大型IDC机房的多专业协同及设计案例

陈金芬

【摘要】首先介绍了大型IDC机房的建设趋势，并提出多专业协同设计是大型IDC机房成功建设的前提条件;然后详细地分析了土建、装修、电气照明、弱电监控、消防、空调、电源、工艺等8个专业在大型IDC机房建设中的设计要点;最后提出了大型IDC机房的多专业协同措施，并以案例来具体说明大型IDC机房的多专业协同设计流程和设计结果。

【关键词】IDC机房    多专业协同    PDU

中图分类号：TN915.02    文献标识码：A    文章编号：1006-1010（2014）-22-

Multi-Discipline Coordination and Design Case of Large-Scale IDC Room

CHEN Jin-fen

（Huaxin Consulting and Designing Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310014， China）

[Abstract]This paper first introduces the construction tendency of large-scale IDC rooms and proposes multi-discipline coordination is the premise to construct large-scale IDC rooms. And then， the paper analyzes the design points of eight disciplines including civil work， decoration， electrical lighting， electronic monitoring， fire control， air conditioning， power and craft in the construction of large-scale IDC rooms. Finally， it presents multi-discipline coordinative measures， as well as illustrates the flow and results of multi-discipline coordination design by means of specific cases.

[Key words]IDC room    multi-discipline coordination    PDU

1   大型IDC机房建设趋势

IDC（Internet Data Center，互联网数据中心）是电信部门利用已有的互联网通信线路、带宽资源，建立标准化的电信专业级机房环境，为企业、政府提供服务器托管、租用以及相关增值等方面的全方位服务。行业趋势、竞争压力推动大型IDC机房向高密度、高效率、模块化建设、云计算技术应用方向发展。

传统的IDC机房最大支持3kW/机柜，导致机柜内空间浪费严重。为了降低成本，提高机柜利用率，新建IDC机房实际功耗可达4.5～7kW/机柜。

传统的IDC机房PUE（Power Usage Effectiveness，电源使用效率）在2.1左右，电源容量限制、企业社会责任驱动新建IDC机房PUE值向1.5靠近。

为保证竞争力，IDC机房建设应能够根据各机房（区块）容量及建设等级灵活调整。

云计算帮助IDC中心建立业务与资源之间的关系，使现有IDC资源和业务优先级对应，所有服务器可以作为资源池进行统一调度、管理且按需动态分配，从而降低IDC运营成本。

上述IDC机房建设趋势要求各个专业紧密协作，多专业的协同设计是大型IDC机房成功建设的前提条件。

2   大型IDC机房建设涉及的专业

大型IDC机房建设涉及土建、装修、电气照明、弱电监控、消防、空调、电源、工艺这8个专业，每个专业的设计要点如表1所示：

表1    大型IDC机房建设涉及的专业及设计要点

专业

设计要点endprint

土建

机房选址、平面布局、机房载荷、机房层高等

装修

机房的分割、吊顶、隔断、防火门、孔洞的开凿和封堵、隔热保温层、静电地板等

电气照明

消防报警、照明等

弱电监控

视频监控、门禁监控、动环监控、环境监控等

消防

消防管道、钢瓶、烟感、温感等

空调

机房温度和湿度、气体组织结构规划等

电源

供电模式、电源容量、柴油发电机等

工艺

机房整体的布局规划、走线架/尾纤槽道规划、冷/热通道封闭、机房内综合布线

3   大型IDC机房的各专业设计要点

下面详细分析土建、装修、电气照明、弱电监控、消防、空调、电源、工艺这8个专业在大型IDC机房建设中的设计要点。

3.1  土建专业

除了一般选址要求，电力引入条件、政府能耗指标和电价优惠政策等因素正成为大型IDC机房选址的关键要素，选址过程中要充分考虑电力电压等级、电力可供容量以及最近的变电站情况和此区域电力规划情况。

理想的机房平面应该是长方形、大开间（7.2/7.5/8.4/9/9.6m进深），以最大限度提高机房利用率，便于通信设备的安装布置。按照功能模块划分，IDC机房布局分为集中供电和分散供电这2种。

单个空机柜（含挡板）为150～720kg，机墩约为30kg，内置设备重量与型号和数量有关，三者重量相加即为单机柜重量。根据经验，15A机柜重量为600～700kg，20A机柜重量为800～900kg。对于租赁机房，还应根据实际设备重量进行承重再核实。

主机房梁下净高由气体灭火管道高度、工艺生产要求的净高、送风风管或活动地板高度组成，一般为3.2～4m。柴油发电机房梁下净高为3.5m（设备容量≤80kW）或者不小于4m（设备容量>80kW）;其他电力机房梁下净高与进线方式和设备要求有关，一般为4～5.6m。

3.2  装修专业

大开间机房应该根据消防要求、安全疏散距离要求、安全疏散通道要求进行合理分割。机房开门位置要尽量选择在冷热通道，装修时应将搬运斜坡设置在走廊上，以免浪费机柜位置。

暂时不用的孔洞需要做好封堵;空调背面的上线井需要预留足够的空间以防被堵。

为避免水管漏水导致机房进水，需要在空调水管与IT机房间设置混凝土挡水坎;为了有效排水，在土建阶段需要预留排水地漏。

静电地板高度一般设置为500～800mm。

在机房垂直空间富裕的情况下，建议做吊顶，吊顶以上空间可作为机房的静压送风或空调热回风通道。为防止因为温差出现凝露，机房一般需要做隔热保温，可选择地板保温或者吊顶保温。

3.3  电气照明专业

火灾自动报警系统的传输线路应采用穿金属管、经阻燃处理的硬质塑料管或封闭式线槽保护方式布线[1]。在机房内火灾自动报警系统应单独布线，不可与机房通信系统或其他弱电监控系统共用布线桥架。

越来越多的IDC机房使用了封闭冷通道的方式以加强空调制冷效果，为了实现封闭冷通道内的气体灭火，通常采用顶板的控制与消防联合动作的方式来解决消防问题。在设计阶段，需要将此部分的控制作为干接点接入消防报警系统。

灯具的高度不能与工艺各桥架冲突。

3.4  弱电监控专业

弱电监控专业包括视频监控、门禁监控、动环监控以及环境监控等。

（1）视频监控分为机房内监控和机房外公共空间监控这2种。一般运营商都建设机房外公共空间的视频监控，有选择性地建设机房内的视频监控。机房内视频监控摄像头一般设置在列头和列尾，线缆较少可与通信线缆共用走线架，线缆较多则需单独设置走线架。

（2）门禁监控包括门开关状态、合法（非法）刷卡状态、出门按钮开关量、紧急碎玻按钮开关量、门禁封锁等。

（3）动环监控包括柴油发电机状态、低压配电柜状态、交流UPS及高压直流系统状态、电源列柜状态以及PDU（Power Distribution Unit，电源分配单元）状态等。

（4）环境监控包括机房温湿度、漏水监测、空调检测、防雷器运行状态以及新风系统排风机状态等。

3.5  消防专业

消防专业的设计要点主要有以下方面：

（1）在机房垂直空间紧张的情况下，机房内消防管网需严格贴梁安装施工，否则将影响机柜上方走线空间，一般预留消防管网的空间为200mm。

（2）消防钢瓶间的承重要求达到8kN/m2[2]。

（3）在做机房划分时，一个防护区的面积不宜大于800m2（北京要求不宜大于500m2），且容积不宜大于3600m3。

（4）地板或吊顶高度大于800mm时，需要设置消防探头。

（5）2个或2个以上的防护区采用组合分配系统时，一个组合分配系统所保护的防护区不应超过8个。

3.6  空调专业

机房温度过高或过低、机房湿度过高或过低都会影响服务器设备的电子器件和逻辑电路的稳定运转，造成服务器出现故障。空调专业设计的目的是保证机房内温度和湿度满足服务器的运行要求，同时节约能耗。

空调的设计跟机房内设备功耗直接相关，不同的单机柜功耗直接影响机房内设备的排布以及空调的制冷方案。

当单机柜功耗在3kW左右时，一般采用下送风上回风的气流组织，此类机房的排列较为简单，可不做冷热通道封闭。endprint

当单机柜功耗达到5kW以上时，效果较好的解决方法是冷（热）通道封闭技术，机柜顶部架设顶板，两侧安装封闭门，封闭整个冷热区域，以此来达到精确制冷的目的。

当单机柜功耗超过8kW时，要采用平行冷空气供应，以便从上到下的温度能够保持一致。由于机架式空调紧靠高密度机架进行安装，在运行过程中，机架产生的热风及时送入空调，处理后的冷风首先进入机架，所以风路的行程缩短，制冷效果明显提高。

3.7  电源专业

（1）供电模型比较

供电模型分为分散供电模式和集中供电模式2种。

集中供电模式的优点是电源设备集中，便于维护人员集中维护;缺点是初期大量电源设备搁置待用或轻载运行，造成浪费。

分散供电模式的优点是可靠性高、承受故障能力强，能合理配置电源设备，节约了初期投资，减少了设备和系统资源的浪费[3]。

一般根据建筑面积、可用机架、电费、运维人员数量及成本等多个因素来选择供电模式。

（2）电源容量设计

首先根据IT机房设备用电、UPS充电用电、空调设备用电、照明用电、弱电办公用电、消防用电和电梯用电计算出电力需求总容量;然后得出市电引入容量;最后进行变压器容量、油机容量、UPS容量和电池容量设计。

（3）柴油发电机组设计

柴油发电机组设计包括油机容量、油机基础、冷却和通风系统、排烟系统以及噪音控制设计。

一类或二类市供电方式下，发电机组的容量应能同时满足通信负荷功率、蓄电池组的充电功率、机房保证空调功率以及其他保证负荷功率。

机房的承重必须能支撑机组湿重加上动负荷，一般按1.0～1.25倍的机组湿重计算，当机房位置底层为楼板时，计算楼板承重须考虑基础的重量。

当机房位于负一层时，进风口应处于通风畅通的空间且保证足够的风量，排风应将其引至室外，并避免与进风发生“短路”;当机房位于地面一层时，除了保证足够的进排风口面积外，还应尽量避免进排风口位于同一立面，不可避免时间距应在10m以上，排风口尽量避开人行通道。

机房内和人易接触的地方应用隔热材料（厚50mm）包裹烟管。

柴油发电机组的噪声标准要求满足《GB3096-2008声环境质量标准》[4]。

3.8  工艺专业

工艺专业的设计要点包括IDC机房整体的布局规划、走线架/尾纤槽道规划、冷/热通道封闭、机房内综合布线等。机房布局直接影响后续的运行成本和节能减排解决方案，下面将重点分析机房布局。

单机柜功耗在4kW以下可采用下进风机柜，单机柜功耗超过4kW需采用前后通风机柜。采用下进风机柜时，机柜冷通道距离可不按地板模数进行铺设;采用前后通风机柜时，由于需要采用开孔地板，一般冷通道距离按地板模数即600mm的倍数进行铺设。

机柜按冷、热通道进行排布，即正对正、背对背放置。

成排服务器机架列长度超过6m时，两端应设出口通道，出口通道超过15m时还应增加中间出口通道，宽度不低于1m。

机架与空调机组的维护间距不低于1 200mm，配电列头柜与空调机组维护间距不低于1 500mm，设备搬运通道不低于1 500mm。

增加机柜数量可以获得更多的租金收入，可采取以下措施多排机柜：

（1）采用定制机柜，部分厂家能提供560mm宽的19英寸机架，从而使纵向由15个机柜增加到16个机柜。

（2）采用冷通道封闭时，为保证通风效果，机柜前门可不设，因此机柜深度可适当减小。

（3）在满足机房散热的前提下减小通道距离，若采用机柜内通风，机架正面通道可缩至900mm，背面散热通道可缩至1 000mm。

（4）设备排布时尽量将柱子放在机柜列中间，以减少对机房气流组织的影响。下送风机房尽量将柱子留在冷通道，柱子与机柜距离应大于650mm以方便开门。

4   大型IDC机房的各专业协同措施

大型IDC机房设计过程中涉及的专业较多，各个专业分别由不同的设计人员完成，以及建设需求变化导致设计方案频繁变更等原因，各个专业在平面布局、走线等方面不可避免地存在冲突。大型IDC机房设计过程中常见的问题如下：

（1）各个专业缺乏协同，导致机房内部的空调管道、消防管道、弱电管道、强电管道在走线方面发生冲突。

（2）空调和工艺专业缺乏协同，导致强弱电桥架与空调回风方向出现交叉甚至垂直（强弱电桥架安装时应该与空调回风方向顺直）。

（3）空调和工艺专业缺乏协同，导致空调与机柜同向设置（空调宜设在机柜列侧向位置）。

（4）电气照明和工艺专业缺乏协同，导致无吊顶机房顶部的灯具安装在设备或者机柜正上方（灯具应安装在设备或机柜列中上方）。

（5）装修和空调专业缺乏协同，装修时没有预留足够空间，导致上线洞被空调管线堵住。

针对大型IDC机房设计过程中存在的各专业缺乏协同问题，建议采取的措施如下：

（1）组建相对稳定的IDC设计和项目管理团队。该团队要求具有极强的执行力，选择熟悉各专业设计要点且有责任心的人担任项目负责人，负责审查各个专业提交的设计成果，并且在不同专业发生冲突时及时协调。

（2）有条件的话集中办公，以便各个专业的设计人员沟通顺畅，某个专业发生设计变更后能及时通知其他专业。

5   大型IDC机房设计实例

下面以1个案例来分析大型IDC机房的多专业协同设计流程和设计结果。endprint

该IDC机房的基本概况是：共5层，建筑面积为9 000m2，机房楼建筑高度为24m，属一类高层建筑，层高为4.2m，承重可加固到10kN/m2。客户要求80%机架负载4kW、20%机架负载6kW。本项目配套有冷热电三联供系统，采用燃气发电并供冷供热。

该大型IDC机房的设计流程如下：

（1）进行现场勘查，测算出IDC机房面积，根据单机柜功耗、空调制冷方式、机房层高、机房荷载进行IDC机房平面布局规划，测算出机柜数量。

（2）根据机柜数量、单机柜功耗测算出IDC机房功耗需求、空调功耗需求，估算出总电力需求，测算出高低压、油机、UPS、电池数量，进行电力机房规划。

（3）工艺和电源专业核实机房平面布局，装修专业核实平面分割是否符合规范，最终确定机房平面。

（4）各专业分别进行设计，汇总核实是否在平面、走线等方面存在冲突，最终完成全专业设计。

该大型IDC机房的设计结果如下：

由于受层高所限，机房静电地板高度不能设置太高，要求单机柜功耗大于4kW以上，所以采用了行间制冷的空调方案，单层平面约400个可用机柜。

一楼设置空调机房、高低压配电室、消控室、瓶组间、光缆进线室和弱电监控办公网络机房。

二楼、四楼、五楼设置电力机房、数据机房以及辅助用房，布局示意图如图1所示。

三楼与二楼共用电力机房，三楼只设置数据机房、瓶组间以及辅助用房。

图1    二楼、四楼、五楼机房布局示意图

6   结束语

各个专业的协同设计是大型IDC机房成功建设的前提条件。在IDC机房的设计过程中，各个专业要密切合作、及时沟通，以便做到机房平面布局合理、走线不冲突，从而加快IDC机房的设计进度。

参考文献：

[1] 中华人民共和国公安部. GB50116-2008火灾自动报警系统设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2008.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB50174-2008电子信息系统机房设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2009.

[3] 比特网. 当代数据中心的供电系统解决方案[EB/OL]. （2008-07-10）[2013-06-10]. http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4] 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局. GB3096-2008声环境质量标准[S]. 北京： 中国环境科学出版社， 2008.

[5] Telecommunications Industry Asscociation. TIA-942-2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers[S]. 2005.endprint

该IDC机房的基本概况是：共5层，建筑面积为9 000m2，机房楼建筑高度为24m，属一类高层建筑，层高为4.2m，承重可加固到10kN/m2。客户要求80%机架负载4kW、20%机架负载6kW。本项目配套有冷热电三联供系统，采用燃气发电并供冷供热。

该大型IDC机房的设计流程如下：

（1）进行现场勘查，测算出IDC机房面积，根据单机柜功耗、空调制冷方式、机房层高、机房荷载进行IDC机房平面布局规划，测算出机柜数量。

（2）根据机柜数量、单机柜功耗测算出IDC机房功耗需求、空调功耗需求，估算出总电力需求，测算出高低压、油机、UPS、电池数量，进行电力机房规划。

（3）工艺和电源专业核实机房平面布局，装修专业核实平面分割是否符合规范，最终确定机房平面。

（4）各专业分别进行设计，汇总核实是否在平面、走线等方面存在冲突，最终完成全专业设计。

该大型IDC机房的设计结果如下：

由于受层高所限，机房静电地板高度不能设置太高，要求单机柜功耗大于4kW以上，所以采用了行间制冷的空调方案，单层平面约400个可用机柜。

一楼设置空调机房、高低压配电室、消控室、瓶组间、光缆进线室和弱电监控办公网络机房。

二楼、四楼、五楼设置电力机房、数据机房以及辅助用房，布局示意图如图1所示。

三楼与二楼共用电力机房，三楼只设置数据机房、瓶组间以及辅助用房。

图1    二楼、四楼、五楼机房布局示意图

6   结束语

各个专业的协同设计是大型IDC机房成功建设的前提条件。在IDC机房的设计过程中，各个专业要密切合作、及时沟通，以便做到机房平面布局合理、走线不冲突，从而加快IDC机房的设计进度。

参考文献：

[1] 中华人民共和国公安部. GB50116-2008火灾自动报警系统设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2008.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB50174-2008电子信息系统机房设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2009.

[3] 比特网. 当代数据中心的供电系统解决方案[EB/OL]. （2008-07-10）[2013-06-10]. http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4] 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局. GB3096-2008声环境质量标准[S]. 北京： 中国环境科学出版社， 2008.

[5] Telecommunications Industry Asscociation. TIA-942-2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers[S]. 2005.endprint

该IDC机房的基本概况是：共5层，建筑面积为9 000m2，机房楼建筑高度为24m，属一类高层建筑，层高为4.2m，承重可加固到10kN/m2。客户要求80%机架负载4kW、20%机架负载6kW。本项目配套有冷热电三联供系统，采用燃气发电并供冷供热。

该大型IDC机房的设计流程如下：

（1）进行现场勘查，测算出IDC机房面积，根据单机柜功耗、空调制冷方式、机房层高、机房荷载进行IDC机房平面布局规划，测算出机柜数量。

（2）根据机柜数量、单机柜功耗测算出IDC机房功耗需求、空调功耗需求，估算出总电力需求，测算出高低压、油机、UPS、电池数量，进行电力机房规划。

（3）工艺和电源专业核实机房平面布局，装修专业核实平面分割是否符合规范，最终确定机房平面。

（4）各专业分别进行设计，汇总核实是否在平面、走线等方面存在冲突，最终完成全专业设计。

该大型IDC机房的设计结果如下：

由于受层高所限，机房静电地板高度不能设置太高，要求单机柜功耗大于4kW以上，所以采用了行间制冷的空调方案，单层平面约400个可用机柜。

一楼设置空调机房、高低压配电室、消控室、瓶组间、光缆进线室和弱电监控办公网络机房。

二楼、四楼、五楼设置电力机房、数据机房以及辅助用房，布局示意图如图1所示。

三楼与二楼共用电力机房，三楼只设置数据机房、瓶组间以及辅助用房。

图1    二楼、四楼、五楼机房布局示意图

6   结束语

各个专业的协同设计是大型IDC机房成功建设的前提条件。在IDC机房的设计过程中，各个专业要密切合作、及时沟通，以便做到机房平面布局合理、走线不冲突，从而加快IDC机房的设计进度。

参考文献：

[1] 中华人民共和国公安部. GB50116-2008火灾自动报警系统设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2008.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. GB50174-2008电子信息系统机房设计规范[S]. 北京： 中国计划出版社， 2009.

[3] 比特网. 当代数据中心的供电系统解决方案[EB/OL]. （2008-07-10）[2013-06-10]. http：//datacenter.chinabyte.com/70/8211070.shtml.

[4] 环境保护部、国家质量监督检验检疫总局. GB3096-2008声环境质量标准[S]. 北京： 中国环境科学出版社， 2008.

[5] Telecommunications Industry Asscociation. TIA-942-2005 Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers[S]. 2005.endprint