文｜遼寧省儀器儀表有限責(zé)任公司 杜松明

中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司 李朝棟

1 前言

企業(yè)數(shù)據(jù)中心是信息化應(yīng)用的通信樞紐，是數(shù)據(jù)運算、交換、存儲的中心。它結(jié)合先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和存儲技術(shù)，承載網(wǎng)絡(luò)中80%以上的服務(wù)請求和數(shù)據(jù)存儲量，為客戶業(yè)務(wù)體系的健康運轉(zhuǎn)提供服務(wù)和運行平臺。對于不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)中心來說，更強大的網(wǎng)絡(luò)連接是不變的需求。數(shù)據(jù)中心的根本要求是保障網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供可擴(kuò)展帶寬、冗余業(yè)務(wù)備份、靈活性、安全性。為保障服務(wù)的可靠性，數(shù)據(jù)中心有必要使用高密度、方便靈活的高品質(zhì)布線系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心的設(shè)計依據(jù)是：

（1）數(shù)據(jù)中心要把布線系統(tǒng)設(shè)計好，首先，要從用戶需求、服務(wù)器設(shè)備布局、網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃、機房日常維護(hù)、數(shù)據(jù)擴(kuò)充和升級等方面來考慮。 其次，要從數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)在布局、通風(fēng)散熱以及其布線系統(tǒng)的安全性、可靠性、帶寬性、拓展性、易管理性、先進(jìn)性等方面考慮。如何合理控制預(yù)算，不至于導(dǎo)致過度規(guī)劃。

（2）數(shù)據(jù)中心布線要依據(jù)《數(shù)據(jù)中心的電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》（TIA/EIA 942）、《數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的設(shè)計與施工技術(shù)白皮書》及《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）來設(shè)計。

2 數(shù)據(jù)中心整體規(guī)劃

2.1 企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指在一定時期內(nèi)，對信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體需求計劃，包括為實現(xiàn)企業(yè)信息化目標(biāo)所需確定的系統(tǒng)定位、系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)配置。

其中，系統(tǒng)定位決定了數(shù)據(jù)中心的建設(shè)等級；系統(tǒng)規(guī)模決定了數(shù)據(jù)中心的建筑空間；系統(tǒng)架構(gòu)決定了數(shù)據(jù)中心的信息路由；系統(tǒng)配置決定了數(shù)據(jù)中心的場地布局?？梢?，信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的前提和依據(jù)。

2.2 現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心機房設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 依據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）

A級：可靠性要求最高。容錯型。停運將造成重大經(jīng)濟(jì)損失，涉及范圍廣，極可能演變成嚴(yán)重的社會公共事件/事故。

B級：可靠性要求較高。冗余型。影響局部范圍，可能造成較大損失。

C級：可靠性要求一般?；拘?。影響范圍較小，“個體”可能造成巨額損失。

2.2.2 依據(jù)《數(shù)據(jù)中心的電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》（TIA/EIA 942）

國際正常運行時間協(xié)會將數(shù)據(jù)中心分為四個等級。

4/3級：可靠性要求最高。全冗余/在線維護(hù)型。停運將造成重大經(jīng)濟(jì)損失，涉及范圍廣，極可能演變成嚴(yán)重的社會公共事件/事故?？捎寐剩?9.995%/99.982%。

2級：可靠性要求較高?；A(chǔ)型冗余。影響局部范圍，可能造成較大損失，可用率：99.741%。

1級：可靠性要求一般?；A(chǔ)型非冗余。影響范圍較小，“個體”可能造成巨額損失，可用率：99.671%。

上面標(biāo)準(zhǔn)提到的信息系統(tǒng)機房也好、數(shù)據(jù)中心也罷，歸根到底，其傳輸、存儲、運算的都是電子信息。三個級別、四個等級雖無一一對應(yīng)關(guān)系，但根據(jù)可靠性來劃分的原則是一致的。習(xí)慣上，事業(yè)單位的數(shù)據(jù)中心，被稱為信息中心，為了與由服務(wù)商或運營商興建，用于向社會機構(gòu)提供租賃服務(wù)的公用數(shù)據(jù)中心相區(qū)別，可將企事業(yè)單位自用的數(shù)據(jù)中心，稱為企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

2.3 場地與空間設(shè)計

企業(yè)數(shù)據(jù)中心按規(guī)模由小到大劃分為部門級、企業(yè)級、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC以及主機托管數(shù)據(jù)中心等。

企業(yè)數(shù)據(jù)中心的場地與空間設(shè)計中，機房場地以“設(shè)備”為關(guān)注與滿足對象；而建筑空間以“人”為關(guān)注與滿足對象。因此，數(shù)據(jù)中心的場地與空間規(guī)劃應(yīng)適合既定空間并符合規(guī)劃。在滿足數(shù)據(jù)中心工藝要求的前提下，合理地規(guī)劃設(shè)備與人共有的空間，在提供和滿足數(shù)據(jù)中心中系統(tǒng)設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠運行的同時，也要為工作人員創(chuàng)造健康、便捷、舒適的工作環(huán)境。

目前受到推崇的設(shè)計理念與節(jié)能策略是：整體規(guī)劃確定場地的等級規(guī)模和系統(tǒng)構(gòu)成，空間與平面布局確定場地的分隔和設(shè)備的布局。設(shè)備主機房采取密閉護(hù)圍、場地采取大空間少隔斷、獲得適宜的空間容積（架高、凈高、層高）、采取人機區(qū)域分離、采用“冷端”與“熱端”的氣流通道、平衡設(shè)備布置等。

2.4 數(shù)據(jù)中心的建筑空間

根據(jù)TIA/EIA 942 規(guī)定，數(shù)據(jù)中心的建筑空間包括（如圖1所示）計算機房/主機房、數(shù)據(jù)中心內(nèi)的通信室、維護(hù)人員辦公室、接入室、機電設(shè)備機房、運營監(jiān)管中心、存儲及載入室。

圖1 典型數(shù)據(jù)中心建筑空間示意圖

3 數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)設(shè)計

3.1 布線系統(tǒng)的作用及特點

布線系統(tǒng)的設(shè)計，首先要了解布線系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心中的作用。布線系統(tǒng)要為數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵IT設(shè)備提供可靠的連接，需要提供適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運營的傳輸帶寬，需要支持網(wǎng)絡(luò)7×24小時的不間斷運行。同時，對安全性、可用性、靈活性和可維護(hù)性有著較高的要求。

數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的規(guī)劃，還要了解數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)工程的特點：機房內(nèi)信息點密集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸為主、銅纜光纖類型繁多、傳輸鏈路穩(wěn)定可靠、變更設(shè)備連接頻繁等。

3.2 布線系統(tǒng)的設(shè)計原則

數(shù)據(jù)中心布線原則：先規(guī)劃后使用，設(shè)立區(qū)域劃分概念，本機柜內(nèi)完成跳線跳接，機柜到機柜通過綜合布線連接，只有配接區(qū)域才可以跨機柜跳線。

數(shù)據(jù)中心布線設(shè)計方案有兩種建議：一是兩層結(jié)構(gòu)，適用于中大型數(shù)據(jù)中心布線；二是單層結(jié)構(gòu)，適用于中小型數(shù)據(jù)中心布線。

3.3 布線系統(tǒng)的線纜形式

數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的線纜有：水平線纜提供設(shè)備配線區(qū)、水平配線區(qū)、區(qū)域配線區(qū)的水平交叉連接。主干線纜提供總配線區(qū)、水平配線區(qū)、接入室、電信室之間的主干交叉連接。

推薦采用的布線傳輸介質(zhì)：100ohm 4-Pair Cat.6A 雙絞線（EA等級以上）；激光優(yōu)化的50/125μm多模光纖OM3。

3.4 布線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)中心的三種布線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：

（1）基本型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：一個接入室可能有一個電信室、一個總配線區(qū)、幾個水平配線區(qū)、幾個設(shè)備配線區(qū)、可能設(shè)有的區(qū)域配線區(qū)、水平布線及主干布線?；拘屯?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為完整，適合于大多數(shù)的企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

（2）簡化型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：將接入室、電信室、總配線區(qū)、水平配線區(qū)“合并”為一個區(qū)域即計算機房的總配線區(qū)。

在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，只有總配線區(qū)、區(qū)域配線區(qū)、設(shè)備配線區(qū)以及水平布線。簡化型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為簡約、器件少，適合于小型的數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)。

（3）分布型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：適合于大型的數(shù)據(jù)中心。

3.5 布線結(jié)構(gòu)形式

數(shù)據(jù)中心布線設(shè)計有兩種結(jié)構(gòu)形式：一是兩層結(jié)構(gòu)，適用于中大型數(shù)據(jù)中心布線；二是單層結(jié)構(gòu)，適用于中小型數(shù)據(jù)中心布線。

采用列頭柜結(jié)構(gòu)，本列機柜所有銅纜/光纜都匯聚到列頭柜的交換機中，再經(jīng)過列頭柜轉(zhuǎn)換出來的多芯光纜匯聚到數(shù)據(jù)中心的核心交換機去。兩層結(jié)構(gòu)更加靈活和科學(xué)，不足的是交換設(shè)備數(shù)量較多，總體成本高。

采用集中配線區(qū)域結(jié)構(gòu)，機柜所有銅纜/光纜都匯聚到集中配線區(qū)中，通過核心有源交換設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和連接外部電信光纜。交換設(shè)備數(shù)量較少，單點故障較少，總體成本較低；不足的是線纜使用較多。

3.6 布線路由

數(shù)據(jù)中心布線走向也有兩種：一種采用上走線方式，即在頂上架設(shè)橋架鋪設(shè)線纜，這種布線要求上面吊頂要維護(hù)方便，走線要美觀，且要考慮精密空調(diào)通風(fēng)管、強電布線等方面的因素；一種采用抗靜電地板下走線方式，這種走線要求抗靜電地板下要有30cm以上空間，且走線要考慮精密空調(diào)出風(fēng)管、強電布線等方面的因素。具體采用哪種走線方式應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心環(huán)境要求而定。建議最好是長期固定不動的線纜，比如主干和水平線纜采用架空地板下方走線方式，而跳線采用在機架上方走線方式。

3.7 布線介質(zhì)

數(shù)據(jù)中心綜合布線優(yōu)選支持萬兆系統(tǒng)的6A類雙絞線和OM3光纜，同時考慮服務(wù)于下一代網(wǎng)絡(luò)。外護(hù)套建議采用低煙阻燃或CMP型、防鼠咬系列；根據(jù)高帶寬和高安全性考慮，機房內(nèi)的光纖系統(tǒng)可采用專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計的預(yù)連接光纜系統(tǒng)，進(jìn)行高效管理、快速變更及擴(kuò)展。無論是能耗還是空間占用率和對散熱的影響，光纖都具有較明顯的優(yōu)勢，綠色數(shù)據(jù)中心的布線應(yīng)該更多地考慮采用光纖布線，因為光纖碳排指標(biāo)更低。

3.8 數(shù)據(jù)中心投資控制

（1）數(shù)據(jù)中心投資費用較高，建設(shè)成本平均要15000元/m2，新規(guī)范中A級、B級、C級機房的投資差距是相當(dāng)大的，一定要根據(jù)自己企業(yè)的性質(zhì)、數(shù)據(jù)中心的重要性來定出數(shù)據(jù)中心建設(shè)的級別。

（2）成本是決定數(shù)據(jù)中心設(shè)計與建設(shè)的關(guān)鍵因素。任何企業(yè)都希望通過盡可能低的成本來支持長期的發(fā)展。雖然布線系統(tǒng)的成本約占數(shù)據(jù)中心總成本的5%，但它卻是使用壽命最長的基本要素。通常，布線系統(tǒng)需要具有長達(dá)10～15年的生命周期。而與之相對應(yīng)的是，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通常3～5年就需要進(jìn)行更換。由此，布線系統(tǒng)的設(shè)計必須可以支持2～3代有源設(shè)備的更新?lián)Q代。

（3）傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心在設(shè)計的時候，常根據(jù)服務(wù)器提供的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行電力配備，但服務(wù)器提供的參數(shù)值通常是其最高負(fù)載情況下的電力消耗，再加上機房、空調(diào)、UPS冗余設(shè)計，大量機房在設(shè)計時就已經(jīng)過度投資了。也許用戶沒有注意，這些機房的基礎(chǔ)設(shè)施一旦投資，即使IT設(shè)備的負(fù)載不大，它們也都必須全部處于運行狀態(tài)，有時候這些基礎(chǔ)設(shè)施的耗電量甚至?xí)^IT設(shè)備的耗電量。

（4）許多IT管理者有意無意地接受購買特定品牌，將獨立的硬件設(shè)備集成到一起組成數(shù)據(jù)中心的想法。雖然這種做法沒有錯，從服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的角度來講這種做法可能奏效，但是最終結(jié)果應(yīng)該是作為一個整體來評估的而不是獨立的個體。實際上，數(shù)據(jù)中心效率的高低和是否使用特定品牌、型號的設(shè)備是沒有太大關(guān)系的。應(yīng)該從一個完整解決方案的角度來衡量數(shù)據(jù)中心，將整個設(shè)計都作為一個集成的整體來考慮。

4 數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)設(shè)計案例

4.1 規(guī)劃設(shè)計步驟

（1）根據(jù)用戶需求和信息點規(guī)模確定關(guān)鍵設(shè)備（計算機設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備、存儲設(shè)備）的數(shù)量與連接方式。

（2）平面區(qū)域（接入室、總配線區(qū)、水平配線區(qū)、區(qū)域配線區(qū)、設(shè)備配線區(qū)）的規(guī)劃設(shè)計。

（3）確定布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（基本型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、簡化型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）確定線纜路由及走線方式（上走線/下走線）。

（4）確定技術(shù)等級與應(yīng)用特性：布線傳輸介質(zhì)、頻率帶寬、主干和水平線纜的技術(shù)等級，配套的配線架、模塊、跳線等傳輸特性，屏蔽與否，防火等級等要求。

（5）系統(tǒng)設(shè)計與施工圖設(shè)計：完整的布線系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計；施工圖平面設(shè)計及配置清單。

4.2 項目概況

中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院門診綜合樓建筑面積為116000m2，裙樓10層，局部4層，地下2層，地上26層。共計1008張床位。幾乎每個樓層的功能都不相同。一層為門診大廳、住院管理大廳、醫(yī)學(xué)科、藥局、兒科；2層為放射科、體檢中心、快餐廳；3層為內(nèi)科門診；4層為內(nèi)科功能檢查、檢驗；5層外科門診；6層為婦產(chǎn)科門診；7層為眼科門診；8層為中醫(yī)、口腔門診；9層為皮膚科門診及數(shù)據(jù)中心；10層為檢驗科；11層為會議中心；12層是辦公區(qū)域；13～24層為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)科病房；25、26層為VIP病房——構(gòu)成了一個設(shè)施先進(jìn)，環(huán)境優(yōu)雅，功能齊的新型醫(yī)療中心。大樓內(nèi)共設(shè)置6類信息點7600余個。此綜合樓功能復(fù)雜、應(yīng)用內(nèi)容繁多，有對信息安全及實時性要求高的門診系統(tǒng)，有對網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬要求高的PACS，還有視音頻同步傳輸?shù)慕槿胄畔⒌取?/p>

4.3 信息點布線方案

根據(jù)不同的建筑環(huán)境進(jìn)行綜合布線設(shè)計。對掛號收費及藥房可根據(jù)窗口數(shù)量進(jìn)行布點，同時要考慮LED屏和相關(guān)的導(dǎo)向系統(tǒng)；對醫(yī)技部門要根據(jù)儀器設(shè)備及電腦擺放位置進(jìn)行布點；對手術(shù)室、ICU、急救室等要利用吊臂環(huán)境，同時要考慮HIS、PACS以及手術(shù)轉(zhuǎn)播的要求；對病區(qū)和特診等區(qū)域，要考慮布線系統(tǒng)能支持今后無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嵤┓桨浮?/p>

4.4 數(shù)據(jù)中心整體規(guī)劃

系統(tǒng)定位決定了數(shù)據(jù)中心的建設(shè)等級。本項目中，醫(yī)院有關(guān)信息系統(tǒng)（二網(wǎng)一庫）綜合信息數(shù)據(jù)庫，有內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)作邏輯隔離的要求，對各網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫都有信息安全的等級要求，同時，根據(jù)醫(yī)院信息的不可中斷性，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)等級設(shè)定在B級。

系統(tǒng)規(guī)模決定了數(shù)據(jù)中心的建筑空間。經(jīng)與院方溝通，數(shù)據(jù)中心的建筑面積被框定在170m2的一個區(qū)域內(nèi)，基本滿足現(xiàn)在及將來一段時間內(nèi)，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對場地空間的需求。

系統(tǒng)架構(gòu)決定了數(shù)據(jù)中心的信息路由。數(shù)據(jù)中心需要接入外網(wǎng)和專網(wǎng)租用的電信運營商線路和專有線路，同時，要接入大樓內(nèi)各樓層接入層交換機的主干數(shù)據(jù)線路和其他樓群匯聚層交換機的主干數(shù)據(jù)線路。

系統(tǒng)配置決定了數(shù)據(jù)中心的場地布局及布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。二網(wǎng)一庫所配置的通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、存儲設(shè)備，在主機房內(nèi)將形成主配線區(qū)、網(wǎng)絡(luò)交換區(qū)、服務(wù)器區(qū)、存儲器區(qū)以及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施配套區(qū)域等。

確定數(shù)據(jù)中心采用簡化型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布線采用單層結(jié)構(gòu)，路由配合精密空調(diào)下送風(fēng)，采用在機柜頂上網(wǎng)格式橋架走線方式。

確定技術(shù)等級與應(yīng)用特性。本項目中，數(shù)據(jù)中心的布線系統(tǒng)采用萬兆傳輸?shù)燃?，布線傳輸介質(zhì)為光纜、銅纜，并配置相應(yīng)等級的布線配套器件。為適應(yīng)高密度大批量的光纖安裝，光纜采用專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計的預(yù)連接光纜系統(tǒng)。

4.5 綜合布線系統(tǒng)架構(gòu)

從醫(yī)院建筑群的實際情況出發(fā)，系統(tǒng)采用三級架構(gòu)，即：

第1級信息中心機房——核心層：負(fù)責(zé)整個醫(yī)院的信息網(wǎng)絡(luò)維護(hù)運行。

第2級各樓的信息分中心——匯聚層：負(fù)責(zé)各樓信息的匯聚交換。

第3級各電信間——接入層：將各樓層的信息終端接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

本醫(yī)院的核心層交換設(shè)備位于本樓9F主機房內(nèi)。核心層與匯聚層交換設(shè)備之間采用全冗余網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)中心布線采用光纖系統(tǒng)，室外主干光纜采用單模光纜，室內(nèi)主干光纜采用多模光纜，規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1Gbps。匯聚層以下的網(wǎng)絡(luò)以星型結(jié)構(gòu)向各個樓層區(qū)域拓展。

4.6 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在核心層采用Cisco的高性能的主干路由設(shè)備Cisco GSR12012和高性能交換機Catalyst6509，GSR12012與 Catalyst6509之間采用萬兆冗余光纖聯(lián)接。匯聚層采用Cisco的三層交換機Catalyst3650G-L3，與核心層千兆/萬兆冗余光纖聯(lián)接；服務(wù)器接入層采用Cisco的3層交換機Cisco3750。核心交換機和匯聚交換機雙備份，核心層和匯聚層均有路由功能，實施負(fù)載均衡和冗余備份，VLAN盡量終結(jié)在本地，以縮小故障區(qū)域，整個網(wǎng)絡(luò)萬兆、千兆和百兆相結(jié)合。

UPS系 統(tǒng)， 設(shè) 置APC公 司2臺（SILCON-40kVA）系列UPS主機，單臺功率為40kVA，一用一備運行。

主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用雙電源、雙引擎配置，徹底消除單點故障，保證網(wǎng)絡(luò)可用性高達(dá)99.9%。

4.7 設(shè)備布局

主機房中的設(shè)備布局以網(wǎng)孔機柜、服務(wù)器、存儲器為主。

主機房中，設(shè)置兩列800×800（42U）網(wǎng)絡(luò)配線機柜，每列7只，D列機柜背對C列機柜背布置，形成“冷端”與“熱端”的氣流通道。機柜用于安置光纜與銅纜配線架、光纜與銅纜主干線纜、路由器、核心交換機、KVM交換機等，成為中心機房中的總配線區(qū)。

服務(wù)器機房中，設(shè)置600×1100服務(wù)器及800×800（42U）存儲器設(shè)備機柜，每列分別為5、6只。B列機柜背對A列機柜背布置，用于安置光纜與銅纜配線架、光纜與銅纜水平線纜、服務(wù)器、存儲器、交換機、KVM轉(zhuǎn)接器等設(shè)備，成為中心機房中的設(shè)備配線區(qū)。