【IT168 图书连载】以下内容来自由顾大伟、郭建兵、黄伟主编的《数据中心建设与管理指南》一书，由万国数据科技发展(昆山)有限公司授权IT168发布。该书是国内首部系统论述数据中心建设与管理的专著，从数据中心生命周期和数据中心可持续发展的六个基本要素出发，全面阐述了数据中心建设、管理的科学体系和方法论，以及企业级数据中心的评价体系。该书内容符合中国数据中心建设现状和发展趋势，内涵丰富，具有原创性和很强的实用性，是国内数据中心建设与应用的权威指导书。IT168数据中心频道将以每天一章的频度陆续发布，敬请大家关注。

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　　3.1 数据中心业务定位

　　数据中心按其运营模式可划分为自用型数据中心、商业化数据中心两种;按其业务性质和用途则可分为：IT生产中心、IT开发和测试中心、灾难备份中心和网络服务中心等。数据中心还可根据其客户类型、业务领域等进行细分，例如，高性能计算中心、互联网数据中心、企业数据中心、政府机构级数据中心等。

　　不同业务定位的数据中心有不同的特点和要求，在规划建设上也不尽相同，为了能最大限度地满足业务需求，在数据中心的前期规划阶段就必须对其进行明确的定位，包括类型和用途等。通常，不同行业、不同领域数据中心的等级都会有所不同，可参考表3-1。

　　对于自用型数据中心来说，其业务用途一般都会有比较明确的定位。而对于商业化数据中心来说，数据中心作为一种产品，其生命力在于适应市场潜在业务需求的能力，越符合市场需求就越有竞争力;面对的客户群越多越广泛，项目的风险就越小。因此，数据中心定位通常会覆盖所有业务。至于各种业务类型之间的比例如何，需要做大量的市场调研工作才能确定。

　　表3-1 数据中心的业务类型和等级

　　3.2 数据中心建设规模

　　数据中心建设规模是指在数据中心生命周期内，单位机柜拟提供支持和服务能力一定的情况下，可以容纳机柜数量的总规模。为了研究确定数据中心的建设规模，需要考虑多方面的问题，具体内容如下：

　　(1) 需要充分考虑企业的经济规模，即项目投入与预计产出比是否处于最优状态，资源和资金的使用是否高效。根据数据中心项目建设的具体情况，可以采用先期基本建设一次建成，后期按需分步实施的策略。

　　(2) 确定拟建规模的可行性。重点考虑各方面的资源状况是否能够满足拟建规模的要求，主要包括：场地空间、能源供应、项目资金状况等。

　　(3) 需要充分考虑企业所在行业的现状和发展趋势。对于不同行业而言，在确定数据中心建设规模时应充分考虑各自的行业因素。

　　(4) 对于改造项目，在保持项目可用性和可靠性的前提下，应充分考虑原有设备和设施的有效利用。

　　在充分考虑了以上因素后，对未来数据中心机架的数量进行适当的预估，结合单位机架平均占地面积(含设备通道)的经验值(通常约2.5平方米/机架)，初步确定数据中心机房的面积需求。同时根据未来数据中心的供电密度和冗余等级对其需要提供的配电设施和空调设施区域面积做出合理的预估，最终确定数据中心的建设规模。

　　3.3 数据中心建设标准

　　数据中心建设标准的高低不但直接影响到项目的投资规模，还影响到数据中心机房的可使用率。只有确立基本的建设标准，才能对项目的投资规模进行合理估算，而投资估算是项目决策的依据之一，也是项目经济性评价的基础。相同建筑面积的数据中心，由于建设等级标准的不同，往往会导致数据中心机房有效使用面积产生较大的差异。这里所说的数据中心机房有效使用面积，是指机架设备面积、机房过道以及冷、热通道面积的总和。因此，确定数据中心的建设等级标准是项目决策阶段不可缺少的内容。在数据中心建设等级标准的选择上，应在满足数据中心使用功能要求和可靠性的前提下，重点解决好以下问题：

　　(1) 应符合国家现行的数据中心相关专业规范和标准要求。

　　(2) 应满足运营管理所需环境条件要求，例如，对室内外环境、气、水、动力供应、交通流线、货物运输和设备装卸等方面的要求。

　　(3) 应满足数据中心生产工艺的特殊要求，例如，对空气、水、气体洁净度、抗震、防火、防爆等方面的要求。

　　(4) 应适应新一代数据中心的特点和管理需要，配置必要的信息化和智能化设施等。

　　3.4 数据中心指标体系

　　建设等级标准明确后，最重要的工作是要确立数据中心的关键性指标体系，包括场地建筑资源、配电资源、空调资源、网络资源、资源使用和资源管理等方面，主要指标内容如下：

　　(1) 场地建筑资源方面：包括结构安全等级、结构抗震等级、建筑耐火等级、建筑承重、楼层高度、架空地板高度、室内净高和回风空间高度等。

　　(2) 配电资源方面：包括供电等级、总供电容量、供电密度、系统设备冗余等级、发电机持续供电能力和UPS后备时间等。

　　(3) 空调资源方面：包括供冷密度、换气次数、设备供电等级和系统设备冗余等级等。

　　(4) 网络资源方面：包括网络接入容量、网络接入运营商数量和网络路径冗余等。

　　(5) 资源使用方面：包括数据中心总能耗、供电系统使用效率和空调系统的制冷效率等。

　　对于上述指标可参考国家《电子信息系统机房设计规范》(GB50174—2008)或《数据中心电信基础设施标准》(ANSI-TIA-942-2005)进行确定。下面列举了国外相关等级标准的部分基础设施指标，见表3-2。

　　表3-2 部分基础设施标准指标举例

　　3.5 数据中心选址

　　数据中心建设规划具有投资大、时间长和专业性强等特点，而数据中心的选址作为一项重要的基础性工作，越来越引起企业的高度重视。数据中心选址关系到业务系统运行的连续性及数据中心发展的可持续性。选址恰当对于加强风险管理，提高市场竞争力具有重要意义。

　　数据中心选址必须坚持实事求是和综合评价的原则，充分发挥各方面的积极性，利用多种渠道获得相关资料，科学客观地开展数据中心选址工作。

　　数据中心选址涉及的要素很多，但最核心和最基础的要素包括：自然环境、成本因素和地域配套条件。下面重点介绍数据中心选址评估的主要要素体系(见表3-3)，该体系能够有效地帮助企业开展选址工作。

　　表3-3 数据中心选址评估要素体系

　　3.6 数据中心技术要求

　　在明确了数据中心业务定位、建设规模、建设标准、指标体系，并完成选址工作后，下一步就需要对数据中心的技术要求做出明确标定。这个技术要求是对数据中心规划设计过程涉及的各专业系统做出详细具体的规定。一般来说，技术要求是在参考已有各类相关标准和规范的基础上，结合企业自身的实际情况而制定的。可供参考的国内外主要标准和规范如下所述。

　　1. 国内标准和规范

　　(1) 《电子信息系统机房设计规范》(GB50174—2008)

　　(2) 《电子信息系统机房施工及验收规范》(GB50462—2008)

　　(3) 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343—2004)

　　(4) 《电子计算机场地通用规范》(GB/T2887—2000)

　　(5) 《计算站场地安全要求》(GB9361—88)

　　(6) 《气体灭火系统施工及验收规范》(GB50263—2007)

　　(7) 《综合布线工程设计规范》(GB50311—2007)

　　(8) 《综合布线系统工程验收规范》(GB50312—2007)

　　(9) 《入侵报警系统工程设计规范》(GB50394—2007)

　　(10) 《视频安防监控系统设计规范》(GB50395—2007)

　　(11) 《出入口控制系统工程设计规范》(GB50396—2007)

　　(12) 《气体灭火系统设计规范》(GB50370—2005)

　　(13) 《安全防范工程技术规范》(GB50348—2004)

　　(14) 《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116—98)

　　(15) 《信息技术 安全技术 信息安全管理体系要求》(GB/T22080—2008)

　　(16) 《信息安全技术 信息系统安全等级保护基本要求》(GB/T22239—2008)

　　(17) 《信息安全技术 信息系统灾难恢复规范》(GB/T20988—2007)

　　2. 国外资料

　　(1) 《数据中心电信基础设施标准》(ANSI-TIA-942-2005)

　　(2) Tier Classification White Paper(Up Time Institude)

　　(3) 国际综合布线标准(EIA/TIA 568)

　　(4) 美国LEED™绿色建筑认证标准

　　(5) 《业务连续性/灾难恢复(BC/DR)服务提供商新加坡标准》(SS507∶2004)

　　(6) 《信息安全管理体系》(ISO27001)

　　(7) 《业务连续性管理规范》(BS25999)

　　对以上相关标准进行研究和分析后，结合数据中心的建设、运营的特点和以往的实践经验，可以得出数据中心建设的技术要求，内容包括：总体设计理念、总平面布置、建筑工程、供配电、空调暖通、消防与给排水和建筑智能化等。

　　3.6.1. 总体设计理念

　　数据中心的规划设计应当充分考虑未来的可持续发展能力，也就是说，既要满足当前发展的需求，又要考虑未来发展的需要。其规划设计要符合2.3.2节数据中心可持续发展评价中所阐述的合规性、可用性、可靠性、功能性、经济性和可服务性等理念的要求。

　　3.6.2. 总平面布置要求

　　对于较大规模的数据中心来说，总平面的布置首先要满足当地政府规划要求以及建筑、消防、人防、绿化、环保、节能、卫生、交通和安全等方面的要求。各项要求具体如下。

　　1. 总体布局

　　数据中心总体布局应充分考虑安全性要求，充分考虑人员进入的安检流程，确保在数据中心范围内的安全性和私密性。根据数据中心生产流程和安全管理的要求，合理划分生产、办公和生活等相互分隔且分别管理的功能区域。至少在园区设置两组出入口：一组用于人员和乘用车辆的日常通行，另一组则专门用于各类设备、燃料及其他物资的出入。

　　2. 交通组织

　　遵循人、货、车分流原则，合理设计人车通行和货物运输流线，做到功能明确、实现人货分流。园区货物运输主干道路宽度和转弯半径应充分考虑大型拖车的行驶需要。

　　3. 停车场与装卸区

　　分开设置外部访客与内部员工的停车区，停车区应与设备物资装卸区分开。每栋数据中心建筑至少应设置一个专用的设备装卸平台，装卸平台入口前方应设置足够大的货物装卸区，货物装卸区不应与道路共用。

　　4. 发电机与其燃油储藏区位置

　　应设置在远离公共区域的位置，与园区内、外道路和建筑物等的距离应符合国家规范和国内外数据中心相关标准要求。燃油储藏区应尽量接近发电机设置，发电机燃油储藏容量可根据建设等级标准确定。

　　5. 市政管网

　　充分了解上水、雨污水、燃气、供电和电信等市政管网布局，做出准确的室外综合管线图。在此基础上，对数据中心机房建筑与市政管线的对接进行合理规划。电信管网及其冗余线路、双回路供电线路等应考虑从不同方向路由进入数据中心园区。

　　3.6.3. 建筑工程要求

　　1. 建筑结构

　　(1) 建筑结构等级要求：数据中心建筑结构安全等级适宜为一级，机房建筑的防火等级应为一级，屋面防水等级应为一级。

　　(2) 抗震性能等级要求：数据中心的设备区、能源供应区等重要设施必须确保抗震性能，以便在规定设防等级内地震发生时，仍然能够维持设备功能，即使出现功能上的障碍也能够迅速恢复正常。抗震构造措施应在当地抗震要求基础上适当提高。

　　(3) 建筑荷载要求：数据中心机房按ANSI-TIA-942-2005中Tier3或更高要求考虑，其余建筑按其功能性要求或工艺要求设计。

　　2. 建筑设计

　　(1) 遵循经济实用、绿色节能的原则。

　　(2) 建筑外形不张扬(以不易引起外界关注为宜);四周外墙不应设置外窗;建筑外观和外立面装饰要求简洁大方，并体现绿色节能的特色。

　　(3) 数据中心建筑要有多个冗余出、入口;通常不设置大型地下停车场。

　　(4) 建筑外墙应当具有良好的保温和隔热性能。应着重避免出现结露现象(楼板、送风管道等)，提高能源利用效率，减少能耗。

　　3. 空间布局

　　(1) “以设备为本，与运维管理流程相结合”是空间布局的原则。由里向外进行建筑空间设计，满足数据中心功能性要求。

　　(2) 体现可持续发展设计理念，强调高可用性，即按照模块化、标准化、灵活性、扩展性、高适应性和高弹性的使用要求进行空间布局设计。

　　(3) 按照重要性划分建筑空间，以便于实现安全措施的分级监控。空间布局设计必须满足未来运营中的设备定期检修、更换和退出等要求。

　　(4) 建筑净空：数据中心机房部分楼层梁下高度不应小于4.5m，装修完成面净空不应小于3m。

　　3.6.4. 供配电要求

　　1. 电力供应规划

　　数据中心电力供应规划应在满足目前使用供电容量要求的同时，充分考虑远期业务发展的扩容需求。条件允许时应当采用双路不同变电站高压市电，并配置自备发电机供电的方式。每路高压市电电源、发电机备用电源均应能够承担数据中心的全部负荷。

　　2. 应急电源

　　为确保数据中心关键设备的供电不受市电可能中断的影响，应自备发电机作为备用电源。自备发电机设备容量、数量应按实际负载量及种类计算配置，同时还要考虑自备发电机组未来扩容的可能性，并预留空间。

　　3. 低压配电系统

　　为满足数据中心对供电系统的高可靠性要求，应采取必要的技术措施消除可能出现在UPS本身及输出端的各种故障隐患。行之有效的办法就是配置UPS“双总线输出”配送电系统。在变压器容量配置上考虑变压器负载100%冗余热备份，有条件时应考虑独立设置UPS专用变压器，同时考虑低压系统未来可能扩容的需要。

　　考虑到经济性，在系统规划设计时，应根据负载不同的用电安全等级合理配置UPS系统。先期应考虑经济合理的冗余方式，后期可根据实际需要，最高可升级到2N并机双母线冗余(或更高安全等级)方式。

　　空调系统的供电应当采用独立双回路配电系统，同一区域内空调设备采用分组供电方式，避免供电大面积同时中断情况的发生，保证空调设备全年365×24小时运转。

　　4. 防雷接地

　　(1) 数据中心雷电防护应当符合《建筑物电子信息系统防雷设计规范》A级标准要求。应具有完备的建筑避雷及引雷装置。良好的防雷接地可以使建筑免受雷电威胁，同时应进一步采取必要措施(如接地、室外控雷技术等)避免因雷电引发对数据及IT 系统的二次破坏或干扰。

　　(2) 在变配电室低压母线上安装设置一级电涌保护器(SPD);UPS输入配电柜、UPS输出总柜、数据中心机房空调配电总柜应安装二级电涌保护器;PDU内应安装三级电涌保护器;其他与室外有关的所有配电设备和线路均应安装一级电涌保护器。

　　(3) 计算机系统接地，要求采用共用接地系统。若有特殊要求时可留有安全保护地、防静电接地、交流工作地(零线接地)、直流逻辑地以及防雷接地端子。接地装置的设计应满足接地电阻值小于1Ω的要求。

　　3.6.5. 空调暖通要求

　　数据中心机房空调系统的目标是：保证数据中心机房环境的温度、湿度和洁净度符合相关规范标准要求，为数据中心机房设备提供一个可靠的运行环境，保证设备不间断地安全运行;保证数据中心机房的正压，防止外界未经处理的空气或有害气体的渗入，以及烟或混合物滞留在数据中心机房内部等。此外，还要满足数据中心工作人员日常办公的要求。

　　1. 冷源、末端及管路配置

　　(1) 采用集中冷源时，如果存在分阶段增容的可能性，则应在主管路上考虑不停机泄水情况下增容施工的相应措施。

　　(2) 采用集中冷源时，在数据中心机房内，冷冻水管道应采用环状管网，并且应根据系统冗余能力设置分段阀门以便于检修和增容。

　　(3) 当数据中心机房空调系统采用集中冷源且管网投入运行后，除原设计已考虑预留的集中冷源、系统管网、末端装置的增容容量外，超出部分的增容应采用分散冷源的方式。

　　(4) 系统应当考虑冗余设计，根据冷源、末端装置的具体情况采用不少于N+1的设备备用方式。

　　(5) 数据中心机房空调机组的冷源及冷却方式通常可分为风冷、水冷、双冷源机组等。一般采用大风量、小焓差设计，根据需要配置电加湿器和电加热器。

　　2. 气流组织

　　(1) 数据中心机房一般采用地板下送风上部回风的气流组织方式，其送风通道和回风通道均可在需要的位置开设风口。

　　(2) 对于下送风方式一般采用架空地板作为送风静压箱，架空地板高度应根据负荷密度和数据中心机房面积等因素综合确定。

　　(3) 地板送风口数量应能够保障每个服务器机架有足够的冷却风量，送风口位置应设置在服务器机架进风处，地板送风口风速应达到1.5~3.0m/s。按相关规定，送风温差应控制在6~10℃。

　　3. 新风、消防排烟

　　(1) 应分别考虑数据中心各区域的洁净度要求，维持数据中心机房的正压，合理配置数据中心机房的新风系统。

　　(2) 应按照相应的消防规范考虑数据中心机房的防排烟系统和事故通风系统。根据规范设置相应的排烟分区和配置相应的防火阀。

　　(3) 当采用气体灭火系统时，应在进出数据中心机房的风管上设置相应装置，以便气体消防动作启动时能够自动关闭的隔断风阀。在外墙或隔墙的适当位置设置泄压装置，以防止围护结构因气体释放导致超压破坏。

　　3.6.6. 消防、给排水要求

　　消防、给排水系统关系到数据中心建设的合规性和可靠性，在规划设计时应重点考虑以下因素：

　　(1) 在消防灭火设计中，应坚持“以人为本，防消结合”的原则，根据场地特征及相关规范选择采用相应的灭火系统。一般数据中心机房区域适宜采用气体灭火系统，其他区域可采用预作用水灭火系统。

　　(2) 应确保市政管网中断情况下数据中心的用水要求，保障数据中心机房空调供水的安全，尤其是空调冷却塔的补水安全。

　　(3) 数据中心机房应充分考虑防水措施，应避免任何与电气机房无关的水管穿越电气机房。大型数据中心机房多采用冷冻水空调方式，数据中心空调区有进水管和排水管进入，一旦发生水管爆裂现象，将会对机房设备的安全运行造成极大威胁，应当在建筑结构上充分考虑冷冻水空调末端及管道的漏水防御和排水等相关措施。

　　3.6.7. 建筑智能化要求

　　数据中心的建筑智能化设计的目标是：满足数据中心的正常运营功能，增强可靠性，提升可服务性和经济性，减少后期运营成本。该系统的规划以及建筑智能化各子系统的选择，应当根据项目的实际营运需要和资金状况进行。首先，需要明确哪些子系统是数据中心运营所必需的，哪些是备选的，然后，再结合项目资金状况确定具体需求。

　　数据中心的建筑智能化设计内容包括信息通信设施系统、自动控制管理系统、公共安全系统三大部分。通过智能化集成，实现综合管理，使系统运行环境更加安全可靠。在智能化系统设计过程中，应当参照以上各系统的使用功能和使用区域分别设置建筑、设备监控中心和生产监控中心。

　　1. 信息通信设施系统

　　信息通信设施系统包括通信接入系统、综合布线系统、语音通信系统、公共广播系统、信息网络系统、会议系统及信息导引和发布系统。其中通信接入系统和综合布线系统是整个通信设施的核心。从安全、可靠出发，数据中心通信接入系统要求至少设置两个独立的通信接入机房;考虑到不同的客户需求和通信冗余，应安排多家通信运营商线路进入;进入通信接入机房的电信管网和冗余线路，应当考虑来自不同方向的路由。

　　综合布线应根据建筑平面规划和各系统要求进行系统规划设计，并考虑在合理范围内采取屏蔽和隔离措施，以避免动力线路对数据和控制信号的干扰，确保系统的使用功能得到满足。数据中心机房区域和其他区域的综合布线系统设计应保持相对独立，同时要保证互连的方便性。

　　2. 公共安全系统

　　数据中心的公共安全系统包括火灾自动报警系统和应急联动系统及安全技术防范系统。安全技术防范系统又可细分为安全防范综合管理系统、入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、电子巡查管理系统、访客对讲系统和停车场管理系统等。

　　3. 自动控制管理系统

　　数据中心是能耗大户。为节电降耗，除强化日常管理外，还应采取必要措施优化自动控制系统。数据中心的自动控制系统应实现对非核心区域基础设施设备和数据中心核心区域的集中监控，主要分为数据中心机房集中环境监控系统和建筑设施监控系统，前者的监控对象主要包括：供配电、UPS及应急电源、漏水检测、精密空调、温湿度、新排风、防雷和消防等设备设施;后者的监控对象主要包括：冷冻系统、热交换系统、中央空调系统、新风系统、供配电系统和给排水系统等。