论文部分内容阅读
【摘要】 本文通过分析南京地铁既有控制中心弱电机房在建设中存在的问题，提出了模块化机房的解决方案，并对模块化机房建设中的各系统的设置进行了详细的阐述，并提出了一些标准化的建议，以便为南京地铁新建控制中心的弱电机房的建设提供一些理论支持，同时也为其他轨道交通工程控制中心机房的建设提供经验与借鉴。
【关键词】 模块化机房 控制中心 弱电机房
南京地铁目前共规划四个控制中心：珠江路控制中心、南京南控制中心、灵山控制中心、江北控制中心。珠江路控制中心、南京南控制中心弱电设备机房均采用传统机房建设模式，即按照单线路单专业布置机房，机柜和制冷、电源系统都完全分开，每个机房设置一套独立的辅助系统。传统机房具有机房使用率差、扩展性差、能耗高、机房运维难度大等缺点，且随着新兴城轨生产云、车辆智能运维等项目的落地，前期规划的控制中心设备用房已无法满足目前的使用需求。所以一种机房利用率高、易扩展、绿色、节能、外观性较好的新型模块化机房布局显得尤为重要。
一、工程概况
根据规划，南京地铁灵山控制中心第四至八层为线路设备层，每层规划2条线路的通信、信号、综合监控设备室及电源室。灵山控制中心一期工程设备层只实施了四、五层，六至八层为预留层。由于宁句线（S6号线）、9号线、7号线的实施及新兴城轨生产云、车辆智能运维等项目的落地，目前灵山控制中心设备用房按原有规划已无法满足使用需求，需对六至八层进行改造。灵山控制中心六层设备用房和八楼的生产云机房均采用模块化机房进行改造建设。本文以南京地铁灵山控制中心模块化机房改造项目为背景，详细介绍模块化机房在南京地铁控制中心弱电机房上的研究与应用。
二、模块化机房的构成及优点
模块化机房是一种将设备机柜、密闭通道、供配电系统、制冷系统、综合布线系统、门禁系统、火灾自动报警系统、管理子系统等集成为一体，实现各设备及子系统更好衔接的一种新型的机房布置形式。模块化机房在大型数据中心中已有相关应用。
模块化机房相较于传统机房既有以下优点：
（1）快速部署：模块化机房为标准化部件，组件可在工厂预制，并可灵活拆卸，快速组装，可在较短时间内实现高质量的标准化交付，并大幅降低建设成本。
（2）安全可靠：模块化机房采用模块化、标准化和高整合的设计方案，并配有完善的监控系统，使得整个系统稳定度高。同时，充分考虑冗余设计，保障微模块安全、可靠运行。
（3）方便扩展：模块化机房在电力供应、通信端口上预留了合理的余量，可实现灵活扩容。
（4）节省机房面积：模块化机房可以进行高密度部署，以南京地铁灵山控制中心六楼改造项目为例，模块化机房较传统机房方案节省36%机房面积。
（5）绿色节能：模块化机房采用密闭冷通道，避免了冷热气流的混合，提高制冷系统效率;密闭通道采用行间空调，近端制冷，比传统采用精密空调或者下送风方案节减少30%的能耗。若模块机房结合水冷系统、自然冷却系统，PUE可降至1.5以下，相比传统机房方案节能节能效果明显。
三、机房布置原则
机房布置是一个机房工程的基石，一个合理的平面布局设计，应充分考虑和协调了各方面的因素，在满足相关规范的前提下，尽量提高面积使用率。
灵山控制中心弱电综合机房内将供配电系统、机柜、空调、综合布线系统集成至模块内，采用密闭通道的方式，可根据机房面积灵活选择双排或单排密闭通道进行布置。UPS和蓄电池单独设置于综合电源室内。由于消防气瓶属于高压、高危物品，氣瓶不放在模块内，而是放置在专门的气瓶间内。
四、模块化机房的相关系统设置
4.1机柜系统
机柜是模块化机房的关键基础设备，为了保证到模块化机房内风格的统一性，设备机柜采用统一的颜色和统一的尺寸。为了满足大型服务器的安装需求，建议采用42U标准化机柜（600（宽）*1200（深）*2200（高）单位：mm）。
4.2密闭通道
密闭通道是将设备机柜、列头配电柜、列间空调、天窗、围板和端门等设备组成一个“密闭空间”，从而避免了冷热空气混合，降低了制冷能耗。
模块化机房的密闭通道有密闭冷通道和密闭热通道两种，冷通道两排机柜“面对面”进行布置，通道中间形成“冷通道”，外部形成“热通道”;热通道两排机柜采用“背对背”进行布置，通道中间形成“热通道”，外部形成“热通道”;由于冷通道对设备冷却效果要优于热通道，建议控制中心模块化机房采用密闭冷通道模式。密闭冷通道根据排布方式有双排密闭冷通道、单排密闭冷通道两种，具体可根据机房的面积灵活采用单、双排密闭冷通道。灵山控制中心综合弱电机房采用双排密闭冷通道和单排密闭冷通道结合的方式，其布局如下图1所示。
密闭通道天窗多采用平顶结构方案，平顶天窗由侧板、顶板、旋转天窗组成。在工作状态下天窗处于水平状态，消防状态下，电磁锁打开，旋转天窗在重力作用下自动打开，保证灭火气体进入通道[1]。
4.3供配电系统
模块化机房的供配电系统应该是一个独立的系统，通常由UPS配电系统、动力配电系统两部分组成。UPS配电系统负责向机房通信设备、服务器等设备供电。动力配电系统负责向机房空调系统（行级空调）、机房照明系统等供电。
模块化机房内UPS配电系统按照N+1模块冗余设计，将外部市电经UPS处理后，输出到密闭通道的列头配电柜，列头配电柜再输出三相电源到各个机柜PDU，各机柜内的设备从相应PDU处取电。
4.4制冷系统
模块化机房的制冷方式主要有精密空调下送风方式和列间空调送风方式两种，由于精密空调下送风方式对机房净高要求较高，且当单台机柜设备单功率较大时，容易存在局部热点，而列间空调可以缩短空调制冷路径，消除局部热点，建议模块化机房采用列间空调制冷方式。 密闭冷通道的列间空调分散布置在机柜列间，采用水平送风方式。列间空调将冷空气送到冷通道，冷空气进入机柜正面，对设备进行冷却，并随设备产生的热空气从机柜背面进入热通道，再由热通道统一向空调回风，如此反复。密闭冷通道制冷时冷、热空气流向图下图2所示。
4.5综合布线系统
模块化机房在密封冷通道的顶部设置双排走线槽，并能以机柜为单位进行扩展。走线槽分为强电槽和弱电槽，分别用于电源线和数据信号线的走线，实现强弱电分离的效果。
在每个机柜顶部中间设置走线孔，方便线缆直接连接至机柜中。在天窗的结合部设置线缆绑扎孔，方便线缆的绑扎。走线槽如图3所示。
4.6门禁系统
在弱电综合机房设置门禁系统，接入控制中心楼宇门禁系统统一管理，防止无关人员进入机房，记录维管人员进出时刻及持续时间。在每个密闭冷通道的前后门处也可以设置独立的门禁系统，防止非本专业维护人员的进入。
4.7火灾自动报警系统
在弱电综合机房内，楼宇火灾报警（FAS）专业设置温度、烟感探测器，机房采用气体灭火方式。密闭冷通道顶部安装温感、烟感探测器，与楼宇FAS系统对接。当发生火灾时，将相关报警信息传递到楼宇FAS系统。楼宇FAS系统进行判断，发送信息给密闭冷通道，并联动弱电综合机房内的气体灭火系统，冷通道接收到消防报警信号时，自重力式活动天窗自动打开，消防气体进入到冷通道内部进行灭火处理。
4.8 模块化机房管理子系统
模块化机房管理子系统是将密闭通道内的电源、温湿度、火灾报警探测器、门禁及视频等进行集中监控和并进行统一管理，包括管理服务器、交换机、数据采集器、智能温湿度传感器、高清IP摄像机、NVR、烟感探测器及温感探测器等设备。管理子系统能够监控管理平台，实现对模块化机房运维等業务的全方位、智能化管理，并效降低维管人员的工作量[2]。
五、结语
综上所述，控制中心弱电机房作为城市轨道交通弱电系统核心设备安装的场所，对整条线路的安全、稳定运行起着至关重要的作用。通过本文的研究与分析，可以看到模块化机房建设模式较传统机房建设模式优势明显，值得在轨道交通新建控制中心或者控制中心改造项目弱电机房的建设上进行推广。
参 考 文 献
[1]洪馨.热管背板空调在某数据机房的实际应用分析[J].工程建设与设计，2020（12）：58-60.
[2]张群.气流组织设计对数据机房冷却效果影响的研究[J].电信工程技术与标准化，2021（02）：16-21.
【关键词】 模块化机房 控制中心 弱电机房
南京地铁目前共规划四个控制中心：珠江路控制中心、南京南控制中心、灵山控制中心、江北控制中心。珠江路控制中心、南京南控制中心弱电设备机房均采用传统机房建设模式，即按照单线路单专业布置机房，机柜和制冷、电源系统都完全分开，每个机房设置一套独立的辅助系统。传统机房具有机房使用率差、扩展性差、能耗高、机房运维难度大等缺点，且随着新兴城轨生产云、车辆智能运维等项目的落地，前期规划的控制中心设备用房已无法满足目前的使用需求。所以一种机房利用率高、易扩展、绿色、节能、外观性较好的新型模块化机房布局显得尤为重要。
一、工程概况
根据规划，南京地铁灵山控制中心第四至八层为线路设备层，每层规划2条线路的通信、信号、综合监控设备室及电源室。灵山控制中心一期工程设备层只实施了四、五层，六至八层为预留层。由于宁句线（S6号线）、9号线、7号线的实施及新兴城轨生产云、车辆智能运维等项目的落地，目前灵山控制中心设备用房按原有规划已无法满足使用需求，需对六至八层进行改造。灵山控制中心六层设备用房和八楼的生产云机房均采用模块化机房进行改造建设。本文以南京地铁灵山控制中心模块化机房改造项目为背景，详细介绍模块化机房在南京地铁控制中心弱电机房上的研究与应用。
二、模块化机房的构成及优点
模块化机房是一种将设备机柜、密闭通道、供配电系统、制冷系统、综合布线系统、门禁系统、火灾自动报警系统、管理子系统等集成为一体，实现各设备及子系统更好衔接的一种新型的机房布置形式。模块化机房在大型数据中心中已有相关应用。
模块化机房相较于传统机房既有以下优点：
（1）快速部署：模块化机房为标准化部件，组件可在工厂预制，并可灵活拆卸，快速组装，可在较短时间内实现高质量的标准化交付，并大幅降低建设成本。
（2）安全可靠：模块化机房采用模块化、标准化和高整合的设计方案，并配有完善的监控系统，使得整个系统稳定度高。同时，充分考虑冗余设计，保障微模块安全、可靠运行。
（3）方便扩展：模块化机房在电力供应、通信端口上预留了合理的余量，可实现灵活扩容。
（4）节省机房面积：模块化机房可以进行高密度部署，以南京地铁灵山控制中心六楼改造项目为例，模块化机房较传统机房方案节省36%机房面积。
（5）绿色节能：模块化机房采用密闭冷通道，避免了冷热气流的混合，提高制冷系统效率;密闭通道采用行间空调，近端制冷，比传统采用精密空调或者下送风方案节减少30%的能耗。若模块机房结合水冷系统、自然冷却系统，PUE可降至1.5以下，相比传统机房方案节能节能效果明显。
三、机房布置原则
机房布置是一个机房工程的基石，一个合理的平面布局设计，应充分考虑和协调了各方面的因素，在满足相关规范的前提下，尽量提高面积使用率。
灵山控制中心弱电综合机房内将供配电系统、机柜、空调、综合布线系统集成至模块内，采用密闭通道的方式，可根据机房面积灵活选择双排或单排密闭通道进行布置。UPS和蓄电池单独设置于综合电源室内。由于消防气瓶属于高压、高危物品，氣瓶不放在模块内，而是放置在专门的气瓶间内。
四、模块化机房的相关系统设置
4.1机柜系统
机柜是模块化机房的关键基础设备，为了保证到模块化机房内风格的统一性，设备机柜采用统一的颜色和统一的尺寸。为了满足大型服务器的安装需求，建议采用42U标准化机柜（600（宽）*1200（深）*2200（高）单位：mm）。
4.2密闭通道
密闭通道是将设备机柜、列头配电柜、列间空调、天窗、围板和端门等设备组成一个“密闭空间”，从而避免了冷热空气混合，降低了制冷能耗。
模块化机房的密闭通道有密闭冷通道和密闭热通道两种，冷通道两排机柜“面对面”进行布置，通道中间形成“冷通道”，外部形成“热通道”;热通道两排机柜采用“背对背”进行布置，通道中间形成“热通道”，外部形成“热通道”;由于冷通道对设备冷却效果要优于热通道，建议控制中心模块化机房采用密闭冷通道模式。密闭冷通道根据排布方式有双排密闭冷通道、单排密闭冷通道两种，具体可根据机房的面积灵活采用单、双排密闭冷通道。灵山控制中心综合弱电机房采用双排密闭冷通道和单排密闭冷通道结合的方式，其布局如下图1所示。
密闭通道天窗多采用平顶结构方案，平顶天窗由侧板、顶板、旋转天窗组成。在工作状态下天窗处于水平状态，消防状态下，电磁锁打开，旋转天窗在重力作用下自动打开，保证灭火气体进入通道[1]。
4.3供配电系统
模块化机房的供配电系统应该是一个独立的系统，通常由UPS配电系统、动力配电系统两部分组成。UPS配电系统负责向机房通信设备、服务器等设备供电。动力配电系统负责向机房空调系统（行级空调）、机房照明系统等供电。
模块化机房内UPS配电系统按照N+1模块冗余设计，将外部市电经UPS处理后，输出到密闭通道的列头配电柜，列头配电柜再输出三相电源到各个机柜PDU，各机柜内的设备从相应PDU处取电。
4.4制冷系统
模块化机房的制冷方式主要有精密空调下送风方式和列间空调送风方式两种，由于精密空调下送风方式对机房净高要求较高，且当单台机柜设备单功率较大时，容易存在局部热点，而列间空调可以缩短空调制冷路径，消除局部热点，建议模块化机房采用列间空调制冷方式。 密闭冷通道的列间空调分散布置在机柜列间，采用水平送风方式。列间空调将冷空气送到冷通道，冷空气进入机柜正面，对设备进行冷却，并随设备产生的热空气从机柜背面进入热通道，再由热通道统一向空调回风，如此反复。密闭冷通道制冷时冷、热空气流向图下图2所示。
4.5综合布线系统
模块化机房在密封冷通道的顶部设置双排走线槽，并能以机柜为单位进行扩展。走线槽分为强电槽和弱电槽，分别用于电源线和数据信号线的走线，实现强弱电分离的效果。
在每个机柜顶部中间设置走线孔，方便线缆直接连接至机柜中。在天窗的结合部设置线缆绑扎孔，方便线缆的绑扎。走线槽如图3所示。
4.6门禁系统
在弱电综合机房设置门禁系统，接入控制中心楼宇门禁系统统一管理，防止无关人员进入机房，记录维管人员进出时刻及持续时间。在每个密闭冷通道的前后门处也可以设置独立的门禁系统，防止非本专业维护人员的进入。
4.7火灾自动报警系统
在弱电综合机房内，楼宇火灾报警（FAS）专业设置温度、烟感探测器，机房采用气体灭火方式。密闭冷通道顶部安装温感、烟感探测器，与楼宇FAS系统对接。当发生火灾时，将相关报警信息传递到楼宇FAS系统。楼宇FAS系统进行判断，发送信息给密闭冷通道，并联动弱电综合机房内的气体灭火系统，冷通道接收到消防报警信号时，自重力式活动天窗自动打开，消防气体进入到冷通道内部进行灭火处理。
4.8 模块化机房管理子系统
模块化机房管理子系统是将密闭通道内的电源、温湿度、火灾报警探测器、门禁及视频等进行集中监控和并进行统一管理，包括管理服务器、交换机、数据采集器、智能温湿度传感器、高清IP摄像机、NVR、烟感探测器及温感探测器等设备。管理子系统能够监控管理平台，实现对模块化机房运维等業务的全方位、智能化管理，并效降低维管人员的工作量[2]。
五、结语
综上所述，控制中心弱电机房作为城市轨道交通弱电系统核心设备安装的场所，对整条线路的安全、稳定运行起着至关重要的作用。通过本文的研究与分析，可以看到模块化机房建设模式较传统机房建设模式优势明显，值得在轨道交通新建控制中心或者控制中心改造项目弱电机房的建设上进行推广。
参 考 文 献
[1]洪馨.热管背板空调在某数据机房的实际应用分析[J].工程建设与设计，2020（12）：58-60.
[2]张群.气流组织设计对数据机房冷却效果影响的研究[J].电信工程技术与标准化，2021（02）：16-21.