广电模块化机房的设计与构建

2022-09-16张旭东

西部广播电视 2022年15期

张旭东

（作者单位：曲靖市广播电视局）

广播电视机房的规划设计与实施，是近些年来广电行业面临的一件大事。当前是信息技术社会，广播电视行业也借助云技术、融媒体技术快速发展，广电机房的模块化设计成为一种必然趋势，不仅有利于实现信号质量的提升，还能满足“高质、高效、安全”的播出要求。

1 广电机房建筑

广电机房通常采用单层或多层的形式。单层建筑适宜采用集装箱式数据信息中心，这种结构为系统数据的维护结构，配上动力源和机架，能够在较小空间内达到较快的建设速度。而多层建筑需要在建设初期全面考量，不断完善各项设计，采用科学的布局形式，依据建设需要进行排布。高层建筑对防火具有极高的要求，加上机房承重较大，建筑越高结构设计越复杂，因此，在广电机房建设方面不推荐采用高层建筑建设。广电机房建筑的主机房在空间选择上宜采用大空间形式，从而实现有效互联互通，尤其是要在建筑层间预留设备夹层，达到平面内的互联互通。而通过对机房建筑预留电气结构、暖通系统及网络接口系统，采用组合模块化设计，便于进一步扩展延伸。另外，机房建筑内部设计的卫生间、楼梯间等竖向联系空间要独立于主要建筑平面，达到合理布局的效果。

2 广电模块化机房设计实施的重要性

机房工程是保障计算机数据中心关键设备装置的稳定有序运行所设计并配置的基础工程。机房基础设施不仅要为机房信息系统设备的正常运营和数据信息安全提供良好保障，还要为工作人员提供适宜的工作环境。广电网络机房系统工程与一般的通信机房工程不同，其首先要确保广播电视的正常播出，能够将政府的声音传递到千家万户。同时，广播电视对播出的连续性具有严格的要求，广电机房必须具有稳定的播出系统、严格的监控系统和良好的切换系统，这也对广电机房的建设提出了较高要求。

3 广电机房规划设计原则

由于机房功能较为复杂，很多新技术、新业务也随之涌现出来。广电机房建设的指导思想，即确保有完善的设施，各项功能齐全完备，技术先进的同时还要有超前的管理理念。鉴于此，笔者认为机房建设必须坚持以下几点重要原则。

3.1 安全性

机房安全对于机房整体运行具有非常重要的作用，机房安全涉及机房的每个子系统，工作人员对于安全等级的设定，依据安全等级进行的规划设计与施工等都要慎重。通常来讲，安全风险包括三个不同阶段：无风险、轻度隐患和严重隐患，接着就是采取有效的应对措施，针对安全风险进行分析并及时处理，且机房安全设计与运行维护方面要予以充分考虑。

3.2 灵活性和可扩展性

广电机房经常涉及更换设备、位置变动以及扩容改建等活动，机房管理人员要积极调整以适应这种变化态势。机房应具有较强的灵活性和扩展性，这就要求管理人员能够依据机房需求的变化及时作出调整与优化，且这也是现代机房管理的基本要求之一。

3.3 绿色环保

机房设备多，全年连续播出，电能耗费非常高，因此要建设“绿色”机房，全面降低能耗，这既有利于环境保护，又能节约机房运行成本。近年来，建设“绿色”机房已成业界要实现的目标之一，很多公司推出了不同的节能降耗产品，同时还提出了有效的解决方案。评价数据中心能源效率的指标（Power Usage Effectiveness，PUE）值作为衡量节能的一个指标，成为机房建设的重点之一。

3.4 可维护性

广电机房的日常维护和管理工作繁重，相关部门在提高广电工作人员能力素质的同时，还要安设全面的智能监测系统，以便实时掌握机房整体运行状况。此外，相关部门还应考虑到外部人员为了维护管理进入机房的情况，对此要设立相应的通道与应急举措，保障机房的安全运行[1]。

4 广电网络云数据中心建设方案

4.1 机房布局

机房布局表面看起来简单，实际操作却较复杂。设置专用的接入机房，能够实现与活动机房的有效隔离，如果没有设置专门的分区，光缆会在各个机房分散，光纤尾纤也会来回穿梭，管理起来比较困难。在光纤接入过程中，要全面考虑，做到一次到位，不应有转接。

4.2 机柜

当前，机柜正朝着机架定位单元（RLU）的方向发展，它集合了机柜内的电源、冷却和监控等多项功能，每个机柜好比一个微机房。这样一来，工作人员就不必提前在机房内配置过多空机柜，可以通过对指定机柜设置合理参数，向制造商单独订购，从而在一定程度上减少浪费，真正达到“点对点应答”的效果。当前广电有线机房在选择机柜时，应当使用更高更大的机柜，这有利于机柜更好地散热和布线，同时提升了广电机房的空间利用率。在机房正常运行情况下，机柜的高度应不低于2.2 m，深度为0.8～1.5 m，甚至更深。这种尺寸的机柜能够有效利用机房空间面积，方便机柜内的各种布线与安装操作，避免因机柜设计不合理而增加操作难度。

4.3 布线系统

想要提升广电系统接入网络的运营质量，就需要解决由于线缆问题造成的故障与隐患问题，采用科学规范的射频线缆布线模式。下面首先分析广电机房射频线缆的主要特点，然后将射频线缆的布线模式分成整体布局、柜内走线和跨柜线缆等多个不同模块合理规划，从而灵活调整线缆，动态适应多种线路接入和调整的需求。多个模块既相互关联，同时又保持一定的独立性，能为广电业务的全面与健康发展搭建良好的平台[2]。

4.3.1 模块化动态布线采取的规划方法

第一，线缆整体布局方面要依据上走线形式。这种形式具有一定的科学性，可确保射频线缆有充足的走线空间，避免线缆整体空间不足、挤压变形等问题发生，同时可避免射频线缆由于重力因素发生设备接头损坏问题。

第二，跨柜线缆规划上，采用科学的直通面板跳接模式。直通面板是带有较多直通对接头的面板，具有高密性，可以应用于线缆跳接，减少线缆直接连接的长度。通过对直连线缆做分段处理的方法，不但能够有效解决直连线路损耗大、故障排除难的问题，还能从很大程度上降低网络调整时网络设备拧线的难度。将调整点朝直通面板，即便调整过大，出现直通头损害问题，换面板直通头的费用也会低于网络设备接头的费用。

第三，从柜内走线设计角度分析，应用长线与活线有机结合的方式。机柜内射频线缆要做科学分类，工作人员应找出与新节点接入相符且常用的一类线缆，与此同时，还要找出较少使用的一类线缆，将不常使用的线缆做成长度固定的定长线，并在此基础上做扎紧处理，针对较常使用的一类线缆则要运用长度不固定的活线加以连接。这样一来，不仅保留了活线便于进行网络接入与调整，同时还能确保柜内线缆的整齐统一。在初期布线过程中，要在定长线上预留出一些空线，避免在少量调整与接入过程中使用定长线。

第四，关于局部线缆整理方面，要对其加装理线器，以便达到有效的辅助效果。机柜内应采用理线架，并安装于光机的后部，为线缆提供必要的支撑与保护作用。机柜侧面可以安装专用的射频线缆做走线槽，从而对定长线做出固定处理，采用辅助线路的器材可以促进射频线缆的走线更加规范，规范化布线模式结构图如图1所示。

4.3.2 规范化布线过程中的注意事项

依据上文所述的规范化布线模式进行布线，要注意以下几个事项。

第一，机柜顶部要预留出充足的空间，便于线缆的进出。在射频线缆规范化布线走线时，要注意应用科学的上走线形式，究其原因，柜顶是电缆进出柜的重要管道，且是唯一通道，所以柜顶预留空间要充足。对某些重要设备机柜来讲，线缆数量通常在150根左右，假如机柜顶部没有足够的走线空间，线缆难免会出现挤压变形。第二，新增机柜设备在走线方式上要采用上走线。为了采用这种形式的走线，工作人员在新增机柜内安装设备时，要采用由下往上的形式安装，先将下面机柜的空间占满，然后在机柜上部留出更多空间[2]。

第三，为直通面板留出更多上部空间。布局模式的规范化处理要依据机柜内的设备情况，如根据设备数量与设备类型等，增加1或2块直通面板。另外，安装新设备的过程中，要充分考虑机柜上部空间，确保可以安装直通面板。

第四，单个机箱连接的节点数不能超出100个。当单机柜节点数达到100个时，机柜内的射频线路数量在150条以上，这种情况下，即使使用高密度设备，也会造成射频线路管理困难。第五，做好线缆标记管理。由于直通面板间采用的线缆是固定的定长线，且通常是上走线形式放置于机柜上方，翻动线缆尤其困难。所以，工作人员必须重视线缆的标记管理，一方面要及时排查线路故障，另一方面在相应调整时，要依据有关资料，将直通面板当中对应端口的线缆调整到目标端口，避免在找线上浪费时间。总之，为了确保机房线缆的运营安全，需要加强模块化射频线布线规范化处理。科学的布线模式不但可以降低广电网络故障与隐患出现的频率，还可以为广电网络业务的发展提供科学保障[3]。

4.4 制冷系统

数据中心常用空调系统包括风冷型机房空调系统、冷冻水型机房空调系统、水冷型机房空调系统和双冷源型机房空调系统四种；常见的空调系统包括风冷机房空调系统、水冷机房空调系统、水冷机房空调系统和双源机房空调系统。

首先，机房风冷空调系统。机房风冷空调将空气作为传热手段，由外部冷凝器、内部蒸发器及压缩机等部件组成。每台空调都可以独立循环和控制，属于分布式空调系统。风冷机房的空调系统在布局上有一定的局限性：外机与内机之间的连接管长度一般不超过60米，外机与内机之间的高差有一定的距离要求，同时，由于内部单元需要外部支撑单元和制冷剂管道，空调系统应用于大型数据中心时需要占用较大的建筑面积和大量的工作量，鉴于此，这种方法通常用于小型数据中心。

其次，冷冻水机房空调系统。该系统采用“主机制冷模式+终端机房空调机组”，广泛应用于大中型数据中心。冷水式机房空调系统通过机房空调机组内的冷冻水盘管组将机房热负荷传输至冷冻水系统，并由中央设置的冷水机组进行冷却。空调机组结构简单，制冷量大，机组集中调节，可选用高效空调主机，达到节能的目的。在我国北方地区，由于室外温度较低，该系统可以方便地进行自然冷却，从而降低系统运行的能源成本。但是，冷水机房空调系统的冷水循环管属于压力管，工作人员必须注重对管道的检测，防止漏水，系统日常维护工作量大。

再次，水冷式机房空调系统。该系统的冷凝器与蒸发器均在室内，其末端的每个空调模块都可以连接到一个普通的冷却管、外部冷却塔或干式冷却器。值得注意的是，空调系统设计需要安装室外压缩机和冷却器，并要采取措施探测和保护排水管，推行循环水系统[4]。

4.5 防雷系统

机房采用的是三级防雷分级限压模式。在广电机房的配电箱位置，特别是在电源进线处要安装具有较大容量的防雷器，当发生雷电袭击，主级防雷器会将雷击高压直接泄入大地，起到保护机房设备的作用。总配电柜的电源进线处要安装二级防雷器，机房强电列柜的电源进线处要进行三级电源防雷器的安装，而这两级防雷器之间要有退偶处理。

4.6 接地系统

在设计施工过程中要严格依据国家标准进行接地提供建设，机房设备需要在干燥优良的环境中运行，且大部分设备是高频热原设备，由于工作人员活动、摩擦、处于干燥的季节以及计算机显示器等各种因素的影响，机房较容易发生静电效应，而静电效应会对主机等不同设备产生严重干扰，甚至会影响设备的稳定运行。为避免由于静电造成更多干扰现象发生，工作人员在设计中应采用独立的直流静电不断释放回路，使整个设备系统在无静电磁场的环境下运行。该设计是利用网格织编铜质线的形式对金属吊顶、墙体金属板、天棚龙骨、金属骨架、设备机壳、金属窗框及其他一些有可能会产生静电的组件（金属或非金属）作接地连接，或者是每隔一定距离连接至周围的等电位铜排。

4.7 监控系统

为保障园区和数据中心室内安全，应设置视频监控系统，对受控场地或目标详细信息进行实时显示并记录，以便安保人员及时采取行动。监控系统主要是应用IP网络视频监控系统，能够对监控区域进行实时有效的视频显示、记录以及监控，同时还包含了报警和图像校验功能。不仅如此，此监控系统还有门禁系统和火灾报警系统的联控管理功能，同时与机房管理系统（BMS）联网，可以实现管理的统一化。另外，在数据中心进出口、各楼层重要通道和核心机区设置红外检测仪，在机房周围放置红外辐射入侵探测器，能够有效保障机房的系统安全。