一体化机柜技术在支行机房模块化建设中的应用

何国巨

（中国人民银行梅州市分行，广东 梅州 514011）

近几年，随着大数据、互联网、人工智能和物联网等产业的蓬勃快速发展，对承载着业务系统和网络系统的机房或数据中心提出了更高的要求。自2021 年5 月国家四部委联合发布《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》以来，10 月又出台了《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》，各地政府部门也纷纷出台机房、数据中心改造及淘汰方案。主要围绕在机房基础设施上节能降耗、加快应用先进绿色技术产品及优化绿色管理能力等方面展开推进。一体化机柜技术正是为支撑这些实时性要求高的业务而生，对中国推进机房模块化建设起到了关键性作用，实现了节能降耗、建设成本低、绿色智能运维等要求，解决了以往难以统一规划、建设和运维管理的难题，同时符合《电子计算机房设计规范》和《数据中心设计规范》等技术规范，保障各类业务系统和网络系统安全稳定运行。

1 一体化机柜技术

一体化机柜技术是将配电、UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）供电、制冷、门禁、机柜、照明、消防、监控和布线等基础架构设施全部整合至一个全封闭IT 机柜内，通过各项子系统的监控实现整体运维管理，为IT 设备间、机房、数据中心等应用场景提供前所未有的优良工作环境和可靠保障平台[1]。该技术将各种设备模块化、标准化集成，再利用应用软件统一管理，应用场景丰富、建设成本低，因而能适应各种恶劣环境经常被金融网点、政府、教育、医院、军队、交通等行业领域应用，支持单柜、单排、双排等多种灵活部署方式，可以按照客户业务需求定制功能模块，拥有高密度与模块化、高可靠性与可用性、灵活配置与快速部署、简易安装与节能降耗、绿色智能与运维监控等特点。

1.1 硬件设备组成

一体化机柜的硬件设备主要由设备仓、蓄电池仓、门与门锁组成。

设备仓用于放置网络设备、服务器、计算机等设备，用隔板与蓄电池仓分开，便于设备空间的隔热；蓄电池仓用于安装蓄电池，机柜的外部板材上贴有保温棉，以达到保温效果；机柜门采用内嵌式结构，门缝间隙紧凑，可采用人脸识别、指纹等技术开锁，机柜门安装开关门锁告警传感器，配合动环监控系统报警和记录。

1.2 软件设备组成

软件设备主要由机壳、温湿度控制系统、照明单元、监控系统、防雷系统、配电系统和配线系统组成。

机壳：常见安装内尺寸为8 0 0 m m（W）×800 mm（D）×1 800 mm（H）、650 mm（W）×650 mm（D）×1 400 mm（H），其他尺寸均可定制，采用热交换方式对柜内设备进行散热，可以安装直流配电、PDU（Power Distribution Unit，机柜用电源分配插座）、DDF（Double Dragon Forever，数字配线架）等配件，机柜内支持19 英寸（IEC297）的标准机架。

温湿度控制系统：一体化机柜的电子设备在工作时会产生大量热量，导致柜内温度升高，使用温控设备控制柜内的温度和湿度，确保通信设备正常工作，同时提高电子设备的使用寿命和可靠性。

照明系统：每个独立仓提供一套48 V/220 V LED（Light-Emitting Diode）灯照明，当机柜门打开时将开启LED 灯，闭合时将关闭LED 灯。

监控系统：通过RS232 或RS485 通信接口监控UPS 系统、空调系统、环境状态、配电系统及电池系统的状况，该系统提供实时告警信息、巡检签到功能、主机信息、历史报表等功能，可查询各子系统的各种状态记录和异常告警记录。

防雷系统：采用机架式箱体设置SPD（Smart Power Distribution，智能配电系统）浪涌保护器等防雷设备，提供B+C 级防雷保护。

配电系统：采用3 kVA 后备2 h+双路电源输入，市电正常时，由UPS 逆变给IT 设备供电，并给电池充电，空调由市电供电；停电时，由电池逆变给IT 设备供电，空调停电，机柜弹门；发电机启动，UPS 逆变给IT 设备供电，并给电池充电，空调由市电供电；UPS更换、大故障，手动切换至维修旁路，IT 设备、空调由市电供电。

配线系统：采用理线架和配线架，预留足够的空间满足机柜配线要求，柜与柜之间连接线由厂家配置，包括电源线、双绞线、光纤等连接线。

一体化机柜原理图如图1 所示。

图1 一体化机柜原理图

2 支行机房基本情况

支行机房作为人民银行机房建设的末端部位，其保障的网络系统和业务系统是人民银行信息系统的重要组成部分。但是支行机房往往因为人员不足、资金缺乏、技术落后、大楼陈旧等原因而达不到C 类机房建设标准，普遍存在以下3 个问题[2]。

2.1 基础设施落后，风险隐患明显

机房使用的不间断电源（UPS）、发电机大多是脱保设备，未购买维护保养服务；简单使用空气开关和民用排插，未使用配电柜和PDU 设备；采用民用空调控制温湿度，难以调节至规范要求（温度指标为18～27 ℃，湿度指标为35%～75%）；机房门禁部分使用机械锁，部分使用指纹锁，均缺乏门禁系统统一管理；网络综合布线未使用地下管道或架桥式搭建，强弱电未分开铺设，容易造成电磁干扰导致信号不稳定，两端标识不清晰，不易排查通信故障。

2.2 机房装修不规范，节能减排不达标

因为机房大多是由支行大楼的办公室改造而成，所以并未使用机房专门的装修材料布局，没有采用机房吊顶方式，墙壁也未考虑保温、隔热、防火、平整、光滑、不起尘等要求，强弱电没有合理分离，交叉混合使用，各种线缆没有使用管槽、软管等保护，没有铺设防静电活动地板。由于以上种种原因，导致能耗方面不符合节能减排的要求。

2.3 机房缺乏动环监控系统管理，难以发现故障

机房各类设备陈旧、品牌不一致。大部分机房没有部署监控模块，缺乏动环监控系统来监测UPS、空调、配电、门禁系统、温湿度等基础设施，仅靠机房管理员每天到现场巡检。且大部分机房管理员是支行办公室人员兼职担任，缺乏科技专业知识，特别是电气、自动化等专业知识。人员缺乏导致兼岗及知识储备不足，巡检和管理工作往往靠机房管理人员的主观意识去判断，故障难以被发现。

3 一体化机柜在支行的实施做法

3.1 立足实际，量身定制

分行按照《中国人民银行县（市）级支行机房建设技术规范》要求，结合支行机房普遍存在的问题和市场调研情况，选取成熟、规范、安全的科华产品，型号为KDU01-030-030，该产品根据需求定制，包含6 个模块，即机柜主体、UPS 单元、配电单元、制冷单元、监控单元及门禁系统，集成了UPS（输出功率为3 kVA）、空调（制冷量为3 kW）、配电系统、门禁系统（纽贝尔）、温湿度、动环监控、配线架、PDU等功能的一体化机柜，具有强大的系统整合和极低的制冷消耗功率，以及集中管理本地、远程双模式的实时监控和丰富强大的告警记录功能。

3.2 选取试点，制定方案

为保证该项目顺利推进，分行选取某中支县支行作为试点支行，结合实际制定出《一体化机柜安装实施方案》，试点支行按部就班地实施方案，并待一体化机柜成功上线后举办技术培训会分享经验，由科华专业工程师讲解一体化机柜原理和日常维护知识，试点支行分享经验做法，让广东省科技队伍充分了解一体化机柜的原理和功能，为广东省顺利推广一体化机柜应用做好铺垫。

3.3 提前准备，安全保障

首先，做好一体化机柜设备搬运至支行机房工作，大多数支行机房都设置在2 楼以上且没有电梯，或者电梯、楼梯大小空间不够，由于一体化机柜长1.4 m，宽0.6 m，高2.4 m，质量约250 kg，所以建议拆除机柜部分配件减轻质量后搬运；其次，支行机房先行布好一体化机柜输入供电线路和空气开关，一主一备共2 路，电缆规格为3 m×6 m，准备好安装底座（1 365 mm×600 mm），采用国际镀锌角钢制作，机柜输入线路与机房照明、空调电路相互独立，电缆提前引到机柜底座位中间处，为割接做好准备和节约时间；另外，为实现快速制冷和节能环保，一体化机柜空调室外机摆放位置与机柜位置小于10 m 为宜，空调排水管走静电地板以下或管道，预留空调铜管走线位置；最后，厘清支行内部网络现状，绘制与实际一致的网络拓扑图，并制作一张设备与端口（或接口）的对应列表，所有线路两端打好标签，提前与运营商预约线路割接时间，以防出现问题时能快速查明，并在最短时间内解决问题。

4 主要成效

4.1 大大缩短建设周期，架构便于扩展

一体化机柜可以根据用户业务需求定制功能模块，将供配电、制冷、监控、门禁和布线等基础设施模块化至机柜内，后续可以根据业务需求自由扩容扩展。一体化机柜模块可以实现批量生产和现货供应，出厂前可以预先测试单元模块和标准化连接方式，减少现场配置与调试时间，提高设备安装和调试效率[3]。传统的机房从规划设计到申报审批，从土建到装饰装修，从暖通到机电工程，涉及专业众多，过程复杂、工程量巨大、建设周期较长，一体化机柜模块化建设仅需1 个月，较传统机房缩短了3～4 个月。

4.2 建设成本低，节能效果明显

支行传统机房建设成本约18 万（含装修和基础设施，以6 000 元/m2，面积共30 m2为例测算），一体化机柜模块化建设成本约6 万，约节省67%。一机化机柜占地面积为0.84 m2，采用密封闭保温设计，低能耗、低噪声，有极强的环境适应能力；空调设计在机柜内，冷空气在机柜全密闭下运行，内部循环，制冷效果更快更佳，节能效果明显。

4.3 智能绿色运维管理，保障机房安全稳定运行

一体化机柜的动环监控系统可以接入人民银行内部网络，实时监控UPS、空调、配电系统、门禁系统、温湿度运行情况。该系统对供电电压、电流、频率、负载、功率、温湿度、指纹运行参数指标进行智能分析，发生故障时系统会及时发出报警情况，中支机房管理员可通过动环监控系统随时了解支行机房运行情况，及时采取有效措施规避风险，解决以往机房运行状况难掌握、难管理的问题。

5 结论及建议

5.1 选择成熟品牌，延长原厂质保服务年限

在采购一体化机柜时，首先，尽量选择成熟品牌和维护保养网点较多的厂商，具有功能模块齐全、配件充足的能力；其次，延长原厂质保服务时间，一般情况下设备质保时间是3 年，将其维修保养时间延长至6 年，每年4 次按季度进行现场巡检，实现与电子设备报废年限同步，优化资产处置；最后，选择具有技术力量的厂商，定期对设备运行情况进行安全检查，且有解决故障的能力。

5.2 增加智能报警模块，提高智能运维管理

在考虑功能模块需求的同时，建议增加智能报警模块，将短信和电话报警功能纳入动环监控系统，由于机房管理员大多是兼职人员，不能时刻监控动环系统，增加该模块后可实现不在岗或下班后依然能接收报警信息的功能，达到7×24 h 保障一体化机柜稳定运行。

5.3 制订运维手册，开展应急演练

传统机房的运维手册不适用于一体化机柜，传统机房的各种基础设施都是分开的，各种设备操作也是不一样的，一体化机柜集成了各种功能模块，建议支行机房管理员与厂商技术员共同制定运维手册，在发生故障时可以先按照运维手册排查，提高运维响应能力。支行机房管理员应同步更新机房应急演练方案，结合一体化机柜模块化模式模拟发生场景，定期开展应急演练，提高处理突发事件的水平。