医院容灾机房的建设

陈武鑫，王继伟（通信作者），裴炜旻，唐德根

陆军第七十三集团军医院信息科 （福建厦门 361003）

随着网络信息化建设的不断推进，医院各系统的稳态运行和医疗数据资源的有效利用、存储对医院发展起到的作用愈发重要，因此，做好作为医疗数据存储中心的医院容灾机房的建设工作非常必要。医疗行业对容灾机房中容灾系统的要求如下：（1）容灾系统必须考虑到机房、基础设施、网络、服务器、数据、业务等方面；（2）容灾系统必须保证医院各业务系统的不间断运行；（3）容灾系统必须考虑到各业务模块间的关联和影响；（4）容灾系统不能影响医院各业务系统的运行状态；（5）当灾难发生时，容灾系统必须能全面、快速地恢复业务系统；（6）特殊地区容灾需要做到异地容灾，保证数据安全；（7）容灾系统的备用系统必须为可用系统，备用数据必须为可用数据；（8）容灾系统数据必须保证与生产系统数据实时同步。总之，建设一个用于部署容灾系统的容灾机房，需重点考虑容灾系统安装环境的标准规范，避免因环境因素导致容灾系统出现意外故障，以此来提高医院信息化抗风险能力和应对突发事件能力［1］。本研究即从多个方面阐述了建设容灾机房的方法及体会。

1 基础工程建设

受地理位置和空间限制，我院将原有医院招待所4间客房改建为容灾机房、外线间、操作间，总面积共105 m2。在区域内基础建设配套，原有装饰、设备、墙体均被拆除清理，并砌筑了新墙体，安装了门体，完成了窗体、砖体、玻璃贴膜，修补了地板、天花面层，校验了机房承重，加固了设备，安装了设备承载散力架等。

2 楼层承重加固

我院根据容灾机房设备布局及设备重量承载要求对中心机房及外线间机柜、空调、综合配电柜、UPS不间断电源系统的安装位置进行了加固设计。其中，中心机房面积为75 m2，设备负载15 320 kg，楼板荷载需204.27 kg／m2，见表1；外线间面积为17.2 m2，设备负载3 583 kg，楼板荷载需208.3 kg／m2，见表2。

表1 中心机房设备重量分析

表2 外线间设备重量分析

楼层承重加固平面设计见图1，按照设计图进行施工，将工字钢入墙衔接部分与垫铁焊接后平放，然后将垫铁调平（调平垫铁间应点焊固定）后于其下灌浆，并对钢材表面焊接部位进行除锈后刷防锈漆；于工字钢上水平安装机房设备承重散力架，其采用槽钢、角钢等材料进行焊接，并进行了防锈处理。

图1 楼层承重加固平面图

3 供、配电系统建设

供、配电系统是容灾机房的生命线，因此，做好机房供、配电系统的建设工作非常必要。容灾机房供、配电系统包括市电供电和UPS供电系统、综合配电系统、照明配电系统等，其中，供电系统用于给机房所有用电设备提供电力来源，配电系统用于将供电系统提供的用电直接或经过不间断电源系统后分配给机房各个用电设备。

3.1 供电系统建设

为了保障医院招待所正常供电，依据相关规范，我院招待所供电由城市供电管网提供高压双回路。

经现场勘查，医院招待所B2配电房到8楼机房的强电井电缆管路十分拥塞，无法同时铺设两路机房市电进线电缆到8楼机房（机房设计按B级标准，要求B级数据中心宜由双重电源供电）。经深化设计，在B2配电房设计1套前置配电柜，由配电房引出两路来自不同地区变电所的电源回路接入前置配电柜，为8楼机房外线间的综合配电柜提供双回路供电；待双回路接入前置配电柜的自动切换ATS后，引出单路市电进线电缆接入8楼机房外线间的综合配电柜内，实现机房的双回路市电供电设计。前置配电柜系统设计见图2。

待市电供电线路进入机房后，部分直接接入机房用电设备，部分经UPS不间断电源系统转换后，用于为机房重要电子设备供电，其中，UPS不间断电源系统是机房供电的核心部分［2］，设计要点为：（1）采用模块化设置，以实现N＋1冗余，提高可用性，容量以一期负荷量计算，二期可扩容；（2）UPS输出回路按照设计寿命期终端用电回路加冗余回路计算；（3）机柜均为接入UPS的双输出回路，同一机柜的两路PDU均为同一相电；（4）预留电池柜保障终期可扩容；（5）根据载流量的大小及安装的难易程度，UPS至设备柜的连接线缆选择多芯或单芯铜线，均采用工业连接器并与机柜内的PDU电源插座连接。

计算机设备供电采用“市电经UPS不间断电源”供电方式，电源通过UPS稳频、稳压后，向计算机设备供电，保障计算机设备的电能质量和可靠运行，在市电断电的情况下仍可由UPS后备电池供电。

机房UPS不间断电源系统采用模块化、全新结构设计的高可靠性UPS系统，最大可以支持5×30 kVA的带载能力，单个功率模块的容量为30 kVA；当负载继续增大超过现有APM的带载能力时，为了满足供电的需求，可直接在APM柜中增加相应个数的30 kVA功率模块。本研究机房1期配置1台模块化UPS主机，配3个30 kW 功率模块组成2＋1冗余60 kW，电池延时1 h；专用于空调应急供电的UPS用电功率为9 kW，考虑到电机启动电流较大，配置1台模块化UPS主机，配2个30 kW 功率模块，电池延时1 h，配置满足需求。

图2 前置配电柜系统图

3.2 配电系统建设

机房电源按380／220 V的低压配电系统设计，采用TNS系统，即三相五线制、单相三线制，以实现强弱电设备无电流安全接地。

综合配电柜作为机房配电的综合载体，提供机房UPS不间断电源系统、信息设备设施、空调机组、照明、墙插、新回风、消防排烟机及与机房有关的其他设备的用电回路。其安装于外线间，主要负责2台150 kVA模块化UPS主机、2台微模块封闭通道配套专用的制冷量为25 kW 的列间精密空调、2组微模块配电单元用电、消防用电、照明用电、辅助设备用电，同时负责事故照明、检修备用插座及视频监控等设备用电（事故照明测算用电量为0.5～1.0 kW、检修备用插座为2 kW）。

配置2台配电单元，分别安装于2组微模块封闭通道内，单台负载总功率约为40 kW。2台配电单元由UPS不间断电源系统进行供电，每台负责8台服务器机柜的PDU电源分配电源单元供电，其中专用服务器机柜测算用电量5 kW、网络机柜用电量3 kW，在发生事故的情况下，可通过综合配电柜的UPS总输出紧急切断电源［3］。每台机柜设置两个回路，接入配电单元的UPS用电空开，配置2个24位32 A PDU电源模块，PDU配有4位C19＋20位C13插座模块。

正常照明、应急灯和安全出口门灯接入市电用电空开；事故照明接入UPS用电空开。

各个功能区的墙壁上前、后位置均安装10 A五孔电源插座，作为机房临时用电设备的接入，满足调试、维护及应急需求。

4 精密空调系统建设

机房机柜采用2拖8的微模块全封闭冷热通道设计，每个通道包含8个机柜，另配置2套通道式列间精密空调安装于通道两边。

根据负载散热情况，启用其中1套或2套通道式行间精密空调提供通道内不同制冷量；于建筑的外墙安装空调外机，且内外机间的距离要求尽可能近。

微模块全封闭冷热通道通过盲板封闭前门设备安装部位的其他空置位置，人为设置了前门部位的冷通道，达到了冷热通道隔离的目的，避免了机柜的热岛效应，利于设备更稳定地工作［4］。

考虑到机房的密封性，微模块全封闭冷热通道在市电断电的情况下，临时的应急风扇系统难以对现有的设备进行散热降温，因此，我们需要找出一个可行的解决方案，确保在市电断电的情况下，微模块全封闭冷热通道配套的精密空调系统仍然可以应急使用，保障机柜设备的正常运行。本次通过配置1套专用于精密空调系统应急供电的UPS不间断电源系统来实现在市电断电的情况下，通过手工切换使带后备电池的UPS不间断电源系统可以及时供电给精密空调系统；将市电线路和UPS不间断电源系统输出线路同时接入精密空调专用手动切换ATS设备内，精密空调供电空开接入ATS手动切换设备的输出回路上，通过ATS悬臂的手动切换，可以实现市电或UPS输出回路供电给精密空调系统。

精密空调系统电路见图3。

图3 精密空调系统电路图

图4 三级浪涌保护器保护系统图

5 防雷及接地系统建设

5.1 电源防雷系统

采取综合雷电防护措施，即实行三级浪涌保护器保护：一级保护，作为电源系统第一级防雷，对雷电脉冲电流进行初级泄放；二级保护，作为电源系统第二级防雷，对雷电脉冲电流进行二级泄放；三级保护，作为电源系统第三级防雷，对雷电脉冲电流进行三级泄放。所有防雷器均带有干节点检测接口，接入环境监控系统进行实时监测。三级浪涌保护器保护系统见图4，一级防雷装置通过已安装在配电房的避雷器实现，二级和三级防雷装置均安装在机房综合配电柜内。

5.2 设备接地系统

本设计采用防雷保护地、交流工作地、安全保护地共用大楼基础接地装置和建造独立的直流工作地的接地方式。

机房内铺设防静电地板与机房内的大楼接地主钢筋连接，并通过铜芯线与大楼的接地母排 （接地箱，图5）连接。

图5 接地箱图

将机房内所有的强弱电计算机金属外壳、多种强弱电走线架、线槽、线管外壳、防静电地板、墙面彩钢板及配电柜的PE线都接到铜母排上，并用纺锤绝缘端子铜排固定，用6 mm2铜芯线就近接于各接地汇流排上。机房区域防雷系统采用40 mm×4 mm铜排绕机房区域一周作为防雷均压带，用100 mm×0.3 mm铜箔作泄流铜网，并通过等电位连接器采用35 mm2接地铜芯线与大楼的接地母排连接。为了消除机房内不同接地装置间的电位差对人员及设备的影响，需将机房内的接地网格与独立的直流工作地进行等电位连接，防雷保护地及直流工作地（逻辑地）的接地电阻应≤1Ω。机房防雷及接地平面布置见图6。

6 环境监控布置

机房环境监控系统主要负责市电与UPS供配电及机柜用电（PDU插座）、温度和湿度、空调机组状态、漏水及消防设施等的监测。为了适应无人值守的需求，除提供声光报警信息外，还需提供短信等报警信息服务。

机房环境监控系统布置如下。（1）动力监控部分：UPS实时参数包含两路，监测UPS输入参数、UPS输出参数、UPS工作模式－双变换、电池逆变、旁路；PDU实时参数包含36路，监测PDU的配电参数及运行状态［5］。（2）环境监控部分：精密空调包含4台，监测精密空调的送回风温湿度、空调风机开关状态、空调压缩机开关状态、应急风扇开关状态；温湿度包含18个点，监测机冷通道温湿度阈值；温感包含18个点，监测热通道温度阈值；漏水包含6处区域式漏水配置漏水感应绳，监测机房内有无漏水发生；红外监测包含3路，通过开关量数据采集模块，将红外线信号送到监控主机，同时可与视频监控系统联动，有人走动时拍照；门磁监测包含3路，监测机房出入口是否有异常的开门情况。（3）安保监控部分（接入医院原有系统）：门禁管理包含2道双开门1道单开门，采用进门刷卡＋出门按按钮的验证方式，实现对人员出入情况的管理；视频图像包含5路，监视机房区域的实时图像，并进行视频录像；消防包含1路，监测消防控制箱提供的干接点火警信号。（4）门禁系统与消防联动：在发生火灾时，安装有门禁的消防通道门电源强切断电，门锁系统断开后自动开启。机房环境监控系统布置见图7。

图6 机房防雷及接地平面布置图

图7 机房环境监控系统布置图

7 消防系统的联动设计和实现

机房消防系统见图8。

设计难点：主机房微模块由2个通道组成，在每个微模块组均采用1台专用机架式消防单元，消防单元的传感信号接入开关量采集器传送到数据采集单元；消防单元可以提供通断的开关量（无法进行编号）和12 V的直流电输出，大楼消防系统采用消防产品，需要通过识别编码的开关量才能接入消防系统内，而消防系统无法识别到消防单元的开关量。

图8 机房消防系统图

解决方案：通过在机房额外增加大楼配套的消防温感和烟感监测装置接入大楼消防系统中，与机房现有的消防系统同步感知机房的温、烟状态，实现消防联动功能。

具体实施：在8楼主机房吊顶下，安装2个烟感和2个温感，通过RS485总线接入医院招待所1楼的消控中心，在消防烟感和温感报警的同时，大楼的烟感和温感同步报警，使大楼消控中心可以同步获得8楼主机房的消防状态［6］；8楼机房在2个消防单元的喷气前，消防开关量由常开转为常闭信号，于2个消防单元的开关量接口上分别接入1个8301输入输出控制模块（该模块可进行编码，并可接入消控中心的消防主机上），经过8301输入输出模块的开关量变化，使消控中心的消防主机可以及时识别该报警信号。

8 小结

医院容灾机房的整体建设是一项极为复杂的工程，涉及强电、弱电、安全等方面的内容，只有各个系统紧密结合、相互联动，才能最大限度地保障容灾机房内各种电子设备的安全运行。医院信息技术人员需要学习多方面的标准和知识，此外，在机房设计、建设及维护过程中，管理者需要不断发现问题并总结经验，为医院稳定运行提供保障。