王磊：如何设计一个“小而美”的B级数据中心

　　在我院新建的妇儿综合楼上，规划了一个总面积不足160m²的小型数据中心，而我院原有的两个数据中心均为C级，面积之和尚不足100m²。显然，这个待建的数据中心将在未来很长一段时间内作为医院的主数据中心，将其设计成“小而美”的B级数据中心成为我院的必然选择。

　　注释：《数据中心设计规范》(GB50174-2017)中规定数据中心应划分为A、B、C三级。A级数据中心的基础设施宜按容错系统配置，在电子信息系统运行期间，基础设施应在一次意外事故后或单系统设备维护或检修时仍能保证电子信息系统正常运行;B级数据中心的基础设施应按冗余要求配置，在电子信息系统运行期间，基础设施在冗余能力范围内，不得因设备故障而导致电子信息系统运行中断;C级数据中心的基础设施应按基本需求配置，在基础设施正常运行情况下，应保证电子信息系统运行不中断。国家卫生健康委在《全国医院信息化建设标准与规范》中要求：三级医院数据中心应参照B级标准建设。

01 基本条件

　　该数据中心规划净长度21m，净宽度7.6m，总面积159.6m²;梁下净高4m，活荷载12kN/m²，如图1所示。

图1：数据中心初步设计平面图

02 初步设计

　　楼宇智能化设计单位给出了一版初步设计方案：数据中心内部规划了600×1000×2000规格的服务器机柜24个，配线柜4个，配电列头柜4个;额定制冷量75KW的精密空调2台，采用地板下送风，架空地板高度35cm;采用“双路市电+柴油发电机+UPS不间断电源”的供电方式，设置2台额定容量为120KVA的模块化UPS电源，配备2组蓄电池，电池后备时间1小时;配线机柜分别引出2根12芯万兆多模光纤和12根非屏蔽双绞线连接到各机柜。设备安装位置如图1所示。

03 方案分析

　　因数据中心对楼层的活荷载有特殊要求，原有的活荷载设计标准需要进行调整;初步设计方案也有一些不合理之处：首先是空间利用率太低，诺大的空间只规划了24个服务器机柜;其次是架空地板高度过低，不利于制冷;第三是UPS与空调制冷量不匹配，B级数据中心精密空调应该按照N+1设计，若按照此标准，初步设计方案中数据中心实际可用制冷量仅75KW，而UPS额定容量为120KVA;第四是UPS室面积过大，后备电池过多;第五是数据中心内部网络布线不满足实际需求。

04 优化设计

　　整体优化思路：数据中心按照B级数据中心标准进行设计;因面积有限，数据中心主要建设主机房与支持区(UPS与电池室)，辅助区、行政管理区另行考虑;数据中心采用地板下送风加冷通道封闭微模块方案，提高制冷效率，降低PUE(Power Usage Effectiveness，电能利用效率，是评价数据中心能源效率的指标，越低越好);数据中心网络布线采用预连接方式，避免后期使用过程中进行跨机柜的线缆连接，同时，尽可能采用光缆连接，减少铜缆的使用。

　　(1)优化措施一：增大活荷载标准

　　《数据中心设计规范》(GB50174-2017)要求，蓄电池组4层摆放时，电池室活荷载标准值不应小于16kN/m²，所以首先将楼宇设计方案中数据中心区域活荷载标准提高到16kN/m²。

　　(2)优化措施二：提高空间利用率

　　《数据中心设计规范》(GB50174-2017)中4.3.4条要求，主机房内通道与设备之间的距离应符合下列规定：用于搬运设备的通道净宽不应小于1.5m;面对面布置的机柜(架)正面之间的距离不宜小于1.2m;当需要在机柜(架)侧面和后面维修测试时，机柜(架)与机柜(架)、机柜(架)与墙之间的距离不宜小于1.0m;成行排列的机柜(架)，其长度大于6m时，两端应设有通道;当两个通道之间的距离大于15m时，在两个通道之间还应增加通道。

　　为提高空间利用率，综合考虑供电、制冷、层高等因素，本数据中心规划了一组冷通道封闭机柜，包括800×1200×2200规格的网络机柜6台、600×1200×2200规格的服务器机柜30台、600×1200×2200规格的配电列头柜2台，冷通道宽度1.2m;另外在墙边单独部署了600×600×2200规格的配线柜5台，如图2所示。

图2：数据中心机柜部署平面图

　　(3)优化措施三：抬高架空地板

　　为优化气流组织，将数据中心架空地板高度由35cm增加到50cm，因楼宇设计方不支持数据中心区域楼板降板处理，所以采取垫高数据中心防静电地板的方式，并在数据中心门口做踏步处理。

　　注释：楼板降板处理，是指将数据中心所在区域的楼板进行特殊处理，使其低于其他区域的楼板高度，在降板区域铺设架空地板，使架空地板与其他区域的楼板水平，这种设计可以避免数据中心门口的踏步处理，方便数据中心的后期使用(如设备搬运)。

　　(4)优化措施四：优化供电与制冷方案

　　采用双路模块化UPS，每一路额定容量为150KVA(后期可扩容)，搭配制冷量65KW的3台精密空调(2用1备，后期可根据需要更换更高冷量的空调)，确保单机柜达到3.5KW的平均负荷，同时，所有机柜均采用32A规格PDU，确保任一机柜可达到7KW的最大负荷。

　　(5)优化措施五：压缩UPS与电池室

　　本数据中心采用“双路市电+柴油发电机+UPS不间断电源”的供电方式，按照《数据中心供配电设计规程》(T/CECS486-2017)要求，“B级数据中心使用柴油发电机组作为备用电源时，不间断电源系统的电池备用时间不宜小于15min”;同时考虑到单独增加电池备用时间并不能实质性延长数据中心工作时间(因精密空调不使用UPS供电，在无制冷条件下，数据中心内部设备很快就会因为过热而宕机)，将电池备用时间设计为30min，根据估算出来的电池数量压缩电池室面积，最终设计的数据中心如图3所示。

图3：数据中心最终设计平面图

　　(6)优化措施六：完善数据中心网络布线方案

　　数据中心网络布线采用预连接方式，避免后期使用过程中进行跨机柜的线缆连接，尽可能采用光缆连接，减少铜缆的使用。每个服务器机柜都安装一个24口RJ45配线架，连接到配线柜，主要用于带外管理网，同时安装两个多模24口光纤配线架，一个到配线柜，另一个到对面机柜(方便设备连接对面机柜的网络设备，实现双链路上联);每个网络机柜安装4个24口RJ45配线架，连接到配线柜，安装120口多模光纤配线架(其中24口到对面网络柜，其余到配线柜)，安装48口单模光纤配线架，连接到配线柜。

05 最终效果

　　经过优化设计，该数据中心的承重能力、空间使用效率得到了提升，供电、制冷条件得到了改善，业务承载能力显著增强，使用和维护也更加方便，必将为我院的信息化建设提供强有力的支撑，建成后的数据中心具体效果如图4、5、6所示。

图4：冷通道封闭机柜内部

图5：冷通道封闭机柜外部

图6：模块化UPS与配电柜

　　作者简介

　　王磊，山东大学齐鲁医院信息网络中心副主任，信息系统项目管理师，信息安全工程师，(ISC)²注册信息系统安全专家，BSI信息安全管理体系(ISO 27001) 内审员，数据中心规划设计工程师。担任山东省健康管理协会医院信息化分会副主任委员等社会兼职。