数据中心建设与运维关键技术研究

鲍利民 王岩 肖伟 刘海波

摘要：本文介绍了数据中心的概念、特点及运维管理需求，分析了BIM技术的特点、优势和在数据中心设计建设运维中的作用。阐述了ITIL规范在数据中心IT服务管理中的指导作用，提出数据中心应该采用先进成熟的技术，提高建设运维管理水平。

关键词：数据中心;BIM技术;ITIL规范;研究

随着我国信息化改革的不断深入，各行业向信息化转变的步伐越来越快，级数级增长的作战数据需求不断推动数据中心建设向更大规模、更高层次发展。数据中心的建设运维是一项庞大的系统工程，具有保障系统多、设备类型多、发展速度快、运维管理难、标准要求高等特点，对运维管理团队的综合保障能力提出很高的要求。在编制有限，人才培养周期长的前提下，如何充分利用先进的建设运维技术，降低运维难度，提高管理质效，保障各类系统的高可用性，是运维管理团队需要面对的问题。

一、数据中心概述

（一）数据中心概念

数据中心（Data Center）是为集中放置的电子信息设备提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。数据中心是以数据加工处理为主要目的，通过网络向用户提供信息服务的场所，包括硬件和软件，硬件是指数据中心的基础支撑系统和IT设备等，软件是指数据中心所安装的程序和提供的服务。

（二）数据中心的特点

1、专业系统多。数据中心对建设结构有特殊要求，一般需要独立建设和运维，是具有物理承载、基础支撑、信息服务三大功能的庞大综合体。物理承载包括建筑结构、电气安装、电力配送、装饰装修、供给排水、消防控制、安防警戒等一般建筑具备的专业系统。基础支撑包括不间断电源、精密空调、气体消防、机柜支持、综合布线等为信息服务设备提供基础环境的系统。信息服务包括通信网络、计算资源、存储备份、数据交换、安全加密等与数据加工处理流程相关的系统和设备，涉及20多个相对独立的专业门类。

2、标准要求高。根据国家标准《数据中心设计规范》（GB50174-2017），数据中心按使用性质和系统中断对社会造成的影响分为A、B、C三级。数据中心是各类信息系统的基础支撑环境，直接为信息的采集分类、加工处理、综合运行服务，对生产生活影响深远。因此，数据中心在规划设计、施工建设、运维管理各阶段应采用高标准，充分考虑容错机制，减少设备故障对信息系统造成的影响，提高系统的可靠性和可用性。

3、维护管理难。数据中心建设标准高、应用需求高、技术体制复杂，对数据中心运维管理团队综合保障能力提出更高的要求。同时，在当前阶段，各数据中心的运维力量编制不足，人员短缺，力量薄弱，手段单一、工作强度大等因素，必然导致运维管理水平的整体偏低。要充分吸取先进的运维管理经验和技术，在数据中心规划建设阶段同步设计运维管理系统，是解决上述难题的有效途径。

（三）数据中心发展方向

随着科技的不断进步，新技术不断涌现，数据中心在建設理念、运维标准和智能运用等方面都有新的方向。新一代数据中心需要具备模块扩展、动态部署、综合运维、绿色节能等特点，使数据中心朝模块化、标准化、虚拟化、智能化方向不断发展。

（四）数据中心关键技术应用

近年来，数据中心在规划建设、基础运维、服务管理各阶段出现一些新的关键技术，如BIM技术、ITIL规范、虚拟化、云计算等。这些技术在数据中心建设运维中的应用，缩短了建设周期，降低了运维难度，提高了综合效率。数据中心设计建设应着眼未来发展需求，紧跟技术发展方向，充分利用先进成熟技术成果，不断提高运维管理水平，保证各类信息系统高效运行。

二、BIM技术

BIM技术是多个行业的工作流程、工作方法的一次重大变革，近年来广泛应用于建筑工程领域。BIM把工程项目所有专业的信息整合到一个三维建筑模型中，在设计、施工、运维管理过程中起到信息共享，综合统筹的作用。

（一）BIM技术介绍

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、专业协调性、过程模拟性、流程优化性及可视、可出图等特点，是数字信息的集成应用，应用于建筑的设计、建造、管理各个阶段。

（二）BIM技术的优势

1、立体视图。BIM以建筑三维模型为基础，各部件和设备标注属性，可根据用户的需求随时变换视角深入细致的观察各个细节，通过直观、清晰、连续的沉浸式视图加快相关方对方案的理解和把握。

2、专业协同。数据中心建设专业多、分工细、相互关联、相互影响，任何失误都可能造成连锁反应，影响工程进度和运维效率。BIM可在设计阶段对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，指导各专业优化设计方案，避免冲突发生。

3、阶段模拟。模拟可以贯穿于建设全生命周期的各个阶段。在设计阶段，BIM可以对设计方案进行模拟，如：节能减排模拟、日照采光模拟、热能传导模拟等。在施工阶段可以进行4D模拟，既在立体三维模型的基础上加上时间因素，模拟施工过程，从而优化工期，控制成本。运维阶段可以模拟灾难事故等紧急情况的应急方案，如地震逃生模拟和消防疏散模拟等。

4、方案优化。方案受信息、复杂程度和时间三种因素的制约。没有准确的信息，做不出合理的优化结果。BIM模型提供了建筑物内所有专业的数据信息，包括建筑信息、资源信息、规则信息等，丰富的信息为方案优化打下基础。BIM利用内嵌工具组件提供了对复杂项目进行优化的途径。

5、出图灵活。BIM模型不仅能绘制常规的建筑设计图纸及构件加工的图纸，还能通过对建筑物进行可视化展示、协调、模拟、优化，并出具各专业图纸及深化图纸，使工程表达更加详细。

（三）BIM技术在数据中心建设运维中的作用

1、空间规划管理。空间管理主要应用在机架、布线、照明、消防等各系统和设备空间定位。获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。

2、设备设施管理。数据中心内的各类设备在BIM中都以三维立体模型方式呈现，设备的属性同样以浮动标签的形式标注于模型中。三维模型与设备的实地布局完全对应。运维管理人员通过后台操作即可实现对在线设备实施清点盘查、状态检查、运程控制等功能。

3、应急预案管理。BIM技术可以基于时间轴模拟事故响应的全过程，验证应急方案的可行性。例如：模拟数据中心电源系统发生火灾，通过模型计算系统自动生成火灾影响的范围和程度，为制定应急响应方案提供依据，同时也可以验证应急方案的存在的问题，以便及时修正完善。

4、隐蔽工程管理。在数据中心设计建设阶段，大量的桥架管网和布线被墙体或装修材料遮挡，工程结束后很难检查验证，出现问题也很难定位排查。基于BIM技术的运维可以管理复杂的管网和布线，通过三维视图方式在图上直接获得相对位置关系，便于管网维护检修等。

5、能源管理。BIM结合物联网技术的应用，使能源管理更加方便快捷。通过安装具有传感功能的电表、水表等，可以实现建筑能耗数据的实时采集、传输、汇总等功能，实时分析能耗分布规律，有针对性的做好调控，达到节能减排的目的。

6、模拟仿真。BIM系统具有建筑结构、设备设施、管道线路、动力负荷、热力图普等所有数据，为系统的模拟仿真创造了条件。如通过分析设备用电、日照传导、人体热辐、照明发热等热源对空调制冷系统的影响，能更精确计算空调的输出功率、设备布局、气流组织、温度控制等，使制冷系统的设计维护更科学合理。

7、碰撞检查。利用BIM三维技术，在数据处理中心设计阶段通过模拟计算进行碰撞检查，解决管线设备安装空间关系冲突，减少在施工中可能出现的错误，优化管线排布方案、增加机房净空等。

三、ITIL规范

ITIL即IT基础架构库，由英国计算机和电信局制定，主要适用于IT服务管理（ITSM）。ITIL為IT服务管理提供了一个客观、严谨、可量化的标准和规范。ITSM确立了以战略目标和业务需求为出发点，以管理流程为导向，提出了一套对数据处理中心IT系统的规划、研发、实施和运维进行有效管理的高质量IT服务管理方法，其目的是提高数据中心IT服务提供与支持的智能化、规范化水平。

（一）ITIL的架构

ITIL的包括26个流程，使用五个主要书面指导文件，分别论述了IT服务的服务战略、服务设计、服务转换、服务运营和服务的持续改进。

1、服务战略。提供了基于市场驱动模型的IT服务方法。它描述了一系列的管理流程，可以帮助企业根据财务效益原则作出更精准的决策。

2、服务设计。解释了IT服务对较大的业务怎样产生影响。它涵盖了IT服务的设计实例和技术服务的交付，以及服务管理工具，ITIL服务支持流程，还有支撑服务的供应链。具体的管理业务内容包括服务水平、可用性、容量和安全管理。

3、服务转换。将业务需求转化为实际IT服务的过程。ITIL服务管理约定你必须以项目管理的模式完成这些转换过程，同时，服务转换指导文件也说明了应该如何完成业务环境下的变更管理。服务转换包括变更管理、资产和配置管理、软件发布或部署管理，服务测试等。

4、服务运营。帮助数据处理中心运维团队向用户交付所需的服务水平，这也是IT在整个ITIL生命周期中真正创造价值的部分。ITIL服务运维人员接受的培训包括如何处理日常事务和事故、回应请求、管理问题、维护安全性。

5、服务的持续改进。协助数据处理中心运维团队确定需要服务变更的节点，配合业务需求的变化持续调整服务，掌控全局，考核变更的成效。涉及到考核节点的定义和考核数据的收集、处理和分析。当需要改进时，运维管理团队会执行变更流程，通过前面的考核数据评估成效，并依此推广到更多标准化的变更。

（二）ITIL的服务支持流程

1、事件管理。在不影响业务的情况下尽快恢复服务，从而保证最佳的效率和服务的可持续性。事件管理流程的建立包括事件分类，确定事件的优先级和建立事件的升级机制。

2、问题管理。指通过调查和分析数据处理中心IT基础架构的薄弱环节、查明事故产生的潜在原因，并制定解决事故的方案和防止事故再次发生的措施，将由于问题和事故对业务产生的负面影响减小到最低的服务管理流程。与事故管理强调事故恢复的速度不同，问题管理强调的是找出事故产生的根源，从而制定恰当的解决方案或防止其再次发生的预防措施。

3、配置管理。识别和确认系统的配置项，记录和报告配置项状态和变更请求，检验配置项的正确性和完整性等活动构成的过程，其目的是提供IT基础架构的逻辑模型，支持其它服务管理流程特别是变更管理和发布管理的运作。

4、变更管理。为在最短的中断时间内完成基础架构或服务的任一方面的变更而对其进行控制的服务管理流程。变更管理的目标是确保在变更实施过程中使用标准的方法和步骤，尽快地实施变更，以将由变更所导致的业务中断对业务的影响减小到最低。

5、发布管理。对经过测试后导入实际应用的新增或修改后的配置项进行分发和宣传的管理流程。发布管理以前又称为软件控制与分发，它由变更管理流程控制。

（三）ITIL运维管理系统

基于ITIL架构的ITSM软件是IT服务运维管理的具体工具，集成了事件管理、问题管理、变更管理、资产管理、IT项目管理、知识库、合同管理等功能模块。提供灵活的流程和表单设计工具，可以根据自身特点定制各种业务流程，从而彻底改变数据处理中心错综无序的IT服务现状，提高运维管理团队的生产效率，改善用户的满意度。

四、结束语

当前，我国各行业数据中心建设正处于高峰期，运维管理团队应该参与到数据中心规划设计、技术论证、施工建设、维护管理的全过程，在工程实践中不断培养人才、锻炼队伍。同时，运维管理团队也应该站在全局的高度，积极学习掌握先进的运维管理理念和技术，择优提出智能化运维手段的建设需求，为提高数据中心智能化运维管理水平打下坚实的基础。

参考文献：

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