微模块机房在轨道交通的实践应用

曹亚丽

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

数据中心是数据信息计算、交换和存储的中心，为了保证服务器及网络设备可以稳定、可靠地运行，数据中心须具备可靠的机房设施、高水平的网络管理能力和完善的增值服务。因此，数据中心的设计既要满足当前系统的各项需求，又要满足面向未来快速增长的发展需求。在基础设施方面需要满足网络设备以及工作人员对温湿度、洁净度、风速、电源质量、噪声、照明、振动、防火防盗、防雷、屏蔽和接地的要求。近年来，依托华为、浪潮等IT厂商及百度、阿里巴巴和腾讯等IDC服务商在各行业的大力推广，微模块机房以其多种技术融合的优势，逐渐成为数据中心的建设趋势。传统轨道交通弱电设备机房采用各专业独立设置，即设计通信、信号以及综合监控等系统设备机房及对应的电源室。如果在网络化控制中心（NCC），就需要设置每条线的通信、信号以及综合监控等系统设备机房及对应的电源室，对建筑面积有较大的需求。经过方案对比论证可知，采用微模块机房建设轨道交通弱电系统的数据中心可以达到缩短建设周期、节省投资成本以及降低能耗的目标。

1 建设目标

该项目的建设目标如下：1） 节约建设和运营投资成本。2） 节能。比常规空调系统节能30%。3） 具有可扩展性。4）业务工作运行规范、高效。5） 安全保障全面有力。6） 系统设施与建筑结构和谐共存。7） 充分运用新技术。8） 系统可靠性强，维护操作方便快捷。

2 系统组成

微模块设备由配电系统（配电柜组成的配电链路）、机柜系统（服务器柜、网络柜等）、冷通道系统（门、天窗和线槽等）以及动力环境监控系统（软硬件平台、温湿度和视频等）组成。

2.1 配电系统

配电系统采用综合电源方案为通信、信号以及综合监控等系统设备供电。

该系统采用UPS不间断电源，配置市电交流配电屏和蓄电池组。根据通信、信号以及综合监控等系统设备的功耗来计算UPS容量，采用1+1热备冗余。交流配电屏负责从动力照明专业处引接2路电源进行自动切换，对切换后的电源进行一次分配，为UPS提供电源。交流配电屏还将UPS单元输出端接入配电装置的输入端进行分配，二次输出至精密列头柜。每列精密列头柜负责为整列IT机柜设备供电，根据各IT机柜设备功耗分配电源空开至机柜PDU。蓄电池采用密封免维护胶体蓄电池，其主要功能是在市电正常时将电能转换成化学能并储存化学能；当市电异常或停电时，将储存的化学能转换为电能，为UPS电源的负载提供后备工作电源。每台UPS配套的蓄电池后备时间为1 h。配电系统如图1所示。

图1 配电系统图

设置电源网管设备，集中对电源设备进行实时监测，监测内容包括UPS、交流配电屏以及蓄电池单体等。电源监控系统具有性能指标监控、维护管理、告警触发及辅助处理等功能，可以集中监控UPS电源设备的交流部件（输入电源、输出电源）、交流配电屏、整流部件、直流部件、逆变部件以及蓄电池等参数，还可以对主要数据进行测试。其具有电池智能化管理功能，可以定期自动地对电池进行充、放电，预告电池寿命和当前负载下的备用时间；具有电池容量在线监测、设置电池放电终止电压以及强制蓄电池退出功能，能够在监控系统终端上定期地对电池进行充、放电维护。

2.2 机柜系统

机柜系统配置1个32柜位（包括2个精密列头柜柜位）的微模块通道。机柜分2排并柜组装，每台机柜配置PDU、垂直理线槽、盲板以及相应的冷通道组件。机柜尺寸采用2种标准机柜（600 mm×1200 mm×2200 mm 、800 mm×1200 mm×2200 mm）。通道距离为1 200 mm，方便维护人员操作维修，详细情况如图2所示。机柜前门采用单开门设计，后门采用双开门设计。机柜前后为网孔门，可以满足散热要求。机柜前、后配机械锁，根据各专业配置不同的锁芯。机柜背面竖向安装了3个PDU，双路电源在机柜左、右侧设PDU，单路电源在机柜右侧设PDU，PDU可采用不同颜色进行区分。机柜框架采用2.0 mm钢材焊接制造，柜体门板采用厚度为1.5 mm的冷轧钢板，机柜侧板、顶盖采用厚度为1.5 mm的冷轧钢板（机柜采用冷加工工艺）。

图2 机柜平面布局图（单位：mm）

2.3 冷通道系统

冷通道系统由活动天窗、自动门、机柜与线槽等组成，如图3所示。

图3 冷通道分解视图

天窗采用单翻铝合金天窗，宽度为600 mm。天窗主要由磁力锁、线材等组成。旋转天窗通过电磁锁与顶板连接，工作状态下旋转天窗处于水平状态，消防状态下由报警联动触发自动将电磁锁通电打开，旋转天窗在重力作用下自动打开，保证灭火气体可以进入密封冷通道。

天窗开启，与通道内的消防告警信号联动，在消防状态下电磁锁打开，旋转天窗在重力作用下自动打开，保证灭火气体可以进入密封冷通道。 通道门采用自动平移门，通道门开启后不妨碍机房内的通道通行及设备搬运。通道门及天窗采用钢化玻璃材质，端门钢化玻璃面积大于或等于总面积的98%，厚度大于或等于8 mm，透光率大于或等于90%。通道门头支持全彩氛围灯设计，门框内部内嵌门型灯带，通过I/O管理模块达到灯带RGB颜色全彩可调的目的，可以根据需求变换灯带的颜色。该灯带作为外显装置可以与监控主机实现告警联动，当监控系统出现告警后，灯带会变化颜色，提示管理人员微模块机房的运行状态，不同的告警等级关联不同的灯带颜色，从而实现优先级显示的目标。通道照明灯选用T5照明灯，适用于交流220 V的场景，搭配人体感应开关可以实现人来灯亮、人走灯灭的目标。

机柜顶部设置上走线槽，强、弱电分开设置（弱电线槽宽为150 mm，强电线槽宽为300 mm）。走线槽内采用不同颜色的固线器对线缆进行标识，固定件采用膨胀锚栓进行固定。冷通道设置尾纤槽，尾纤敷设在尾纤槽内。每个机柜都配置了接地线，可以将其引至上走线槽内的接地铜排。密闭通道所有部件均由工厂预制完成，现场组装即可，不需要现场切割成型。

2.4 动力环境监控系统

通过RS485总线将各个设备连接起来，形成一个网络智能型动力环境集中监控系统。该系统具备数据采集、计算分析、数据存储、报警触发、报警处理以及逻辑控制功能，可以通过Web浏览的方式进行远程监控、数据查询以及维护管理。该系统还具备声光报警功能，支持回放时对录像场景的自定义区域进行智能搜索。 动力环境监控设备包括监控主机、交换机、硬盘录像机（NVR）以及门禁控制器等，可集中摆放在某一个机柜内，便于施工与后期运营维护。该设备具备多种数据接口，可接入配电柜、温湿度、漏水、烟感以及视频等各种监控对象，从而提供完善的报警处理机制。该系统配置了1块大于或等于10寸的触摸展示屏，可以实时展示微模块的运行状态。动力环境监控系统如图4所示。

图4 动力环境监控系统图

该系统具备以下功能：1） 系统安全。对机房内的视频、门禁以及消防设备进行实时监控，支持不同访问级别，还可以对多种角色的权限进行设置。2） 视频监控。采用高清半球数字摄像机，支持PoE供电。采用NVR对视频进行集中控制和管理，视频录像至少可以保存90 d。摄像机可以实时监视各路视频图像，还可以灵活设置录像方式。3） 门禁监控。机房管理系统可实时监控每个门的状态并记录相关状态。门禁控制器采用TCP/IP方式进行通信，支持多种开启方式（人脸识别、IC 读卡以及密码等）；实时监控人员进出的情况并记录相关信息；可对门控器进行远程管理操作；支持防盗报警功能；能够与消防联动；对非法开门或长时间未关门的情况进行报警。4） 漏水监测。当检测到发生漏水时，监控系统发出警报。5） 烟雾探测系统。该系统采用空气采样式烟雾探测技术。 6） 消防联动。机房内部消防系统可与楼宇消防系统联动，实现自动快速遏制火源的功能。烟感探测器、声光报警器一旦产生告警信号，就会将信号上报至管理系统并发出声光告警。7） 天窗控制器。当机房内任意1个烟感探测器检测到烟雾超标时，控制天窗打开，同时上传告警信号。声光告警器工作，发出声光报警。天窗控制器可以接收消防系统的控制信号，实现开窗功能。可以采用默认配置的烟感，也可将消防烟感、温感接入模块通道内，实现探测报警和联动控制的功能。8） 时钟同步。该系统具备时钟同步功能。

3 系统特点

该项目的工作重点在于前期收集各专业（通信、信号以及综合监控系统）的需求，包括机柜数量、机柜尺寸、设备电源功耗、线缆数量、各专业的接口界面以及需要实现的功能。与楼宇装修专业确定机房装修、空调通风以及低压配电等要求。所有需求稳定后，厂家开始生产微模块设备，经工厂监造、出厂检验以及开箱报验层层质量把关后，将设备运至现场进行组装、安装。

由于机柜内的设备由各专业提供，因此制定了详细的施工作业指导书，对现场施工管理、线缆敷设工艺、成品保护和进度安排提出要求。各施工单位按照计划安排各专业设备进场、设备安装和配线，按规定进行线缆绑扎和标识。各专业设备一切就绪后，微模块设备完成系统调试和验收工作。

经现场施工可以得出微模块机房的应用优点如下：1）快速部署，缩短建设周期。可以批量生产微模块，从而提高设备的交货速度。现场安装操作采用标准化组装方式，可以加快安装速度，还可以缩短微模块数据中心的建设周期，传统数据中心实施阶段需要7~8个月，采用微模块建设只需要3~4个月。2） 安全可靠。结合供配电、机柜冷通道、制冷以及集中监控等系统于一体，采用冗余设计，保障微模块安全、可靠地运行。3） 节能高效。采用风冷行级精密空调、密闭冷热通道系统，配合绿色节能配电方案，数据中心全年PUE值可小于1.5。4） 可扩展。微模块方案扩展性好，可实现数据中心分期建设。模块与土建分离，大楼主体及基础水电一次性规划，可以实现快速部署、灵活扩容的目标。5） 运营管理简单。微模块机房可以无人值守，实现7×24 h智能管理，通过配电系统和动力环境监控系统可以快速进行故障定位和问题处理。

4 创新应用

4.1 冷通道制冷

该项目的制冷系统采用精密空调+密封通道的制冷方式，提高了制冷效率，从而达到节能的目的。弱电机房采用专用空调机组，其中1台为备用机组，空调的制冷量根据设备的总制冷量来进行计算。机房空调为下送风，微模块冷通道下须布设通孔地板，非冷通道区域布设封闭地板，保证精准制冷。在冷通道的两端设置空调送风口，可缩短送风距离。设备及机架采用“冷热通道”的布置方式，将机柜并柜摆放，这样在两排机柜的通道内形成1个冷空气区（“冷通道”），冷空气流经设备后形成的热空气排放到两排机柜背面的“热通道”中，热空气回到空调系统，使整个冷通道机房气流、能量流流动通畅，提高了冷通道机房精密空调的利用率，进一步提高制冷效果。由于该项目通信、信号以及综合监控等系统设备较多，32个机柜已基本用完，因此微模块冷通道内未设置空调。如果在冷通道内直接设置列间空调，那么制冷效果就更好。

4.2 系统整合

该微模块机房整合通信、信号以及综合监控等系统设备，减少了机房面积，降低了土建建设成本。该项目首次在微模块冷通道内设置信号机柜，信号机柜有特殊要求，信号机柜须采用电磁抗扰屏蔽柜，保护柜内安装的设备免受外界电磁波的干扰，机柜EMC/EMI测试指标须符合规范要求。

在项目实施过程中，将信号机柜发往信号集成商指定位置，待信号集成商完成设备安装和相关测试后，由信号集成商发往微模块机房，最后完成安装工作。

5 结语

综上所述，微模块机房在轨道交通中具有明显的优势，它可以解决传统数据中心建设周期长、耗资成本大、场地利用率低、运行能耗高和运营难度大的问题。该技术不仅可以应用于互联网数据中心，而且还可以逐步应用在其他行业中。