数据中心功能单元布局

文/张宏丙

1 引言

信息技术在经历了架构化、数字化、网络化等阶段后，已全面进入以云计算、大数据、物联网、人工智能、AR/VR等产业为主的智慧时代，数据流量极速增长，数据存储和在线数据分析需求呈指数爆发。可以预见，作为信息数据汇聚地的数据中心，还将在未来很长一段时间内保持目前这种高速增长态势。为此，有越来越多的资本涌入这一领域，使得数据中心产业得到前所未有的关注和期许。近年来，在全国各地每年新投产的机架数保持在几万至十几万架不等，且呈现逐年递增趋势。

然而，众所周知，数据中心具有资金投入大、生命周期长、能源消耗大等特征。因此，对各数据中心运营商而言，要求其在整体规划、技术选取、系统配置、运维管理等方面加以持续关注并不断优化，而其中整体规划又显得尤为重要，它指引着后续建设、运营的方向。方向若是偏离，结果可想而知。为此，本文着重就数据中心功能单元布局进行探讨研究，以期在最初的规划设计阶段就把准方向，使建成后的数据中心具有更强的市场竞争力及可持续发展能力。

2 数据中心发展趋势及所面临的挑战

2.1 数据中心发展趋势

历经二十余年，伴随着信息通信技术的不断升级演进、迭代更新，数据中心在高速发展的同时，也逐渐呈现出大型化、模块化、绿色化趋势。

（1）单体规模的大型化。数据中心正在朝大型化方向发展，目前国内很多新建、在建的数据中心单体规模已普遍超过3000个标准机架（以功率2.5KW为一个标准机架计），并开始出现10000个标准机架以上的超大型数据中心。整个数据中心内部将构成一个巨大的网络和服务器集群，以满足高密度并行计算、存储的需求。

（2）规划设计与建设交付模式的模块化。由于客户需求通常变化较快，过长的建设周期可能导致数据中心设计和建设无法满足客户需求。而模块化可实现产品的预配置和预测试，可实现数据中心的快速部署。因此，模块化的布局和建设方法可使数据中心分期建设、分期投产，从而降低建设风险和运营成本。

目前，国企海外形象明显存在“两个不匹配”：软实力和硬实力不匹配，美誉度和贡献度不匹配。在国企海外形象的塑造过程中，作为中国的相关管理部门，应加强统筹协调，搭建国有企业海外形象建设的支持平台，提供多方面的指导和服务。

老福始终没说一句话，他默默地看着小宋，等着她往下说；这会儿母亲也没招儿了，求助地看着老福，老福还是不说话，用眼神鼓励小宋说下去。

（3）倡导绿色、节能和环保。如前所述，能耗大是数据中心的一个显著特征。当然，这并不是一个值得夸耀的优点。数据中心的能耗水平已成为决定其服务成本和竞争力的核心要素，无论从社会效益还是经济效益，这都是衡量一个数据中心设计水平的关键指标。就在今年年初，上海市经信委联合发改委发布了《关于加强本市互联网数据中心统筹建设的指导意见》（沪经信基【2019】21号），其中明确要求新建数据中心PUE值严格控制在1.3以下，改建PUE值严格控制在1.4以下。

那天她穿上最美丽的衣服，打理好自己的一头长直发，满心欢喜地准备去山顶见罗漠。顾盼就是在这个时候敲了她的门，告诉她，他无意中在局里的旧档案上看到了楚西的死因。

2.2 所面临的挑战

数据中心设计，尤其是空间布局设计，是一门学问。规划不好、设计不当，都会给日后的建设运营及升级改造带来诸多挑战。

3.2.5 可维护性

（2）在更新改造过程中，由于预留通道过窄、空间过小而导致新设备无法搬入机房、正常维护，从而只能采购非标设备，造成采购及运营成本增加。

后现代主义教学观认为，教学即生命的形成。教学过程是富有生命意义的，它是生命的发生、创造、凝聚、发展的过程。教师在课堂要体现人文关怀，为学生创设有助其生命成长的环境，使学习过程成为学生享受生命情感、完成生命发展的过程。

单元模块力求标准化，应易于扩展，将来能方便平滑地对原有模块进行升级和更新。在平面设计上，数据中心内隔墙应具有一定的可变性。布局可按中、远期发展的趋势，适当预留设备扩展和变化的空间，从而为未来的发展奠定基础。总体上，至少能满足未来5-10年内业务变化对数据中心资源的无缝增长需求。

以上这些问题，均可通过合理布局来加以改善或部分解决。因此，研究优化数据中心各功能单元的布局方案，对数据中心规划和建设而言，具有十分重要的意义。

3 数据中心功能单元布局原则及建议

3.1 功能单元分类

在最新修订并发布实施的《数据中心设计规范》（GB 50174-2017）中，数据中心被定义为：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。

其中，辅助区、行政管理区、以及支持区中的柴油发电机室和冷水主机房，在布局上需作为一个共享基础设施模块来加以整体考虑；而主机房区则可结合支持区中的变配电室、电力室、电池室、末端空调机房、消防设施用房，设计成一个个规模大小合适、高内聚、低耦合、可复制、标准化的基本单元模块。其相互之间的关系如图1所示。

墨西哥民族和文化的本质便具有混血性（mestizo）（陶家俊，2003：4）这种混血性的文化身份是帝国主义殖民扩张和全球化的产物，体现了现代、后现代时期异质文化间的张力。（61）

（1）主机房区是指用于数据处理设备安装和运行的区域，包括服务器机房、存储机房、网络机房等。

（2）辅助区是指用于电子信息设备和软件的安装、调试、维护、运行监控和管理的区域，包括拆包室、测试机房、备品备件室、网管监控室、消防和安防控制室等。

（3）支持区是指为主机房区、辅助区提供动力支持和安全保障的区域，包括变配电室、柴油发电机室、电力室、电池室、冷水主机房、末端空调机房、消防设施用房等。

（4）行政管理区是指用于日常行政管理及客户对托管设备进行管理的区域，包括办公室、门厅、值班室、盥洗室、更衣室和客户操作室等。

根据功能不同，数据中心可被进一步划分为主机房区、辅助区、支持区和行政管理区等。其中：

3.2 功能单元布局总体原则

为顺应发展趋势，同时尽可能避免因空间布局不当而引发的种种问题，数据中心各功能单元在布局设计上应遵循如下主要原则：

3.2.1 整体性原则

数据中心整体布局应在最初规划阶段进行统一考虑，统筹初期建设规模与远期发展规划协调一致。对于同类建筑体内的各基本单元模块，应具有较强的通用性。

3.2.2 安全性原则

应从建筑安全性、区域逻辑管理安全性、运行管理安全性、配套基础设施安全性等不同维度进行空间布局的总体规划。

（1）各功能单元内的设备排布尽可能紧凑，以使建筑面积得以充分利用；

3.2.3 模块化原则

数据中心各功能单元应遵循模块化设计理念，其核心思想是将数据中心分解成多个相对独立的标准化模块，以达到简化设计、按需扩容的目的。每个模块相对独立，其他模块的部署与改造不会影响现有模块内设备的运行，即符合低耦合特性。

3.2.4 灵活性及可扩展性原则

（3）在运营过程中，由于空调管路过长而导致制冷效果下降，或由于电缆过长而导致电能传输损耗增加，使得能耗居高不下、运行效率低下，无法实现绿色节能要求。

（1）在初期规划设计时，如果一味追求当期布局最优最经济，很可能会给后期升级改造带来困难。譬如，在扩容时会遇到新装UPS空间不足而造成前级市电或变压器容量的浪费，或者在扩容完成后发现前期预留的变配电室空间无法充分利用等情况。

功能单元布局在可维护性上，主要体现在两方面：

易非的声音一下提高了八度，她从来没对妈这么大声过，身体像突然变了个泪球，眼泪想从喉咙里、眼睛里各个地方喷涌而出。

（2）充分考虑设备搬运、替换所需的通道，要人货分离，并考虑大型设备搬运的便利性。

3.2.6 经济性

功能单元布局在经济性上，主要体现在三方面：

（1）各功能单元内的设备排列间距合理，留有维护所需的操作空间；

洞穴相对于岩鹰的巨翅而言，着实狭小了太多，那翅膀一抖，青辰根本无处躲避。巨大的力量扇在他的身上，他的身子直朝一旁跌出，重重掼在洞壁上，又摔落在地。不过，他的天葬刀也割开了岩鹰的翅膀，岩鹰发出一声惨叫，拖着一串鲜血，飞出了洞穴。

朱熹对于“心”“性”之间的关系与胡宏大有不同。胡宏认为，性就是天道、天命，甚至可以说是万物中最高的本体;性还涵盖了万理，义理的性和生理的性是其两大重要组成部分。性、心、情三者之间的关系在朱熹看来可以用水来形容:“心譬水也。性，水之理也。性所以立乎水之静;情所以行乎水之动;欲则水之流而至于滥也。”而胡宏把性、心、情之间的关系描述成:性就相当于是水，水的下面就是心，水的波澜就是情，水的波浪就是欲。朱熹认为，心包括“性”与“情”，胡宏则主张“性体心用”。心包括“性”“情”的这个心指的是“气”，这个“性”即是理;“性体心用”的“心”与“性”的概念和内容是一样的，不同在于性是主体，心是表现。

（2）各功能单元之间的相对位置尽可能合理，使得需连通的管线距离缩短，减少投资与损耗；

（3）各基本单元模块的容量规划尽可能匹配，使得数据中心能运行在高效率、低PUE的工况下，减少运营成本。

图1：功能单元分类架构图

3.3 功能单元布局建议

3.3.1 各功能单元之间的布局建议

根据前述模糊综合评价的理论与方法，对已有研究数据进行相关性分析和主成分分析，获得初始权值，向6位专家进行评价咨询，进行权值修正，确立权重集为K=(0.468,0.27,0.156,0.101)，进而建立驾驶行为模糊综合评价模型. 使用Matlab平台进行模型的算法求解，得到不同驾驶员的综合评价结果如表4所示：其中1为节能驾驶，2为良好驾驶，3为合格驾驶，4为耗能驾驶.

（1）作为数据中心共享基础设施模块，由于所涉及的设备体积大、承重要求高，柴油发电机室和冷水主机房一般设置于底层，且靠近外墙。两者之间应避免相邻，建议布局于建筑物的两侧，中间可考虑设置网管监控室以及其他辅助或行政管理用房作为缓冲隔离。

（2）在数据中心运行大脑——网管监控室的布局上，应关注几个细节：一是出于以人为本考虑，网管监控室建议靠近建筑外墙一侧，可以实现自然通风和自然采光；二是由于网管监控室人员出入较频繁，建议设置在靠近人流线路起点的区域，不宜设在物流起点的区域；三是网管监控室与主机房或其他核心基础设施区域之间应能设置物理或逻辑隔离装置，譬如门禁系统，以保证主机房或核心基础设施的安全。同样道理，客户用房与主机房或其他核心基础设施区域之间也要能做到安全隔离。

教学原则在夸美纽斯的教育理论体系中占有重要地位，而有关教学原则的论述则是他教学理论的重要组成部分。他认为“一切知识都是从感官的感知开始的”“知识的开端，永远来自感官”他把通过感官所获得的对外部世界的感觉经验作为教学的基础，并宣布运用直观是教学的一条“金科玉律”。他认为教学应从观察实际事物开始，在不能进行直观观察时可以使用图片或模型。幼儿教育从事的是3-6岁幼儿的教育，这个时期的孩子以直觉行动思维、具体形象思维为主，因而最有效的方法是让孩子通过自己的感官去认识外部世界。

（3）除共享基础设施模块外，应结合变压器容量及相互之间的对应关系，将包括主机房、变配电室、电力室、电池室、末端空调机房、消防设施用房在内的多个功能单元作为一个基本单元模块来加以统一考虑。具体可结合数据中心所在建筑楼层数及单层面积，在水平和垂直两个方向上进行布局。特别地，如果建筑物形态较为狭长，可考虑先做水平切分，然后利用垂直空间来跨楼层部署基本单元模块，以避免电源走线过长的问题。同时，变配电室的位置应尽可能靠近电力室与柴油发电机室，一般在水平或垂直方向上紧邻电力室为宜。

（4）出于安全考虑，互为冗余备份的功能单元不应相邻布置。垂直方向上应尽可能规划布局相同功能的单元。特别值得关注的是，主机房、变配电室、电力室、电池室不应布置在用水区域的直接下方，以防水患。

（5）在数据中心内，人流区域与物流区域应界线分明，以减少相互间功能性使用冲突。使物流通道位于数据中心非重点区域，减少对其他功能区域的干扰。

（2）能源动力工程类。能源动力工程类的词汇选取了核电能源、新能源汽车空调两个能源领域焦点专题及发展迅速的冷链物流专题进行了汇总。

3.3.2 各功能单元内部的布局建议

（1）主机房单元。机架排布所形成的冷热通道与机房两侧末端空调的出风方向保持水平。针对那些需求不明确且后期变动可能性较大的机房，可采用头柜集中靠墙布放方式。

基于图1所示的DPD软粒子模型,相应的相互作用参数αij计算结果如表1所示.此外,键对粒子间通过简谐振动弹性力=Crij相互连接约束,其初始键长为单位长度.

（2）供配电单元。供配电单元主要包括变配电室、电力室、电池室三个功能区。视情况可考虑将变配电室与电力室合设，不做物理分隔，以减少配套面积和消防保护区数量。出于安全考虑，不建议将电力室和电池室合设。单元内设备排布所形成的通道与两侧末端空调的出风方向保持水平。若将互为冗余备份的设备放置在同一物理空间内，则在布局上应尽可能将其远离，避免发生故障时相互影响、干扰。

（3）末端空调单元。在不影响维护及日后更新改造的前提下，各末端空调之间的间距建议适当紧凑，最好能在靠中间位置留出后续设备扩容所需的安装空间。

4 结束语

合理的机房布局不但能有效分离人流和物流、降低土建造价、利于后期扩展，同时还能减少电源及冷源在传输过程中的损耗，达到节能减排要求。此外，降低机房的配套面积占比，可在同等建筑面积条件下，使可售面积最大，进而能获取更多的收益。因此，对数据中心功能单元布局的持续深入研究势必会引起广大数据中心运营商的高度重视和更多关注。