怎样计算土方量:《基于TIA

【摘 要】本文通过一个省级异地容灾备份数据中心机房工程设计的案例，来体现对《TIA-942数据中心的通信基础设施标准》的综合理解和应用实践。
【关键词】数据中心 机房工程 工程标准 TIA-942

一、 前言
数据中心（Data Center）通常是指在一个物理空间内实现对数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理，而计算机设备、服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等通常被认为是数据中心的关键设备。数据中心的基础设施(Data Center Infrastructure)是指为确保数据中心的关键设备和装置能安全、稳定和可靠运行而设计配置的基础工程，也称机房工程(Facility Site Engineering)，数据中心基础设施的建设不仅要为数据中心中的系统设备运营管理和数据信息安全提供保障环境，还要为工作人员创造健康适宜的工作环境。 [参考文献1]
容灾备份数据中心（Disaster Recovery Alternate Data Center）是用于灾难发生时接替生产系统运行进行数据处理和支持关键业务功能运作的场所，包括备用数据处理中心、备用的工作环境、备用生活设施和技术支持及运行管理人员。应根据灾难恢复目标，按照成本风险平衡原则，确定对备用基础设施的要求，包括：a)与生产系统所在的数据处理中心的距离要求；b)场地和环境（如面积、温度、湿度、防火、电力和工作时间等）要求；c)运行和管理要求。 [参考文献2]
工程建设标准是从事各类工程建设活动的技术依据和准则，与数据中心（机房工程）有关的工程建设标准也是数据中心（机房工程）建设定位、功能指标、设计技术、施工工艺、验收标准等的具体技术要求与体现。在与数据中心（机房工程）有关的工程建设标准中，美国通信工业协会(TIA)2005年发布的《ANSI/TIA-942–2005，Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers（数据中心的通信基础设施标准）》是国际上第一部较为全面地以数据中心（机房工程）为对象的技术规范标准，它为现代的机房工程建设提出了新的设计理念、系统构架与技术指标，并给出了许多的技术与系统的工程建议与指导，在业界具有极大的影响力，已逐渐为行业人士所认识和采纳，将成为了当今数据中心（机房工程）建设设计所参考遵循的标准之一。 [参考文献3]
本文通过一个省级异地容灾备份数据中心机房工程设计的案例，来体现对《TIA-942数据中心的通信基础设施标准》的综合理解和应用实践。

二、 TIA-942标准的结构内容与要点特色 [参考文献3] [参考文献4]
TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》的文本结构与内容分为正文和附录两大部分。

2.1 TIA-942标准的结构导图
为了能够方便地、快速地对TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》有个了解，根据TIA-942标准的文本结构，我们整理了TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》文本结构导图（图1），从中可以较为直观地、整体地表示TIA-942标准的内容纲要。

2.2 TIA-942标准的要点特色
TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》是由美国通信工业协会（TIA）TR-42.2委员分会制定，并由美国国家标准学会（ANSI）和美国通信工业协会（TIA）于2005年4月12日共同发布，这是该标准的第一版本。其中所说的数据中心可以是政府或企业自有产权的自有数据中心，也可以是运营商用于租赁服务的公用数据中心。该标准描述了各类数据中心或计算机房中，对通信基础设施的起码的、最低的要求。
该标准主要是针对数据中心的建设规划和设计者们，在涉及数据中心的设施规划、布线结构和网络设计时，能够对数据中心的建设要求有个整体的了解，也希望能够较早地、全面地考虑与建筑物之间的关联与作用。同时，为数据中心的通信（主要是数据通讯）接入和连接提供了几种常见的布线系统结构形式和基础设施的整体布局框架，以综合考虑和解决场地规划布局中，有关建筑、电气、机电、通信、安全等多方面的协调，涉及信息安全、机柜密度以及易管理性之间的相适宜和平衡等的问题。该标准的目的是为数据中心或计算机房的设计和安装提供要求和指南。
在新建或扩建一个数据中心时，通讯布线结构、设备平面规划、电气规划、建筑规划、供暖通风及空调、环境安全、消防措施、照明等需要协调设计，而且它需要经历必要的步骤和过程。在“数据中心设计概述”中，提出了规划与设计的六步建议过程。该标准中采用一张图示明确地表明了数据中心与建筑物空间的四层关系，即由外到内为：建筑物场地（Building Site）→建筑物外围（Building Shell）→数据中心(Data Center)→计算机房(Computer Room)。而数据中心的建筑空间（Data Center Spaces）包括：计算机房（Computer Room）、维护人员办公室（Support Staff Offices）、接入室（Entrance Room）、机电设备机房（Electrical & Mechanical Rooms）、运营监管中心（Operations Center）、数据中心内的通信室（Telecommunications Room Serving Data Center Spaces）、存储及载入室（Storage Room & Loading Docks）。
在TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》中，有一个极其重要的概念和内容是：数据中心基础设施的“可用性（Availability）”和“安全性（Security）”的四级分类等级标准。并在附录G（Annex G）中予以了详尽的分类等级描述。而这数据中心的四级可用性划分源于The Uptime Institute, Inc.的《Industry Standard Tier Classi?cations De?ne Site Infrastructure Performance》。
该标准中使用一张数据中心拓扑图，表达了数据中心的布线系统结构的基本要素：a)水平线缆，b)主干线缆，c)接入室或总配线区的跳线交叉连接，d)在总配线区的主跳线交叉连接，e)通信室、水平配线区或总配线区的水平跳线交叉连接，f)区域配线区中的区域过线盒、整合点，g)设备配线区的出线盒。
在TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》中，又一个极其重要的概念和内容是：数据中心通信基础设施的空间划分和相关的拓扑结构。在一个数据中心中，典型的空间划分为：接入室（ER:entrance room）、总配线区(MDA:main distribution area)、水平配线区(HAD:horizontal distribution area)、区域配线区(ZDA:zone distribution area)、设备配线区(EDA:equipment distribution area)。由于数据中心的规模有所不同，因此，有些空间划分现在不一定需要采用，但这些空间应该被规划成以后发展的留扩空间。而在该标准中，详细构造了数据中心三种结构化布线的拓扑结构：基本型拓扑结构（Basic topology）（见图2）、简化型拓扑结构（Reduced topology）、分布型拓扑结构（Distributed topology）。

图2：数据中心的基本型拓扑结构

该标准中对两个重要的场地：计算机机房（Computer room）和接入室（Entrance room）提出了较为详尽的设计要求（Requirements），场地规划主要涉及：楼面负荷、维护空间、空调要求、供电要求、设备安装、连接长度等。而专业设计则包括：场地选址、通道管理；建筑设计（面积、工艺、净高、预制、照明、门、地板与荷载、安全标记指示、抗地震措施）；环境设计（环保材料、HVAC采暖通风与空气调节、HVAC连续运行、HVAC备用运行、运行环境的温湿度指标、电池的防护措施、抗机械震动）；电气设计（供电、备用供电、接地、火灾消防、防水渗透）等要点内容。
该标准中对总配线区、水平配线区、区域配线区、设备配线区、通信室、数据中心支持区的概要特征（General）、位置确定（Location）和设施要求（Facility requirements），如：是否需要配置HVAC、PDU、UPS等作了说明。
机架与机柜（Racks & cabinets）是数据中心中，放置硬件设备的主要装置形式，机架与机柜的有序排列，为设备区域的划分和管理，提供了方便，由于机架与机柜内放置了有源设备，也有供电电缆和信息线缆，所以，在该标准中，引入了一个重要的概念："热"和"冷"的通道（"Hot" and "cold" aisles）。为机架与机柜的合理排列布局、节约空调能源、维持设备性能、提高设备寿命赋予了工程的实际意义。除此之外，也对机架与机柜与地板、出风孔的匹配、安装要求、维护空间，以及机架与机柜的结构、高度、宽度、配件PDU/panel、标识等作了描述。
水平线缆（HC：Horizontal cabling）提供了设备配线区（EDA）、水平配线区（HDAs）、区域配线区（ZDA）的水平交叉连接。主干线缆（BC：Backbone cabling）提供了总配线区（MDA）、水平配线区（HDAs）、接入室（ER）、电信室（TR）之间的主干交叉连接。
该标准推荐采用的布线传输介质（Recognized media）：100 ohm 4-Pair CAT6 双绞线（UTP）、laser-optimized 50/125 μm多模光纤（multimode fibers）、75 ohm 同轴线缆（coaxial cable）。
数据中心的线缆敷设主要是针对线缆安全、电力与通信电缆的隔开的措施与距离、通信电缆的接入敷设、活动地板下的走线与穿越地板的处理、上走线电缆盘等方面指明了技术要求及工艺要求。
在数据中心冗余的内容中，通过一张图形象地介绍了有关冗余的几个涉及的方面：冗余维护孔和接入敷设、冗余可接入的服务商、冗余接入室、冗余总配线区、冗余主干布线、冗余水平布线等。而此处的冗余是与数据中心基础设施的“可用性（Availability）”和“安全性（Security）”的四级分类等级标准。即附录G（Annex G）中予以描述的分类等级是一致的。
在TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》附录（ANNEX A至ANNEX I）的第一行，均标有原文“This annex is informative only and is not part of this Standard”（本附录只是个信息参考，并不是本标准的正式部分），这强烈地表明了《数据中心的通信基础设施标准》中正文与附录的差异。限于篇幅对附录的内容不作要点特色的归整和赘述。

一、 容灾备份数据中心机房工程设计
2005年下半年度，我们所服务的公司承接了一个项目：国家经济管理部门的一个省级异地容灾备份数据中心机房工程的设计（注：由于涉及项目单位的“信息安全”等原因，本文中将不作详细的“物理”与“数值”的表述，敬请谅解）。根据该项目的建设单位（甲方）要求，要在充分考虑异地容灾备份数据中心机房的特性基础上，借鉴国内外先进的设计理念和工程技术，设计出高标准的、能适宜动态需求变化的容灾备份数据中心机房。由此，我们作了一些技术的准备，先后参加了机房工程行业的有关技术交流活动包括考察了国内先进的机房工程项目，并在了解和获得了TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》后，觉得TIA-942标准将成为现今数据中心（机房工程）设计（值得参考的）标准之一。为此，我们在严格遵循我国的有关计算机机房工程建设的有关工程建设标准（设计标准规范）的同时，在该项目的多轮设计（调整设计）过程中，逐步地、适当地采纳了TIA-942标准的一些要点特色，并把TIA-942标准作为该项目工程设计的主要参考和借鉴的依据，则形成了“基于TIA-942标准的省级异地容灾备份数据中心”机房工程设计。

3.1 该项目的建设要求及目标
该省级异地容灾备份数据中心机房工程是为了保障省级经济管理部门的重要信息系统的灾备需求，提高灾备对象抵御灾难和重大事故的能力，减少灾难打击和重大事故造成的损失；建立健全数据灾备恢复计划和应急响应机制，提高省级范围内应对突发数据灾难的能力。异地容灾备份主要涉及：基础设施、安全体系、灾备系统、组织架构、运维管理等五个方面。而基础设施、安全体系、灾备系统是全面与数据中心机房的建设直接相关的内容。
省级容灾备份数据中心机房为重要的信息设备工作场所，主要放置小型机、磁盘阵列机柜、网络机柜等。以ＳＡＮ架构为基础数据存储、交换、服务系统是经济管理部门的数据中心普遍采用的应用技术与结构，具有很高的可用性和可靠性。
省级容灾备份数据中心机房工程参考（不低于）国务院信息化工作办公室颁布的《重要信息系统灾难恢复指南》第5级实时数据传输及完整设备支持的“等级”设计，相关的技术和管理要求见表1。[参考文献2]

3.2 该项目的平面区域规划
该省级异地容灾备份数据中心机房工程总面积约为：460平方米。由于异地容灾备份数据中心机房的特殊性，在场地规划的平面布局中，保留了可用于不断扩展和动态调整的两个区域（用房）。整个异地容灾备份数据中心机房由中心机房、扩展机房1、扩展机房2、机电设备机房（设备扩展区域）、运管监管中心、磁介质室、不间断电源间、消防瓶组间、值班室等组成。（见图3：平面区域与拓扑结构示意），并设置二个防火分区。

3.3基于TIA-942标准的数据中心工程设计
该省级异地容灾备份数据中心机房工程的工程设计，除了严格遵循GB/T 2887-2000《计算站场地通用规范》等一系列国家的有关工程建设标准（设计标准规范）之外，也参考和遵循了TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》。设计内容范围涉及常规数据中心机房的几个方面：
u 数据中心机房的（吊顶、地面、护墙隔断）装饰装修工程，
u 数据中心机房供配电（市电、UPS电源）、照明及空调系统工程；
u 数据中心机房电子工程（网络布线、小型计算机系统及网络服务器布置）；
u 数据中心机房安全（防雷接地、漏水报警、指纹门禁、视频监控）及环境设备监控系统工程。
由于行业人士对基于GB/T 2887-2000《计算站场地通用规范》等一系列国家的有关工程建设标准（设计标准规范）进行数据中心机房工程设计较为熟悉，故本文不作赘述。以下是该数据中心机房工程的工程设计，参考和采纳TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》的一些要点特色。
该省级异地容灾备份数据中心机房工程的工程设计采用TIA-942标准的数据中心基本型拓扑结构（见图2），设置一个接入室（ER），一个通信室（TR），一个总配线区（MDA）、多个水平配线区（HDAs）、多个设备配线区（EDAs）。由主干线缆（BC）（光纤为主、双绞线为辅）连接总配线区（MDA）与多个水平配线区（HDAs）的列头柜。再由各水平配线区（HDAs）的列头柜采用水平线缆（HC）（双绞线为主、光纤为辅）连接各设备配线区（EDAs）。特别是现行扩展机房1、扩展机房2中，设备与布置不明确的前提下，可以先完成由主干线缆（BC）连接总配线区（MDA）与扩展机房1、扩展机房2中的水平配线区（HDAs）的列头柜的安装布线端接工程。其设备配线区（EDAs）的工程可以根据以后的需要进行动态的布局与调整。数据中心的拓扑结构是与数据中心的规模、功能、性质等因素密切相关。合理地设计构造数据中心的拓扑结构，是现代数据中心场地基础设施建设有别与传统方式的重要特征，也是以达到适用、灵活、安全、规范的数据中心建设要求的有效技术措施。
机架与机柜是数据中心中，放置硬件设备的主要装置形式。在设备配线区（EDA），是采用水平配线区（HDAs）的列头柜采用水平线缆（HC）通过配线架跳线连接设备机柜与设备机架。近年来，随着电子产品集成度的提高、单位容积中功耗与散热的增加；机柜内能安置的设备数量越来越多，密度也越来越高。机架与机柜的合理有序地排列，不仅为设备区域的划分和管理，提供了方便，更为设备的使用与运行提供了保障。
由于机架与机柜内放置了有源设备，为了使机架与机柜内的有源设备在运行时，有效地吸入冷气而扩散出热气，使有源设备能够得到冷却而不因发热而影响设备的运行。数据中心中计算机房内的设备布置明确划分了冷热通道,以保障送风气流直接送至冷通道。而计算机房一般采用地板下送风上部回风的气流组织方式。送风通道和回风通道均可在需要的位置开设风口。机架与机柜呈面对面、背对背地排列。机架与机柜的正面为冷通道，在下送风方式的空调系统中，在冷通道位置的活动地板架设出风地板，从地板处引出冷气，使机架与机柜内的设备从冷通道中吸入冷气，供电电缆（配有电缆托盘）安置在冷通道活动地板下的位置。而机架与机柜的反面为热通道，在上回风方式的空调系统中，在热通道位置的吊顶设回风装置，从回风装置处吸回热气，使机架与机柜内的设备从热通道中排出热气，信息电缆（配有电缆托盘）安置在热通道活动地板下的位置。
该省级异地容灾备份数据中心机房工程采用地板下送风上部回风的气流组织方式。设备机架与机柜呈面对面、背对背地排列。并遵循冷热通道设计，以有效地提高设备的使用寿命，降低环境的能源损耗。配有电缆托盘的供电电缆安置在冷通道活动地板下的位置上线；配有电缆托盘信息电缆安置在热通道活动地板下的位置上线。供电电缆托盘与信息电缆托盘呈正反“F”型布局（至机架与机柜前后位置）而不交错。
该省级异地容灾备份数据中心机房工程的场地设计时，充分地综合考虑和协调解决涉及建筑、电气、机电、通信、安全等多方面的问题。包括楼面负荷、维护空间、空调要求、供电要求、设备安装、连接长度等。而其他涉及消防、安全、环境、智能化等专业设计，包括：场地规划、通道管理；与建筑有关的相关设计内容：面积、工艺、净高、预制、照明、门、地板与荷载、安全标记指示、抗地震措施；与环境设计有关的相关设计内容：环保材料、HVAC采暖通风与空气调节、HVAC连续运行、HVAC备用运行、运行环境的温湿度指标、电池的防护措施、抗机械震动；与电气设计有关的相关设计内容：供电、备用供电、接地、火灾消防、防水渗透等各个方面都对照TIA-942的标准作了相对应的审视、考虑和完善。
根据该项目的定位和投资，整个数据中心机房工程的配置精良。特别是机电设备[空调系统（2组2+1台运营方式配置）、供电系统（双路供电）、配电系统（双路无单点故障方式配电）]不同程度地考虑了可用性等级和冗余措施，以满足和达到高可靠性应用等级的要求。不仅要为数据中心的各类系统设备运营提供保障环境，也要为工作人员创造舒适健康的工作环境。以满足现代化省级数据中心能够提供高标准的信息服务与运营管理的要求。

3.4基于TIA-942标准的设计体会
在经历了多轮设计、调整设计、施工交底与技术配合等几个环节后，我们对该省级异地容灾备份数据中心机房工程的设计有着一些深刻的体会：
1. 该省级异地容灾备份数据中心机房工程是个极为重要的信息设备工作场所，并按不低于《重要信息系统灾难恢复指南》第5级实时数据传输及完整设备支持的“等级”设计，基础设施要满足：a)有符合介质存放条件的备用场地；b)有符合备用数据处理系统和备用网络设备运行要求的场地；c)有满足关键业务功能恢复运作要求的场地；d)以上场地应保持7 x 24 运作。对场地系统（环境与设备）要求具有很高的可用性和可靠性。这也是与一般的数据中心场地建设设计的不同之处。
2. 该省级异地容灾备份数据中心机房工程是要在充分考虑异地容灾备份数据中心机房的特性基础上，借鉴国内外先进的设计理念和工程技术，要求设计出高标准的、能适宜动态需求变化的容灾备份数据中心机房。这是需要进行具有针对性的、满足特定需要的、适用现在、适合未来的数据中心场地建设设计。
3. TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》是第一部较为全面地以数据中心（机房工程）为对象的技术规范标准，它为现代的机房工程建设提出了新的设计理念、系统构架与技术指标，并给出了许多的技术与系统的工程建议与指导，在当今数据中心（机房工程）建设设计中，特别是对建设标准和建设要求较高的数据中心设计，值得借鉴、参考和采纳。
4. 一个数据中心建设项目，设计只是阶段性的工作过程。一个完整的、符合设计要求的数据中心建设需要项目的建设单位（甲方）、工程监理单位、工程施工单位、产品厂商等与设计单位各方共同的理解、支持和配合。同时，对工程中采纳新的建设理念和技术措施，各方均需要一个认识和认同的过程，而设计方在这过程中要担当的是“传道士的角色”。

二、 结束语
工程建设设计的本质是推崇技术创新进步和应用工程实践成果，为了人类的精神与物质谋求福祉。而某省级异地容灾备份数据中心机房工程设计更是为了保障某省级经济管理部门的重要信息系统的应用和安全。采用基于TIA-942《数据中心的通信基础设施标准》的某省级异地容灾备份数据中心机房工程设计是为了更好地满足该工程的特定需要和符合数据中心建设的未来发展趋势。同时，使数据中心的建设真正地实现为系统设备运营管理和数据信息安全提供保障环境；为工作人员创造健康适宜的工作环境这一基本的建设目标。以满足现代化的省级数据中心能够提供高标准的信息服务与运营管理的要求。