模塊化機房在南京地鐵控制中心 弱電機房上的研究與應用

馬亞洲

【摘要】? ? 本文通過分析南京地鐵既有控制中心弱電機房在建設中存在的問題，提出了模塊化機房的解決方案，并對模塊化機房建設中的各系統的設置進行了詳細的闡述，并提出了一些標準化的建議，以便為南京地鐵新建控制中心的弱電機房的建設提供一些理論支持，同時也為其他軌道交通工程控制中心機房的建設提供經驗與借鑒。

【關鍵詞】? ? 模塊化機房? ? 控制中心? ? 弱電機房

南京地鐵目前共規劃四個控制中心：珠江路控制中心、南京南控制中心、靈山控制中心、江北控制中心。珠江路控制中心、南京南控制中心弱電設備機房均采用傳統機房建設模式，即按照單線路單專業布置機房，機柜和制冷、電源系統都完全分開，每個機房設置一套獨立的輔助系統。傳統機房具有機房使用率差、擴展性差、能耗高、機房運維難度大等缺點，且隨著新興城軌生產云、車輛智能運維等項目的落地，前期規劃的控制中心設備用房已無法滿足目前的使用需求。所以一種機房利用率高、易擴展、綠色、節能、外觀性較好的新型模塊化機房布局顯得尤為重要。

一、工程概況

根據規劃，南京地鐵靈山控制中心第四至八層為線路設備層，每層規劃2條線路的通信、信號、綜合監控設備室及電源室。靈山控制中心一期工程設備層只實施了四、五層，六至八層為預留層。由于寧句線（S6號線）、9號線、7號線的實施及新興城軌生產云、車輛智能運維等項目的落地，目前靈山控制中心設備用房按原有規劃已無法滿足使用需求，需對六至八層進行改造。靈山控制中心六層設備用房和八樓的生產云機房均采用模塊化機房進行改造建設。本文以南京地鐵靈山控制中心模塊化機房改造項目為背景，詳細介紹模塊化機房在南京地鐵控制中心弱電機房上的研究與應用。

二、模塊化機房的構成及優點

模塊化機房是一種將設備機柜、密閉通道、供配電系統、制冷系統、綜合布線系統、門禁系統、火災自動報警系統、管理子系統等集成為一體，實現各設備及子系統更好銜接的一種新型的機房布置形式。模塊化機房在大型數據中心中已有相關應用。

模塊化機房相較于傳統機房既有以下優點：

（1）快速部署：模塊化機房為標準化部件，組件可在工廠預制，并可靈活拆卸，快速組裝，可在較短時間內實現高質量的標準化交付，并大幅降低建設成本。

（2）安全可靠：模塊化機房采用模塊化、標準化和高整合的設計方案，并配有完善的監控系統，使得整個系統穩定度高。同時，充分考慮冗余設計，保障微模塊安全、可靠運行。

（3）方便擴展：模塊化機房在電力供應、通信端口上預留了合理的余量，可實現靈活擴容。

（4）節省機房面積：模塊化機房可以進行高密度部署，以南京地鐵靈山控制中心六樓改造項目為例，模塊化機房較傳統機房方案節省36%機房面積。

（5）綠色節能：模塊化機房采用密閉冷通道，避免了冷熱氣流的混合，提高制冷系統效率;密閉通道采用行間空調，近端制冷，比傳統采用精密空調或者下送風方案節減少30%的能耗。若模塊機房結合水冷系統、自然冷卻系統，PUE可降至1.5以下，相比傳統機房方案節能節能效果明顯。

三、機房布置原則

機房布置是一個機房工程的基石，一個合理的平面布局設計，應充分考慮和協調了各方面的因素，在滿足相關規范的前提下，盡量提高面積使用率。

靈山控制中心弱電綜合機房內將供配電系統、機柜、空調、綜合布線系統集成至模塊內，采用密閉通道的方式，可根據機房面積靈活選擇雙排或單排密閉通道進行布置。UPS和蓄電池單獨設置于綜合電源室內。由于消防氣瓶屬于高壓、高危物品，氣瓶不放在模塊內，而是放置在專門的氣瓶間內。

四、模塊化機房的相關系統設置

4.1機柜系統

機柜是模塊化機房的關鍵基礎設備，為了保證到模塊化機房內風格的統一性，設備機柜采用統一的顏色和統一的尺寸。為了滿足大型服務器的安裝需求，建議采用42U標準化機柜（600（寬）*1200（深）*2200（高）單位：mm）。

4.2密閉通道

密閉通道是將設備機柜、列頭配電柜、列間空調、天窗、圍板和端門等設備組成一個“密閉空間”，從而避免了冷熱空氣混合，降低了制冷能耗。

模塊化機房的密閉通道有密閉冷通道和密閉熱通道兩種，冷通道兩排機柜“面對面”進行布置，通道中間形成“冷通道”，外部形成“熱通道”;熱通道兩排機柜采用“背對背”進行布置，通道中間形成“熱通道”，外部形成“熱通道”;由于冷通道對設備冷卻效果要優于熱通道，建議控制中心模塊化機房采用密閉冷通道模式。密閉冷通道根據排布方式有雙排密閉冷通道、單排密閉冷通道兩種，具體可根據機房的面積靈活采用單、雙排密閉冷通道。靈山控制中心綜合弱電機房采用雙排密閉冷通道和單排密閉冷通道結合的方式，其布局如下圖1所示。

密閉通道天窗多采用平頂結構方案，平頂天窗由側板、頂板、旋轉天窗組成。在工作狀態下天窗處于水平狀態，消防狀態下，電磁鎖打開，旋轉天窗在重力作用下自動打開，保證滅火氣體進入通道[1]。

4.3供配電系統

模塊化機房的供配電系統應該是一個獨立的系統，通常由UPS配電系統、動力配電系統兩部分組成。UPS配電系統負責向機房通信設備、服務器等設備供電。動力配電系統負責向機房空調系統（行級空調）、機房照明系統等供電。

模塊化機房內UPS配電系統按照N+1模塊冗余設計，將外部市電經UPS處理后，輸出到密閉通道的列頭配電柜，列頭配電柜再輸出三相電源到各個機柜PDU，各機柜內的設備從相應PDU處取電。

4.4制冷系統

模塊化機房的制冷方式主要有精密空調下送風方式和列間空調送風方式兩種，由于精密空調下送風方式對機房凈高要求較高，且當單臺機柜設備單功率較大時，容易存在局部熱點，而列間空調可以縮短空調制冷路徑，消除局部熱點，建議模塊化機房采用列間空調制冷方式。

密閉冷通道的列間空調分散布置在機柜列間，采用水平送風方式。列間空調將冷空氣送到冷通道，冷空氣進入機柜正面，對設備進行冷卻，并隨設備產生的熱空氣從機柜背面進入熱通道，再由熱通道統一向空調回風，如此反復。密閉冷通道制冷時冷、熱空氣流向圖下圖2所示。

4.5綜合布線系統

模塊化機房在密封冷通道的頂部設置雙排走線槽，并能以機柜為單位進行擴展。走線槽分為強電槽和弱電槽，分別用于電源線和數據信號線的走線，實現強弱電分離的效果。

在每個機柜頂部中間設置走線孔，方便線纜直接連接至機柜中。在天窗的結合部設置線纜綁扎孔，方便線纜的綁扎。走線槽如圖3所示。

4.6門禁系統

在弱電綜合機房設置門禁系統，接入控制中心樓宇門禁系統統一管理，防止無關人員進入機房，記錄維管人員進出時刻及持續時間。在每個密閉冷通道的前后門處也可以設置獨立的門禁系統，防止非本專業維護人員的進入。

4.7火災自動報警系統

在弱電綜合機房內，樓宇火災報警（FAS）專業設置溫度、煙感探測器，機房采用氣體滅火方式。密閉冷通道頂部安裝溫感、煙感探測器，與樓宇FAS系統對接。當發生火災時，將相關報警信息傳遞到樓宇FAS系統。樓宇FAS系統進行判斷，發送信息給密閉冷通道，并聯動弱電綜合機房內的氣體滅火系統，冷通道接收到消防報警信號時，自重力式活動天窗自動打開，消防氣體進入到冷通道內部進行滅火處理。

4.8 模塊化機房管理子系統

模塊化機房管理子系統是將密閉通道內的電源、溫濕度、火災報警探測器、門禁及視頻等進行集中監控和并進行統一管理，包括管理服務器、交換機、數據采集器、智能溫濕度傳感器、高清IP攝像機、NVR、煙感探測器及溫感探測器等設備。管理子系統能夠監控管理平臺，實現對模塊化機房運維等業務的全方位、智能化管理，并效降低維管人員的工作量[2]。

五、結語

綜上所述，控制中心弱電機房作為城市軌道交通弱電系統核心設備安裝的場所，對整條線路的安全、穩定運行起著至關重要的作用。通過本文的研究與分析，可以看到模塊化機房建設模式較傳統機房建設模式優勢明顯，值得在軌道交通新建控制中心或者控制中心改造項目弱電機房的建設上進行推廣。

參? 考? 文? 獻

[1]洪馨.熱管背板空調在某數據機房的實際應用分析[J].工程建設與設計，2020（12）：58-60.

[2]張群.氣流組織設計對數據機房冷卻效果影響的研究[J].電信工程技術與標準化，2021（02）：16-21.