高校图书馆数据中心机房建设研究
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作者:魏冠华 张瑜
摘 要：高校图书馆数据中心机房是图书馆信息化的核心承载地，它的建设涉及机房设备布局、空气调节、环境监测、消防安全、建筑装修等多个方面。本文结合最新发布的相关国家标准和实际建设经验，对数据中心机房建设的各个环节进行了较为深入的研究探讨，以期为当前高校图书馆数据中心机房建设提供一定的帮助。
关键词：高校图书馆 数据中心建设 中心机房建设
中图分类号：TP308;G250.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0201-03
在信息时代，高校图书馆随科技进步而不断发展，逐渐向资源的数字化和服务的自动化、智能化方向发展，开馆所需的电子设备、软件系统的数量和种类由此达到了前所未有的规模。仅以图书馆门户为例，许多高校图书馆已至少具备了PC端的图书馆网站、移动端的移动图书馆APP以及微信端的公众号等三种以上门户终端[1]。在此背景下，高校图书馆的正常开办已离不开后端的服务器、存储及网络资源做基础支撑。而作为服务器、存储及核心网络设备的承载地——数据中心机房，其建设的必要性及重要性日益凸显。
数据中心机房的建设是一项复杂的工作，因此需要做好各项工作并逐步实施，主要包括明确建设目标、制定规划设计、做好施工及验收等步骤。
1 明确建设目标
高校图书馆要结合本校及本馆情况确定数据中心机房的建设目标。在此之前需要综合考虑几个客观因素。
一是要明确建设数据中心机房的目的。当前，高校图书馆建设数据中心机房的目的可大致划分为三个方面：第一，满足数字图书馆及自动化办馆的基本需要，如满足读者访问各类镜像数据库、系统平台以及使用各类自助设备等;第二，满足图书馆建设特色馆藏、开展特色服务的需要，如建设特色数据库、开设研讨室等;第三，满足图书馆资源及服务的未来拓展需要，如图书馆与人工智能、5G、物联网等新兴技术的结合应用。建设者要根据自身情况，明确本馆的建设目的，从而确定机房建设级别和所需主要设备。
二是要深入了解上级政策制度。与公共图书馆相比，高校图书馆的一个显著特点是作为高校的一个部门机构而存在，因此它的各项建设首先要符合本校的客观条件、遵循本校的政策制度。例如有些高校已建有私有云或者购买了公有云，图书馆在使用计算或存储资源时只需要向学校申请即可，因此它们大规模建设数据中心机房的必要性就较小。又如，有些地方的财政政策或信息化政策更倾向于使用云计算，而不是新建数据中心机房、增购服务器及存储，所以这些政策需要提前了解清楚，避免走弯路。
三是要充分考虑建设条件。例如，新建数据中心机房需要考虑空间场地等条件，选址必须符合基本的建设要求。又如，建设机房的财务预算要提前做好，服务器、存储等设备的价格往往比较昂贵，需要结合实际情况确定预算金额并获得批准。再如，机房建成后的管理维护也需要提前考虑。由于机房日常管理维护需要充足的人力及技术支持，因此图书馆应在建设前就要做好相应的准备工作。
最后，结合上述因素，最终明确数据中心机房的功能定位、建设规模等建设目标。
2 制订规划设计
在明确建设目标后，需要围绕目标制订数据中心机房的总体规划设计，然后根据总体规划设计做出后续的详细设计。对于数据中心机房的设计，应主要参照我国住建部2017年发布的国家标准——《数据中心设计规范》GB 50174-2017（以下称《设计规范》）进行设计。
2.1 确定数据中心机房的建设级别和性能
按照《设计规范》的分级标准，数据中心可分为A、B、C三级，其划分依据由数据中心的使用性质以及出现网络或数据故障时造成的损失或影响而定。由于各个高校图书馆的用户群体相比银行、电力、通信等部门而言要少很多，其故障造成的损失及影响也小很多，因此，按照分级标准，高校图书馆数据中心机房的级别一般为B级或C级，有条件的应按照B级标准建设。
B级机房应具备较好的性能，其基础设施应按冗余要求配置，以保证系统运行不因设备故障而中断。因此，若考虑参照B级机房设计，其供电线路的冗余、精密空调的冗余、消防设施的冗余等都要达到B级机房的设计规范要求。
2.2 做好选址及设备布局
2.2.1 选址
高校图书馆的机房一般建在学校里面，其中大多数建在图书馆馆舍内部。学校在选址时一般会避开环境较差的区域，如机场附近、铁路沿线、洪涝区域等。因此，其外部环境一般相对较好，受到的干扰也较小。所以需重点关注它在楼宇内部的外围环境，主要包括以下几点：一是要避免外围环境对机房的潜在威胁，如强电磁干扰、水患、雷电、粉尘等;二是要充分考虑机房内各类设备的安装布局条件，如空调室外机的安装位置，UPS电池柜、服務器机柜等重物所在位置的楼板荷载等;三是应详尽考虑各类管线的敷设条件，如电源、网络、给排水等管线的敷设等。另外，还要考虑选址的安全性、经济性等方面。最终经过综合各方面因素得出最佳选址位置。
2.2.2 设备布局
数据中心机房的设备布局应由所运行系统的主要特点和主要设备的具体要求决定。例如，若系统运行要求有容错备份，那么容错备份所需设备应该布置在单独的物理隔间里面且其所用的管线应单独敷设。又如，机柜是机房里面的必备设备，它的布局需要考虑的因素较多，像机柜与机柜之间的相对位置、机柜与墙之间的距离、机柜与通道之间的关系等应按照《设计规范》的具体要求进行设计。再如，空气调节系统中的室内机、室外机、环境监测点等的布置除考虑选址的客观条件外，还需要根据自身的具体要求布置。不同的高校图书馆应根据自身的条件和需要设计不同的设备布局，并形成不同的功能区。需要注意的是，在考虑各个功能分区的同时，一般应预留未来发展的可扩展区域。 2.3 环境要求
数据中心机房的环境应该适合主要设备的正常运转和机房工作人员的正常工作，需要考虑的主要环境因素包括温度、湿度、空气质量、噪声、电磁干扰等。《设计规范》对机房的温度（包括露点温度）、湿度的要求有一定的限定范围，不同的机房应该根据自身的主要设备要求统筹考虑具体的温湿度。一般而言，机房的开机温度、湿度应该保证相对稳定，需通过精密空调调节。从实践经验来看，多数设备正常运行所要求的适宜温度一般保持在22℃，要求的适宜湿度一般保持在55%±5%，最低一般不低于20%、最高一般不高于80%[2]。空气质量主要考虑两个方面，一是空气中的粒子浓度，其标准可参照《设计规范》;二是空气有害物质浓度，其标准可参照《室内空气质量标准》GB/T 18883。对机房的噪声的考虑主要集中在对周边工作人员正常工作的影响，如果机房周边有长期固定工作位置，如总控中心内的工作位或周边的办公室工位，则按照《设计规范》的要求此类位置的噪声值应小于60dB（A），如果超过此标准，则需要采取降低噪音的措施。
2.4 空气调节
由于服务器、存储、核心交换机等主要设备散热量较大且需要稳定的温湿度环境，为此，数据中心机房一般需要专用的精密空调做空气调节，以保证其环境温度、湿度、空气质量符合系统设备正常运转要求。在选定设备前，需要预先估算整个机房内部的冷负荷、热负荷以及湿负荷，包括夏季各设备的散热散湿、新风系统带来的散热散湿、人员活动造成的散热散湿，冬季低温干燥气候对室内环境的影响等等。在选定设备时，首先要考虑气流组织形式，即空调送风和回风的空气流向设计。气流组织形式的确定则首先要看主要设备的冷却方式要求，然后看设备布局、散热量等其他因素。目前主要有下送上回、上送上回（或侧回）、侧送侧回三种气流组织形式。虽然高校中心机房多数已经实现无人值守，但由于机房内设备较为集中且种类较多，因此在出现问题时很可能需要工作人员实地维护，所以在设备冷却方式允许的情况下，宜采用下送上回的方式从而减少送风气流对人直吹。在选定气流组织形式后还要考虑空调其他功能的选定。机房应设置新风系统，为室内工作人员提供新风并维持室内正压。对于冬季较为寒冷的北方地区，空调应具备较好的加湿能力。由于加湿功能需要使用软化水，所以除保证安全供水外，还需设置软化水装置。对于空气质量较差的地区，应选定空气过滤功效强的空调，必要时，可使用专用的空气净化装置或在新风系统中设计空气过滤装置。对于空气质量好的地区，可考虑使用全新风空调系统。对于配备环境监控系统的机房，空调还需具备与系统通信的接口。除考虑上述因素外，还要综合考虑空调的可靠性、经济性、节能环保等因素。
2.5 电气设计
数据中心机房的电气设计主要考虑设备供配电、照明和电气安全。
首先，数据中心机房的供配电对于维持系统运转非常重要。机房供电要求具体可参照《设计规范》设计。其中需要注意以下几点，一是中心机房供电一般应采用双重电源供电，且二者之间能够自动切换，如果受条件所限只有一路电源供电，那么应有柴油发电机做备用电源。二是为保证业务尽量不中断，对于业务系统设备的供电应采用不间断电源系统供电，且确保空调与业务系统设备的不间断电源保持相互独立。按《设计规范》的要求，不间断电源的基本容量应超过供电设备总负荷的20%以上，以保证有足够的电量。三是供电电压、电流必须达到安全供电标准，保证连续、稳定供电[3]。
第二，数据中心机房的照明也应符合《设计规范》的具体要求，包括照度、位置、管线敷设等。需要注意的是为便于远程监控，机房内部的照明应保证24小时运转，因此需要考虑设置备用照明。另外，应急疏散照明也应按要求规范设计。
第三，数据中心机房的电气设计还要考虑静电防护和防雷接地。静电防护设计应符合《电子工程防静电设计规范》GB 50611的规定，主要考虑静电泄放措施、接地、铺设防静电地板等。防雷接地设计应符合《建筑物防雷设计规范》GB 50057和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343的相关规定。特别注意的是，为保证电气安全，《设计规范》强制要求机房内“所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构必须进行等电位联结并接地”，这一点一定要严格遵守。
2.6 网络与综合布线
数据中心机房的网络系统包括接入的互联网络、前端网络、后端网络和运管网络等[4]，其设计需要根据客观情况和业务需求而定。客观情况包括学校的相关制度、学校的网络配置状况、机房内外部环境等。业务需求包括链路冗余要求、主要业务设备架构、未来业务拓展等。根据网络架构的不同，机房内部需要设置不同的配线区，包括主配线区、水平配线区、设备配线区等。机房的综合布线对线缆的类型、规格、连接、敷设等方面有详细的要求，具体可参照《设计规范》。由于机房内部各类线缆繁多，因此一方面要对各条网络线缆的两端及相应的配线架或信息插座上用清晰耐久的标签标示，另一方面要采取措施盡力避免网络线缆受电力线缆的电磁干扰。
2.7 智能化系统设计
随着信息技术的发展，机房设施的管理日趋自动化、智能化，逐渐出现了环境监测和设备监控系统、安全防范系统、智能布线系统等智能化系统。环境监测和设备监控系统主要对各环境参数、各主要设备状态进行实时监测监控，并对问题事件进行报警、记录，包括温湿度过高或过低、漏水监测、UPS供电异常、空调宕机等各类问题。安全防范系统主要实施对机房门禁的监视、控制、报警，可对机房进行实时视频监控、对人员出入机房进行控制、对非法侵入进行报警等。智能布线系统可实时监控布线系统各条线路状态和网络连接设备状态，并对故障进行报警和记录。这些系统的使用提升了机房管理的效率、节省了不少人力，已成为中心机房建设中必不可少的一部分。对智能化系统的设计，需根据图书馆自身的条件和实际需求，并遵循《设计规范》的要求进行设计。 2.8 消防安全设计
数据中心机房的消防安全非常重要，关系到人身安全和财产安全。因此，在设计消防安全时，应该从防火、火灾报警、人员疏散、灭火、安全措施等多个方面考虑，并遵循国家相关标准。需要注意的有以下几点：一是由于中心机房内部设备基本都是电子设备，因此其灭火系统最好采用气体灭火系统，这样能尽可能地减少火灾对设备和数据的损害。二是中心机房的耐火等级不应低于二级[4]，其主体建筑各部分用材的耐火性能要符合相关标准。三是考虑对人身安全的保护，采用气体灭火的机房必须配备专用空气呼吸器或氧气呼吸器[4]。
2.9 建筑结构与装修
数据中心机房的建筑和结构设计应根据机房的等级，参照《设计规范》执行。一般而言，对于新建建筑內建设的中心机房，其建筑净高、抗震级别、围护结构、人流物流出入通道宽度等多数都符合《设计规范》要求。需要注意的是，主机房的上方最好为非用水区域，以防止漏水发生;主机房最好不要有外窗，以避免外界温湿度环境对内部的影响;主机房不宜设在地下室等低洼区域或建筑顶层[5]，以防止水患、避免潮湿环境。
数据中心机房的装修也很重要。主要考虑材料的环保、防火、不起尘、气密性好等方面，以及其顶棚、墙面、地板的相关设计。其中地板的设计较为复杂。以铺设防静电活动地板为例，其高度不能随意设计，需由其下面的管线敷设和空调送风要求确定，否则可能造成设备的不正常运转。又以排水管道的设计为例，当机房有加湿器、喷水灭火设施等用水设施时，需要设计给排水系统。其中排水管道最好暗敷在地板之下，并采取防漏、防结露措施。
3 施工与验收
按照现有的政策制度，高校图书馆数据中心机房的建设施工一般需要通过招标形式选取施工方。在此过程中，应注意尽量选有较好资质的系统集成商来进行施工。在施工前，设计方和施工方应该做好充分的交流沟通，使得施工方充分了解设计意图。另外，在施工的同时，最好配备相应的施工监理配合图书馆项目负责人对施工质量全程把控，尤其是对复杂部位、隐蔽部位的监督。对于图书馆项目负责人而言，要持续跟进整个项目的全部流程，需要注意时间进度的控制、工程质量的控制和其他协调工作。施工过程中，除了注重质量和时间进度以外，还要注意施工安全。
施工完成后，需要对施工项目进行调试。调试前，需要制订详细的方案，包括明确目标、条件准备、职责划分、制订调试步骤及应急预案等。调试人员应严格按照调试计划进行调试，并做好相应的记录。对于调试过程中发现的问题，应该根据应达到的目标予以纠正，直至调试完成。
调试完成后，要按照设计目标、施工质量要求对项目各个部分的性能、质量等指标进行逐条验收。验收合格后，机房才能交付试运行。
4 结语
综上所述，高校图书馆数据中心机房建设是一项较为复杂的任务，需要图书馆的该项目建设者们在前期准备、设计、施工等各个环节做大量的工作。其中，设计环节是建设的重点环节，需要按照本馆实际和相关标准进行规划。而施工环节同样需要认真把控，以保证施工质量并验收合格。因此，数据中心机房的建设需要图书馆的建设者们在前期做好充分的各项准备，从而顺利推动各项工作有序开展。
参考文献
[1] 张晓青.国内图书馆移动服务存在的问题及对策——基于“985”高校图书馆移动服务平台的调查分析[J].情报理论与实践，2018，41（11）：73-78.
[2] 王达光，甘井中，莫礼健，等.高校网络中心机房建设研究[J].中国现代教育装备，2009（1）：16-18.
[3] 范玉林.浅析数据中心机房安全建设与规划管理[J].信息通信，2017（5）：135-136.
[4] GB50174-2017，《数据中心设计规范》[S].
[5] GB/T22239-2019，《信息安全技术信息网络安全等级保护基本要求》[S].
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