醫院容災機房的建設

陳武鑫，王繼偉（通信作者），裴煒旻，唐德根

陸軍第七十三集團軍醫院信息科 （福建廈門 361003）

隨著網絡信息化建設的不斷推進，醫院各系統的穩態運行和醫療數據資源的有效利用、存儲對醫院發展起到的作用愈發重要，因此，做好作為醫療數據存儲中心的醫院容災機房的建設工作非常必要。醫療行業對容災機房中容災系統的要求如下：（1）容災系統必須考慮到機房、基礎設施、網絡、服務器、數據、業務等方面；（2）容災系統必須保證醫院各業務系統的不間斷運行；（3）容災系統必須考慮到各業務模塊間的關聯和影響；（4）容災系統不能影響醫院各業務系統的運行狀態；（5）當災難發生時，容災系統必須能全面、快速地恢復業務系統；（6）特殊地區容災需要做到異地容災，保證數據安全；（7）容災系統的備用系統必須為可用系統，備用數據必須為可用數據；（8）容災系統數據必須保證與生產系統數據實時同步?？傊?，建設一個用于部署容災系統的容災機房，需重點考慮容災系統安裝環境的標準規范，避免因環境因素導致容災系統出現意外故障，以此來提高醫院信息化抗風險能力和應對突發事件能力［1］。本研究即從多個方面闡述了建設容災機房的方法及體會。

1 基礎工程建設

受地理位置和空間限制，我院將原有醫院招待所4間客房改建為容災機房、外線間、操作間，總面積共105 m2。在區域內基礎建設配套，原有裝飾、設備、墻體均被拆除清理，并砌筑了新墻體，安裝了門體，完成了窗體、磚體、玻璃貼膜，修補了地板、天花面層，校驗了機房承重，加固了設備，安裝了設備承載散力架等。

2 樓層承重加固

我院根據容災機房設備布局及設備重量承載要求對中心機房及外線間機柜、空調、綜合配電柜、UPS不間斷電源系統的安裝位置進行了加固設計。其中，中心機房面積為75 m2，設備負載15 320 kg，樓板荷載需204.27 kg／m2，見表1；外線間面積為17.2 m2，設備負載3 583 kg，樓板荷載需208.3 kg／m2，見表2。

表1 中心機房設備重量分析

表2 外線間設備重量分析

樓層承重加固平面設計見圖1，按照設計圖進行施工，將工字鋼入墻銜接部分與墊鐵焊接后平放，然后將墊鐵調平（調平墊鐵間應點焊固定）后于其下灌漿，并對鋼材表面焊接部位進行除銹后刷防銹漆；于工字鋼上水平安裝機房設備承重散力架，其采用槽鋼、角鋼等材料進行焊接，并進行了防銹處理。

圖1 樓層承重加固平面圖

3 供、配電系統建設

供、配電系統是容災機房的生命線，因此，做好機房供、配電系統的建設工作非常必要。容災機房供、配電系統包括市電供電和UPS供電系統、綜合配電系統、照明配電系統等，其中，供電系統用于給機房所有用電設備提供電力來源，配電系統用于將供電系統提供的用電直接或經過不間斷電源系統后分配給機房各個用電設備。

3.1 供電系統建設

為了保障醫院招待所正常供電，依據相關規范，我院招待所供電由城市供電管網提供高壓雙回路。

經現場勘查，醫院招待所B2配電房到8樓機房的強電井電纜管路十分擁塞，無法同時鋪設兩路機房市電進線電纜到8樓機房（機房設計按B級標準，要求B級數據中心宜由雙重電源供電）。經深化設計，在B2配電房設計1套前置配電柜，由配電房引出兩路來自不同地區變電所的電源回路接入前置配電柜，為8樓機房外線間的綜合配電柜提供雙回路供電；待雙回路接入前置配電柜的自動切換ATS后，引出單路市電進線電纜接入8樓機房外線間的綜合配電柜內，實現機房的雙回路市電供電設計。前置配電柜系統設計見圖2。

待市電供電線路進入機房后，部分直接接入機房用電設備，部分經UPS不間斷電源系統轉換后，用于為機房重要電子設備供電，其中，UPS不間斷電源系統是機房供電的核心部分［2］，設計要點為：（1）采用模塊化設置，以實現N＋1冗余，提高可用性，容量以一期負荷量計算，二期可擴容；（2）UPS輸出回路按照設計壽命期終端用電回路加冗余回路計算；（3）機柜均為接入UPS的雙輸出回路，同一機柜的兩路PDU均為同一相電；（4）預留電池柜保障終期可擴容；（5）根據載流量的大小及安裝的難易程度，UPS至設備柜的連接線纜選擇多芯或單芯銅線，均采用工業連接器并與機柜內的PDU電源插座連接。

計算機設備供電采用“市電經UPS不間斷電源”供電方式，電源通過UPS穩頻、穩壓后，向計算機設備供電，保障計算機設備的電能質量和可靠運行，在市電斷電的情況下仍可由UPS后備電池供電。

機房UPS不間斷電源系統采用模塊化、全新結構設計的高可靠性UPS系統，最大可以支持5×30 kVA的帶載能力，單個功率模塊的容量為30 kVA；當負載繼續增大超過現有APM的帶載能力時，為了滿足供電的需求，可直接在APM柜中增加相應個數的30 kVA功率模塊。本研究機房1期配置1臺模塊化UPS主機，配3個30 kW 功率模塊組成2＋1冗余60 kW，電池延時1 h；專用于空調應急供電的UPS用電功率為9 kW，考慮到電機啟動電流較大，配置1臺模塊化UPS主機，配2個30 kW 功率模塊，電池延時1 h，配置滿足需求。

圖2 前置配電柜系統圖

3.2 配電系統建設

機房電源按380／220 V的低壓配電系統設計，采用TNS系統，即三相五線制、單相三線制，以實現強弱電設備無電流安全接地。

綜合配電柜作為機房配電的綜合載體，提供機房UPS不間斷電源系統、信息設備設施、空調機組、照明、墻插、新回風、消防排煙機及與機房有關的其他設備的用電回路。其安裝于外線間，主要負責2臺150 kVA模塊化UPS主機、2臺微模塊封閉通道配套專用的制冷量為25 kW 的列間精密空調、2組微模塊配電單元用電、消防用電、照明用電、輔助設備用電，同時負責事故照明、檢修備用插座及視頻監控等設備用電（事故照明測算用電量為0.5～1.0 kW、檢修備用插座為2 kW）。

配置2臺配電單元，分別安裝于2組微模塊封閉通道內，單臺負載總功率約為40 kW。2臺配電單元由UPS不間斷電源系統進行供電，每臺負責8臺服務器機柜的PDU電源分配電源單元供電，其中專用服務器機柜測算用電量5 kW、網絡機柜用電量3 kW，在發生事故的情況下，可通過綜合配電柜的UPS總輸出緊急切斷電源［3］。每臺機柜設置兩個回路，接入配電單元的UPS用電空開，配置2個24位32 A PDU電源模塊，PDU配有4位C19＋20位C13插座模塊。

正常照明、應急燈和安全出口門燈接入市電用電空開；事故照明接入UPS用電空開。

各個功能區的墻壁上前、后位置均安裝10 A五孔電源插座，作為機房臨時用電設備的接入，滿足調試、維護及應急需求。

4 精密空調系統建設

機房機柜采用2拖8的微模塊全封閉冷熱通道設計，每個通道包含8個機柜，另配置2套通道式列間精密空調安裝于通道兩邊。

根據負載散熱情況，啟用其中1套或2套通道式行間精密空調提供通道內不同制冷量；于建筑的外墻安裝空調外機，且內外機間的距離要求盡可能近。

微模塊全封閉冷熱通道通過盲板封閉前門設備安裝部位的其他空置位置，人為設置了前門部位的冷通道，達到了冷熱通道隔離的目的，避免了機柜的熱島效應，利于設備更穩定地工作［4］。

考慮到機房的密封性，微模塊全封閉冷熱通道在市電斷電的情況下，臨時的應急風扇系統難以對現有的設備進行散熱降溫，因此，我們需要找出一個可行的解決方案，確保在市電斷電的情況下，微模塊全封閉冷熱通道配套的精密空調系統仍然可以應急使用，保障機柜設備的正常運行。本次通過配置1套專用于精密空調系統應急供電的UPS不間斷電源系統來實現在市電斷電的情況下，通過手工切換使帶后備電池的UPS不間斷電源系統可以及時供電給精密空調系統；將市電線路和UPS不間斷電源系統輸出線路同時接入精密空調專用手動切換ATS設備內，精密空調供電空開接入ATS手動切換設備的輸出回路上，通過ATS懸臂的手動切換，可以實現市電或UPS輸出回路供電給精密空調系統。

精密空調系統電路見圖3。

圖3 精密空調系統電路圖

圖4 三級浪涌保護器保護系統圖

5 防雷及接地系統建設

5.1 電源防雷系統

采取綜合雷電防護措施，即實行三級浪涌保護器保護：一級保護，作為電源系統第一級防雷，對雷電脈沖電流進行初級泄放；二級保護，作為電源系統第二級防雷，對雷電脈沖電流進行二級泄放；三級保護，作為電源系統第三級防雷，對雷電脈沖電流進行三級泄放。所有防雷器均帶有干節點檢測接口，接入環境監控系統進行實時監測。三級浪涌保護器保護系統見圖4，一級防雷裝置通過已安裝在配電房的避雷器實現，二級和三級防雷裝置均安裝在機房綜合配電柜內。

5.2 設備接地系統

本設計采用防雷保護地、交流工作地、安全保護地共用大樓基礎接地裝置和建造獨立的直流工作地的接地方式。

機房內鋪設防靜電地板與機房內的大樓接地主鋼筋連接，并通過銅芯線與大樓的接地母排 （接地箱，圖5）連接。

圖5 接地箱圖

將機房內所有的強弱電計算機金屬外殼、多種強弱電走線架、線槽、線管外殼、防靜電地板、墻面彩鋼板及配電柜的PE線都接到銅母排上，并用紡錘絕緣端子銅排固定，用6 mm2銅芯線就近接于各接地匯流排上。機房區域防雷系統采用40 mm×4 mm銅排繞機房區域一周作為防雷均壓帶，用100 mm×0.3 mm銅箔作泄流銅網，并通過等電位連接器采用35 mm2接地銅芯線與大樓的接地母排連接。為了消除機房內不同接地裝置間的電位差對人員及設備的影響，需將機房內的接地網格與獨立的直流工作地進行等電位連接，防雷保護地及直流工作地（邏輯地）的接地電阻應≤1Ω。機房防雷及接地平面布置見圖6。

6 環境監控布置

機房環境監控系統主要負責市電與UPS供配電及機柜用電（PDU插座）、溫度和濕度、空調機組狀態、漏水及消防設施等的監測。為了適應無人值守的需求，除提供聲光報警信息外，還需提供短信等報警信息服務。

機房環境監控系統布置如下。（1）動力監控部分：UPS實時參數包含兩路，監測UPS輸入參數、UPS輸出參數、UPS工作模式－雙變換、電池逆變、旁路；PDU實時參數包含36路，監測PDU的配電參數及運行狀態［5］。（2）環境監控部分：精密空調包含4臺，監測精密空調的送回風溫濕度、空調風機開關狀態、空調壓縮機開關狀態、應急風扇開關狀態；溫濕度包含18個點，監測機冷通道溫濕度閾值；溫感包含18個點，監測熱通道溫度閾值；漏水包含6處區域式漏水配置漏水感應繩，監測機房內有無漏水發生；紅外監測包含3路，通過開關量數據采集模塊，將紅外線信號送到監控主機，同時可與視頻監控系統聯動，有人走動時拍照；門磁監測包含3路，監測機房出入口是否有異常的開門情況。（3）安保監控部分（接入醫院原有系統）：門禁管理包含2道雙開門1道單開門，采用進門刷卡＋出門按按鈕的驗證方式，實現對人員出入情況的管理；視頻圖像包含5路，監視機房區域的實時圖像，并進行視頻錄像；消防包含1路，監測消防控制箱提供的干接點火警信號。（4）門禁系統與消防聯動：在發生火災時，安裝有門禁的消防通道門電源強切斷電，門鎖系統斷開后自動開啟。機房環境監控系統布置見圖7。

圖6 機房防雷及接地平面布置圖

圖7 機房環境監控系統布置圖

7 消防系統的聯動設計和實現

機房消防系統見圖8。

設計難點：主機房微模塊由2個通道組成，在每個微模塊組均采用1臺專用機架式消防單元，消防單元的傳感信號接入開關量采集器傳送到數據采集單元；消防單元可以提供通斷的開關量（無法進行編號）和12 V的直流電輸出，大樓消防系統采用消防產品，需要通過識別編碼的開關量才能接入消防系統內，而消防系統無法識別到消防單元的開關量。

圖8 機房消防系統圖

解決方案：通過在機房額外增加大樓配套的消防溫感和煙感監測裝置接入大樓消防系統中，與機房現有的消防系統同步感知機房的溫、煙狀態，實現消防聯動功能。

具體實施：在8樓主機房吊頂下，安裝2個煙感和2個溫感，通過RS485總線接入醫院招待所1樓的消控中心，在消防煙感和溫感報警的同時，大樓的煙感和溫感同步報警，使大樓消控中心可以同步獲得8樓主機房的消防狀態［6］；8樓機房在2個消防單元的噴氣前，消防開關量由常開轉為常閉信號，于2個消防單元的開關量接口上分別接入1個8301輸入輸出控制模塊（該模塊可進行編碼，并可接入消控中心的消防主機上），經過8301輸入輸出模塊的開關量變化，使消控中心的消防主機可以及時識別該報警信號。

8 小結

醫院容災機房的整體建設是一項極為復雜的工程，涉及強電、弱電、安全等方面的內容，只有各個系統緊密結合、相互聯動，才能最大限度地保障容災機房內各種電子設備的安全運行。醫院信息技術人員需要學習多方面的標準和知識，此外，在機房設計、建設及維護過程中，管理者需要不斷發現問題并總結經驗，為醫院穩定運行提供保障。