大型綜合醫院數據中心機房建設的實踐

黃波

(柳州市工人醫院， 信息中心， 廣西， 柳州 545005)

0 引言

隨著醫院醫療業務的迅速發展和延伸，依靠醫院信息化系統的程度越來越高，各種醫療相關的系統投入使用，而數據中心機房是信息系統能夠正常運行的關鍵所在，是醫院正常診療業務開展的基礎[1]。

我院新院區占地面積約240畝，規劃建筑面積約30萬平方米，設置床位1 500張，新院區數據中心機房于2021年5月正式接管所有業務，整體建設用時約6個月，筆者全程參與了整個設計和建設過程。

1 機房的整體設計

1.1 設計標準與依據

根據 GB 50174—2017《數據中心設計規范》的規定，數據中心機房可劃分為A、B、C 三個等級，不同等級和規模的醫院可參考此規范的規定來制定數據中心機房的設計和建設標準。

我院屬于大型綜合三級甲等醫院，如果數據中心機房出現重大故障，必將引起全院的醫療業務癱瘓，會造成一定的社會混亂，鑒于此，根據《數據中心設計規范》，我院新院區數據中心機房將按照不低于 B 級的標準來進行設計和建設。

1.2 設計要點

1.2.1 醫院數據中心機房選址

醫院數據中心機房的位置應按照規范中相關劃分標準結合醫院建筑的整體情況綜合考慮，以下幾個因素需要在設計之初做好充分調研：

(1) 醫院內放射設備(CT、DR等)的電磁場輻射較大會干擾精密電子設備的運行，機房位置應該盡量遠離這些區域；

(2) 機房應該避免放在樓層的頂層或者底層，頂層不利于防水而且受熱面積大，機房內溫度受外界影響干擾大；底層灰塵多，機房內精密設備對于防塵要求較高，而且底層對于防盜、防蟲鼠害不利；

(3) 機房和配電房所在樓層區域的上下層不應有水管經過。

1.2.2 機房承重

承重是數據中心機房的建設基礎，如果設計不當將造成不可恢復的災難，在醫療建筑領域，設計者往往將更多精力投入到醫療本身的功能性設計從而忽視的數據中心機房的承重問題，在這種情況下，醫院信息部門需要盡早介入，根據自身設備數量以及規范要求，提出承重需求。

我院主機房的承重根據數據中心設計規范要求荷載設定在8-10 KN/M2,主機房吊掛活荷載1.2 KN/M2,由于本項目沒有配備單獨的電池室，蓄電池都放在配電房內，根據3.2本項目配置4組12 V/250Ah的蓄電池，共包含128節，單節重量約75Kg。根據配電房的整體布局要求，蓄電池的分為兩個區，每個區64節，分別按照兩列三層和兩列雙層擺放，其中兩列三層擺放區對于承重要求更高，此區的占地面積約4 M2,電池與電池架總重量約5 000 kg，通過核算以及冗余性、安全系數的考慮，此區的活荷載按照16 KN/M2來進行設計和建設相對更合理。

1.3 設計規劃與平面布局

機房規劃總面積約為300平方米,分為中心機房區、UPS配電區和監控區三個功能分區，其中主機房區約為168平方米，此區域部署兩個雙排密閉冷通道模塊，包括39臺服務器與網絡機柜，2臺精密配電柜以及6臺列間精密空調柜，監控區約57平方米，此區域可以作為未來中心機房的擴容，與現中心機房區玻璃分隔，UPS配電區約53平方米，部署2臺模塊化UPS，配置4組12 V/250 Ah的電池，提供120分鐘的備電時間，平面布局如圖1所示。

圖1 機房平面布局圖

2 機房工程建設

2.1 裝修工程

裝修工程的作用是功能區劃分和保證機房內環境， 主要分為吊頂、墻面、地面等方面。在充分保證考慮網絡系統、空調系統、UPS 系統等設備的安全性以及防火性的前提下，有以下幾個方面的內容需要注意：

(1) 首要考慮是裝修材料的防火性，機房的吊頂、壁板和隔斷應為不燃燒體，且不得采用有機復合材料，地面和其他裝修應采用不低于B1級的裝修材料。

(2) 防感應雷同樣是精密設備的正常運行的關鍵，裝修前必須確定大樓接地處，而且機房的各級配電處都必須安裝防浪涌防浪涌保護器。

(3) 機房和配電房地面必須符合土建規范要求的平整度，施工完成后，必須做好了封堵，保持機房的密閉性。

(4) 精密空調下部地面必須做防水圍堰，防止精密空調加濕管道漏水流入機房其它區域，圍堰內壁必須刷防水涂料。

2.2 供配電系統

在進行機房整體配電設計前，需要核算機房總用電功率，主要包含精密空調、消防、照明、新風及機房IT設備配電冗余等。單個IT設備機柜根據配置按照4 KW核算，中心機房區配備6臺列間精密空調(4主2備)，配電房配備2臺普通柜式精密空調(1主1備)，照明插座用地按照15W每平方米，具體的核算明細如表1。

表1 機房設備用電表

由以上設計思路得知，按機房最大負載 287.5 KW 計算,采用雙380 V電源(每路電源包含一路市電以及一路柴油發電機并且配備 ATS 自動切換開關)進線至配電房，每路均經過 1 個400A/3P 的 ATS 自動切換開關進行切換后輸出至UPS配電柜和空調動力配電柜，為實現高可靠性，避免單點故障引起的機房供電安全隱患，由 2 臺200 KVA UPS主機通過配電柜分別給精密列頭柜供電。精密列頭柜為通道內的每個機柜提供雙UPS回路，機房整體配電設計如圖2所示。

根據規范中規定：B類機房在具備柴油發電的情況下，UPS備用時間不低于15分鐘，各醫院可根據自身實際情況按需配置。我們從新院區實際情況出發，周邊施工項目較多，有可能會引起較長時間的電路中斷，考慮到醫療業務的不可中斷性，確定UPS備用時間為120分鐘，共配置 4組128只12 V250AH 蓄電池。

2.3 空調制冷系統

精密空調的容量和配置需要根據機房內IT設備的數量及用電情況來確定。機房內最主要的發熱來源是IT設備，除IT設備外的其他負荷，如照明、新風、消防、門禁監控等其他門面的熱負荷可根據實際情況結合經驗進行測算。室內IT設備負荷(=設備功率×0.8),機房布置39臺機柜，每臺4 kW，2臺強電列頭柜，每臺2 kW，通過計算可得室內IT設備負荷值為128KW。環境熱負荷(=0.12～0.18 kW/m2×封閉冷通道占地面積)[3]，機房封閉冷通道占地面積約為80平方米，通過計算環境熱負荷值約為12 kW，綜上所得總制冷需求量約為140 kW。配電房UPS發熱量=UPS容量×(1-UPS整機效率)，本機房配備2臺熱備的200 kVA模塊化UPS，整機效率約為0.94，通過計算可得配電房所需制冷量為12 kW。精密空調配置如表2。

表2 精密空調配置表

2.4 綜合布線系統

綜合布線系統設計之初首先要考慮機房區域是否存在無線電、電磁場干擾，如果存在，所有的網絡布線材料以及輔材一定要選擇帶屏蔽功能。由于數據中心機房中電子設備較多，包含服務器、存儲設備、網絡設備、信息安全等設備，不同設備對于線路的要求也不盡相同，針對這種情況，有必要對機房按照功能進行分區[5]。本機房根據我院信息業務系統的實際情況分別設置有服務器區、存儲區、核心網絡區，如圖3所示。機房整體綜合布線設計可以從以下幾點考慮：

(1) 每列第一個機柜為弱電列頭柜，本列其他機柜可同時敷設六類雙絞線和光纖到列頭柜，與此同時，每列的列頭柜之間同樣敷設六類雙絞線和光纖，這樣可以解決不同列機柜設備互聯跳線過于復雜的問題，大大的方便了工作人員的管理與維護難度；

(2) 運營商網絡是醫院對外互聯網業務的出口，必須充分考慮運營商機柜的布置以及光纖的鋪設；

圖3 機房綜合布線設計圖

(3) 模塊化機柜內部的弱電布線采用開放式上走線，強電則采用防靜電地板下走線，兩者完全隔離，互不干擾。

3 業務連續性與數據安全性

數據中心機房是服務器、網絡設備等精密設備的集中處，不同的服務器承載著不同的業務系統，同時因為各個業務系統之間存在著大量的數據交互，保障數據的安全性，減少甚至消除因計劃外停機造成的對業務連續性的影響和數據丟失造成的巨大損失成為了數據中心機房建設的首要目標，我院主要從以下幾個方面來規劃實施。

3.1 環境監控系統

建立一套完備的環境監控系統，對機房內的供配電、空調、消防、溫濕度等做24小時不間斷監控，通過閥值設置對存在異常的因素及時預警，快速幫助科室人員定位，達到及時解決問題的效果，從而大大減少因環境問題引起服務器宕機的風險。

3.2 防感應雷接地系統

機房防感應雷方面，根據B級機房設計規范， 按照三級防雷防護標準，總配電柜進線處裝設一級防浪涌保護器，UPS 電源輸入端的配電線上裝設二級浪涌保護器，機房精密配電柜進線端裝設三級浪涌保護器。在各主要配電處做好防雷的同時，機房區域采用30 mm×3 mm銅排組成等電位聯結網格接入整個大樓的等電位(接地)，保證所有設備的接地，機房在防雷保護裝置和等電位連接的雙重保護下，即使出現強雷電的惡劣天氣，也能保持正常運行。

3.3 災備數據中心的搭建

3.1和3.2是從物理層面保證機房的正常運轉和數據的安全性，在系統層面，我院構建了新院區數據中心建設以新院區中心機房、老院區中心機房(與新院區直線距離約7公里)、西院區機房共3個機房為3個物理站點，其中新院區中心機房為主數據中心，用于日常生產業務；老院區中心機房用于業務災備；西院區機房用于數據備份。新院區主數據中心和現總院災備數據中心2個數據中心搭建成一套互為容災復制的數據中心，構建跨數據中心的數據復制，西院備份數據中心保存離線備份數據，如圖4所示，形成“主數據中心(新院區)+災備數據中心(老院區)+備份數據中心(西院)”的數據站點架構，在新院區中心機房因為不可抗力因素的突發狀況導致停機的情況，老院區中心機房立即啟用災備系統，保證業務的不中斷和數據安全一致性，并實現統一資源管理。

圖4 雙活數據中心架構拓撲圖

4 總結

綜上所述，醫院數據中心的建設，必須要以醫院實際情況出發，要以設備運行的穩定和數據的安全一致性為目的，充分考慮機房建設的選址、建筑和結構等因素，科學并且合理的做出規劃和設計，對于機房建設的各個子系統必須做到相互聯結且緊密配合，這樣才能最大程度的保證醫院醫療業務的穩定運行。