引言
　　
　　2019年,国家发展改革委、住房城乡建设部联合印发了《关于推进全过程工程咨询服务发展的指导意见》(发改投资规〔2019〕515号),在房屋建筑和市政基础设施领域推进全过程工程咨询服务发展,提升固定资产投资决策科学化水平,进一步完善工程建设组织模式,推动高质量发展。
　　
　　2021年11月30日,国家发改委等部门印发了《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》的通知,指出数据中心、5G是支撑未来经济社会发展的战略资源和公共基础设施,也是关系新型基础设施节能降耗的最关键环节。为贯彻《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,按照《2030年前碳达峰行动方案》统一部署,有序推动以数据中心、5G为代表的新型基础设施绿色高质量发展,发挥其“一业带百业”作用,助力实现碳达峰、碳中和目标。
　　
　　随着新型基础设施的不断发展,数据中心作为推进数字经济发展的算力基础设施和重要保障以及构建智慧城市核心竞争力的重要载体,已经成为推动我国经济转型升级的重要抓手。作为新基建的基石,建设工作与全过程工程咨询服务相结合,既可以更好的实现有“智”序的数据中心建设,又可以为“智慧”数据中心建设及运营提供专业化的咨询服务。数据中心基础设施全过程咨询包括前期建设咨询、项目策划与投资控制、招标采购管理、设计管理、合同及信息管理、工程过程管理、验收移交以及项目后评估,涵盖了从项目立项到验收的整个建设周期,对项目的后期运营有着深远的影响。
　　
　　一、数据中心基础设施全过程工程咨询概述
　　
　　数据中心基础设施从专业上划分,包括建筑与结构、空气调节、电气、电磁屏蔽、网络与布线系统、智能化系统、给水排水、消防与安全等,但是笔者认为,数据中心建设不是简单地建设一个或几个系统的问题,而是这些系统协同工作,延展相关配置服务,提高数据中心运营能力,全过程工程咨询需要市场、管理和技术等多种机制的协同,实现经济效益和社会效益的最大化。
　　
　　建设项目的全过程工程咨询服务通常包括项目建设手续办理、综合协调管理、项目管理(安全、质量、文明施工、进度投资控制等)、合同及台账管理、施工交付竣工验收管理、质保阶段相关工作服务等。相较于传统建设项目的全过程工程咨询,数据中心基础设施全过程工程咨询更突出对数据中心全生命周期内的策划咨询、前期咨询服务、工程设计优化、造价咨询、施工前期准备、施工过程管理、竣工验收及运营保修等各个阶段的管理服务,要做到对数据中心基础设施建设期各重点专业的重点把控,充分考虑到数据中心基础设施运营阶段安全可靠的管理使用需求。
　　
　　二、数据中心基础设施建设期的重点咨询工作
　　
　　1.数据中心基础设施建设咨询
　　
　　数据中心基础设施工程咨询(参见图1)服务就是在项目立项阶段、可行性研究阶段,方案设计阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段以及施工管理竣工交验过程中提供全方位的咨询服务,在立项和可行性研究阶段为业主明确数据中心的建设方向和功能需求,在设计阶段树立运营为主导的理念,让运营方提前介入,把功能需求细化落实到施工图纸上,在施工阶段既要修正设计错误,又要为将来升级换代预留条件,进一步提升数据中心的使用价值。物联网、大数据、云计算、5G、AI等新一代信息技术正在渗透到数据中心建设中的方方面面,使得打造“智慧运营”的数据中心成为可能。
　　
　　数据中心由于其支撑的业务及功能要求的不同,其基础设施架构、安全性、可用性、建设及运行效率和成本有很大差异,选择合适的数据中心功能及级别,对数据中心建设的决策者意义重大。可靠性要求过高,会造成投资和运行成本偏高。可靠性要求过低又无法满足业务及生产安全需求,因此,如何根据行业特点和业务需求的差异,合理规划、科学设计、建设具有适宜可靠性的数据中心,避免过度投资或投入不足,成为数据中心规划及建设阶段需要重点讨论的问题。
　　
　　可靠性是数据中心基础设施的核心要求,国际国内有两个支撑体系(参见图2)较为权威。国际上,Uptime Institute的标准《DataCenter Site Infrastructure Tier Standard:Topology》,该标准将数据中心的可用性和可靠性由低到高分为:TierI、TierII、TierIII、TierIV,等级越高,可用性和可靠性要求越高。国内,有《数据中心设计规范》(GB50174-2017),其标准将数据中心的可用性和可靠性由高到低分为:A级、B级、C级,等级越高,可用性可靠性要求越高。
　　
　　在国内数据中心基础设施等级认证案例中,选择国标A级和Uptime TierIII或TierIV等级是最为常见的。银行保险等金融类数据中心对可靠性要求追求极致,多以最高等级国标A和TierIV作为认证标准。
　　
　　《数据中心设计规范》最高级别的A级,与UptimeTier体系最高级别TierIV,虽然核心词汇是一样的,达到的目的是一样的——容错,但是具体到各个细节的时候,还是有着较大的差距的。至于用户觉得哪个更好?还需要根据现实的自身情况进行比较确定,具体实施的时候,到底是要严格遵守国标A级,还是严格遵守UptimeTierIV,或者兼容并蓄两者的优点,需要再考虑经济性以及市场需求等,做出最适合自己的选择。
　　
　　2.数据中心测试验证及竣工交验咨询
　　
　　数据中心基础设施的项目管理阶段的咨询就是运用专业的知识、技能、手段和方法,使项目在有限的资源和条件下,满足和超出工程项目委托者的要求和期望。项目管理的目标是从开始实施到项目完成,通过科学、严谨的项目策划和项目控制,以使项目的成本目标、进度目标和质量目标得以实现,同时其它方面均取得综合最佳效果。然而,在数据中心基础设施建设过程中,受设计、现场实施条件、建设人员能力、设计变更等因素影响,难免会出现安装工艺方面的瑕疵,将直接影响数据中心的运行质量。过程中严格按照工艺要求进行现场查验以及数据中心验证测试咨询显得尤为重要。
　　
　　验证测试作为检验数据中心基础设施施工和系统质量是否达标的重要手段,已经普遍应用在数据中心建设工程中,成为在建设交付阶段不可或缺的一个环节。开展规范化、标准化的验证测试工作,是确保数据中心安全、稳定、可靠的投入运行,最终达到安全适用、节能高效的运营目标的重要保障。按照《数据中心场地基础设施评价技术规范》的要求,做好这个阶段的策划至关重要。这里面要充分考虑数据中心项目的可用性,搭建模拟测试平台,最大限度接近实际IT负载和使用环境。全方位测试设备及整个系统在各种状况下的工作性能及冗余性能,并提供机房电力、制冷系统实际散热能力和容量分析作为高效运维的基准。通过满载在线测试,可以弥补传统验收手段的缺陷盲区,及时发现和纠正工程施工错误。可以通过应急切换及灾难演练,针对性检验运行流程,有效提升系统设备协同能力。
　　
　　另外,数据中心各专业系统相对比较复杂,如何有效地组织各专业系统的单项调试和整体系统联合调试对于项目质量和未来运行至关重要,要注意各专业之间的衔接,否则极易出现联动错误导致宕机的隐患,对设备运行造成不可估量的后果。例如制冷空调设备与配电、自控专业,动力环境监控与各被监控系统设备之间的联动衔接,消防报警及联动与各被控制设备之间的切除衔接等等。要做到各专业技术规范前后一致,互相关联,彼此衔接,避免出现矛盾。这个阶段的策划咨询也需要重视。
　　
　　三、数据中心基础设施运营期的咨询工作
　　
　　我们常说的数据中心运维大数据就是DCIM,DCIM概念起源于国外,不同的机构对DCIM也有不同的定义,但基本共同的观点是DCIM工具可以架起一座沟通关键基础设施和IT设备之间的桥梁,从而帮助数据中心管理人员更高效的运营数据中心。
　　
　　DCIM的主要价值就是在于打通场地基础设施和IT基础设施(硬件层)的组织和信息断层、打通场地基础设施各子系统的数据库,采用统一的平台管理场地基础设施如UPS、空调以及IT基础设施如服务器,并通过数据的分析和聚合,提升数据中心的运营效率以保证数据中心的可用性和业务的连续性。
　　
　　运维大数据分析比较复杂,我们可以借助DCIM工具(参见图3)来完成。数据中心基础设施管理是将IT(信息技术)和设备管理结合起来对数据中心关键设备进行集中监控、容量规划等集中管理。通过软件、硬件和传感器等,DCIM提供一个独立的管理平台,对数据中心IT设备和基础设施进行实时监控和管理。其中,PUE是一个综合的评价指标,由于制冷与设备散热、设备配置、机房环境、大气条件相互关联,在运维达到一定的成熟度后,人力或者专家的经验已经无法满足将能耗进一步降低的要求。比如冷通道温度的较小提升都会导致制冷系统的很多变化,如冷机、冷却塔、换热器、水泵等的功耗都将增减不定,且非线性变化,其结果很可能是冷通道温度提升而总功耗增加。制冷和电气系统之间的相互作用和各种复杂反馈回路,使得我们使用传统的工程公式难以准确推导数据中心的效率。传统的制冷系统控制系统急需智能化算法升级,实现系统级的能效优化。
　　
　　针对复杂的冷冻水制冷系统,需要找到一种新的控制算法来达成整体最优(参见图4)。大数据、人工智能成为能效优化的一个探索方向。利用AI技术,找出PUE与各类特征数据的关系,并输出预测的PUE值,指导数据中心根据当前气象、负载工况,按预期进行对应的优化控制,达成节能目标。这些内容的咨询可以放到运营期,但是在规划阶段提前谋划,使得传感器和设备的执行机构在施工阶段都安装完成,以利于后期算法的实现。
　　
　　最近国内很多项目有Uptime认证的需求,Uptime TierIV认证中要求我们对管道漏水、漏油、设备(柴油发电机、UPS、精密空调、冷水机组等)故障等问题发生时能自动检测到故障,同时给出联动控制措施,并确认故障被隔离,不会发生故障的扩散,这是运营期的流程序列,但是需要根据需求分析指导建设阶段的工作。因此,在认证时需要增加控制系统,增加对以上故障的检测方式,检测方式并不是唯一的,可以实现自动响应要求即可。同时增加数据中心的操作流程,即SOP(标准操作流程)、MOP(维护操作流程)、EOP(应急操作流程)。
　　
　　对此,数据中心的建筑设备监控(BAS)系统在此处的作用就是发现故障组件或故障的单元,能够快速隔离故障组件,让系统仍然有N在运行,这就是UptimeTierIV对数据中心建筑设备监控(BAS)系统的要求,这也充分说明了建筑设备监控(BAS)系统在高等级数据中心中的重要作用。建筑设备监控(BAS)系统在《数据中心设计规范》(GB50174-2017)中虽未提及,但是作为有经验的全过程咨询单位,应该帮助业主或运营主体思考并落实该课题。
　　
　　四、未来数据中心建设的发展方向
　　
　　为了使能源效率最大化,构建绿色数据中心已经成为当前数据中心建设的核心理念。为了实现绿色数据中心,数据中心建设领域的研究人员开始探讨数据中心对环境的影响,着手研究如何规范绿色数据中心的建设和管理以及如何鼓励对绿色能源的使用,强化绿色设计,鼓励氢能源、液冷、分布式供电、模块化机房等高效系统的设计和应用,强化清洁能源、可再生能源使用,加大数据中心可再生能源利用量占比,推动数据中心的余热回收、水资源循环利用和存量建筑资源再利用。建设和应用绿色数据中心,成为数据中心行业的共识。
　　
　　采用全过程工程咨询企业提供全程谋划和咨询服务,建设单位可以提升数据中心建设、运行、维护过程中的风险管理水平,保障数据中心安全、可靠、稳定运行,达到数据中心基础设施的高可用性,在全生命周期贯彻绿色数据中心理念,提升数据中心的绿色水平。
　　
　　五、结束语
　　
　　随着数据中心规模的不断扩大,其能量消耗也在飞速增长,中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会数据显示,2018年,全国数据中心总耗电量1500亿千瓦时,达到了社会总用电量的2%,另据国网能源研究院预测,到2030年我国数据中心用电量将突破4000亿千瓦时,占全社会用电量的比重为3.7%。如何有效降低数据中心能耗已成为当今业界关注的热点话题。数据中心是未来为数不多能源消耗占社会总用电量比例持续增长的行业。随着数据中心建设的快速发展,能源需求也会持续攀升。如何全面响应国家“双碳”号召,增强全社会可持续发展能力,需要从数据中心的碳足迹出发,探索低碳数据中心的长远发展路径,逐步实现数据中心的碳中和目标。
　　
　　作者简介
　　
　　张彦青,北京中航信柏润科技有限公司建设咨询部总工程师,高级工程师职称、Uptime Institute ATD,一级建造师(机电),注册一级消防工程师,具有丰富的数据中心基础设施建设咨询经验,先后发表过《消防应急照明系统在数据中心工程中的应用》《极早期火灾探测技术在数据中心的应用》。参编了中国工程建设标准《应急电源系统施工及验收规程》(CECS455-2016)、北京市地方标准《装配式建筑设备与电气工程施工质量及验收规程》(DB11/T1709-2019),参与评审了《物联网无线火灾自动报警系统技术规范》(T/NAIC001-2018)等。
　　
　　编辑：Harris