數(shù)據(jù)中心建設與運維關鍵技術研究

鮑利民 王巖 肖偉 劉海波

摘要：本文介紹了數(shù)據(jù)中心的概念、特點及運維管理需求，分析了BIM技術的特點、優(yōu)勢和在數(shù)據(jù)中心設計建設運維中的作用。闡述了ITIL規(guī)范在數(shù)據(jù)中心IT服務管理中的指導作用，提出數(shù)據(jù)中心應該采用先進成熟的技術，提高建設運維管理水平。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心;BIM技術;ITIL規(guī)范;研究

隨著我國信息化改革的不斷深入，各行業(yè)向信息化轉變的步伐越來越快，級數(shù)級增長的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)需求不斷推動數(shù)據(jù)中心建設向更大規(guī)模、更高層次發(fā)展。數(shù)據(jù)中心的建設運維是一項龐大的系統(tǒng)工程，具有保障系統(tǒng)多、設備類型多、發(fā)展速度快、運維管理難、標準要求高等特點，對運維管理團隊的綜合保障能力提出很高的要求。在編制有限，人才培養(yǎng)周期長的前提下，如何充分利用先進的建設運維技術，降低運維難度，提高管理質效，保障各類系統(tǒng)的高可用性，是運維管理團隊需要面對的問題。

一、數(shù)據(jù)中心概述

（一）數(shù)據(jù)中心概念

數(shù)據(jù)中心（Data Center）是為集中放置的電子信息設備提供運行環(huán)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，包括主機房、輔助區(qū)、支持區(qū)和行政管理區(qū)等。數(shù)據(jù)中心是以數(shù)據(jù)加工處理為主要目的，通過網(wǎng)絡向用戶提供信息服務的場所，包括硬件和軟件，硬件是指數(shù)據(jù)中心的基礎支撐系統(tǒng)和IT設備等，軟件是指數(shù)據(jù)中心所安裝的程序和提供的服務。

（二）數(shù)據(jù)中心的特點

1、專業(yè)系統(tǒng)多。數(shù)據(jù)中心對建設結構有特殊要求，一般需要獨立建設和運維，是具有物理承載、基礎支撐、信息服務三大功能的龐大綜合體。物理承載包括建筑結構、電氣安裝、電力配送、裝飾裝修、供給排水、消防控制、安防警戒等一般建筑具備的專業(yè)系統(tǒng)。基礎支撐包括不間斷電源、精密空調、氣體消防、機柜支持、綜合布線等為信息服務設備提供基礎環(huán)境的系統(tǒng)。信息服務包括通信網(wǎng)絡、計算資源、存儲備份、數(shù)據(jù)交換、安全加密等與數(shù)據(jù)加工處理流程相關的系統(tǒng)和設備，涉及20多個相對獨立的專業(yè)門類。

2、標準要求高。根據(jù)國家標準《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB50174-2017），數(shù)據(jù)中心按使用性質和系統(tǒng)中斷對社會造成的影響分為A、B、C三級。數(shù)據(jù)中心是各類信息系統(tǒng)的基礎支撐環(huán)境，直接為信息的采集分類、加工處理、綜合運行服務，對生產生活影響深遠。因此，數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃設計、施工建設、運維管理各階段應采用高標準，充分考慮容錯機制，減少設備故障對信息系統(tǒng)造成的影響，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。

3、維護管理難。數(shù)據(jù)中心建設標準高、應用需求高、技術體制復雜，對數(shù)據(jù)中心運維管理團隊綜合保障能力提出更高的要求。同時，在當前階段，各數(shù)據(jù)中心的運維力量編制不足，人員短缺，力量薄弱，手段單一、工作強度大等因素，必然導致運維管理水平的整體偏低。要充分吸取先進的運維管理經(jīng)驗和技術，在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃建設階段同步設計運維管理系統(tǒng)，是解決上述難題的有效途徑。

（三）數(shù)據(jù)中心發(fā)展方向

隨著科技的不斷進步，新技術不斷涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心在建設理念、運維標準和智能運用等方面都有新的方向。新一代數(shù)據(jù)中心需要具備模塊擴展、動態(tài)部署、綜合運維、綠色節(jié)能等特點，使數(shù)據(jù)中心朝模塊化、標準化、虛擬化、智能化方向不斷發(fā)展。

（四）數(shù)據(jù)中心關鍵技術應用

近年來，數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃建設、基礎運維、服務管理各階段出現(xiàn)一些新的關鍵技術，如BIM技術、ITIL規(guī)范、虛擬化、云計算等。這些技術在數(shù)據(jù)中心建設運維中的應用，縮短了建設周期，降低了運維難度，提高了綜合效率。數(shù)據(jù)中心設計建設應著眼未來發(fā)展需求，緊跟技術發(fā)展方向，充分利用先進成熟技術成果，不斷提高運維管理水平，保證各類信息系統(tǒng)高效運行。

二、BIM技術

BIM技術是多個行業(yè)的工作流程、工作方法的一次重大變革，近年來廣泛應用于建筑工程領域。BIM把工程項目所有專業(yè)的信息整合到一個三維建筑模型中，在設計、施工、運維管理過程中起到信息共享，綜合統(tǒng)籌的作用。

（一）BIM技術介紹

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型是以建筑工程項目的各項相關信息數(shù)據(jù)作為基礎，建立起三維的建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，具有信息完備性、信息關聯(lián)性、信息一致性、專業(yè)協(xié)調性、過程模擬性、流程優(yōu)化性及可視、可出圖等特點，是數(shù)字信息的集成應用，應用于建筑的設計、建造、管理各個階段。

（二）BIM技術的優(yōu)勢

1、立體視圖。BIM以建筑三維模型為基礎，各部件和設備標注屬性，可根據(jù)用戶的需求隨時變換視角深入細致的觀察各個細節(jié)，通過直觀、清晰、連續(xù)的沉浸式視圖加快相關方對方案的理解和把握。

2、專業(yè)協(xié)同。數(shù)據(jù)中心建設專業(yè)多、分工細、相互關聯(lián)、相互影響，任何失誤都可能造成連鎖反應，影響工程進度和運維效率。BIM可在設計階段對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調，生成協(xié)調數(shù)據(jù)，指導各專業(yè)優(yōu)化設計方案，避免沖突發(fā)生。

3、階段模擬。模擬可以貫穿于建設全生命周期的各個階段。在設計階段，BIM可以對設計方案進行模擬，如：節(jié)能減排模擬、日照采光模擬、熱能傳導模擬等。在施工階段可以進行4D模擬，既在立體三維模型的基礎上加上時間因素，模擬施工過程，從而優(yōu)化工期，控制成本。運維階段可以模擬災難事故等緊急情況的應急方案，如地震逃生模擬和消防疏散模擬等。

4、方案優(yōu)化。方案受信息、復雜程度和時間三種因素的制約。沒有準確的信息，做不出合理的優(yōu)化結果。BIM模型提供了建筑物內所有專業(yè)的數(shù)據(jù)信息，包括建筑信息、資源信息、規(guī)則信息等，豐富的信息為方案優(yōu)化打下基礎。BIM利用內嵌工具組件提供了對復雜項目進行優(yōu)化的途徑。

5、出圖靈活。BIM模型不僅能繪制常規(guī)的建筑設計圖紙及構件加工的圖紙，還能通過對建筑物進行可視化展示、協(xié)調、模擬、優(yōu)化，并出具各專業(yè)圖紙及深化圖紙，使工程表達更加詳細。

（三）BIM技術在數(shù)據(jù)中心建設運維中的作用

1、空間規(guī)劃管理。空間管理主要應用在機架、布線、照明、消防等各系統(tǒng)和設備空間定位。獲取各系統(tǒng)和設備空間位置信息，把原來編號或者文字表示變成三維圖形位置，直觀形象且方便查找。

2、設備設施管理。數(shù)據(jù)中心內的各類設備在BIM中都以三維立體模型方式呈現(xiàn)，設備的屬性同樣以浮動標簽的形式標注于模型中。三維模型與設備的實地布局完全對應。運維管理人員通過后臺操作即可實現(xiàn)對在線設備實施清點盤查、狀態(tài)檢查、運程控制等功能。

3、應急預案管理。BIM技術可以基于時間軸模擬事故響應的全過程，驗證應急方案的可行性。例如：模擬數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)發(fā)生火災，通過模型計算系統(tǒng)自動生成火災影響的范圍和程度，為制定應急響應方案提供依據(jù)，同時也可以驗證應急方案的存在的問題，以便及時修正完善。

4、隱蔽工程管理。在數(shù)據(jù)中心設計建設階段，大量的橋架管網(wǎng)和布線被墻體或裝修材料遮擋，工程結束后很難檢查驗證，出現(xiàn)問題也很難定位排查。基于BIM技術的運維可以管理復雜的管網(wǎng)和布線，通過三維視圖方式在圖上直接獲得相對位置關系，便于管網(wǎng)維護檢修等。

5、能源管理。BIM結合物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，使能源管理更加方便快捷。通過安裝具有傳感功能的電表、水表等，可以實現(xiàn)建筑能耗數(shù)據(jù)的實時采集、傳輸、匯總等功能，實時分析能耗分布規(guī)律，有針對性的做好調控，達到節(jié)能減排的目的。

6、模擬仿真。BIM系統(tǒng)具有建筑結構、設備設施、管道線路、動力負荷、熱力圖普等所有數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的模擬仿真創(chuàng)造了條件。如通過分析設備用電、日照傳導、人體熱輻、照明發(fā)熱等熱源對空調制冷系統(tǒng)的影響，能更精確計算空調的輸出功率、設備布局、氣流組織、溫度控制等，使制冷系統(tǒng)的設計維護更科學合理。

7、碰撞檢查。利用BIM三維技術，在數(shù)據(jù)處理中心設計階段通過模擬計算進行碰撞檢查，解決管線設備安裝空間關系沖突，減少在施工中可能出現(xiàn)的錯誤，優(yōu)化管線排布方案、增加機房凈空等。

三、ITIL規(guī)范

ITIL即IT基礎架構庫，由英國計算機和電信局制定，主要適用于IT服務管理（ITSM）。ITIL為IT服務管理提供了一個客觀、嚴謹、可量化的標準和規(guī)范。ITSM確立了以戰(zhàn)略目標和業(yè)務需求為出發(fā)點，以管理流程為導向，提出了一套對數(shù)據(jù)處理中心IT系統(tǒng)的規(guī)劃、研發(fā)、實施和運維進行有效管理的高質量IT服務管理方法，其目的是提高數(shù)據(jù)中心IT服務提供與支持的智能化、規(guī)范化水平。

（一）ITIL的架構

ITIL的包括26個流程，使用五個主要書面指導文件，分別論述了IT服務的服務戰(zhàn)略、服務設計、服務轉換、服務運營和服務的持續(xù)改進。

1、服務戰(zhàn)略。提供了基于市場驅動模型的IT服務方法。它描述了一系列的管理流程，可以幫助企業(yè)根據(jù)財務效益原則作出更精準的決策。

2、服務設計。解釋了IT服務對較大的業(yè)務怎樣產生影響。它涵蓋了IT服務的設計實例和技術服務的交付，以及服務管理工具，ITIL服務支持流程，還有支撐服務的供應鏈。具體的管理業(yè)務內容包括服務水平、可用性、容量和安全管理。

3、服務轉換。將業(yè)務需求轉化為實際IT服務的過程。ITIL服務管理約定你必須以項目管理的模式完成這些轉換過程，同時，服務轉換指導文件也說明了應該如何完成業(yè)務環(huán)境下的變更管理。服務轉換包括變更管理、資產和配置管理、軟件發(fā)布或部署管理，服務測試等。

4、服務運營。幫助數(shù)據(jù)處理中心運維團隊向用戶交付所需的服務水平，這也是IT在整個ITIL生命周期中真正創(chuàng)造價值的部分。ITIL服務運維人員接受的培訓包括如何處理日常事務和事故、回應請求、管理問題、維護安全性。

5、服務的持續(xù)改進。協(xié)助數(shù)據(jù)處理中心運維團隊確定需要服務變更的節(jié)點，配合業(yè)務需求的變化持續(xù)調整服務，掌控全局，考核變更的成效。涉及到考核節(jié)點的定義和考核數(shù)據(jù)的收集、處理和分析。當需要改進時，運維管理團隊會執(zhí)行變更流程，通過前面的考核數(shù)據(jù)評估成效，并依此推廣到更多標準化的變更。

（二）ITIL的服務支持流程

1、事件管理。在不影響業(yè)務的情況下盡快恢復服務，從而保證最佳的效率和服務的可持續(xù)性。事件管理流程的建立包括事件分類，確定事件的優(yōu)先級和建立事件的升級機制。

2、問題管理。指通過調查和分析數(shù)據(jù)處理中心IT基礎架構的薄弱環(huán)節(jié)、查明事故產生的潛在原因，并制定解決事故的方案和防止事故再次發(fā)生的措施，將由于問題和事故對業(yè)務產生的負面影響減小到最低的服務管理流程。與事故管理強調事故恢復的速度不同，問題管理強調的是找出事故產生的根源，從而制定恰當?shù)慕鉀Q方案或防止其再次發(fā)生的預防措施。

3、配置管理。識別和確認系統(tǒng)的配置項，記錄和報告配置項狀態(tài)和變更請求，檢驗配置項的正確性和完整性等活動構成的過程，其目的是提供IT基礎架構的邏輯模型，支持其它服務管理流程特別是變更管理和發(fā)布管理的運作。

4、變更管理。為在最短的中斷時間內完成基礎架構或服務的任一方面的變更而對其進行控制的服務管理流程。變更管理的目標是確保在變更實施過程中使用標準的方法和步驟，盡快地實施變更，以將由變更所導致的業(yè)務中斷對業(yè)務的影響減小到最低。

5、發(fā)布管理。對經(jīng)過測試后導入實際應用的新增或修改后的配置項進行分發(fā)和宣傳的管理流程。發(fā)布管理以前又稱為軟件控制與分發(fā)，它由變更管理流程控制。

（三）ITIL運維管理系統(tǒng)

基于ITIL架構的ITSM軟件是IT服務運維管理的具體工具，集成了事件管理、問題管理、變更管理、資產管理、IT項目管理、知識庫、合同管理等功能模塊。提供靈活的流程和表單設計工具，可以根據(jù)自身特點定制各種業(yè)務流程，從而徹底改變數(shù)據(jù)處理中心錯綜無序的IT服務現(xiàn)狀，提高運維管理團隊的生產效率，改善用戶的滿意度。

四、結束語

當前，我國各行業(yè)數(shù)據(jù)中心建設正處于高峰期，運維管理團隊應該參與到數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計、技術論證、施工建設、維護管理的全過程，在工程實踐中不斷培養(yǎng)人才、鍛煉隊伍。同時，運維管理團隊也應該站在全局的高度，積極學習掌握先進的運維管理理念和技術，擇優(yōu)提出智能化運維手段的建設需求，為提高數(shù)據(jù)中心智能化運維管理水平打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范[M].北京：中國計劃出版社，2017：2

[2]張廣明，陳冰，張彥和.數(shù)據(jù)中心基礎設施設計與建設[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：4-5

[3]陸澤榮，葉雄進.BIM快速標準化建模[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：4-5

[4]王靜，尚晉，劉辰.BIM與施工管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018：137

[5]王前，劉通，梁敏.ITIL2011服務管理與案例資產詳解[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)出版社，2015：67