中国工商银行股份有限公司数据中心(北京) 李崇辉 张鹏南

　　金融业许多早期建设的机房慢慢老化，机房面积和硬件环境都已不适应IT 系统对机房物理环境的要求，随着金融信息化发展和设备增加，为了确保机房内IT设备的安全运行，需要对原有机房进行改造、扩建或新建机房。由于机房规划设计涉及包括供配电系统、建筑装饰、控制系统、弱电系统、屏蔽系统等很多综合性、交叉性学科和专业，同时还需要符合建筑室内设计、空调、通风、给排水、强电、弱电等专业及计算机房所特有的技术要求，这对于机房维护管理人员来说，是很大难度的挑战。就机房规划、设计方面，业内各类专家、咨询人员、设计人员提出了大量的规划、设计方法，但是大多数机房交付使用后，在实际运行过程中还是存在各种问题和隐患，影响机房安全运行。笔者依据多年的金融业机房建设、改造经验，从需求、管理和维护的角度深入探讨如何新建一个安全、环保、节能的金融业机房，并提出机房选址、布局、规划设计的基本方法、实用技术和需要注意的事项。

　　一、金融业机房的主要类型和特点

　　金融业机房是计算机设备集中放置并运行的物理环境，可以是一幢建筑物或者建筑物的一部分。国家标准将机房按照使用性质、管理要求以及由于场地设备故障导致电子信息系统运行中断在经济和社会上造成的损失或影响程度，将机房划分为A、B、C 三级，如金融业总行级数据中心机房一般为A 级，省分行机房为B 级等。

　　按照业务用途来说，金融业机房可分为数据中心机房、各级生产运行机房、业务处理中心机房、灾备机房、研发机房、测试机房等。按照面积来分，金融业总行级数据中心机房建筑面积一般在1 万平方米以上，有的甚至接近5 万平方米;一级分行机房建筑面积一般在300~2000 平方米;二级分行机房建筑面积一般小于500平方米。

　　总行级大型数据中心机房一般由无人区域、有人区域组成。无人区域一般包括小型机机房、服务器机房、存储机房、网络机房以及介质存储间、空调设备间、UPS 设备间、配电间等;有人区域一般包括研发测试机房、设备维修存储间、缓冲间、更衣室、休息室等。中小型金融机房可将小型机机房、服务器机房、存储机房等合并为一个主机房。

　　随着智能化建筑的发展，为实现对建筑中智能化楼宇设备的控制，保障金融机房外部环境安全，大型数据中心还必须设立控制机房。控制机房一般包括企业总控中心(ECC)、楼宇智能控制机房、保安监控机房、消防控制室、视频会议控制机房等。这些控制机房的共同特点是机房内均有操作人员工作，在保障电子设备运行的同时，还要保障操作人员的身体需要。根据设备及操作的要求，这些控制机房也有其相应的特点。

　　为了有效地防止电磁干扰式噪声、辐射对电子设备和测量仪器的影响，并严防电子信号泄漏从而威胁到机密信息的安全，有些金融数据中心还需要建立屏蔽机房，从而满足数据保密的要求。

　　二、IT 系统对金融业机房物理环境的基本要求

　　为保障计算机及通信系统稳定可靠的7×24 小时连续运行，机房基础设施必须满足计算机等电子设备对机房的温度、湿度、洁净度和空气流通度以及对防火、防水、防电磁干扰、防雷、防鼠等要求，同时要满足监管部门对园区安防、人员出入、信息泄露等方面的监管要求。

　　随着金融企业经营业务的迅速发展以及信息化水平的不断提升，为进一步优化信息科技体制，集中信息系统的生产运行管理，整合生产、灾备、测试与研发布局，强化科技管理，更好地推动各项业务和经营管理的发展，金融业机房建设时不仅要考虑一般情况下的网络和电气、机房空调等方面的具体技术解决方案，还要考虑将来业务发展带来的在机房空间和设备容量上的需要。

　　三、金融业机房建设工程内容

　　机房建设工程可以归纳为：土建工程、电气工程、空调工程、消防工程和弱电工程(如图1 所示)。金融数据中心机房主要的组成部分应包括：建筑装饰系统、供配电系统、接地及防雷系统、空调通风系统、火灾报警及灭火系统、屏蔽工程、综合布线系统、安全防范系统、设备及环境监控系统、大屏幕显示系统、KVM 系统、多媒体会议系统、背景音乐及广播系统、总控中心系统(ECC) 等。因此如何使上述各系统协调统一发挥功能，应高度重视机房场地选择、布局规划与设计。

　　四、机房选址

　　我国的《电子信息系统机房设计规范》对机房选址提出了要求，机房位置的选择应符合下列要求：水源充足，电力比较稳定可靠，交通和通信方便，自然环境清洁;远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或储存具有腐蚀性、易燃、易爆物品的工厂、仓库、堆场等;远离水灾隐患区域;远离强振源和强噪声源;避开强电磁场干扰等。

　　机房对于安全性具有极高的要求。即使发生地震、水灾、雷击等自然灾害和设备故障时，机房也必须具备很高的可靠性，以确保业务不会停止。提高机房安全性和可靠性的方法有很多，比如构建具有冗余性和较易修补故障的系统等。选择合理的机房地理位置对于提高机房的抗灾能力也是十分重要的。在进行机房选址时，除了应遵循以上国家规范要求外，金融业购置土地新建数据中心机房时还应考虑以下因素。

　　(1)机房所在地域的配套设施条件(包括交通、水电气供应、消防等其他市政配套)如何?

　　(2)成本因素：包括当地人力成本、水电气资源成本、土地成本、各种个人消费成本等。

　　(3)环境因素：包括机房所在地温湿度、污染等情况。因此，便利的交通、充足的水电气资源、比较宽阔的空间、较低的回购成本以及良好的周围配套环境这些优势集中起来就基本满足了数据中心机房选址的条件。由于许多分行的中小型机房通常与办公大楼在一起，因此更便于管理与维护。对于建在办公大楼中的机房来说，需要重点考虑以下内容。

　　(1)大楼的电力是否足够

　　办公大楼在设计与建设的时候，主要面向工作人员的办公需要，属于轻载荷的供电设计。而机房的设备对电量的需求巨大，将这样的重载荷设施放入办公大楼，常常会导致供电系统容量的严重不足。

　　(2)是否有足够的空间放置机房空调的室外机系统办公大楼寸土寸金，空间利用率很高。而机房需要恒温、恒湿的机房专用系统，并保持7×24 小时不间断运行。机房专用空调如果采用直接制冷制式(DX)，就需要足够多的空间来安装空调室外机。如果采用冷冻水系统，则需要专门的7×24 小时不间断运行的冷冻机组，而不能与大楼的中央空调系统混用。

　　(3)机房的层高是否足够

　　办公大楼是为民用设计的，层高通常为2.8 ～ 3.2 米。而机房需要安装静电地板，并且要进行顶部吊顶。因此，层高应该大于3.2 米。

　　(4)大楼的电梯能否满足需要

　　办公大楼的载货电梯空间小、载荷低。而机房需要的大型主机、高端服务器、UPS 电源、机房空调等设备，都是大尺寸的超重型设备。如果电梯不能运输，势必导致运输成本大幅增加。

　　五、机房规划原则

　　金融业机房要具备高安全性(包括设备安全、信息安全、人员安全等)、高可用性、高可靠性、高技术性(高效率的工作模式)、高节能性(各子系统长期有效的节能措施将减少大量成本)、高集成性(一体化的平台对所有资源、需求、信息进行系统化的集成并加以智能化的管理)、模块化原则等。电子产品技术和设备的更新速度之快众所周知，因此适度考虑未来可能的扩展和通用性问题对于机房的可持续发展使用十分必要，新建或改造机房的规划布局首先要建立在对现有机房和基础设施现状充分评估的基础上，对机房后续安装设备增长数量合理预测，充分考虑机房空间、动力、空调等因素的相互制约关系，进行机房和基础设施的规划。

　　合理确定机房等级和系统配置，可以降低投资，减少能源消耗，根据金融业机房现状和实际改造经验积累，一般应遵循以下原则。

　　1. 充分利用空间，设备均衡分布

　　空间制约将会是机房发展的最终矛盾，机房中设备的摆放布局和位置，必须统一管理，避免空间浪费。在系统机房各区域中，如果区域功能定位相同，各个区域的设备应当均衡配备、合理摆放，这样一方面能够确保网络、动力和空调的分配均衡，另外也能够分散风险。避免在同一区域内设备过于集中，形成局部热点。

　　2. 根据区域职能不同，实施分级配置管理

　　目前许多机房承担着生产、灾备、测试、研发等不同职能，形成不同的机房环境，对不同环境应进行分级配置管理(如实施供电分级管理等)。将生产系统同其他环境从物理上分开，有利于安全管理工作，并能够在此基础上，加大对生产环境的安全保护和控制。对于测试环境、研发环境，可降低环境动力保障水平，按照分类机房建设和维护规范进行管理，以降低投资成本。

　　3. 分步建设、分步启用

　　大型机房各个机房区域启用的时间要进行统筹考虑，按照需求分步投资建设和分步投入使用，有利于降低初期投资和减少资源浪费。同时应充分考虑机房空间、动力、空调等因素的互相制约因素，避免出现有空间无空调、有空调无电力等状况。

　　4. 机房辅助区域统一管理

　　对于大楼中现有非机房区域，应尽量降低与设备维护无关的人员进入生产区域的频度，需要通过合理调整功能定位，减少无用的区域设置，充分利用空间，减少人员进出。

　　六、大型数据中心机房规划

　　在进行机房的规划与设计时，首先要考虑服务器等硬件设备的需求。机房的规划主要包括空间规划(机房面积、密度规划)、供电系统规划、制冷系统规划和网络规划等。

　　1. 空间规划

　　空间规划是指由机房建设初期、终期的服务器等IT设备的数量确定的机房面积。规划时依据机房的预计服务器设备数量(大型设备折合成服务器数量)和平均每机柜服务器数量，确定标准服务器机柜数量，依据每个标准服务器机柜占地空间确定整个机房面积，同时在确定平均每个机柜用电功率后，可计算出服务器的总功率。对于大型数据中心机房，按照服务器和其他设备种类、性质，确定机房空间分布和机房用电密度等级，进行机房区域划分。由设备主机房面积和设备总用电功率可以确定机房辅助设备空间，最终确定整个数据中心建筑面积。

　　2. 供电系统的规划

　　机房的供配电系统一般应由三部分组成，即计算机设备供配电系统、机房辅助设备供配电系统、备用供电系统。计算机设备供配电系统主要根据计算机设备的要求，合理地选择配电设备，构成符合要求的供配电系统，以保障计算机设备的可靠运行。机房辅助设备供配电系统的作用主要是保障计算机系统服务的其他设备的用电。这就是由空调设备、维修用设备、新风设备、照明设备、测试设备、自动消防设备等组成的辅助设备的供配电系统。备用供电系统是在计算机机房正常供电中断或者发生故障时，由备用的发电机组供电( 或者双路供电中的备用一路供电) 以保障计算机机房正常工作。备用电源及其与正常供电之间的转换装置都应在备用供电系统中。当机房的最大容量确定后，我们可以根据预算、机房重要程度，确定供电系统容量设计。供电系统包括从市电、发电机到配电、UPS、UPS 输出配电、机柜PDU等一系列环节。在实际规划时需要考虑以下方面：

　　(1)确定负荷级别

　　按照金融行业情况，生产、灾备机房属于一、二级负荷，其余办公、生活用电属于三级负荷。机房内其他电力负荷不得由计算机主机电源和UPS 供电。主机房内计算机设备宜设置专用动力配电柜，与其他负荷应分别供电。机房供电应按照机房负荷等级选择高低压、发电机、UPS 等供电系统的供电模式与保护方式。

　　(2)负荷估算

　　计算所有预计用电负荷量，包括计算机设备用电(主机、服务器、网络设备、通信设备等)，机房辅助设备用电(空调设备、维修用设备、新风设备、照明设备、测试设备、自动消防设备等)。机房供配电系统应考虑系统扩展、升级的可能，并应预留备用容量。

　　(3)电源配置

　　根据负荷性质和负荷容量，计算外供电源的电压等级及回路数。机房容量较大时，宜设置专用电力变压器，容量较小时，可采用专用低压馈电线路供电。电源设备应靠近主机房设置。

　　(4)变配电所

　　确定市电的引入方式，确定变配电所位置、数量、容量;确定变压器的保护方式，确定应急电源和备用电源形式、容量等。

　　(5)高压供电系统的设计与选择

　　一路高压输入时高压供电方案有：高压侧采用隔离开关和熔断器的变电所主接线、高压侧采用负荷开关及熔断器的变电所主接线、高压侧采用隔离开关和断路器的变电所主接线三种。

　　二路高压输入时高压供电方案有：备用电源自动投入方案(平时一路使用、一路备用)和自投母线联络开关的方案(不分主备用，两路同时带负荷，高低压母线分段运行，当其中一路市电发生故障或检修停电时，高压母线联络开关(断路器)及低压母线联络开关(断路器)自动投入，由正常的一路市电负担全部负荷)。

　　(6)低压供电系统的设计与选择

　　低压交、直流供电系统主要有集中供电系统、分散式供电系统和混合式供电系统。两路电源低压自动投入是在变压器低压侧进行投合，有交流接触器自动投合方案和空气断路器自动投合方案。应急发电机组和市电的切换一般可在配电室或机房配电间进行。

　　3. 制冷系统的规划

　　(1)机房空调容量的选择

　　首先需要确定机房空调制冷总需求量：Q总= Q建筑+Q设备

　　其中建筑发热量： Q建筑=建筑面积× 单位面积建筑发热系数(单位面积建筑发热系数依据机房结构和保温措施确定)

　　设备发热量：Q设备= 设备电功率× 设备发热系数(设备发热系数一般为1)

　　(2)空调规划

　　在空调总冷量确定情况下，制冷系统设计包括空调制冷方式选择(水冷、风冷)、空调送回风方式选择设计、服务器机柜摆放方式设计、空调容量配置等。按照机房节能设计，在空调规划设计时应考虑：

　　①大多数机房采用“一次到位”的工程设计，这样不仅导致采购空调设备时投资过高，还提高了后期能源消耗和服务成本。事实上，规划过度或不足都是导致机房能耗高和效率低的原因之一。因此，正确的做法应该是根据需求，分阶段采购所需的空调设备。

　　②采用地板下送风和冷热通道布置机柜是制冷效率较高的方式。在机房中，服务器机柜也是制冷的关键，机柜通风面积小，服务器热量难以排出。其他的节能设计还包括完全冷热通道封闭，实现冷空气与热空气的完全隔离(如图2 所示)。当然，采用封闭式的冷通道(或热通道)设计，必须符合消防等规范。

　　③为满足高密度机柜制冷要求，在房间内设定一个有限的专门的区域提供强散热能力，将高密度机柜限制在这一区域内。当一个专门的高密度区被确定后，用户可以在这个区域采用专门的高密度技术，以便为该区域提供可预测的功率和散热密度。

　　七、小型机房建设思路

　　1. 小型机房建设

　　对于设备用电量小于100KW 的分行机房，由于服务器设备数量少，可采用集装箱式数据中心方案，该方案将服务器机柜、UPS 电源、空调、布线、监控等集中放置在一个类似集装箱的封闭环境中，只要接上电力、拉上网线，再提供一条冷水管道就可以让它正式运行了。集装箱式数据中心与传统数据中心相比具有模块化、低成本、高可靠性、易布置、绿色环保等特点(见表1)。

　　2. 业务处理中心、营业网点机房

　　对于业务处理中心、营业网点机房可采用微型机房建设方案，该方案将IT、 网络设备及安防监视器所需的机架、UPS 后备电力与长延时电池及环境信号( 如温度、湿度) 监控等集成在一起，以“机柜就是数据中心机房”为理念，采用机柜基本单元，将供配电系统、散热系统、制冷系统、布线系统以及监控管理系统等各个管理单元制定独立的模块，集成到机柜平台之上，为金融信息平台建设提供了完整的基础架构解决方案;具有防尘、节能、省空间、减噪、屏蔽电磁辐射、人工智能等优点(见表2)。