數字孿生關門嘴子水庫工程機房改造設計

姜岳良,陳立彬,李 達

(1.松遼水利委員會水文局(信息中心),吉林 吉林 130000;2.鶴崗市水務局,黑龍江 鶴崗 154100;3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院,哈爾濱 150000)

1 概 述

鶴崗市關門嘴子水庫工程是國家172項重大水利工程、省百大項目之一。數字孿生關門嘴子水庫工程是黑龍江省數字孿生建設試點工程之一,在關門嘴子水庫已有信息化設計方案及正在建設的基礎上,按照水利部《數字孿生建設指導意見》《數字孿生水利工程建設技術導則》等要求,以工程建設管理業務為主,兼顧防洪興利調度與工程安全監測業務為主線,建設數字孿生關門嘴子水庫工程。

鶴崗市水務局機房作為數字孿生關門嘴子水庫工程的數據中心,布置大容量的存儲設備和高性能的計算資源,承擔數據和網絡安全運行的責任;通過采取各種安全防護措施和技術,提高數據的保密性、完整性和可用性,有效防范并應對各種安全威脅和攻擊,確保機房內設備的安全、穩定、高效運行;進一步為數字孿生平臺與業務應用平臺提供可靠的數據支持和良好的運行環境,實現關門嘴子水庫數字孿生工程信息化建設在實際應用中發揮最大作用[1]。

機房位于鶴崗市水務局辦公樓二層,已使用多年,機房設施陳舊老化。機房在布局、供配電、空調、消防、監控與安防等基礎設施方面,已經不能滿足新業務系統的運行要求,需要對機房進行改造。

2 總體思路

2.1 目標要求

機房改造遵循近期建設規模與遠期發展規劃協調一致的原則,做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保。機房設計標準依據《電子信息系統機房設計規范》(GB50174),按照C級標準機房建設。

2.2 改造內容

機房改造內容包括:機房裝修、供配電、電磁防護、空調、消防、監控與安防、動環監控系統等更新改造。機房組成依據性質、任務、所選設備類型等主觀要求,進一步結合業務應用平臺數據處理的工藝流程、線路敷設方式等客觀條件,將機房分為:服務器設備區、電源區和空調區。

3 機房裝修

機房選用非燃燒材料(燃燒性能等級A)氣密性好、易清潔、符合環保要求、在溫濕度變化作用下變形小、具有表面靜電耗散性能。材料燃燒性能符合現行國家標準《建筑內部裝修設計防火規范》的有關規定。

機房采用微孔鋁天花板式吊頂;墻面采用金屬彩鋼壁板,防火等級達到A級標準;機房地面內鋪設無邊防靜電活動地板,采用瓷磚面層、冷軋鋼板內填充發泡水泥,地板高度150mm,活動地板下的空間主要為強電布線,電池柜下方設置散力架。地面進行防塵處理,機房現有窗口進行封堵;機房內外門更換為甲級防火門;機房照明選用發光面積大、光擴散性能好(無眩光)的LED平板型燈具。

4 供配電及電磁防護設計

4.1 供配電

機房電源從辦公樓總配電柜引接,經機房配電柜為UPS、空調等設備配電,再由UPS輸出至各設備機柜。機房入戶電源頻率:50Hz、電壓:380V,供配電系統采用TN-S方式(三相五線制),通過地板下走線方式實現,強電電纜在金屬橋架內敷設。如遇到長時間停電,用戶可租用第三方發電機、接至大樓總配電柜的本機房空開啟動臨時供電方案。

市電負荷:1臺精密空調13KW。UPS負荷:按照平均每個設備機柜3KW、2個設備機柜共6KW,考慮本機房機柜最多可增容至6臺,本次UPS負載選用30KVA主機。UPS主機選用三進單出工頻機,機房內UPS供電由UPS自動平衡三相用電。

機房市電入戶進線采用YJV22-4×25mm2+1×16mm2鎧裝銅芯電纜,由辦公樓1層主配電柜經樓后外墻進入機房下方1層的車庫,在車庫內通過金屬橋架到機房下方穿樓板后進入到機房配電柜。UPS主機輸入采用4×10mm2+1×6mm2阻燃銅芯電纜,由機房配電柜經地板下金屬橋架到UPS主機;UPS主機輸出采用3×16mm2阻燃銅芯電纜,由UPS主機經地板下金屬橋架到配電柜UPS輸出空開。機房精密空調采用5×6mm2阻燃銅芯電纜,由機房市電配電柜經地板下金屬橋架到機房精密空調。主服務器機柜采用ZR-RVV3×4mm2阻燃銅芯線纜,由機房配電柜經地板下金屬橋架到主服務器機柜;其它機柜采用ZR-RVV3×2.5mm2阻燃銅芯線纜,由機房配電柜經地板下金屬橋架到各機柜;機柜供電電纜使用工業連接與PDU線纜進行連接。供配電設備包括:配電柜、UPS主機、電池組、機柜PDU等,機房地板下橋架主要采用200×100mm的金屬橋架,一層車庫天棚吊裝橋架主要采用100×100mm的金屬橋架。

機房照明配電按照新設計燈具位置,從UPS輸出供電配電線引出。燈具與裝修吊頂共面,所有照明線路在吊頂內敷設并穿管保護。

4.2 電磁防護

機房接地保護設計采用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω,采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機房接地銅排,在機房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設備機柜外殼、金屬線槽、網格橋架、防靜電地板支架進行多點等電位接地就近接至接地銅排。防靜電地板支腳下方鋪設50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

5 空調設計

機房空調要能夠保持機房空間的恒溫恒濕要求,機房空調的運行狀況直接影響機房的運行安全,所以合理選擇空調對機房平穩運行非常關鍵。

從計算機機房要求的物理環境而言,設計應滿足以下要求:①溫度23°C±1°C,濕度40%-55%(開機時);②溫度變化率<5°C/h,并不得結露;③機房的空氣含塵濃度達到每升空氣中≥0.5μm的塵粒數,應<18000粒。

為了確保機房內的系統設備在恒溫、恒濕工作條件下的送風量以及使人感到舒適的送風量,必須計算出機房內的熱負荷。

機房的熱負荷主要來自以下5個方面:①房內的計算機設備、照明燈具、輔助設施所產生的熱(以計算機發熱為主);②建筑圍護結構的傳熱,即由機房外部(墻壁、屋頂、隔斷和地面)進入的熱;③透過玻璃窗射入的太陽輻射熱;④從窗戶及門的縫隙滲入的風而侵入的熱;⑤新風機補充新風帶進來的新風負荷。

機房設備機柜先期配置2個、每個機柜平均3kW的熱負荷,共6kW熱負荷;機房制冷面積31m3,每m3基礎熱負荷50W,共1.5kW。綜上機房總熱負荷7.5kW,因機房要求使用恒溫恒濕空調,為后期預留一臺機柜的熱負荷,從節能和滿足制冷考慮,選型12.5kW機房精密空調1臺。由于機房高度有限,根據電子信息設備本身的冷卻方式、設備布置方式、布置密度、設備散熱量以及室內風速,氣流組織選用上送風形式,冷空氣從空調出風口吹向機柜前方,機柜內設備從前方吸入冷空氣、向后方排出熱空氣。

空調上下水設計:空調上水采用PPR熱熔管引自機房下層車庫內供水管道;空調下水采用PPR熱熔管,由空調出水口引到下層車庫內下水管道,在空調下方地面制作應急排水通道和防漏水圍堰。

6 機房接地與布線

6.1 接地

機房接地是涉及多方面的綜合性信息處理工程,是數據中心建設中一項重要內容,不僅影響到計算機設備本身的正常運行,而且直接關系到計算機設備和工作人員的安全。國家GB/T2887-2011《電子計算機場地通用規范》中對機房接地部分,要求如下:①交流工作接地,接地電阻≤4Ω;②安全工作接地,接地電阻≤4Ω;③·直流工作接地,接地電阻≤4Ω;④防雷接地,防雷電感應的接裝置應和電氣設備接地裝置共用,其工頻接地電阻≤10Ω;⑤四種接地共用一組接裝置,接地電阻<1Ω。

本次接地方案詳細設計如下:①設計利用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω;②采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機房接地銅排;③在機房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設備機柜外殼、金屬線槽、網格橋架、防靜電地板支架進行多點等電位接地就近接至接地銅排;④防靜電地板支腳下方鋪設50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

6.2 布線

本機房布線系統設計采用上走線方式,與強電下走線方式分離設計。即保障了有效間隔距離,又便于日常維護。上走線采用網格式橋架機柜上表面安裝方式,網格橋架尺寸為300×100mm,橋架底面距機柜頂面50mm,由機柜后側上方進線口進線。

7 消防設計

7.1 系統概述

機房消防系統按照國標《建筑設計防火規范》和《氣體滅火系統設計規范》設計,采用無腐蝕作用的氣體自動滅火裝置。氣體滅火裝置的滅火性能可靠,不損壞電子設備,機房內暗管布設方式安裝,不影響機房整體效果。

7.2 系統組成

機房消防系統主要由消防報警主機、消防氣體驅動箱、消防系統供電模塊、消防氣體罐箱、報警警示聲光警號、手自動切換開關等組成。

消防主機設備不允許安裝在消防防區內部,本次設計安裝在機房主門外側,便于值班人員監控和操作。

8 監控與安防設計

機房作為網絡系統的核心,其內部環境及網絡設備的安全保障是非常重要的,所以在機房系統的建設中除了相應的控制系統及感應系統外,還需建設一套視頻監控系統和門禁系統。一方面可以觀察機房內部的實時情況,另一方敏可以在突發事故發生后查看存儲錄像、查看機房進出人員情況等內容。

本次監控系統建設中前端安裝3臺攝像頭,采用IP網絡半球攝像機,安裝方式吸頂安裝,攝像頭的傳輸線纜采用超五類雙絞線纜,每個攝像頭通過星形組網方式連接到監控硬盤錄像機,攝像頭使用POE供電方式,由硬盤錄像機直接供電。硬盤錄像配置1塊4T容量硬盤,滿足機房1個月的錄像時長需求。

門禁設備含國密門禁主機1臺、國密讀卡器1臺、磁力鎖1把、開門按鈕1個、閉門器1個,配置國密IC卡5張。

9 機房動環監控系統設計

9.1 系統概述

機房中的各種基礎設施:供配電、UPS、空調等設備,為計算機系統提供正常的運行環境。一旦它們出現故障,就會影響計算機系統運行,對數據傳輸、存儲及業務系統運行的可靠性構成威脅,如故障嚴重又不能及時發現,就可能損壞硬件設備,甚至引起火災、水患等造成嚴重后果。

針對上述問題,本機房設計采用機房環境監控系統對機房的各種環境設備實行統一的監控管理。系統可監控機房環境和環境保障設備的運行狀況,具體有以下幾個方面:機房內溫度、濕度是否正常、UPS是否工作正常、負載狀態、機房入戶電源是否正常,重要設備機柜是否有異常斷電、空調系統是否工作正常、機房內是否出現水患、機房內是否有火警等。

該系統完全基于IP網絡傳輸,管理人員可以隨時隨地了解機房的各種信息,提供完善的監測和報警平臺,并可以生成豐富的監測報告。提供電話、短信息報警信息發送,一旦發生意外及時通知管理人員。該系統具有嚴密的權限管理功能,可以設定不同管理人員的瀏覽和操作權限等。

9.2 具體監測內容

1)機房溫、濕度:可實時監測機房內的溫、濕度。當出現溫度過高、濕度過高、溫度過低、濕度過低時告警平臺自動發出相應級別的告警信息,通知機房管理人員及時調整機房內溫、濕度設備。

2)漏水探測系統:計算機房由于地板下有大量的信號電纜和電源電纜,所以機房要絕對禁止有水流入。實時監測地板下面主要防范位置(精密空調和相關管路下方),一旦發生漏水現象及時報警,告知機房管理員。

3)機房入戶電纜監測:監視市電入戶電纜的電壓(V)、電流(I),當出現機房入戶電纜斷電、入戶電纜缺項問題時及時發送告警信息,告知機房管理人員現在機房市電停電了,確認來電時間和UPS所能支持的延時時間。

4)機房空調監測:對機房精密空調進行實時監測,監測空調內部:壓縮機、加熱器、加濕器、抽濕風機、注水閥等部件運行狀態,發現問題及時通過報警平臺通知機房管理人員。

5)UPS主機監測:對UPS內部整流器、逆變器、電池、旁路、負載等各部件的運行狀態及運行參數進行實時監視,一旦有部件狀態改變或發生部件參數越限,系統會自動報警。

6)機房內重要設備機柜供電監測:監測機房內各個重要設備所在機柜的供電空開狀態,當出現異常斷路時,通過平臺發送短信或語音電話信息告知機房管理人員及時處理。

7)消防系統報警輸出:通過與消防系統對接,采集消防故障報警和火災報警信號。當出現故障或火災報警時,可以通過環境監控系統對外發出短信或語音電話信息,第一時間通知機房管理人員確認是否發生火災及進行相應處理。

8)告警方式:告警主要通過環境監控系統的短信、電話語音告警設備發送報警信息;同時在軟件系統中記錄告警信息;按照告警級別在一定時間內沒有解決的問題將向上級管理人員發送告警信息,由上級管理人員督促處理告警事件。系統支持電子郵件,聲光報警等多種告警方式。

10 結 語

通過對數字孿生關門嘴子水庫工程機房改造項目的實施,建設一個安全可靠、節能環保、可擴展的機房,滿足國家、水利部機房建設相關規范要求和信息系統安全等級保護基本要求中對機房的要求,為數字孿生關門嘴子水庫工程和水利信息系統安全運行提供保障。