2021 數(shù)據(jù)中心建設(shè)概要

2021數(shù)據(jù)中心項目建設(shè)概要電子計算機技術(shù)的不斷革新、互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，以及大數(shù)據(jù)、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新生力量的快速萌芽，推動IDC互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心以空前的速度和規(guī)模在全國乃至全球大力發(fā)展。不論是投資方、建設(shè)方還是使用方，都開始逐漸跳出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心模式的限制，追求更靈活、更節(jié)能、更經(jīng)濟、更創(chuàng)新、更智慧的數(shù)據(jù)中心。本章主要從宏觀角度來介紹數(shù)據(jù)中心的分級標(biāo)準(zhǔn)、選址條件、組成和環(huán)境要求。數(shù)據(jù)中心的分級數(shù)據(jù)中心一般按可靠性來劃分等級，國內(nèi)和國外的分級標(biāo)準(zhǔn)略有不同。以下介紹幾種常用的分級標(biāo)準(zhǔn)。1.1.1 GB50174—2017GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》從數(shù)據(jù)中心的使用性質(zhì)，以及數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)中斷在經(jīng)濟或社會上造成的損失或影響程度，將數(shù)據(jù)中心劃分為A、B、C三級。A級為“容錯”系統(tǒng)，即在電子信息系統(tǒng)運行期間，基礎(chǔ)設(shè)施在一次意外事故后，或單系統(tǒng)設(shè)備維護時，或檢修時仍能保證電子信息系統(tǒng)正常運行，其可靠性和可用性等級最高。B級為“冗余”系統(tǒng)，即在電子信息系統(tǒng)運行期間，基礎(chǔ)設(shè)施在冗余能力范圍內(nèi)，不得因設(shè)備故障而導(dǎo)致電子信息系統(tǒng)運行中斷，其可靠性和可用性等級居中。C級為滿足基本需要，即在基礎(chǔ)設(shè)施正常運行情況下，應(yīng)保證電子信息系統(tǒng)運行不中斷，其可靠性和可用性等級最低。此外，上述規(guī)范還允許同一個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的各組成部分（比如建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)、電氣、網(wǎng)絡(luò)、布線、給排水等）按不同等級的技術(shù)要求進行設(shè)計，而數(shù)據(jù)中心的等級按照其中最低等級部分確定。這樣建設(shè)方可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)特點合理分配基礎(chǔ)設(shè)施各組成部分的建設(shè)成本，節(jié)省不必要的投資。1.1.2 UptimeTier等級認證美國UptimeInstitute是全球公認的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)組織和第三方認證機構(gòu)。UptimeTier等級認證是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域權(quán)威認證，在全球范圍內(nèi)得到高度的認可。UptimeTier等級認證包含3個部分：設(shè)計認證（ierCertificationofDesignDocument、建造認證（ierCertifi-cationofConstructedFacilit、運營認證（ierCertificationofOperationalSustainabilit以下主要介紹設(shè)計認證。設(shè)計認證將數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施分為4個等級見表1-1TierⅠ：基本數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（BasicDataCenterSiteInfrastructure）。TierⅠ數(shù)據(jù)中心擁有非冗余容量設(shè)備及一個單一的非冗余分配路徑來為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。TierⅡ：冗余的機房基礎(chǔ)設(shè)施容量組件（RedundantSiteInfrastructureCapacity。TierⅡ數(shù)據(jù)中心擁有冗余容量設(shè)備及一個單一的非冗余分配路徑來為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。TierⅢ：可并行維護的機房基礎(chǔ)設(shè)施（ConcurrentlyMaintainableSiteInfrastruc-。TierⅢ數(shù)據(jù)中心擁有冗余容量設(shè)備及多個獨立分配路徑來為關(guān)鍵系統(tǒng)提供服務(wù)。任何時候，只需一個分配路徑為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)，且所有IT設(shè)備均為雙電源供電，所有IT設(shè)備均合理安裝以兼容機房架構(gòu)的拓撲。TierⅣ：容錯機房基礎(chǔ)設(shè)施（FaultTolerantSiteInfrastructure）。TierⅣ數(shù)據(jù)中心擁有多個獨立的物理隔離系統(tǒng)以提供冗余容量設(shè)備及多個獨立、不同、激活的分配路徑同時為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。冗余容量設(shè)備和不同的分配路徑配置時應(yīng)采用的原則N”容量均會為關(guān)鍵環(huán)境提供電力和冷卻，且所有IT設(shè)備均為雙電源供電，所有IT設(shè)備均合理安裝以兼容機房架構(gòu)的拓撲。補充系統(tǒng)和分配路徑之間必須物理隔離，以防任何單項事件同時影響兩個系統(tǒng)或分配路徑。容錯數(shù)據(jù)中心需要連續(xù)冷卻。表1-1Tier等級匯總TierⅠTierⅡTierⅢTierⅣ支持IT負載的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備NN＋1N＋12N分配路徑111個運行和1個備用2個同時運行可并行維護否否是是容錯性否否否是分區(qū)否否否是連續(xù)冷卻否否否是1.1.3 TIA-942TIA-942是美國《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，經(jīng)美國電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會（TI、TIA技術(shù)工程委員會（TR42）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）批準(zhǔn)，每5年修訂一次。該標(biāo)準(zhǔn)旨在為設(shè)計和安裝數(shù)據(jù)中心或機房提供要求和指導(dǎo)方針。TIA-942中數(shù)據(jù)中心的分級標(biāo)準(zhǔn)與UptimeTier一致，依據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的實用性和安全性將數(shù)據(jù)中心分為四級，詳見表1-1。但是與UptimeTier等級認證所關(guān)注的內(nèi)容相比，TIA-942的分級規(guī)定更為細致具體，它分別從電信接入、選址、建筑結(jié)構(gòu)、建筑類型、建筑布局、安全防范、電力、暖通空調(diào)、消防等諸多方面詳述了不同等級對應(yīng)的不同技術(shù)要求。數(shù)據(jù)中心的選址一直以來，無論是優(yōu)渥的交通條件、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)資源，還是優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才，大多集中在一線城市和沿海城市。而且通信、金融、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的巨頭公司為了便于開展核心業(yè)務(wù)，也都將總部落戶于北上廣深。所以國內(nèi)早期的數(shù)據(jù)中心基本集中在一線、沿海城市及周邊。后來隨著數(shù)據(jù)中心需求和規(guī)模的不斷擴大，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本和運行成本不可避免地成為公司的考量指標(biāo)。于是那些地廣人稀、自然資源豐富、地皮便宜、水電廉價的區(qū)域開始受到數(shù)據(jù)中心建設(shè)方的青睞，比如內(nèi)蒙古。然而現(xiàn)實不盡如人意，這些區(qū)域交通不方便、經(jīng)濟不發(fā)達、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、環(huán)境不友好，很難吸引更多的客戶入駐，即使自用也無法將主干業(yè)務(wù)搬遷至此。所以這些地區(qū)的數(shù)據(jù)中心熱已經(jīng)逐漸消退。數(shù)據(jù)中心不僅耗電量大，耗冷量也不可小覷。據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，空調(diào)系統(tǒng)的能耗一般占數(shù)據(jù)中心總能耗的20%～40%，其中制冷壓縮機的能耗又占到空調(diào)系統(tǒng)總能耗的70%～90%。人們一邊在尋求成本更低的外部資源，一邊在思考如何利用自然冷源來解決數(shù)據(jù)中心的散熱問題。所以氣候寒冷或者相對濕度較低的地區(qū)又成了建設(shè)數(shù)據(jù)中心的熱門選項，比如東北和西北地區(qū)。氣候寒冷意味著一年中有半年以上的時間可以充分利用自然冷卻制冷，相對濕度較低意味著可以通過等焓加濕實現(xiàn)降溫。這些過程都不需要開啟壓縮機，這對降低能耗有顯著效果。不過寒冷和干燥的地區(qū)，對于施工建設(shè)和室外運維工作都提出了巨大的挑戰(zhàn)，需要解決防結(jié)冰、防凍裂、防脆化、防沙塵等問題。為了進一步解決數(shù)據(jù)中心的制冷問題，人們又將數(shù)據(jù)中心的選址進一步擴大到氣候舒適宜人、空氣清新的高原地區(qū)。這里四季溫度波動不大，不太冷也不太熱，濕度適宜，空氣潔凈，尤其適合直接引入新風(fēng)制冷，比如云貴高原、青藏高原的某些區(qū)域。但這些區(qū)域與一線城市、沿海城市相比，雖然自然環(huán)境優(yōu)越，但是經(jīng)濟欠發(fā)達，而且數(shù)據(jù)中心的巨大散熱量和耗水量對當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境存在一定的負面影響。隨著我國城鎮(zhèn)化速度的不斷加快，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，各個大城市之間的差異化在逐漸縮小，加上一線城市日益緊縮的土地政策、能源政策甚至人口政策，數(shù)據(jù)中心的選址越來越多樣化。數(shù)據(jù)中心建設(shè)方為了達到收益的最大化，要根據(jù)業(yè)務(wù)需求綜合考量評估當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟、交通、網(wǎng)絡(luò)、資源、氣候等條件，才能做出最合理的判斷。GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》中對不同等級數(shù)據(jù)中心的選址做出了基本規(guī)定，如表1-2所示。表1-2不同等級數(shù)據(jù)中心的選址要求項 目A級B級C級備 注地址距離停車場不宜小于20m不宜小于10m—包括自用和外部停車場距離鐵路或高速公路的距離不宜小于800m不宜小于100m—不包括各場所自身使用的數(shù)據(jù)中心距離地鐵的距離不宜小于100m不宜小于80m—不包括地鐵公司自身使用的數(shù)據(jù)中心在飛機航道范圍內(nèi)建設(shè)數(shù)據(jù)中心距離飛機場不宜小于8000m不宜小于1600m—不包括機場自身使用的數(shù)據(jù)中心距離甲、乙類廠房和倉庫、垃圾填埋場不應(yīng)小于2000m—不包括甲、乙類廠房和倉庫自身使用的數(shù)據(jù)中心距離火藥炸藥庫不應(yīng)小于3000m—不包括火藥、炸藥庫自身使用的數(shù)據(jù)中心距離核電站的危險區(qū)域不應(yīng)小于40000m不包括核電站自身使用的數(shù)據(jù)中心距離住宅不宜小于100m—有可能發(fā)生洪水的地區(qū)不應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)中心不宜設(shè)置數(shù)據(jù)中心—地震斷層附近或有滑坡危險區(qū)域不應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)中心不宜設(shè)置數(shù)據(jù)中心—從火車站、飛機場到達災(zāi)備數(shù)據(jù)中心的交通道路不應(yīng)少于2條道路———數(shù)據(jù)中心的組成數(shù)據(jù)中心是為集中放置的電子信息設(shè)備提供適宜運行環(huán)境的場所。它可以是建筑中的一部分房間，也可以是整棟建筑或建筑群，還可以是集裝箱、車輛、船舶等移動空間。不過本書主要討論的是以不可移動的建筑作為數(shù)據(jù)中心的情況。功能區(qū)劃分從空間上來說，數(shù)據(jù)中心由主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等區(qū)域組成。主機房：安裝和運行數(shù)據(jù)處理設(shè)備的建筑空間，包括服務(wù)器機房、網(wǎng)絡(luò)機房、存儲機房等功能區(qū)域。輔助區(qū)：安裝、調(diào)試、維護、運行監(jiān)控和管理電子信息設(shè)備和軟件的場所，包括進線間、測試機房、總控中心、消防和安防控制室、拆包區(qū)、備件庫、維修室、打印室等區(qū)域。支持區(qū)：為主機房、輔助區(qū)提供動力支持和安全保障的區(qū)域，包括變配電室、柴油發(fā)電機房、電池室、空調(diào)機房、動力站房、不間斷電源系統(tǒng)用房、消防設(shè)施用房等。值班室、盥洗室、更衣間和用戶工作室等。功能區(qū)面積數(shù)據(jù)中心各組成部分的使用面積應(yīng)根據(jù)工藝布置確定，在對電子信息設(shè)備的具體情況不完全掌握時，主機房的使用面積可以按以下公式確定：A＝SN式中：A—主機房的使用面積m2S單臺機柜、大型電子信息設(shè)備和列頭柜等設(shè)備占用面積，可取2.0～4.0（m2/N—主機房內(nèi)所有機柜、大型電子信息設(shè)備和列頭柜等設(shè)備的總臺數(shù)。輔助區(qū)和支持區(qū)的面積主要與數(shù)據(jù)中心的等級、機柜功率密度、空調(diào)冷卻方式等因素有關(guān)，機柜功率密度越高，主機房面積越小，但支持區(qū)需要的面積越大。在數(shù)據(jù)中心建設(shè)初期，輔助區(qū)和支持區(qū)的面積之和可按主機房面積的1.5～2.5倍估算。行政管理區(qū)的面積主要與行政辦公人員的數(shù)量有關(guān)，用戶工作室的使用面積可按4～5m2/人計算；硬件及軟件人員辦公室等有人長期工作的房間，使用面積可按5～7m2/人計算。數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃布局根據(jù)GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，不同等級的數(shù)據(jù)中心對應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)要求如表1-3所示。從數(shù)據(jù)中心的建設(shè)周期、建設(shè)成本、運維成本、運維便利性和可靠性等多方面綜合考慮，目前國內(nèi)外新建的單體數(shù)據(jù)中心多采用單/多層鋼筋混凝土或者鋼結(jié)構(gòu)的建筑形式。新建數(shù)據(jù)中心采用多/高層建筑時，消防疏散需要占用更多的建筑面積，建筑利用率較低，而且樓層間的防水處理、樓板承重載荷加大、重物運輸對貨運通道和貨運電梯的特殊要求等都將增加建筑成本。而對已有高層建筑進行改造的數(shù)據(jù)中心，原建筑結(jié)構(gòu)的抗震、耐火等級和樓板的承重水平是首要考慮的問題。其次，大/重型設(shè)備的運輸安裝、柴油發(fā)電機的進排風(fēng)問題也大大增加了改建難度。表1-3不同等級數(shù)據(jù)中心的建筑與結(jié)構(gòu)技術(shù)要求項 目A級B級C級備 注建筑與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類新建不應(yīng)低于乙類不應(yīng)低于丙類不宜低于丙類—主機房活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）組合值系數(shù)Ψc＝0.98～12頻遇值系數(shù)Ψf＝0.9準(zhǔn)永久值系數(shù)Ψq＝0.8根據(jù)機柜的擺放密度確定荷載值主機房吊掛荷載（kN/m2）不應(yīng)小于1.2—不間斷電源系統(tǒng)室活荷載標(biāo)準(zhǔn)值宜為8～10—電池室活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）蓄電池組4層擺放時，不應(yīng)小于16蓄電池組4層擺放總控中心活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）不應(yīng)小于6—鋼瓶間活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）不應(yīng)小于8—電磁屏蔽室活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）宜為8～12—主機房外墻設(shè)采光窗不宜——防靜電活動地板的高度不宜小于550mm作為空調(diào)靜壓箱時防靜電活動地板的高度不宜小于250mm僅作為電纜布線使用時屋面的防水等級ⅠⅡⅢ對于數(shù)據(jù)中心來說，大/重型設(shè)備（如柴油發(fā)電機、冷水機組等設(shè)備）及附屬裝置所在樓層的層高不宜低于5m；主機房部分應(yīng)根據(jù)機柜高度、管線安裝及通風(fēng)要求確定空間整體高度，主機房凈高不宜小于3m。為遵循新一代數(shù)據(jù)中心推崇的設(shè)計理念和節(jié)能策略，數(shù)據(jù)中心需要區(qū)分人流管理和物流管理，使環(huán)境、配套設(shè)施、監(jiān)控管理等完美統(tǒng)一。在考慮路線設(shè)計時，人員通道主要考慮辦公人員的通勤路徑、訪客的安檢參觀路徑、運維人員的巡視路徑等；設(shè)備運輸路線不僅要與人員通道區(qū)分設(shè)置，同時還需考慮如何快速便捷地實現(xiàn)設(shè)備的搬卸、存放和調(diào)試等。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部功能區(qū)的劃分、各基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的配置要統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計。由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部各類設(shè)備外形或基礎(chǔ)都是矩形輪廓，因此，為避免建筑內(nèi)空間利用不合理，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部房間宜采用矩形劃分，單個功能房間的面積還需參考選定的消防方式進行規(guī)劃。如采用管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)時，一個防護區(qū)的面積不宜大于800m2，容積不宜大于3600m3。數(shù)據(jù)