高校数据中心机房建设实例浅析

潘小星

(南京医科大学，江苏南京 211166)

随着信息化建设不断发展，校园信息化建设目标已从信息化迈向智慧化。教育部发布的《高等学校数字校园建设规范(试行)》意见中要求，在教育信息化2.0 发展中，应对信息技术的迅猛发展和积极发展“互联网＋教育”的发展需求，不断改善学校办学条件，营造网络化、数字化、智能化、个性化、终身化的教育教学环境，提高教育教学质量和科研服务水平，提升科学决策和教育治理能力，全面提升智慧教育建设水平。

南京医科大学制定的“十三五”信息化发展规划中将信息化校园明确提升为智慧校园。随着学校大规模信息化建设，数据资源和智慧化应用需求的不断增加和行政中心校区迁移，在新校区建设一个安全可靠、功能完善、设施领先、环保节能、智能化、空间足够的数据中心机房需求迫在眉睫。学校老的数据中心机房于2012 年在老校区建设，长期以来有力保障了学校信息化发展的需求，同时也暴露出相应问题：

1)现有数据中心容量已饱和，初期建设采用传统架构，18个独立机柜部署，承载全校网络核心传输设备、智慧校园设备、二级部门托管设备等，已无可用空间。

2)现有数据中心只采用了一套空调系统、不间断电源，物理条件存在单点故障，应对突发事件能力薄弱，无法保证业务连续性。

3)机房动力环境监控系统监控内容不够丰富，报警方式单一，时效性欠缺，无法实现对机房运行状态的实时监控[1]。

1 机房建设总体规划

根据学校总体安排，在新校区教学楼一层新建数据中心机房，为校园网络接入、核心网络设备、数据中心、校园一卡通以及二级部门服务器托管、高性能运算提供不低于国家机房建设标准B 级的房环境(GB50174-2017《数据中心设计规范》)。新建数据中心建成后与老机房形成主备运行模式，实现异地灾备，进一步提高数据中心机房的可靠性。

按照学校总体需求，新建机房包含以下几个功能区域：光纤接入间、电池电力间、数据中心区、会议及监控室、备品备件室。光纤接入间为校区楼宇光纤线路汇聚点。鉴于原有光纤线路改道难度大，且禁止外单位线路维护人员进入机房的原因，单独设置该区域，如图1。

2 机房建设分项内容

机房主要包含以下10个子系统：装饰装修系统、综合布线系统、供配电系统、UPS系统、制冷系统、灭火报警系统、新风排烟系统、防雷接地系统、动力环境监控及门禁系统、机柜冷通道系统。

2.1 机房装饰装修

数据中心机房的装饰装修不是普通的室内装修，除了要考虑美观外，更着重于安全性及实用性。机房装饰装修系统主要包含顶、墙、窗、地四方面。顶面防尘、保温处理后，采用铝方通吊顶。现有层高3.72 米，主梁高度0.6 米，地面活动地板架高0.25 米铺设，吊顶内预留管道管线空间后，整体机房建设后净高2.65米。满足GB50174-2017《数据中心设计规范》中条文说明第6.1.3 条“机房净高度不应小于2.6m”。墙、柱面设置采用铺设C75 轻钢龙骨，填充保温岩棉，最终做彩钢板饰面处理。窗户参照墙面设计，做封闭处理。地面以下做防尘处理、B1级保温层，地板下墙裙及地面刷立邦漆做净化处理。最终铺设抗静电地板，地板支架高度为250mm,地板选用全钢抗静电活动地板。同时为保证机房装饰装修方面的质量，本次机房建设过程中，引入专业的监理单位，全程跟踪把关隐藏工程[2]。

2.2 综合布线系统

按实际使用需求，主要传输产品采用6类非屏蔽双绞线和万兆单模光缆布线系统。点位两端配置对应的配线架、配线架理线器、模块、保留足够的物理通道冗余路由。综合布线设计及施工方式采用上走线。光纤接入间至校园网络冷通道：144芯单模光纤；光纤接入间至财务一卡通冷通道：72芯单模光纤；校园网络冷通道至数据中心及其他冷通道分别部署一根24芯单模、24根六类非屏蔽双绞线；冷通道内部则采用定制成品跳线直连交换设备模式，最大化满足冷通道内部线路需求。具体综合布线图如下图2。

图2 综合布线图

2.3 供配电系统

机房强电配电系统设计主要考虑两方面。一方面是动力用电(空调及照明)：12台功率为18KW的行级精密空调，3台功率为12KW 的行级精密空调；配电间2 台基站空调，功率约6KW；照明、插座、新风机排烟机及其他用电约35KW;合计总用电功率约300KW。另一方面为设备用电：五个冷通道区域共计75台机柜，其中15台高性能机柜功率按8KW,其余每台机柜功率按4KW；应急照明、消防排烟约3KW；合计满载用电总功率为363KW；最终按需求UPS 选用400KVA 的机框，即满载400KW；

学校配电中心独立为机房提供三路市电电源，一路供给机房动力用电；两路电源供给机房设备配电，市电经ATS 自动切换开关，为UPS 设备供电。配电电缆容量选择，需满足回路开关的整定保护值，载流量应在相应保护范围内，所有配电电缆均安装保护线槽，所有电缆均采用阻燃电力电缆。本次机房弱电综合布线采用上走线方式，强电采用下走线方式。

2.4 UPS系统

经以上供电计算设备用电负载，考虑到良性负载，则321.5/0.8≈400KW，因此本次部署两400KVA模块化UPS，互为备份做双路供电架构。(该主机的功率因数为1，400KVA=400KW)

本次建设两台UPS 配置容量各为150KVA，并分别提供当前负载下约60 分钟后备延时,共160 节12V150AH 的蓄电池采用开放式电池架承载。

机房整体采取三级配电架构，具体配电拓扑如图3。

图3 配电拓扑

2.5 制冷系统

该系统设计建设应考虑两个方面：一是空调外机需充分考虑散热，铜管及排水管路防冻等因数；如外机安装位置在二楼及以上，还需考虑承重问题。本次案例中的空调外机是在机房外围单独修筑水泥平台集中安装空调外机，如图4。

图4 空调外机安装

二是空调的选型及制冷量的设计，数量安装方面采取N+1架构，保障各功能区域的温湿度稳定。具体分配如下：校园网络通道3台制冷量为25KW的行级精密空调机组，2用1备。

数据中心通道：3台制冷量为39KW的行级精密空调机组，2 用1 备；一卡通及财务通道：3 台制冷量为39KW 的行级精密空调机组，2 用1 备；二级部门服务器托管通道：3 台制冷量为39KW的行级精密空调机组，2用1备；高性能运算通道：3台制冷量为39KW的行级精密空调机组，2用1备；电池电力间：2台制冷量为12.5KW 的基站空调；会议室及监控室各配置1 台5P的商用吸顶式空调[3]。

2.6 灭火报警系统及新风排烟系统

目前机房气体灭火报警系统主要采用七氟丙烷自动灭火系统，分有管网和无管网。涵盖范围主要包括校园网络通道、主机房及电池电力间3个消防保护区。根据《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005并结合《数据中心设计规范》GB50174-2017，低于500 平米的机房可采用无管网。结合造价因素，本次设计预制灭火系统即无管网式。

同时按照《数据中心设计规范》GB50174-2017机房新风量设计为区域容积的两倍，排风量为区域容积的五倍的要求，配套建设相应的新风及灾后排烟系统[4]。

2.7 防雷接地系统

根据GB50174-2017《数据中心设计规范》要求，本机房电源防雷采用三级保护。A 级设置在大楼总配电柜输出端，B 级防雷器安装在机房配电间中的总电柜输出端、C级防雷器在强电列头柜输入端。机房内综合接地系统接地电阻小于1欧姆。

2.8 动力环境监控及门禁系统

机房动力和环境监控系统主要包括中心机房运行环境、供配电系统、UPS 系统、空调新风系统的集中监控等。监控内容如下：

(a)机房动力监控：配电监控、UPS监控等；

(b)机房环境监控：漏水检测系统、空调状况及参数、机房内的温湿度等；

(c)各区域功能间无死角视频监控、出入口门禁监控等；

(d)每组冷通道设置门禁(进门刷卡加密码方式)、机房外走廊两端设置人脸识别门禁；

(e)财务机柜单独设置机柜门禁。

包含丰富报警形势，如设置与校级短信平台和电话平台对接或者在监控中心集中显示，实现对机房运行状态的实时监控。

2.9 机柜冷通道系统

冷通道系统规划主要考虑两方面。一是按照功能需求设置通道数量。本案例中按照需求设置五组冷通道，用途分别为：校园网络、数据中心、一卡通及财务、二级部门托管、高性能运算。二是结合机房实际空间确定每组通道机柜数量。通道包含柜体、侧门、机柜照明、背景灯带、冷通道门禁、顶棚天窗、机柜顶部配套强电线槽、弱电线槽、一体式PDU、0U 配线架等配件[5]。

3 建设成效

经过一年多的建设，学校建立了面积441.8 平米的标准化数据中心机房，满足学校未来8-10 年的信息化发展需求。新的数据中心机房建设，实现了对资源的统一整合、按需分配，有效地提高了资源的利用率。为学校新一轮的智慧校园建设提供必要的基础保障。由于采用了新的机柜冷通道建设架构，数据中心机房的能耗值较老的数据中心，明显降低，实现了节能环保的设计目标。功能完善、运行稳定的数据中心机房，大大的减轻了管理人员的工作压力，提高了安全管理级别，降低了人力运维成本。机房投入使用以来，已接待多批次的专家学者参观交流，得到了高度评价，大大提升了学校的知名度。见机房全局实图(图5、图6)。

图5 机房全局实图

图6 机房全局实图

4 结束语

高校的数据中心机房建设是一项对信息化管理人员专业性要求很高的工作。需要科学设计，充分利用现有的空间，要考虑性能、安全、功能等多方面因数。采用先进的技术架构，既能满足应用需求，又能达到节能减排的效果。采用分级部署，功能模块化的建设架构，打造出应变能力、灵活性、适用性都较强的智能化、管理型数据中心机房。