数据中心与指挥中心机房设计的异同分析

文｜浙江机电职业技术学院 吴子云

浙江广信智能建筑研究院 叶建云 赵 勇

1 前言

近年来，电子信息技术迅猛发展，建设可管理、高可靠性的数据中心已经成为智能建筑行业关注的焦点。为加强电子信息系统机房的工程设计质量，住房和城乡建设部发布了国家标准《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008），于2009年6月1日起正式实施。规范为新建、改建和扩建建筑物中的电子信息系统机房提供了设计标准。新规范的实施推动了机房建设的标准化进程，为机房建设的技术和理念提供了导向和指南。

在实际机房建设中，建设方在单独对待数据中心及指挥中心的设计上经常混淆概念和设计理念。在设计需求中不是顾此失彼就是主次并重、浪费投资，甚至在项目设计、招标投标、施工等过程中，有的建设方对应标单位资格都不做限制，导致部分工程的实施由不具资质和实施技术、经验的单位承担。

2 数据中心与指挥中心的区别

数据中心和指挥中心机房是电子信息系统机房的两个重要组成部分，但是两者又有明显的区别，在设计中必须区别对待。

2.1 功能侧重点不同

数据中心主要为大量IT设备提供安全运行场所，保证所服务IT设备的电力、制冷、网络供应等具有不间断性。数据中心一般采用远程控制，无人值守，建设理念主要“以机为本”。一切环境、设施均以适合IT设备运行为目标。

指挥中心常用于政府、公安、军队、气象、卫星发射中心、地质勘探、大企业等，通过高效的信息获取通道所需的相关信息，如视频图像、人员物资调度部署情况、过程控制的实时监测数据等，将其汇集整合并利用电视墙、投影幕、流程图等方式呈现，为相关控制人员或指挥决策者提供参考信息，实现生产指挥、后勤保障、应急指挥等功能。功能及使用方式决定指挥中心24小时有人值守，建设理念要“以人为本”，着重考虑工作人员操作控制的方便和舒适性。

2.2 设计目标要求不同

数据中心设计一般有四个方面的需求：

（1）保障IT设备可靠运行。

（2）延长IT设备使用寿命。

（3）保障维护管理人员身心健康、方便管理及维护。

（4）满足特殊业务的需要。

指挥中心设计除要求以上四点外，还要求保障指挥决策系统的可靠运行，满足应急调度指挥使用需要。

2.3 设计内容、范围不同

数据中心工程通常包含土建装修、UPS及油机、电气配电、防雷接地、空调新风、综合布线、集中监控、KVM、消防九大系统；指挥中心除装饰、电气配电、防雷接地、布线等以外，主要侧重于中心集中显示系统、中控系统、视频会议系统等。此外，二者的空调及消防系统的设计内容也有差异。

3 数据中心机房的设计

数据中心机房的设计宗旨是“以机为本”，重点考虑可用性、节能、环保指标。整体机房设计方案应着眼于机房约8～15年的生命周期来规划，将初期建设投资和生命周期的维护成本有机集合，设计出总拥有成本（TCO）和可用性最佳匹配的数据中心方案。

3.1 机房选址

机房选址要考虑机房位置、朝向、面积、层高、通道、承重、加固、周边环境等情况，结合机房等级进行规划设计。

位置：数据中心应建立在电力供应可靠，远离水灾、火灾、强噪声、强磁场、强振源、易燃易爆品及大气污染物浓度超标的区域；拟建在多层建筑物内的数据中心还应考虑设备运输通道、管线敷设、雷电感应、空调室外机安装位置等条件。

承重：数据中心机房内主要安装服务器、精密空调、UPS、蓄电池等重型设备，对机房楼板的承重要求较高。在选址上需要着重考虑拟建数据中心机房楼板的承重指标。

朝向：数据中心机房主要安装服务器等设备，发热量大。为降低机房精密空调负荷，达到节能效果，数据机房不宜设置外窗，机房及空调室外机安装方向不宜朝南。

层高：数据中心机房选址应考虑地板下送风静压箱空间、机柜设备安装空间以及天花板内消防管道等走线空间，机房梁下净高宜大于3.1m。

3.2 机房分级定位

根据机房应用的重要性，参照《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）的规定将拟建机房定位为A、B、C三级中的某一等级。从经济角度考虑，也可以按照重要性将机房各区域、各系统各自定级，分别按照不同的等级设计。其中A级为最高等级，需要建设容错系统；B级次之，需建设冗余系统；C级为基本应用等级。异地备份机房需与原机房等级相同。

3.3 机房布局

区域划分：机房区域划分应该根据机房IT系统运行特点、机房所服务单位业务特点、人流物流通道及设备的具体需求来定，一般划分为主机房、辅助区、支持区、办公区。金融行业数据中心机房对信息安全要求更高，需要按管理职能进行细分，一般还将主机房划分为核心区、一般服务器区、测试区、打印室、介质室等；邮政部门业务类型比较复杂，既有邮政综合业务，也有金融业务，一般按照业务类型将主机房划分为金融网区、综合网区等。为保证机房安全，一般将经常需要检测维护的设备所在区域，如空调区、UPS区、运营商接入区等单独划分并分隔人流通道。有对外参观需求的机房还需设计合理的参观通道，保证既可轻松地将机房效果完美展示给参观者，又不使参观活动影响到机房的正常运行。功能区域的划分应尽量提高机房空间的利用率，并综合管理方便性、人流通道、物流通道、管线敷设路由、空调气流组织、空调上下水及冷媒配管通道、新风送风风道、消防防护区分区等进行科学合理的规划布局。

隔离：机房各大功能区之间宜采用轻质砖墙隔离，在大功能区内的管理区域可采用经济适用的网格栅栏隔离，对经常有人员进出维护的区域可以采用防火玻璃隔离以减少该区域灰尘对其他区域的影响。精密空调区域与非空调区域之间宜采用中空玻璃或彩钢板墙隔离，以防止隔墙内外温差造成结露。

机柜排列：为提高空调系统制冷效率，机柜应采用“面对面、背对背”的冷热通道布局。机柜排列应该配合机房门的位置及合理的气流组织，设计中在留出必要的设备搬运、维护通道的同时，宜按照最大机柜数量布局。在布置机柜时，应根据每个机柜计划部署的设备类型、负荷合理调整各机柜位置，将发热量大的机柜布置在制冷效果好的区域，尽量使IT设备布局符合拟建机房最合理的气流组织的要求，以达到最佳的制冷效果，降低能耗，提高可用性。

制冷气流组织：机房应因地制宜，根据机房形状、区域划分、设备布局、顶梁高度等设计最适合的气流组织。一般3kW/RACK密度以下的机房可以采用地板下送风方式，利用机柜与天花间空间自然回风或天花板内回风；3kW/RACK～8kW/RACK密度的机房宜采用机柜排制冷的水平送风，缩短送、回风路径，提高制冷效率；个别8kW/RACK以上密度的机房宜采用机柜气流遏制系统或制冷背板制冷。

走线路由：为提高空调送风效率，建议机房强弱电均采用上走线方式，以解放地板下空间，减少线槽对空调风道的阻挡，提高送风动压。强电、弱电走线可以采用垂直分层方式布置，这种方式与传统的树型走线方式相比，线缆敷设长度缩短一半，既降低建设成本，也降低后期维护难度。

灯具位置：为保证维护操作的照明，灯具安装位置应该位于冷、热通道正上方，适合采用带状安装。

3.4 装饰设计

机房装饰设计中的顶、地、墙、隔断、门、窗、孔、洞应以满足“八防”（防火、防尘、防水、防振、防磁、防雷、防虫鼠、防外界热辐射）为宗旨，兼顾美观大气和经济适用。

3.5 配电设计

双电源供电：为提高机房供电系统的可靠性，宜采用双路电源供电，可以是两路不同的市电电源，也可以采用市电电源+备用油机，以保证机房供电的不间断性。

UPS：是IT设备供电的核心，机房电气系统的可用性主要取决于UPS系统的供电方式。设计中可以根据机房建设方的实际情况，平衡考虑投资规模和可靠性来设计UPS供电方式。常用的供电方式有单机供电、冗余并机供电、单机双总线供电、多机双总线供电等。

电源防雷：机房防雷主要防范电力线缆传导的浪涌、雷电流，一般采用多级泄流方式保护终端IT设备。可以在电源入户处安装A级防雷器，在机房动力配电柜中安装B级防雷器，在UPS输出配电柜中安装C级防雷器，每一级之间导线长度需要大于15m，不足15m的需加装防雷耦合器。运营商为机房提供的入户光缆不应采用带金属芯光缆。

接地系统：机房通常采用联合接地系统，在机房内设置等电位网，将安全保护接地、防雷接地并入等电位连接，再将等电位网与大楼专用接地极可靠连接，要求接地电阻＜4Ω；为消除与大楼接地的耦合以及与其他接地的耦合，IT设备直流工作接地一般单独连接，要求接地电阻＜1Ω；交流工作接地随电源引入，不再重复接地。

辅助插座：为方便机房清洁及应急维护，应在机房墙面安装一定数量的市电辅助插座。

柜内连接：柜内电源分配是整个供配电系统的最后一个环节，却经常被大多数业主忽视。机房供配电系统是一个完整的链条，系统整体可靠性取决于最薄弱的一环，因此柜内连接应该采用高可靠性的专用电源分配单元（PDU），输入采用IEC 60309工业连接器，输出采用插接更牢固的IEC 320 C13或C19插座，PDU上不宜设置开关。

智能配电管理：机房建成投入使用后，随着时间推移各个机柜中的服务器不断增加或搬迁，一段时间之后每个机柜的功率无从知晓，在柜内增加新服务器时或许就会超过配电线路负载使空开跳闸，导致整个机柜断电造成严重损失。因此实时检测每个机柜配电回路的开关状态、电流大小等参数尤其重要。机房设计时应充分考虑智能配电管理，将其纳入机房集中监控系统，可对风险做出预警。

3.6 空调设计

数据中心的空调设计主要涉及机房专用空调的制冷量、送风量、加湿量、新风量。

机房新风按照维持机房正压效果所需新风量计算，风量太小不足以维持正压，风量太大会增加机房专用空调负荷。

机房专用空调位置应根据机房气流组织布局；空调型号选择应根据冷量匹配及风量匹配结果综合选择，制冷量根据机房热负荷计算，风量根据气流组织及机柜热密度计算，加湿量根据新风量计算。

3.7 消防设计

数据中心机房消防设计主要有火灾自动探测报警、柜式或管网气体灭火、细水雾灭火系统等。

机房应建设火灾自动探测报警系统和自动灭火系统，灭火系统宜采用气体灭火或超细水雾灭火，禁止使用水喷淋系统。灭火系统可根据防护区面积、空间选择预制灭火系统或管网灭火系统。消防系统应与供电系统、新风系统、门禁系统联动，在火灾发生时切断电源，关闭防火阀，联动门禁处于开门状态。

3.8 综合布线

数据中心机房的综合布线设计主要是涉及铜缆、光纤、智能配线架等。

现代IT应用中，服务器离开网络其计算将毫无用处，机房建设应为每个服务器机柜建设综合布线系统。设计时可根据设备部署方案计算每个机柜的信息点数量，充分考虑服务器电口、光口、KVM远程管控端口的需要，布设铜缆网络和光缆网络，采用机架式模块化配线架敷设信息点。大中型数据中心IT设备数量众多，在投资允许情况下宜优先考虑使用智能配线架，提高管理维护性能。

3.9 集中监控

数据中心的集中监控系统主要包含配电、空调、UPS、油机、新风、温度、湿度、压差、漏水、入侵探测报警、视频监控、门禁管理。

机房应建设集中监控系统、实时监控动力设备（油机、UPS、空调、新风机、配电柜等）、机房环境状况（温度、湿度、压差、漏水、电力等），建设安防系统监控关键区域视频图像、闯入报警等，建设门禁系统管理机房人员进出。

3.10 运维管理

数据中心的运维管理主要包括网络管理、服务器管理、软件平台、KVM切换。

为提高机房运维管理效率，减少直接进入核心区域的次数以保证机房的洁净，宜建设IT设备远程控管系统。机房日常的网络、服务器、软件平台管理、升级、维护可以采取专业外包方式运作，降低自身的运维成本。

4 指挥中心机房的设计

指挥中心机房的设计宗旨是“以人为本”，除指挥调度系统本身的可靠性外，重点结合人体工程学，考虑人员值班、观看显示屏幕、操作控制、会议讨论的方便舒适性。

4.1 机房选址

指挥中心属于机关、企业的核心设施之一，一般建在机关、企业所在的大楼中。指挥中心机房主要安装显示设备、会议设备，用于值班人员办公及应急指挥调度，着重考虑的是层高和空间布局，承重要求不大。指挥中心高度、面积应根据显示屏幕尺寸确定，对显示屏幕要求大的指挥中心，对高度及面积均有较高的需求，大跨度的钢结构建筑最为理想。

4.2 机房布局

区域划分：指挥中心通常划分为指挥大厅、决策室、后台支持机房。指挥大厅安装显示系统、操作控制系统，为值班人员提供实时数据、图像、告警信息，以便其及时采取相应措施；决策室用于应急指挥时讨论决策；后台支持机房安装网络接入设备、图像数据处理设备、控制设备、存储设备等支持指挥中心运行的IT设备，以数据中心机房标准建设。

设备布置：指挥中心主要安装大屏显示设备及操作控制台。显示屏一般采用背投幕或液晶拼接屏，直线型安装或弧形安装；操作控制台可分排或弧形安装。

照明：指挥中心净高一般在4m以上，有的甚至高达7m，此时使用普通格栅灯盘很难达到500lx照度，建议使用大功率筒灯，既满足照度要求又可以忽略眩光。另外在显示大屏幕后方的墙上应安装灯具解决维修照明问题。

4.3 装饰设计

指挥中心装饰工艺要求与数据中心一样也具有“八防”需求，另外指挥中心的装饰用材力求大气、色调舒适，适合长期有人值守工作的需要。宜在决策室与指挥大厅之间采用通透的玻璃隔断，并将决策室地板加高便于决策者观看大屏幕。

4.4 配电设计

指挥中心电气系统应采用A类标准，对电源供应的不间断性要求极高，应配备双电源供电和2N系统的UPS配电。其防雷系统、接地系统与数据中心类似，终端配电稍有不同，因显示设备建成后基本不做增减、迁移。

4.5 空调设计

指挥中心设备数量、功率均较小，空调侧重于人员使用，因此在设计时以舒适性空调为主。设备制冷可采用在指挥大厅显示设备后部的天花内安装管道式空调，在显示设备正上方的天花上开出带状格栅风口，向下垂直送风以中和、冷却显示设备排出的热风的方式。人员制冷可以依靠中央空调，采用吸顶式舒适空调做应急备份，在决策室安装柜式舒适性空调。

因长期有人值守，指挥中心的新风系统是关键系统之一。新风系统宜采用换气式系统，新风量按照每人每小时40m3计算，新风口、排风口应合理分散布置，不应直接朝向维护人员。

4.6 消防设计

指挥中心同数据中心一样，应建立火灾自动探测报警系统和灭火系统。但是由于其容积巨大和24小时有人值守等原因，采用气体灭火或超细水雾灭火都有一定局限性。一是投资较高、灭火成本高；二是有人24小时值守不会听任火势蔓延，势必在刚起火阶段就将其扑灭。综合考虑，宜使用手推式干冰灭火系统。指挥中心内几乎遍布电气设备，不允许使用水喷淋灭火系统。

4.7 综合布线

指挥中心的综合布线除各操作台、显示屏的网络布线外，还有显示屏的VGA信号点布线、RGB信号点布线、控制信号布线、音频布线。指挥中心通常有大量的音视频信号输入，采用矩阵、边缘融合器、画面分割器等处理切换之后输出至显示屏和音响，通过中控系统、KVM系统进行控制，各种信息点的分布、连接形式远比数据中心复杂，应科学合理地规划弱电线缆走线路由，避免未来影响显示屏的维护。

4.8 显示上墙

指挥中心显示系统经常采用背投幕（边缘融合）、超窄边液晶拼接、电视墙等方式组合为大屏幕，并利用图像处理技术将画面进行融合或分割，结合中控系统的预制编程，以便进行多种快捷灵活的组合显示，播放相关的视频、流程控制图像等信息。

4.9 决策指挥

决策室宜建设视频会议系统，方便远程进行会议；建设一套投影系统共享指挥大厅大屏显示画面，方便决策者第一时间了解现场情况和决策执行情况。

5 结束语

数据中心与指挥中心往往是一个机房工程的两个不同部分，互为补充，但是考虑重点不同，在以数据中心或指挥中心为主要部分的电子信息机房工程设计中要区别对待，要考虑投资合理，标准定位要求应适可而止。在实际机房工程设计中还应重点考虑绿色环保和节约能源的问题。参考文献

1《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174-2008）.中华人民共和国工业和信息化部

2《电子信息系统机房施工及验收规范》（GB 50462-2008）.中华人民共和国工业和信息化部

3 张成泉等.机房工程.北京：中国电力出版社，2007