機架負載6kW。本項目配套有冷熱電三聯供系統，采用燃氣發電并供冷供熱。

該大型IDC機房的設計流程如下：

（1）進行現場勘查，測算出IDC機房面積，根據單機柜功耗、空調制冷方式、機房層高、機房荷載進行IDC機房平面布局規劃，測算出機柜數量。

（2）根據機柜數量、單機柜功耗測算出IDC機房功耗需求、空調功耗需求，估算出總電力需求，測算出高低壓、油機、UPS、電池數量，進行電力機房規劃。

（3）工藝和電源專業核實機房平面布局，裝修專業核實平面分割是否符合規范，最終確定機房平面。

（4）各專業分別進行設計，匯總核實是否在平面、走線等方面存在沖突，最終完成全專業設計。

該大型IDC機房的設計結果如下：

由于受層高所限，機房靜電地板高度不能設置太高，要求單機柜功耗大于4kW以上，所以采用了行間制冷的空調方案，單層平面約400個可用機柜。

一樓設置空調機房、高低壓配電室、消控室、瓶組間、光纜進線室和弱電監控辦公網絡機房。

二樓、四樓、五樓設置電力機房、數據機房以及輔助用房，布局示意圖如圖1所示。

三樓與二樓共用電力機房，三樓只設置數據機房、瓶組間以及輔助用房。

圖1????二樓、四樓、五樓機房布局示意圖

6???結束語

各個專業的協同設計是大型IDC機房成功建設的前提條件。在IDC機房的設計過程中，各個專業要密切合作、及時溝通，以便做到機房平面布局合理、走線不沖突，從而加快IDC機房的設計進度。

參考文獻：

[1]?中華人民共和國公安部.?GB50116-2008火災自動報警系統設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2008.

[2]?中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB50174-2008電子信息系統機房設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2009.

[3]?比特網.?當代數據中心的供電系統解決方案[EB/OL].?（2008-07-10）[2013-06-10].?http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4]?環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB3096-2008聲環境質量標準[S].?北京：?中國環境科學出版社，?2008.

[5]?Telecommunications?Industry?Asscociation.?TIA-942-2005?Telecommunications?Infrastructure?Standard?for?Data?Centers[S].?2005.endprint

該IDC機房的基本概況是：共5層，建筑面積為9?000m2，機房樓建筑高度為24m，屬一類高層建筑，層高為4.2m，承重可加固到10kN/m2。客戶要求80%機架負載4kW、20%機架負載6kW。本項目配套有冷熱電三聯供系統，采用燃氣發電并供冷供熱。

該大型IDC機房的設計流程如下：

（1）進行現場勘查，測算出IDC機房面積，根據單機柜功耗、空調制冷方式、機房層高、機房荷載進行IDC機房平面布局規劃，測算出機柜數量。

（2）根據機柜數量、單機柜功耗測算出IDC機房功耗需求、空調功耗需求，估算出總電力需求，測算出高低壓、油機、UPS、電池數量，進行電力機房規劃。

（3）工藝和電源專業核實機房平面布局，裝修專業核實平面分割是否符合規范，最終確定機房平面。

（4）各專業分別進行設計，匯總核實是否在平面、走線等方面存在沖突，最終完成全專業設計。

該大型IDC機房的設計結果如下：

由于受層高所限，機房靜電地板高度不能設置太高，要求單機柜功耗大于4kW以上，所以采用了行間制冷的空調方案，單層平面約400個可用機柜。

一樓設置空調機房、高低壓配電室、消控室、瓶組間、光纜進線室和弱電監控辦公網絡機房。

二樓、四樓、五樓設置電力機房、數據機房以及輔助用房，布局示意圖如圖1所示。

三樓與二樓共用電力機房，三樓只設置數據機房、瓶組間以及輔助用房。

圖1????二樓、四樓、五樓機房布局示意圖

6???結束語

各個專業的協同設計是大型IDC機房成功建設的前提條件。在IDC機房的設計過程中，各個專業要密切合作、及時溝通，以便做到機房平面布局合理、走線不沖突，從而加快IDC機房的設計進度。

參考文獻：

[1]?中華人民共和國公安部.?GB50116-2008火災自動報警系統設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2008.

[2]?中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB50174-2008電子信息系統機房設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2009.

[3]?比特網.?當代數據中心的供電系統解決方案[EB/OL].?（2008-07-10）[2013-06-10].?http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4]?環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB3096-2008聲環境質量標準[S].?北京：?中國環境科學出版社，?2008.

[5]?Telecommunications?Industry?Asscociation.?TIA-942-2005?Telecommunications?Infrastructure?Standard?for?Data?Centers[S].?2005.endprint

該IDC機房的基本概況是：共5層，建筑面積為9?000m2，機房樓建筑高度為24m，屬一類高層建筑，層高為4.2m，承重可加固到10kN/m2。客戶要求80%機架負載4kW、20%機架負載6kW。本項目配套有冷熱電三聯供系統，采用燃氣發電并供冷供熱。

該大型IDC機房的設計流程如下：

（1）進行現場勘查，測算出IDC機房面積，根據單機柜功耗、空調制冷方式、機房層高、機房荷載進行IDC機房平面布局規劃，測算出機柜數量。

（2）根據機柜數量、單機柜功耗測算出IDC機房功耗需求、空調功耗需求，估算出總電力需求，測算出高低壓、油機、UPS、電池數量，進行電力機房規劃。

（3）工藝和電源專業核實機房平面布局，裝修專業核實平面分割是否符合規范，最終確定機房平面。

（4）各專業分別進行設計，匯總核實是否在平面、走線等方面存在沖突，最終完成全專業設計。

該大型IDC機房的設計結果如下：

由于受層高所限，機房靜電地板高度不能設置太高，要求單機柜功耗大于4kW以上，所以采用了行間制冷的空調方案，單層平面約400個可用機柜。

一樓設置空調機房、高低壓配電室、消控室、瓶組間、光纜進線室和弱電監控辦公網絡機房。

二樓、四樓、五樓設置電力機房、數據機房以及輔助用房，布局示意圖如圖1所示。

三樓與二樓共用電力機房，三樓只設置數據機房、瓶組間以及輔助用房。

圖1????二樓、四樓、五樓機房布局示意圖

6???結束語

各個專業的協同設計是大型IDC機房成功建設的前提條件。在IDC機房的設計過程中，各個專業要密切合作、及時溝通，以便做到機房平面布局合理、走線不沖突，從而加快IDC機房的設計進度。

參考文獻：

[1]?中華人民共和國公安部.?GB50116-2008火災自動報警系統設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2008.

[2]?中華人民共和國住房和城鄉建設部、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB50174-2008電子信息系統機房設計規范[S].?北京：?中國計劃出版社，?2009.

[3]?比特網.?當代數據中心的供電系統解決方案[EB/OL].?（2008-07-10）[2013-06-10].?http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4]?環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局.?GB3096-2008聲環境質量標準[S].?北京：?中國環境科學出版社，?2008.

[5]?Telecommunications?Industry?Asscociation.?TIA-942-2005?Telecommunications?Infrastructure?Standard?for?Data?Centers[S].?2005.endprint