數據中心功能單元布局

文/張宏丙

1 引言

信息技術在經歷了架構化、數字化、網絡化等階段后，已全面進入以云計算、大數據、物聯網、人工智能、AR/VR等產業為主的智慧時代，數據流量極速增長，數據存儲和在線數據分析需求呈指數爆發。可以預見，作為信息數據匯聚地的數據中心，還將在未來很長一段時間內保持目前這種高速增長態勢。為此，有越來越多的資本涌入這一領域，使得數據中心產業得到前所未有的關注和期許。近年來，在全國各地每年新投產的機架數保持在幾萬至十幾萬架不等，且呈現逐年遞增趨勢。

然而，眾所周知，數據中心具有資金投入大、生命周期長、能源消耗大等特征。因此，對各數據中心運營商而言，要求其在整體規劃、技術選取、系統配置、運維管理等方面加以持續關注并不斷優化，而其中整體規劃又顯得尤為重要，它指引著后續建設、運營的方向。方向若是偏離，結果可想而知。為此，本文著重就數據中心功能單元布局進行探討研究，以期在最初的規劃設計階段就把準方向，使建成后的數據中心具有更強的市場競爭力及可持續發展能力。

2 數據中心發展趨勢及所面臨的挑戰

2.1 數據中心發展趨勢

歷經二十余年，伴隨著信息通信技術的不斷升級演進、迭代更新，數據中心在高速發展的同時，也逐漸呈現出大型化、模塊化、綠色化趨勢。

（1）單體規模的大型化。數據中心正在朝大型化方向發展，目前國內很多新建、在建的數據中心單體規模已普遍超過3000個標準機架（以功率2.5KW為一個標準機架計），并開始出現10000個標準機架以上的超大型數據中心。整個數據中心內部將構成一個巨大的網絡和服務器集群，以滿足高密度并行計算、存儲的需求。

（2）規劃設計與建設交付模式的模塊化。由于客戶需求通常變化較快，過長的建設周期可能導致數據中心設計和建設無法滿足客戶需求。而模塊化可實現產品的預配置和預測試，可實現數據中心的快速部署。因此，模塊化的布局和建設方法可使數據中心分期建設、分期投產，從而降低建設風險和運營成本。

目前，國企海外形象明顯存在“兩個不匹配”：軟實力和硬實力不匹配，美譽度和貢獻度不匹配。在國企海外形象的塑造過程中，作為中國的相關管理部門，應加強統籌協調，搭建國有企業海外形象建設的支持平臺，提供多方面的指導和服務。

老福始終沒說一句話，他默默地看著小宋，等著她往下說；這會兒母親也沒招兒了，求助地看著老福，老福還是不說話，用眼神鼓勵小宋說下去。

（3）倡導綠色、節能和環保。如前所述，能耗大是數據中心的一個顯著特征。當然，這并不是一個值得夸耀的優點。數據中心的能耗水平已成為決定其服務成本和競爭力的核心要素，無論從社會效益還是經濟效益，這都是衡量一個數據中心設計水平的關鍵指標。就在今年年初，上海市經信委聯合發改委發布了《關于加強本市互聯網數據中心統籌建設的指導意見》（滬經信基【2019】21號），其中明確要求新建數據中心PUE值嚴格控制在1.3以下，改建PUE值嚴格控制在1.4以下。

那天她穿上最美麗的衣服，打理好自己的一頭長直發，滿心歡喜地準備去山頂見羅漠。顧盼就是在這個時候敲了她的門，告訴她，他無意中在局里的舊檔案上看到了楚西的死因。

2.2 所面臨的挑戰

數據中心設計，尤其是空間布局設計，是一門學問。規劃不好、設計不當，都會給日后的建設運營及升級改造帶來諸多挑戰。

3.2.5 可維護性

（2）在更新改造過程中，由于預留通道過窄、空間過小而導致新設備無法搬入機房、正常維護，從而只能采購非標設備，造成采購及運營成本增加。

后現代主義教學觀認為，教學即生命的形成。教學過程是富有生命意義的，它是生命的發生、創造、凝聚、發展的過程。教師在課堂要體現人文關懷，為學生創設有助其生命成長的環境，使學習過程成為學生享受生命情感、完成生命發展的過程。

單元模塊力求標準化，應易于擴展，將來能方便平滑地對原有模塊進行升級和更新。在平面設計上，數據中心內隔墻應具有一定的可變性。布局可按中、遠期發展的趨勢，適當預留設備擴展和變化的空間，從而為未來的發展奠定基礎。總體上，至少能滿足未來5-10年內業務變化對數據中心資源的無縫增長需求。

以上這些問題，均可通過合理布局來加以改善或部分解決。因此，研究優化數據中心各功能單元的布局方案，對數據中心規劃和建設而言，具有十分重要的意義。

3 數據中心功能單元布局原則及建議

3.1 功能單元分類

在最新修訂并發布實施的《數據中心設計規范》（GB 50174-2017）中，數據中心被定義為：為集中放置的電子信息設備提供運行環境的建筑場所，可以是一棟或幾棟建筑物，也可以是一棟建筑物的一部分。

其中，輔助區、行政管理區、以及支持區中的柴油發電機室和冷水主機房，在布局上需作為一個共享基礎設施模塊來加以整體考慮；而主機房區則可結合支持區中的變配電室、電力室、電池室、末端空調機房、消防設施用房，設計成一個個規模大小合適、高內聚、低耦合、可復制、標準化的基本單元模塊。其相互之間的關系如圖1所示。

墨西哥民族和文化的本質便具有混血性（mestizo）（陶家俊，2003：4）這種混血性的文化身份是帝國主義殖民擴張和全球化的產物，體現了現代、后現代時期異質文化間的張力。（61）

（1）主機房區是指用于數據處理設備安裝和運行的區域，包括服務器機房、存儲機房、網絡機房等。

（2）輔助區是指用于電子信息設備和軟件的安裝、調試、維護、運行監控和管理的區域，包括拆包室、測試機房、備品備件室、網管監控室、消防和安防控制室等。

（3）支持區是指為主機房區、輔助區提供動力支持和安全保障的區域，包括變配電室、柴油發電機室、電力室、電池室、冷水主機房、末端空調機房、消防設施用房等。

（4）行政管理區是指用于日常行政管理及客戶對托管設備進行管理的區域，包括辦公室、門廳、值班室、盥洗室、更衣室和客戶操作室等。

根據功能不同，數據中心可被進一步劃分為主機房區、輔助區、支持區和行政管理區等。其中：

3.2 功能單元布局總體原則

為順應發展趨勢，同時盡可能避免因空間布局不當而引發的種種問題，數據中心各功能單元在布局設計上應遵循如下主要原則：

3.2.1 整體性原則

數據中心整體布局應在最初規劃階段進行統一考慮，統籌初期建設規模與遠期發展規劃協調一致。對于同類建筑體內的各基本單元模塊，應具有較強的通用性。

3.2.2 安全性原則

應從建筑安全性、區域邏輯管理安全性、運行管理安全性、配套基礎設施安全性等不同維度進行空間布局的總體規劃。

（1）各功能單元內的設備排布盡可能緊湊，以使建筑面積得以充分利用；

3.2.3 模塊化原則

數據中心各功能單元應遵循模塊化設計理念，其核心思想是將數據中心分解成多個相對獨立的標準化模塊，以達到簡化設計、按需擴容的目的。每個模塊相對獨立，其他模塊的部署與改造不會影響現有模塊內設備的運行，即符合低耦合特性。

3.2.4 靈活性及可擴展性原則

（3）在運營過程中，由于空調管路過長而導致制冷效果下降，或由于電纜過長而導致電能傳輸損耗增加，使得能耗居高不下、運行效率低下，無法實現綠色節能要求。

（1）在初期規劃設計時，如果一味追求當期布局最優最經濟，很可能會給后期升級改造帶來困難。譬如，在擴容時會遇到新裝UPS空間不足而造成前級市電或變壓器容量的浪費，或者在擴容完成后發現前期預留的變配電室空間無法充分利用等情況。

功能單元布局在可維護性上，主要體現在兩方面：

易非的聲音一下提高了八度，她從來沒對媽這么大聲過，身體像突然變了個淚球，眼淚想從喉嚨里、眼睛里各個地方噴涌而出。

（2）充分考慮設備搬運、替換所需的通道，要人貨分離，并考慮大型設備搬運的便利性。

3.2.6 經濟性

功能單元布局在經濟性上，主要體現在三方面：

（1）各功能單元內的設備排列間距合理，留有維護所需的操作空間；

洞穴相對于巖鷹的巨翅而言，著實狹小了太多，那翅膀一抖，青辰根本無處躲避。巨大的力量扇在他的身上，他的身子直朝一旁跌出，重重摜在洞壁上，又摔落在地。不過，他的天葬刀也割開了巖鷹的翅膀，巖鷹發出一聲慘叫，拖著一串鮮血，飛出了洞穴。

朱熹對于“心”“性”之間的關系與胡宏大有不同。胡宏認為，性就是天道、天命，甚至可以說是萬物中最高的本體;性還涵蓋了萬理，義理的性和生理的性是其兩大重要組成部分。性、心、情三者之間的關系在朱熹看來可以用水來形容:“心譬水也。性，水之理也。性所以立乎水之靜;情所以行乎水之動;欲則水之流而至于濫也。”而胡宏把性、心、情之間的關系描述成:性就相當于是水，水的下面就是心，水的波瀾就是情，水的波浪就是欲。朱熹認為，心包括“性”與“情”，胡宏則主張“性體心用”。心包括“性”“情”的這個心指的是“氣”，這個“性”即是理;“性體心用”的“心”與“性”的概念和內容是一樣的，不同在于性是主體，心是表現。

（2）各功能單元之間的相對位置盡可能合理，使得需連通的管線距離縮短，減少投資與損耗；

（3）各基本單元模塊的容量規劃盡可能匹配，使得數據中心能運行在高效率、低PUE的工況下，減少運營成本。

圖1：功能單元分類架構圖

3.3 功能單元布局建議

3.3.1 各功能單元之間的布局建議

根據前述模糊綜合評價的理論與方法，對已有研究數據進行相關性分析和主成分分析，獲得初始權值，向6位專家進行評價咨詢，進行權值修正，確立權重集為K=(0.468,0.27,0.156,0.101)，進而建立駕駛行為模糊綜合評價模型. 使用Matlab平臺進行模型的算法求解，得到不同駕駛員的綜合評價結果如表4所示：其中1為節能駕駛，2為良好駕駛，3為合格駕駛，4為耗能駕駛.

（1）作為數據中心共享基礎設施模塊，由于所涉及的設備體積大、承重要求高，柴油發電機室和冷水主機房一般設置于底層，且靠近外墻。兩者之間應避免相鄰，建議布局于建筑物的兩側，中間可考慮設置網管監控室以及其他輔助或行政管理用房作為緩沖隔離。

（2）在數據中心運行大腦——網管監控室的布局上，應關注幾個細節：一是出于以人為本考慮，網管監控室建議靠近建筑外墻一側，可以實現自然通風和自然采光；二是由于網管監控室人員出入較頻繁，建議設置在靠近人流線路起點的區域，不宜設在物流起點的區域；三是網管監控室與主機房或其他核心基礎設施區域之間應能設置物理或邏輯隔離裝置，譬如門禁系統，以保證主機房或核心基礎設施的安全。同樣道理，客戶用房與主機房或其他核心基礎設施區域之間也要能做到安全隔離。

教學原則在夸美紐斯的教育理論體系中占有重要地位，而有關教學原則的論述則是他教學理論的重要組成部分。他認為“一切知識都是從感官的感知開始的”“知識的開端，永遠來自感官”他把通過感官所獲得的對外部世界的感覺經驗作為教學的基礎，并宣布運用直觀是教學的一條“金科玉律”。他認為教學應從觀察實際事物開始，在不能進行直觀觀察時可以使用圖片或模型。幼兒教育從事的是3-6歲幼兒的教育，這個時期的孩子以直覺行動思維、具體形象思維為主，因而最有效的方法是讓孩子通過自己的感官去認識外部世界。

（3）除共享基礎設施模塊外，應結合變壓器容量及相互之間的對應關系，將包括主機房、變配電室、電力室、電池室、末端空調機房、消防設施用房在內的多個功能單元作為一個基本單元模塊來加以統一考慮。具體可結合數據中心所在建筑樓層數及單層面積，在水平和垂直兩個方向上進行布局。特別地，如果建筑物形態較為狹長，可考慮先做水平切分，然后利用垂直空間來跨樓層部署基本單元模塊，以避免電源走線過長的問題。同時，變配電室的位置應盡可能靠近電力室與柴油發電機室，一般在水平或垂直方向上緊鄰電力室為宜。

（4）出于安全考慮，互為冗余備份的功能單元不應相鄰布置。垂直方向上應盡可能規劃布局相同功能的單元。特別值得關注的是，主機房、變配電室、電力室、電池室不應布置在用水區域的直接下方，以防水患。

（5）在數據中心內，人流區域與物流區域應界線分明，以減少相互間功能性使用沖突。使物流通道位于數據中心非重點區域，減少對其他功能區域的干擾。

（2）能源動力工程類。能源動力工程類的詞匯選取了核電能源、新能源汽車空調兩個能源領域焦點專題及發展迅速的冷鏈物流專題進行了匯總。

3.3.2 各功能單元內部的布局建議

（1）主機房單元。機架排布所形成的冷熱通道與機房兩側末端空調的出風方向保持水平。針對那些需求不明確且后期變動可能性較大的機房，可采用頭柜集中靠墻布放方式。

基于圖1所示的DPD軟粒子模型,相應的相互作用參數αij計算結果如表1所示.此外,鍵對粒子間通過簡諧振動彈性力=Crij相互連接約束,其初始鍵長為單位長度.

（2）供配電單元。供配電單元主要包括變配電室、電力室、電池室三個功能區。視情況可考慮將變配電室與電力室合設，不做物理分隔，以減少配套面積和消防保護區數量。出于安全考慮，不建議將電力室和電池室合設。單元內設備排布所形成的通道與兩側末端空調的出風方向保持水平。若將互為冗余備份的設備放置在同一物理空間內，則在布局上應盡可能將其遠離，避免發生故障時相互影響、干擾。

（3）末端空調單元。在不影響維護及日后更新改造的前提下，各末端空調之間的間距建議適當緊湊，最好能在靠中間位置留出后續設備擴容所需的安裝空間。

4 結束語

合理的機房布局不但能有效分離人流和物流、降低土建造價、利于后期擴展，同時還能減少電源及冷源在傳輸過程中的損耗，達到節能減排要求。此外，降低機房的配套面積占比，可在同等建筑面積條件下，使可售面積最大，進而能獲取更多的收益。因此，對數據中心功能單元布局的持續深入研究勢必會引起廣大數據中心運營商的高度重視和更多關注。