中小学网络中心机房建设实例

摘 要:本文通过我校校园网中心机房升级改造实例,介绍中小学中心机房建设的规范和要求,探索适合于中小学的投资少、安全可靠的网络中心机房建设方案,介绍了笔者在方案设计、施工监理、机房运行过程中的心得。

关键词:网络中心机房;设计规范;工程要求

中图分类号: G482 文献标识码:B 文章编号:1673-8454(2009)18-0073-05

引言

目前,校园网已经被列为学校的基础设施,可有些校园网建设比较早的学校,由于当时条件所限,网络中心机房简陋、不规范,特别是在安全性和可靠性方面都没有得到足够重视。有些新建的学校,或扩建中的中小学,也都在考虑建设规范的中心机房,如果有一个适合于中小学机房建设的案例或方案来参考,可以使这项工作做得更加周密和合理。我校于2007年底对原有的网络中心机房进行升级改造,当时就苦于没有一个适合于中小学网络中心机房的设计方案来进行政府采购的招投标,笔者只好多方参考,写了方案,顺利完成招投标和施工工作。新机房运行一年多,对方案的设计和工程施工颇有些心得。以下根据当时的方案做了些修改,写出来与同行交流。参考依据主要是一些与机房建设相关的国家标准。

一、中小学网络中心机房设计的基本要求

中小学中心机房虽然不是什么高科技单位或营业性机构的大规模机房,也不一定按A级机房的标准要求,但麻雀虽小,五脏俱全,设计方案时还是要从以下几个方面来要求。

1.安全可靠

机房处于长时间连续运行状态,设备运行的安全十分重要。要采用质地优良的材料、性能优越的设备及规范的施工工艺技术,保证各个环节都安全可靠,特别注意强电系统的施工细节,不要留下任何隐患。资金再紧也不能挤掉机房消防的预算,因为中小学机房大都是无人值守的,根据笔者调查,许多中小学机房都没有消防系统,其实这是一个大的隐患,机房消防系统的设计要特别注意其可靠性,同时要便于日常检测。

2.符合标准

设计方案应严格按国家技术场地的有关标准设计,图纸文件规范齐全,采用国际通用的符号和标记,力求通用性、可调整性、维修便利,并且要有详细的文档资料。以下列举的是部分当前还在实行的、用于机房装修的国家有关标准规范:

(1)GB 50174-1993 《电子计算机机房设计规范》(新的国家标准《电子信息系统机房设计规范》编号为GB 50174-2008,已于2009年6月1日实施);

(2)GB/T 2887-2000 《电子计算机场地通用规范》;

(3)GB 9361-1988 《计算站场地安全要求》;

(4)QB 1838-1993 《室内装饰工程质量规范》;

(5)SJ/T 10796-2001 《防静电活动地板通用规范》;

(6)GB 50016-2006 《建筑设计防火规范》;

(7)GB 50222-1995 《建筑内部装修设计防火规范》;

(8)GA 173-2002 《计算机信息系统防雷保安器》;

(9)GB 50116-1998 《火灾自动报警系统设计规范》;

(10)GB 50054-1995 《低压配电设计规范》;

(11)GB 50052-95 《供配电系统设计规范》;

(12)GB 50169-2006 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》。

3.合理实用

设计时应根据学校的条件划分功能区间,一般要有设备间、配电间和监控工作间。应尽量满足机房各功能区布局要求,做到合理、实用。设备区按功能划分一般可分为主机区、存贮器区、数据输入区、数据输出区、通信区和监控制调度区等。要根据各功能区的要求选择不同等级的材料,在充分考虑机房系统功能完善的基础上,使其性价比达到最优。

4.便于扩充

在实际应用中,随着设备的增加,经常会出现动力配电容量不够、管线标准过低、UPS过载、设备机柜不够等现象。因此方案设计不仅要能支持现有的系统,还应在空间布局、系统供电容量、各类设备功能等方面留有充分的扩展余地,便于系统未来的扩充与升级。

二、中小学中心机房工程的内容

工程内容当然要根据学校的条件有所选取,但是在规划初期如果能够对工程内容了解得全面一些,就可以做得更加规范、合理、完整。工程内容一般包括以下项目:

(1)机房装修工程;

(2)机房供配电工程;

(3)机房综合布线;

(4)空调及新回风系统;

(5)机房消防系统;

(6)防雷接地工程;

(7)KVM系统;

(8)门禁工程;

(9)机房环境监控系统;

(10)如果是机房改造,还得有原有机房设备和线路迁移等。

三、各部分工程内容及要求

1.机房装修工程

(1)工程内容

装修工程的内容应包括:机房功能区域的布局,抗静电活动地板,吊顶,墙面与隔断,各类门窗,机房的保温、防尘、防水、防火、防电磁辐射等。

(2)工程要求

①设计原则:机房装修在满足机房设备对机房环境要求的前提下,强调规范性、标准性,注重可靠性和技术上的先进性,展现现代机房的整体效果,力求构造一个具有现代气息和特点,简洁、明快、实用的机房。

机房装饰应选用气密性好,不起尘、易清洁、变形小,具有防火、防潮性能和环保特性的材料。宜选用亚光材料,避免在机房内产生各种干扰光线。

机房综合布线要整体设计,合理规划,不要到后期才修正或增加,破坏了原先的合理布局。要尽量缩短走线,减少干扰和信号延迟,提高设备运行的可靠性。机房综合布线有一种新的思路,即不敷设抗静电地板,采用上布线的方法,也可以尝试。

空调机、UPS电源及其他易产生强磁场的设备应尽量远离网络设备和服务器等设备,以减少干扰。

②机房布局:按照机房平面布局要求,合理地布置网络设备、服务器、配线柜、空调、UPS等机房设备。配电系统应尽量靠近UPS电源,便于观察,若发现问题能迅速切断电源。

③屏蔽:按电子计算机机房设计规范要求机房内需做屏蔽处理,主机房内无线电干扰场强,在频率0.15MHZ时,不应大于126dB;主机房内磁场干扰环境场强不应大于800A/m。对机房区内的六面体要做成一个全封闭的等电位屏蔽网(笔者学校的机房墙面采用机房常用的彩钢板,达到了此目的),保证机房内外的抗干扰和防火功能。

④抗静电活动地板:整个机房区域地面均铺设高强度全钢化抗静电活动地板,活动地板铺设净空间距原地面的高度可根据学校的楼层高度考虑,宜为200～350mm。活动地板铺设前应按设计标高及地板布置严格放线, 将支撑部件调整至设计高度。活动地板下及沿墙面、柱面均作封闭防尘处理,保证机房的洁净度。

笔者体会:地板铺设过程中,现场切割的地板, 周边要采用磨片打磨光滑、无毛刺并做防锈处理(这对机房管理员今后的工作是有好处的,免得被划伤或产生不必要的麻烦)。地板下地面也要做好洁净处理,施工过程要注意随时清理,保证机房的洁净度。

最好选用高强度的无边地板,这样使得机房地面结实、美观,不起边,许多到我校机房参观的同行对此很有好感。

⑤吊顶:吊顶材料则应满足吸音、防火、防尘、防潮等要求。吊顶上部的原顶面、梁、墙面、柱面等均刷二度封闭漆作防尘处理,保证机房的洁净度。吊顶吊铺时应要求板面起拱度准确,表面平整,接缝接口严密,板缝顺直,阴阳角收边方正。

⑥墙面与隔断:机房所有玻璃隔断采用防火钢化玻璃(厚度≥12mm,根据面积和防火气体压力计算),其所能承受的压力、压强要能满足消防系统的要求。隔断用亚光不锈钢包框,四周墙面采用彩钢板装饰。为了机房及设备运行的安全,机房与外界连接的管线槽口处均得采用专用防火泥封堵,这样既符合消防技术规范要求,又防止虫、鼠等进入机房。

机房墙面材料推荐用彩钢板,该种材料两面是0.5mm烤漆钢板,中间夹50mm的岩棉。彩钢板具有防火、保温、隔音、屏蔽、抗静电等作用,且表面平整,气密性好,易清洁,不起尘,不变形,单板面积大,整洁美观。笔者发现在施工时,彩钢板上下边沿和锯口处必须要用铝槽将其封闭,不然夹层的岩棉纤维容易起尘影响机房的洁净度。

⑦门窗:门窗应符合甲级防火防盗要求,机房内门用亚光不锈钢包框玻璃门,保证机房的安全、通透、明亮的效果。机房的门应保证大设备能够进出,设备间要全封闭。

这点笔者深有体会,我校改造好的机房运行一年多,全封闭的设备间内至今还没有灰尘,设备故障率自然就低了,这当然与机房六面体所采用的洁净材料也是有关的。

机房出口应设置向疏散方向开启且能自动关闭的门,应保证在任何情况下都能从机房内打开,如果发生消防警报,一般要求工作人员在几十秒内疏散出来。

⑧机房保温:由于机房需要用空调来保持恒温,为防止凝露、节约能源和减少空调日后的运行费用,宜采取保温措施来控制平面、立面隔热及热量的散失,要在楼层地面铺设防水防火的隔热材料,以此来提高楼面的隔热保温和防止凝露的功能。施工时地面做洁净处理,所用材料及工艺处理要符合国家环保要求。

2.机房供配电工程

(1)工程内容

机房供配电工程包括:机房动力配电系统,机房UPS电源配电系统,机房照明及应急照明系统,机房强弱电防雷接地及静电泄漏母排,配电柜、配电箱的选型和安装,各类用电设备安装。

(2)工程要求

①配电系统:配电系统采用三相五线/单相三线、TN-S系统。通过学校总配电室给中心机房用电专供低压电源,也就是市电二级负载供电,设置独立的配电系统,在机房配置市电配电柜和UPS分配柜。市电配电柜用作机房市电配电、UPS的输入配电;UPS分配柜为设备机柜供电。所用配电柜、配电箱要求采用质量好,可靠品牌的产品。所有配电柜内应装置各级电源防雷器,并具有过流、短路等保护功能,配有独立的零、地汇流排。柜面有仪表显示电流、电压、频率等参数。柜内的主空气开关带有分励脱扣装置和消防联动磁砺脱扣,发生事故时,按下按钮可迅速切断机房内全部电源,保证机房安全。要配置智能电力监测仪,该监测仪可以通过机房监控系统,实时对配电系统进行监控、报警和自动保护。

各配电柜均设有N、PE汇流排,所有空气开关连接均用铜排。配电柜输入端要安装三相电源防雷装置,防止雷击产生的瞬态浪涌电流。所有配电线路应全部采用钢管敷设。

②机房UPS电源配电系统:采用在线式UPS,连接单独的电池组,功率和延迟方案应留有余地。UPS电源布线采用放射式配电方式配至各用电设备,像我校的10个机柜分别用10条专用屏蔽电力电缆沿地板下的金属线槽敷设到位。在UPS分配柜中可给每个机柜提供一个单独的空气开关,方便管理。

如果配备了高档的设备机柜,应该有规范的电源插座,如果没有的话可以给每个机柜配置单独的电源转换单元(即PDU),该种设备具有滤波、防电涌、过载保护、负载显示等功能。要定制用槽钢材料焊接的结实底座,将UPS电池柜直接固定于地面。

③机房照明及应急照明系统:机房照明系统应该是一个独立的系统,与大楼的照明系统分开,由机房内的动力配电柜供电,机房照度大于300Lx。照明灯具采用全不锈钢灯架电子整流装置。照明、配电线路应全部穿钢管沿吊顶内暗敷。应配有机房事故照明,平时用市电供电,市电断电时,自动切换UPS供电做事故照明,线路单独敷设。

3.机房综合布线

(1)机房内机柜间布线系统

选用六类非屏蔽双绞线,缆线两端应贴有标签及号码签,字体清晰,两端号码必须正确。标签应选用不易损坏的材料,配线架上需贴有标签。

(2)管道布线系统

直线布管每30m处应设置过线盒装置;暗管的转弯角度应大于90度,在路径上每根暗管的转弯角度不多于两个,并不应有S弯出现,有弯头的管段长度超过20m时,应设置管线过线盒装置;在有两个弯时,不超过15m应设置过线盒。

线管管口应光滑,并加有护口保护,不要有毛刺或锋利的切口,护口保护配件要满足防火标准,管口伸出长度宜为2~5mm,或采用螺接入箱盒盘。

笔者体会,在施工过程中一些管口的护口保护常常被施工人员忽略,管线的敷设过程容易被施工人员偷工减料,应严格要求,认真检查,不要留下隐患。

桥架及线槽的安装应符合规范要求,桥架截断处及两线槽拼接处应平滑、无毛刺,吊架和支架安装应保持垂直、整齐牢固、无歪斜现象,桥架及线槽节与节间应安装牢固,并采用BVR16 mm铜塑线连接。

(3)管道接地处理

桥架接地方法,应用不小于BVR16 mm的铜塑线与接地系统连接,各机柜桥架采用BVR16 mm的铜塑线连接接地系统,桥架、机柜、设备、配线架及前端模块都须有良好的电气连接,接地电阻≤1Ω。

(4)布线系统调试

严禁不测试检查立即上电。各设备、点位测试检查无误完毕后,对各设备点位逐一通电实验,注意电源插座的零、地线是否有错。通电实验后,方可进行系统测试,并做好记录。

4.空调及新回风系统

根据学校用电条件和经费预算,机房的空调系统可选用下送风上回风的精密空调机组,也可以选用加配有停电补偿电路的普通三相空调。停电补偿电路的作用是,如遇停电,在无人值守的情况下,来电时能够自动启动。如果原先普通空调没有停电补偿功能,也可以经过很简单的线路改造,增加一个停电补偿模块来达到同样的功能。空调的制冷能力应留有15%～20%的余量。笔者管理的机房设备间就是用了两架普通三相5P空调,互为备份,这样的配置投资小、节能、工程简单,笔者认为还是比较适合于中小学机房的。而且现在的机房监控系统,也可以通过串口,采集到普通空调的运行参数,达到实时监控、远程管理的目的。

新回风系统的设计应根据机房装修后的空间容积和进入机房人员数目进行选型和设计,选用有热交换功能的新风机。这种新风机可以在新旧风交换处进行热交换,节省能源。

5.机房消防系统

可以采用半固定式。半固定式不必布设铜管网,工程量要少得多。根据设备间的空间大小选择气瓶容量,不同的气瓶容量价格自然不一样,因此设备间并不是越大越好,太大的机房空间,其空调制冷量和消防气瓶的容量就要越大,投资也就越大。

比如我校机房所用的消防系统设备包括:半固定装置和七氟丙烷药剂、单区控制器、离子烟感探测器、定温温感探测器、喷药指示门灯、声光报警器、紧急启停按钮等。

6.防雷接地工程

(1)工程内容

包括三级防雷保护、机房强弱电防雷接地及静电泄漏母排。

(2)工程要求

机房内接地要求采用“M”型铜带接地网,要有可靠的接地和等电位连接。按国家标准将机房内绝缘体的静电电位控制在不大于1KV,接地电阻不大于1Ω,零地电位差≤1V。

7.KVM系统

KVM是键盘(Keyboard)显示器(Video)鼠标(Mouse)的缩写,正式的名称为多计算机切换器。KVM能够实现用一套键盘、显示器、鼠标来控制多台设备。完整的KVM解决方案甚至可以让多个用户在任何地点任何时间访问大量的服务器和其他设备。KVM常被视为可有可无的设备,其实使用起来是很方便的,它可以提高系统管理员的工作效率,节约机房面积,降低成本, 管理员不必进入封闭的设备间,在监控工作间就可以监管和操作所有的服务器等设备,营造健康环保的工作场所。

KVM可分为模拟式和数字式两大类。其中模拟式KVM支援即插即用功能,将一条KVM延长线布置到监控工作间的工作台,连接键盘、显示器和鼠标即可工作,完全不需要安装任何软件或驱动程式,所以具有布置方便、设定简单、成本较低的特点,比较适合中小学机房使用。

(1)工程内容

包括KVM控制台的设计与布置、KVM切换器的选型。

(2)工程要求

可以采用模拟或数字方式配置,在机房布线时就要合理规划。其实不一定配置昂贵的KVM控制台,笔者管理的机房就配置了一组KVM切换器加一套普通的PC机显示器、键盘和鼠标,组成KVM系统,运行一年多从没出过故障。

8.门禁工程

(1)工程内容

有机房主出入口及重要功能间的门禁系统布置、保安监控系统。

(2)工程要求

①门禁系统:为了确保机房安全,最好在机房各入口处及监控室入口处的门上装有指纹门禁装置。采用RS232/485接口、TCP/IP协议。采用查询方式轮流读取各个磁卡锁上的出入门记录并保存这些记录,这样可对机房内发生的问题提供查找依据。

②保安监控系统:机房需安装有红外灯的彩色摄像机,系统通过屏幕动画侦测功能对机算机房及各个大门口进行布防,一旦有人或移动物体侵入,系统会发生报警,并启动相应摄像机进行摄像存档。

9.机房环境监控及报警系统

笔者认为这部分工程的投资不大却非常有用,要尽可能安排。配置此系统后,如果受监控的各个部分指标超过警戒参数或出现故障,系统就可以将报警信息发到管理员的手机上,可以选择短信报警或直接打电话语音报警。笔者所在学校的机房运行一年多主要就是靠此报警系统实时获得机房的故障信息,并得以及时排除的。

(1)工程内容

本工程主要目的是对机房中的市电配电系统、UPS电源、空调及温湿度、漏水检测系统、门禁保安等系统进行全天候24小时监控。

报警系统的主要设备包括:集中管理控制主机、多设备驱动板,电话语音系统、模块柜、本地站软件平台、远程客户端软件平台,自动电话或短讯报警模块。

(2)工程要求

①机房环境技术指标:中心机房内的设备都是高精密的电子设备,对机房环境有严格的要求,其中最重要的是温湿度和洁净度。

②温度、湿度:温度要求为18℃～24℃,相对湿度要求为45%～65%,主机房温湿度的变化不可过于剧烈。

我校的机房温湿度监控设备有:温湿度检测仪、工业电源、软件控制模块,检测6个点的温湿度参数,图1为软件界面。

③洁净度:静态测试,机房内洁净度为30万级～50万级,机房内的空气含尘度,每升空气中大于或等于0.5uM尘粒数少于10000粒。

设备间应设计成封闭式,并且其六面体使用不起尘的装修材料,这样可以达到洁净度的要求。

④漏水监控:主要是监测空调四周的漏水情况,由于机房装有空调,此项检测必不可少,发生漏水事故时可以及时报警。

设备包括:漏水绳、漏水检测仪、工业电源、信号采集模块、软件控制模块。

⑤配电系统监控:可以对机房市电配电系统、UPS不间断电源的运行进行监控。因此在设计动力配电柜时就要加配智能电力监测仪,UPS本身有监控串口。

工程设备有智能电力监测仪、信号采集模块、软件控制模块、UPS软件接口、协议转换模块、工业电源等。

⑥保安监控包括:门禁系统和数码摄像监视系统。

四、结束语

中小学中心机房的建设主要受到投资预算的限制,但是在预算申请阶段如果对中心机房的设计规范和技术要求有比较全面的了解,在项目规划时能提出有理有据的申请理由,能拿出一个投资少、契合学校实际、合理实用的方案,对于顺利申请到项目预算无疑是有帮助的。当然确确实实打造出一个科学、规范、技术先进、安全可靠的满意机房才是网络管理人员追求的重要目标。

参考文献:

[1] GB 50174-199, 电子计算机机房设计规范[S].

[2]周学仁.学校计算机机房建设改造技术标准与管理规范实用手册[M].长春:银声音像出版社,2004.

(编辑:隗爽)

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