2021 數(shù)據(jù)中心建設(shè)概要

2021數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目建設(shè)概要電子計(jì)算機(jī)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(jì)算等新生力量的快速萌芽，推動(dòng)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(guó)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(kāi)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(jì)、更創(chuàng)新、更智慧的數(shù)據(jù)中心。本章主要從宏觀角度來(lái)介紹數(shù)據(jù)中心的分級(jí)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(jí)數(shù)據(jù)中心一般按可靠性來(lái)劃分等級(jí)，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)略有不同。以下介紹幾種常用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1.1.1 GB50174—2017GB50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)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(jì)或社會(huì)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(jí)。A級(jí)為“容錯(cuò)”系統(tǒng)，即在電子信息系統(tǒng)運(yùn)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(hù)時(shí)，或檢修時(shí)仍能保證電子信息系統(tǒng)正常運(yùn)行，其可靠性和可用性等級(jí)最高。B級(jí)為“冗余”系統(tǒng)，即在電子信息系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行中斷，其可靠性和可用性等級(jí)居中。C級(jí)為滿足基本需要，即在基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)行情況下，應(yīng)保證電子信息系統(tǒng)運(yùn)行不中斷，其可靠性和可用性等級(jí)最低。此外，上述規(guī)范還允許同一個(gè)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(jí)的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，而數(shù)據(jù)中心的等級(jí)按照其中最低等級(jí)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(diǎn)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(jí)認(rèn)證美國(guó)UptimeInstitute是全球公認(rèn)的數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)組織和第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)。UptimeTier等級(jí)認(rèn)證是數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域權(quán)威認(rèn)證，在全球范圍內(nèi)得到高度的認(rèn)可。UptimeTier等級(jí)認(rèn)證包含3個(gè)部分：設(shè)計(jì)認(rèn)證（ierCertificationofDesignDocument、建造認(rèn)證（ierCertifi-cationofConstructedFacilit、運(yùn)營(yíng)認(rèn)證（ierCertificationofOperationalSustainabilit以下主要介紹設(shè)計(jì)認(rèn)證。設(shè)計(jì)認(rèn)證將數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施分為4個(gè)等級(jí)見(jiàn)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(gè)單一的非冗余分配路徑來(lái)為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。TierⅡ：冗余的機(jī)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(gè)單一的非冗余分配路徑來(lái)為關(guān)鍵環(huán)境提供服務(wù)。TierⅢ：可并行維護(hù)的機(jī)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(gè)獨(dú)立分配路徑來(lái)為關(guān)鍵系統(tǒng)提供服務(wù)。任何時(shí)候，只需一個(gè)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(jī)房架構(gòu)的拓?fù)?。TierⅣ：容錯(cuò)機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施（FaultTolerantSiteInfrastructure）。TierⅣ數(shù)據(jù)中心擁有多個(gè)獨(dú)立的物理隔離系統(tǒng)以提供冗余容量設(shè)備及多個(gè)獨(dú)立、不同、激活的分配路徑同時(shí)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(shí)應(yīng)采用的原則N”容量均會(huì)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(jī)房架構(gòu)的拓?fù)?。補(bǔ)充系統(tǒng)和分配路徑之間必須物理隔離，以防任何單項(xiàng)事件同時(shí)影響兩個(gè)系統(tǒng)或分配路徑。容錯(cuò)數(shù)據(jù)中心需要連續(xù)冷卻。表1-1Tier等級(jí)匯總TierⅠTierⅡTierⅢTierⅣ支持IT負(fù)載的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備N(xiāo)N＋1N＋12N分配路徑111個(gè)運(yùn)行和1個(gè)備用2個(gè)同時(shí)運(yùn)行可并行維護(hù)否否是是容錯(cuò)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(guó)《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，經(jīng)美國(guó)電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（TI、TIA技術(shù)工程委員會(huì)（TR42）和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）批準(zhǔn)，每5年修訂一次。該標(biāo)準(zhǔn)旨在為設(shè)計(jì)和安裝數(shù)據(jù)中心或機(jī)房提供要求和指導(dǎo)方針。TIA-942中數(shù)據(jù)中心的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與UptimeTier一致，依據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)用性和安全性將數(shù)據(jù)中心分為四級(jí)，詳見(jiàn)表1-1。但是與UptimeTier等級(jí)認(rèn)證所關(guān)注的內(nèi)容相比，TIA-942的分級(jí)規(guī)定更為細(xì)致具體，它分別從電信接入、選址、建筑結(jié)構(gòu)、建筑類(lèi)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(jí)對(duì)應(yīng)的不同技術(shù)要求。數(shù)據(jù)中心的選址一直以來(lái)，無(wú)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(zhuān)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(kāi)展核心業(yè)務(wù)，也都將總部落戶于北上廣深。所以國(guó)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(lái)隨著數(shù)據(jù)中心需求和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本和運(yùn)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(jià)的區(qū)域開(kāi)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(shí)不盡如人意，這些區(qū)域交通不方便、經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)、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(wú)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(yàn)統(tǒng)計(jì)，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(jī)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(lái)解決數(shù)據(jù)中心的散熱問(wèn)題。所以氣候寒冷或者相對(duì)濕度較低的地區(qū)又成了建設(shè)數(shù)據(jù)中心的熱門(mén)選項(xiàng)，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(shí)間可以充分利用自然冷卻制冷，相對(duì)濕度較低意味著可以通過(guò)等焓加濕實(shí)現(xiàn)降溫。這些過(guò)程都不需要開(kāi)啟壓縮機(jī)，這對(duì)降低能耗有顯著效果。不過(guò)寒冷和干燥的地區(qū)，對(duì)于施工建設(shè)和室外運(yùn)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(wèn)題。為了進(jìn)一步解決數(shù)據(jù)中心的制冷問(wèn)題，人們又將數(shù)據(jù)中心的選址進(jìn)一步擴(kuò)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(dòng)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(jì)欠發(fā)達(dá)，而且數(shù)據(jù)中心的巨大散熱量和耗水量對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境存在一定的負(fù)面影響。隨著我國(guó)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(gè)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(lái)越多樣化。數(shù)據(jù)中心建設(shè)方為了達(dá)到收益的最大化，要根據(jù)業(yè)務(wù)需求綜合考量評(píng)估當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、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(jì)規(guī)范》中對(duì)不同等級(jí)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(jí)數(shù)據(jù)中心的選址要求項(xiàng) 目A級(jí)B級(jí)C級(jí)備 注地址距離停車(chē)場(chǎng)不宜小于20m不宜小于10m—包括自用和外部停車(chē)場(chǎng)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(chǎng)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(jī)航道范圍內(nèi)建設(shè)數(shù)據(jù)中心距離飛機(jī)場(chǎng)不宜小于8000m不宜小于1600m—不包括機(jī)場(chǎng)自身使用的數(shù)據(jù)中心距離甲、乙類(lèi)廠房和倉(cāng)庫(kù)、垃圾填埋場(chǎng)不應(yīng)小于2000m—不包括甲、乙類(lèi)廠房和倉(cāng)庫(kù)自身使用的數(shù)據(jù)中心距離火藥炸藥庫(kù)不應(yīng)小于3000m—不包括火藥、炸藥庫(kù)自身使用的數(shù)據(jù)中心距離核電站的危險(xiǎn)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(xiǎn)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(chē)站、飛機(jī)場(chǎng)到達(dá)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(yùn)行環(huán)境的場(chǎng)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(chē)輛、船舶等移動(dòng)空間。不過(guò)本書(shū)主要討論的是以不可移動(dòng)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(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心由主機(jī)房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等區(qū)域組成。主機(jī)房：安裝和運(yùn)行數(shù)據(jù)處理設(shè)備的建筑空間，包括服務(wù)器機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、存儲(chǔ)機(jī)房等功能區(qū)域。輔助區(qū)：安裝、調(diào)試、維護(hù)、運(yùn)行監(jiān)控和管理電子信息設(shè)備和軟件的場(chǎng)所，包括進(jìn)線間、測(cè)試機(jī)房、總控中心、消防和安防控制室、拆包區(qū)、備件庫(kù)、維修室、打印室等區(qū)域。支持區(qū)：為主機(jī)房、輔助區(qū)提供動(dòng)力支持和安全保障的區(qū)域，包括變配電室、柴油發(fā)電機(jī)房、電池室、空調(diào)機(jī)房、動(dòng)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(duì)電子信息設(shè)備的具體情況不完全掌握時(shí)，主機(jī)房的使用面積可以按以下公式確定：A＝SN式中：A—主機(jī)房的使用面積m2S單臺(tái)機(jī)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(jī)房?jī)?nèi)所有機(jī)柜、大型電子信息設(shè)備和列頭柜等設(shè)備的總臺(tái)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(jí)、機(jī)柜功率密度、空調(diào)冷卻方式等因素有關(guān)，機(jī)柜功率密度越高，主機(jī)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(jī)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(jì)算；硬件及軟件人員辦公室等有人長(zhǎng)期工作的房間，使用面積可按5～7m2/人計(jì)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(jì)規(guī)范》的規(guī)定，不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心對(duì)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(yùn)維成本、運(yùn)維便利性和可靠性等多方面綜合考慮，目前國(guó)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(shí)，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(yùn)輸對(duì)貨運(yùn)通道和貨運(yùn)電梯的特殊要求等都將增加建筑成本。而對(duì)已有高層建筑進(jìn)行改造的數(shù)據(jù)中心，原建筑結(jié)構(gòu)的抗震、耐火等級(jí)和樓板的承重水平是首要考慮的問(wèn)題。其次，大/重型設(shè)備的運(yùn)輸安裝、柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)排風(fēng)問(wèn)題也大大增加了改建難度。表1-3不同等級(jí)數(shù)據(jù)中心的建筑與結(jié)構(gòu)技術(shù)要求項(xiàng) 目A級(jí)B級(jí)C級(jí)備 注建筑與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防分類(lèi)新建不應(yīng)低于乙類(lèi)不應(yīng)低于丙類(lèi)不宜低于丙類(lèi)—主機(jī)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(jī)柜的擺放密度確定荷載值主機(jī)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(shí)，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(jī)房外墻設(shè)采光窗不宜——防靜電活動(dòng)地板的高度不宜小于550mm作為空調(diào)靜壓箱時(shí)防靜電活動(dòng)地板的高度不宜小于250mm僅作為電纜布線使用時(shí)屋面的防水等級(jí)ⅠⅡⅢ對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，大/重型設(shè)備（如柴油發(fā)電機(jī)、冷水機(jī)組等設(shè)備）及附屬裝置所在樓層的層高不宜低于5m；主機(jī)房部分應(yīng)根據(jù)機(jī)柜高度、管線安裝及通風(fēng)要求確定空間整體高度，主機(jī)房?jī)舾卟灰诵∮?m。為遵循新一代數(shù)據(jù)中心推崇的設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，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(yùn)維人員的巡視路徑等；設(shè)備運(yùn)輸路線不僅要與人員通道區(qū)分設(shè)置，同時(shí)還需考慮如何快速便捷地實(shí)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(jì)。由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部各類(lèi)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(gè)功能房間的面積還需參考選定的消防方式進(jìn)行規(guī)劃。如采用管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)防護(hù)區(qū)的面積不宜大于800m2，容積不宜大于3600m3。數(shù)據(jù)