淺談大型飛機維修機庫數據中心建設的規劃與設計

文│ 廣州飛機維修工程有限公司 歐戈易

淺談大型飛機維修機庫數據中心建設的規劃與設計

文│ 廣州飛機維修工程有限公司 歐戈易

此文從數據中心國內外的建設標準規劃入手，結合飛機場區內的大型飛機維修機庫的行業環境特殊性，梳理數據中心各個關鍵領域，從雙數據中心、選址與平面、電力及UPS、綜合布線、空調等基礎架構開始設計，以滿足大數據與云計算的網絡、服務器、存儲設計，安全監控及展示等方面的需求。

飛機維修機庫；機場庫區；數據中心；主機房；綜合布線；云計算

1 引言

筆者有幸參與過某大型飛機維修機庫數據中心建設的規劃與設計，總結出一些經驗和教訓，并在此文中將這些思路整理出來與業內人士共享，希望能對其他數據中心的建設提供一些幫助。

2 定義和設計原則

根據《電子信息系統機房設計規范》GB 50174-2008定義：數據中心主要用于電子信息處理、存儲、交互和傳輸設備的安裝和運行的建筑空間，包括服務器機房、網絡機房、存儲機房等功能區域。機庫的數據中心在設計和建設過程中，首先應嚴格遵守《電子信息系統機房設計規范》 GB 50174-2008內容，以國內A級機房為設計參照，同時參考國際《數據中心的通信基礎設施標準》TIA 942，整個設計既符合國家的標準和規范，順應國際先進的理念，又能根據機庫運營特點進行數據中心設計，確保數據中心安全、穩定、可靠地運行，同時為維護人員創造健康適宜的工作環境。

3 雙數據中心設計

為保障業務的連續性，信息行業上通常采取“兩地三中心”的建設模式去保障信息系統正常運行。結合機場維修機庫的特點，即機庫均建立在同城同機場，距離比較近。

第一步，定義采用雙數據中心（即物理位置分兩個數據中心，邏輯上一個大數據中心）的方式，在相隔最遠的兩個機庫建立兩個數據中心，在硬件和軟件層次上將兩個中心同步，保證信息數據的安全。

第二步，梳理信息業務級別，按規范對兩個容災級別進行數據定義并設計。

（1）核心業務系統容災級別，參考GB 20988-2007T第5級規范要求，RTO分鐘級（小于1小時）、實時數據傳送、關鍵數據實時復制、人機切換、系統和數據備份。

（2）非核心業務系統容災級別，參考GB 20988-2007T第4級規范要求，RTO小時級（小于8小時，數據丟失不超過24小時）、網絡傳送、數據異地存儲、系統備份。

4 選址和平面設計

機場區域建筑高度一般在5層以內，機庫主體建筑是一個中間無柱的大型庫區，附樓的一、二層通常用于一線生產區域，對機庫數據中心的選址和平面設計必須充分考慮這些特點。

4.1 機庫數據中心選址

（1）考慮防水，不建議選在頂層區域和伸縮縫區域。

（2）建議選擇大樓3層或4層。可將該區域地板下沉到梁下，以增加數據中心凈空高度，使其符合規范標準。

（3）由于樓板下沉設計，建筑結構上必須加固。

（4）按設計規范，樓板結構承重為16kN/m2。

（5）空調主機等設備下方必須安裝承重支架，UPS后備電池間必須安裝散力支架，電池間內的散力架投影面積不小于20m2。

4.2 數據中心布局

數據中心平面規劃以國內A級機房為設計參照，規劃中充分考慮高容積、高性價、可擴展冗余、分期投產設備擴容便利。

（1）數據中心設備間是設備放置的核心區域，規劃放置小型機、存儲設備、網絡機柜、服務器機柜。

（2）配電間放置UPS主機、配電柜。

（3）電池間放置UPS后備電池。

（4）測試設備間定義為測試設備專區，布放測試機柜，把測試設備和生產設備分隔開，避免人員和設備互相干擾，影響生產設備的正常運行。

（5）外部接入間設置獨立專區，用于電信運營商接入，每個運營商使用相互隔絕的獨立柜，保障安全。

（6）介質庫存放生產數據備份磁介質。

（7）精密空調間把數據中心精密空調室內機及空調室外機管井隔離開，便于空調維護人員定期維護，而不用進入數據中心核心區域。

（8）氣瓶間放置七氟丙烷滅火劑。

4.3 主數據中心內設備間距

（1）用于搬運設備的通道凈寬不應小于1.5m。

（2）面對面布置的機柜或機架正面之間的距離不應小于1.2m。

（3）背對背布置的機柜或機架背面之間的距離不應小于1m。

（4）當需要在機柜側面維修測試時，機柜與機柜、機柜與墻之間的距離不應小于1.2m。

（5）成行排列的機柜，其長度超過6m時，兩端應設有出口通道；當兩個出口通道之間的距離超過15m時，在兩個出口通道之間還應增加出口通道；出口通道的寬度不應小于1m，局部可為0.8m。

5 電力及UPS設計

根據規范GB 50174-2008中A級機房的供配電要求，A級機房應配置后備柴油發電機系統，當市電發生故障時，后備柴油發電機應能承擔全部負荷的需要。但從機場飛機維修機庫的安全考慮，不建議建立柴油貯備庫區。而從機場有兩路獨立路由的供電配置分析，電力供應是穩定的，因此在設計大樓低壓供配電方案時，建議按一級負荷設計，取消柴油發電的配置。

5.1 數據中心供配電

供配電系統采用雙總線模式，由大樓總配電室（地下室）I段和II段母線分別敷設4路市電至數據中心A、B配電間，給數據中心UPS及輔助設備供電；供配電回路采用雙總線容錯供電方式，接入大樓2組不同變壓器低壓側輸出配電柜，以預留開關。

5.2 數據中心不間斷電源（UPS）

數據中心不間斷電源設計包括UPS配電輸入輸出柜、互投柜、UPS機及電池柜等，設計要求采用2組UPS雙總線方式給數據中心區域負載供電，組內UPS采用并機方式聯結，UPS的后備電池按各自滿載功率30min配置，同時滿足雙總線聯結后備時間1h。每個機柜設置2路16A單相獨立不同配電間UPS電源，采用工業防水連接器接機柜PDU，每臺機柜配置1臺雙電源自動切換STS，設置2個不同回路三相電源工業防水連接器。

5.3 樓層弱電配線間供電

采用集中UPS供電，配置1臺小型UPS供各樓層弱電間設備（交換機、門禁、監控）、數據中心內各功能區應急照明等使用。

5.4 精密空調供電

采用雙總線供電方式。新風、排風、排煙經2路市電，接ATS輸出供電回路。

5.5 市電維修插座供電

每個分區必須設立獨立回路市電維修插座，各功能區4個及以下插座數的由一個供電回路供電，多于4個以此原則類推。低壓配電線全部采用符合國家標準的阻燃雙塑型銅芯電纜電線，通過鍍鋅線槽（管）敷設到端口，相、零、地線顏色按國家標準分清。

6 空調設計

根據規范要求，對數據中心設備間、測試間、電信接入間采用精密空調進行溫/濕度調節。考慮到數據中心層高，冷空氣往下、熱空氣往上的自然規律，宜采用下送風的空調系統，機柜布局采用“冷熱通道”布局，即機柜面對面、背靠背擺放，以此在機柜前面形成冷通道，在機柜的背面形成熱通道，冷通道上需鋪設風口地板。UPS配電間、電池間從節約成本的角度考慮，應采用獨立柜式商用空調進行溫/濕度精密調節，確保滿足使用需求。介質庫、氣瓶間、維修間采用中央空調進行溫度調節。

7 綜合布線設計

綜合布線是數據中心的神經傳輸系統，通過它可使語音設備、數據設備、交換設備及各種控制設備與信息管理系統連接起來，并能與外部通信網絡相連。綜合布線系統在運行過程中重新改造是非常困難，因此最初的選型、設計、施工，必須專業、慎重，并考慮到未來15～20年的發展。

7.1 綜合布線系統銅纜部分采用Cat . 6A線纜

（1）為滿足公司自身業務的需求，Cat. 6A適用于未來10～15年IT技術的發展，匹配主流的IT設備和存儲發展速度，符合虛擬化和云計算發展趨勢，滿足飛機制造廠商和航材提供商對工程圖紙的發布技術，并支持廣泛的移動智能化技術發展需求等。

（2）可預見航空公司對網絡的要求日漸提高，在飛機現場開卡、制作維修方案、遠程診斷方案視頻確認等，需要更高帶寬的網絡。

（3）目前最新的綜合布線產品Cat. 7支持 40G/10G帶寬，是今后15～20年的主流產品，而Cat. 6A是近幾年開始流行的主流產品，綜合評估性價比，宜選取萬兆Cat. 6A產品，以滿足公司未來業務需求。

7.2 綜合布線系統光纖部分采用OM4多模光纖

（1）從傳輸距離、速度綜合考慮，參考OM4萬兆傳輸長度標準，數據中心內萬兆傳輸應采用OM4多模光纖。

（2）雖然多模比單模光纖造價略高，但考慮到光纖的性能和設備選型的隱性，及與之配套的IT網絡設備接口等，單模、多模光纖之間有3～4倍的差距，所以設計必須從整體成本優化考慮，因此建議采用多模光纖。

（3）數據中心內實現四網合一，保障公司靈活連接生產數據網、存儲網、生產設備網、運營商網及外部網絡，避免數據中心投產后在進行光纖投資和敷設過程對數據中心產生影響。

8 滿足大數據與云計算的基礎架構

大數據與云計算是IT信息技術發展的趨勢，數據中心的建設必須緊密配合這一發展要求，從基礎架構考慮，包括供電、網絡架構、服務器虛擬化、存儲虛擬化等方面。

8.1 熱點峰值

供電系統，需要考慮到大數據與云計算虛擬架構產生的用電“熱點”，遷移產生的用電峰值，在供電設計中必須加以考慮，建議小型機和存儲按5K～8K的供電容量設計，虛擬服務器區按3K～5K的供電容量設計。

8.2 數據交換帶寬

網絡架構是數據中心的數據交互核心，在大數據與云計算相互促進的背景下，10G/40G/100G等網絡基礎與接口技術逐步走向成熟。數據中心網絡基礎設計必須考慮帶寬設計不落后于整體應用發展。

8.3 虛擬化技術

服務器虛擬化是虛擬化整合過程中常被關注的方面，可以提高服務器利用率、提高靈活性、降低IT環境成本。對于過渡期的解決方案框架，數據中心設計虛擬化平臺與現有物理平臺并存，逐漸將虛擬化引入生產環境中，從非核心業務開始接管物理平臺設備。物理服務器從服務單一業務轉向多個業務，實現物理平臺到云平臺的轉變。

8.4 存儲架構

存儲架構規劃雙數據中心核心數據實現實時同步，應用服務器可以任意靈活選擇存儲數據源。充分考慮使用的連續性，在兩個數據中心之間，和數據中心內部不同物理機之前，當某一點出現問題，不影響信息應用服務的正常使用。

9 安全監控及展示系統

數據中心機房是信息化建設的中心，也是亮點工程，受到各方面的關注。通過安全監控和展示系統進行統一管理，一方面可以提高管理效率和管理質量以及信息系統運作的安全性和可用性；另一方面，當有外單位和領導參觀時，不需要進入數據中心內部就可以直觀了解數據中心運作，極大地提升企業形象，為企業IT管理做出良好的宣傳效果。

從技術層面分析，安全監控系統要充分考慮三大類系統的建設：

（1）動力環境監控系統

針對UPS、精密空調、柜式商用空調、新排風主機、配電柜、數據中心環境溫度、數據中心漏水進行監控。

（2）視頻監控

對數據中心出入口、設備通道進行無盲點監控及錄像。提供接入監控接口，公司保衛中心可對該攝像頭進行接入監控管理。

（3）門禁控制

對數據中心全部出入口設置門禁系統，定義權限和保存出入記錄。安全監控及展示系統既是安全工程，也是形象工程，建設中必須充分考慮實用性與美觀相結合。

10 結束語

大型飛機維修機庫的數據中心建設是一個復雜而龐大的工程，從規劃、設計到實施驗收、運作，涉及到多個專業領域的子系統。本文僅集中對數據中心設計與規劃環節進行詳細闡述。對于機庫的數據中心建設，首先要了解機庫信息系統運作現狀和現有的問題，了解飛機維修機庫的業務戰略和發展趨勢，用科學的規范進行規劃評估，然后嚴格按照國家標準和原則，同時向國際發展趨勢靠攏，結合機庫運維的實際情況進行設計，嚴謹地按既定的設計藍圖實施，最后充分利用數據中心的性能進行日常運維。

【1】 GB 50174-2008，電子信息系統機房設計規范[S].

【2】 TIA 942，Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers[S].

【3】 09DX009，電子信息系統機房工程設計與安裝[S].北京：中國計劃出版社出版.

【4】 《智慧數據中心》編委會.智慧數據中心[M].北京：電子工業出版社，2011（9）：10-13，15-18，48.

【5】 杭州華三通信技術有限公司.新一代網絡建設理論與實踐[M].北京：電子工業出版社，2011（10）：52，506.

【6】 Neil Rasmussen.制定數據中心功率密度規范的指導原則[J].施耐德電氣白皮書，2011：10.

【7】 趙糧.智能驅動的下一代安全[J].綠盟技術內刊，2012（7）：10.

【8】 鄭悅.技術智商化[J].IT經理世界，2012（12）：76.