數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程機(jī)房改造設(shè)計(jì)

姜岳良,陳立彬,李 達(dá)

(1.松遼水利委員會(huì)水文局(信息中心),吉林 吉林 130000;2.鶴崗市水務(wù)局,黑龍江 鶴崗 154100;3.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,哈爾濱 150000)

1 概 述

鶴崗市關(guān)門嘴子水庫(kù)工程是國(guó)家172項(xiàng)重大水利工程、省百大項(xiàng)目之一。數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程是黑龍江省數(shù)字孿生建設(shè)試點(diǎn)工程之一,在關(guān)門嘴子水庫(kù)已有信息化設(shè)計(jì)方案及正在建設(shè)的基礎(chǔ)上,按照水利部《數(shù)字孿生建設(shè)指導(dǎo)意見》《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》等要求,以工程建設(shè)管理業(yè)務(wù)為主,兼顧防洪興利調(diào)度與工程安全監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)為主線,建設(shè)數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程。

鶴崗市水務(wù)局機(jī)房作為數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程的數(shù)據(jù)中心,布置大容量的存儲(chǔ)設(shè)備和高性能的計(jì)算資源,承擔(dān)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的責(zé)任;通過(guò)采取各種安全防護(hù)措施和技術(shù),提高數(shù)據(jù)的保密性、完整性和可用性,有效防范并應(yīng)對(duì)各種安全威脅和攻擊,確保機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行;進(jìn)一步為數(shù)字孿生平臺(tái)與業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)提供可靠的數(shù)據(jù)支持和良好的運(yùn)行環(huán)境,實(shí)現(xiàn)關(guān)門嘴子水庫(kù)數(shù)字孿生工程信息化建設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮最大作用[1]。

機(jī)房位于鶴崗市水務(wù)局辦公樓二層,已使用多年,機(jī)房設(shè)施陳舊老化。機(jī)房在布局、供配電、空調(diào)、消防、監(jiān)控與安防等基礎(chǔ)設(shè)施方面,已經(jīng)不能滿足新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行要求,需要對(duì)機(jī)房進(jìn)行改造。

2 總體思路

2.1 目標(biāo)要求

機(jī)房改造遵循近期建設(shè)規(guī)模與遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)一致的原則,做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、節(jié)能環(huán)保。機(jī)房設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50174),按照C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房建設(shè)。

2.2 改造內(nèi)容

機(jī)房改造內(nèi)容包括:機(jī)房裝修、供配電、電磁防護(hù)、空調(diào)、消防、監(jiān)控與安防、動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)等更新改造。機(jī)房組成依據(jù)性質(zhì)、任務(wù)、所選設(shè)備類型等主觀要求,進(jìn)一步結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)數(shù)據(jù)處理的工藝流程、線路敷設(shè)方式等客觀條件,將機(jī)房分為:服務(wù)器設(shè)備區(qū)、電源區(qū)和空調(diào)區(qū)。

3 機(jī)房裝修

機(jī)房選用非燃燒材料(燃燒性能等級(jí)A)氣密性好、易清潔、符合環(huán)保要求、在溫濕度變化作用下變形小、具有表面靜電耗散性能。材料燃燒性能符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

機(jī)房采用微孔鋁天花板式吊頂;墻面采用金屬彩鋼壁板,防火等級(jí)達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn);機(jī)房地面內(nèi)鋪設(shè)無(wú)邊防靜電活動(dòng)地板,采用瓷磚面層、冷軋鋼板內(nèi)填充發(fā)泡水泥,地板高度150mm,活動(dòng)地板下的空間主要為強(qiáng)電布線,電池柜下方設(shè)置散力架。地面進(jìn)行防塵處理,機(jī)房現(xiàn)有窗口進(jìn)行封堵;機(jī)房?jī)?nèi)外門更換為甲級(jí)防火門;機(jī)房照明選用發(fā)光面積大、光擴(kuò)散性能好(無(wú)眩光)的LED平板型燈具。

4 供配電及電磁防護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 供配電

機(jī)房電源從辦公樓總配電柜引接,經(jīng)機(jī)房配電柜為UPS、空調(diào)等設(shè)備配電,再由UPS輸出至各設(shè)備機(jī)柜。機(jī)房入戶電源頻率:50Hz、電壓:380V,供配電系統(tǒng)采用TN-S方式(三相五線制),通過(guò)地板下走線方式實(shí)現(xiàn),強(qiáng)電電纜在金屬橋架內(nèi)敷設(shè)。如遇到長(zhǎng)時(shí)間停電,用戶可租用第三方發(fā)電機(jī)、接至大樓總配電柜的本機(jī)房空開啟動(dòng)臨時(shí)供電方案。

市電負(fù)荷:1臺(tái)精密空調(diào)13KW。UPS負(fù)荷:按照平均每個(gè)設(shè)備機(jī)柜3KW、2個(gè)設(shè)備機(jī)柜共6KW,考慮本機(jī)房機(jī)柜最多可增容至6臺(tái),本次UPS負(fù)載選用30KVA主機(jī)。UPS主機(jī)選用三進(jìn)單出工頻機(jī),機(jī)房?jī)?nèi)UPS供電由UPS自動(dòng)平衡三相用電。

機(jī)房市電入戶進(jìn)線采用YJV22-4×25mm2+1×16mm2鎧裝銅芯電纜,由辦公樓1層主配電柜經(jīng)樓后外墻進(jìn)入機(jī)房下方1層的車庫(kù),在車庫(kù)內(nèi)通過(guò)金屬橋架到機(jī)房下方穿樓板后進(jìn)入到機(jī)房配電柜。UPS主機(jī)輸入采用4×10mm2+1×6mm2阻燃銅芯電纜,由機(jī)房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到UPS主機(jī);UPS主機(jī)輸出采用3×16mm2阻燃銅芯電纜,由UPS主機(jī)經(jīng)地板下金屬橋架到配電柜UPS輸出空開。機(jī)房精密空調(diào)采用5×6mm2阻燃銅芯電纜,由機(jī)房市電配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到機(jī)房精密空調(diào)。主服務(wù)器機(jī)柜采用ZR-RVV3×4mm2阻燃銅芯線纜,由機(jī)房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到主服務(wù)器機(jī)柜;其它機(jī)柜采用ZR-RVV3×2.5mm2阻燃銅芯線纜,由機(jī)房配電柜經(jīng)地板下金屬橋架到各機(jī)柜;機(jī)柜供電電纜使用工業(yè)連接與PDU線纜進(jìn)行連接。供配電設(shè)備包括:配電柜、UPS主機(jī)、電池組、機(jī)柜PDU等,機(jī)房地板下橋架主要采用200×100mm的金屬橋架,一層車庫(kù)天棚吊裝橋架主要采用100×100mm的金屬橋架。

機(jī)房照明配電按照新設(shè)計(jì)燈具位置,從UPS輸出供電配電線引出。燈具與裝修吊頂共面,所有照明線路在吊頂內(nèi)敷設(shè)并穿管保護(hù)。

4.2 電磁防護(hù)

機(jī)房接地保護(hù)設(shè)計(jì)采用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω,采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機(jī)房接地銅排,在機(jī)房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設(shè)備機(jī)柜外殼、金屬線槽、網(wǎng)格橋架、防靜電地板支架進(jìn)行多點(diǎn)等電位接地就近接至接地銅排。防靜電地板支腳下方鋪設(shè)50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

5 空調(diào)設(shè)計(jì)

機(jī)房空調(diào)要能夠保持機(jī)房空間的恒溫恒濕要求,機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行狀況直接影響機(jī)房的運(yùn)行安全,所以合理選擇空調(diào)對(duì)機(jī)房平穩(wěn)運(yùn)行非常關(guān)鍵。

從計(jì)算機(jī)機(jī)房要求的物理環(huán)境而言,設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求:①溫度23°C±1°C,濕度40%-55%(開機(jī)時(shí));②溫度變化率<5°C/h,并不得結(jié)露;③機(jī)房的空氣含塵濃度達(dá)到每升空氣中≥0.5μm的塵粒數(shù),應(yīng)<18000粒。

為了確保機(jī)房?jī)?nèi)的系統(tǒng)設(shè)備在恒溫、恒濕工作條件下的送風(fēng)量以及使人感到舒適的送風(fēng)量,必須計(jì)算出機(jī)房?jī)?nèi)的熱負(fù)荷。

機(jī)房的熱負(fù)荷主要來(lái)自以下5個(gè)方面:①房?jī)?nèi)的計(jì)算機(jī)設(shè)備、照明燈具、輔助設(shè)施所產(chǎn)生的熱(以計(jì)算機(jī)發(fā)熱為主);②建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱,即由機(jī)房外部(墻壁、屋頂、隔斷和地面)進(jìn)入的熱;③透過(guò)玻璃窗射入的太陽(yáng)輻射熱;④從窗戶及門的縫隙滲入的風(fēng)而侵入的熱;⑤新風(fēng)機(jī)補(bǔ)充新風(fēng)帶進(jìn)來(lái)的新風(fēng)負(fù)荷。

機(jī)房設(shè)備機(jī)柜先期配置2個(gè)、每個(gè)機(jī)柜平均3kW的熱負(fù)荷,共6kW熱負(fù)荷;機(jī)房制冷面積31m3,每m3基礎(chǔ)熱負(fù)荷50W,共1.5kW。綜上機(jī)房總熱負(fù)荷7.5kW,因機(jī)房要求使用恒溫恒濕空調(diào),為后期預(yù)留一臺(tái)機(jī)柜的熱負(fù)荷,從節(jié)能和滿足制冷考慮,選型12.5kW機(jī)房精密空調(diào)1臺(tái)。由于機(jī)房高度有限,根據(jù)電子信息設(shè)備本身的冷卻方式、設(shè)備布置方式、布置密度、設(shè)備散熱量以及室內(nèi)風(fēng)速,氣流組織選用上送風(fēng)形式,冷空氣從空調(diào)出風(fēng)口吹向機(jī)柜前方,機(jī)柜內(nèi)設(shè)備從前方吸入冷空氣、向后方排出熱空氣。

空調(diào)上下水設(shè)計(jì):空調(diào)上水采用PPR熱熔管引自機(jī)房下層車庫(kù)內(nèi)供水管道;空調(diào)下水采用PPR熱熔管,由空調(diào)出水口引到下層車庫(kù)內(nèi)下水管道,在空調(diào)下方地面制作應(yīng)急排水通道和防漏水圍堰。

6 機(jī)房接地與布線

6.1 接地

機(jī)房接地是涉及多方面的綜合性信息處理工程,是數(shù)據(jù)中心建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容,不僅影響到計(jì)算機(jī)設(shè)備本身的正常運(yùn)行,而且直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)設(shè)備和工作人員的安全。國(guó)家GB/T2887-2011《電子計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》中對(duì)機(jī)房接地部分,要求如下:①交流工作接地,接地電阻≤4Ω;②安全工作接地,接地電阻≤4Ω;③·直流工作接地,接地電阻≤4Ω;④防雷接地,防雷電感應(yīng)的接裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用,其工頻接地電阻≤10Ω;⑤四種接地共用一組接裝置,接地電阻<1Ω。

本次接地方案詳細(xì)設(shè)計(jì)如下:①設(shè)計(jì)利用大樓整體接地裝置,接地電阻<1Ω;②采用BV-25mm2銅芯線從大樓等電位接地扁鋼引到機(jī)房接地銅排;③在機(jī)房防靜電地板下,布置30×3mm接地銅排。將設(shè)備機(jī)柜外殼、金屬線槽、網(wǎng)格橋架、防靜電地板支架進(jìn)行多點(diǎn)等電位接地就近接至接地銅排;④防靜電地板支腳下方鋪設(shè)50×0.5mm的接地銅箔,并接至接地銅排。

6.2 布線

本機(jī)房布線系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用上走線方式,與強(qiáng)電下走線方式分離設(shè)計(jì)。即保障了有效間隔距離,又便于日常維護(hù)。上走線采用網(wǎng)格式橋架機(jī)柜上表面安裝方式,網(wǎng)格橋架尺寸為300×100mm,橋架底面距機(jī)柜頂面50mm,由機(jī)柜后側(cè)上方進(jìn)線口進(jìn)線。

7 消防設(shè)計(jì)

7.1 系統(tǒng)概述

機(jī)房消防系統(tǒng)按照國(guó)標(biāo)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì),采用無(wú)腐蝕作用的氣體自動(dòng)滅火裝置。氣體滅火裝置的滅火性能可靠,不損壞電子設(shè)備,機(jī)房?jī)?nèi)暗管布設(shè)方式安裝,不影響機(jī)房整體效果。

7.2 系統(tǒng)組成

機(jī)房消防系統(tǒng)主要由消防報(bào)警主機(jī)、消防氣體驅(qū)動(dòng)箱、消防系統(tǒng)供電模塊、消防氣體罐箱、報(bào)警警示聲光警號(hào)、手自動(dòng)切換開關(guān)等組成。

消防主機(jī)設(shè)備不允許安裝在消防防區(qū)內(nèi)部,本次設(shè)計(jì)安裝在機(jī)房主門外側(cè),便于值班人員監(jiān)控和操作。

8 監(jiān)控與安防設(shè)計(jì)

機(jī)房作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心,其內(nèi)部環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安全保障是非常重要的,所以在機(jī)房系統(tǒng)的建設(shè)中除了相應(yīng)的控制系統(tǒng)及感應(yīng)系統(tǒng)外,還需建設(shè)一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)。一方面可以觀察機(jī)房?jī)?nèi)部的實(shí)時(shí)情況,另一方敏可以在突發(fā)事故發(fā)生后查看存儲(chǔ)錄像、查看機(jī)房進(jìn)出人員情況等內(nèi)容。

本次監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中前端安裝3臺(tái)攝像頭,采用IP網(wǎng)絡(luò)半球攝像機(jī),安裝方式吸頂安裝,攝像頭的傳輸線纜采用超五類雙絞線纜,每個(gè)攝像頭通過(guò)星形組網(wǎng)方式連接到監(jiān)控硬盤錄像機(jī),攝像頭使用POE供電方式,由硬盤錄像機(jī)直接供電。硬盤錄像配置1塊4T容量硬盤,滿足機(jī)房1個(gè)月的錄像時(shí)長(zhǎng)需求。

門禁設(shè)備含國(guó)密門禁主機(jī)1臺(tái)、國(guó)密讀卡器1臺(tái)、磁力鎖1把、開門按鈕1個(gè)、閉門器1個(gè),配置國(guó)密IC卡5張。

9 機(jī)房動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9.1 系統(tǒng)概述

機(jī)房中的各種基礎(chǔ)設(shè)施:供配電、UPS、空調(diào)等設(shè)備,為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供正常的運(yùn)行環(huán)境。一旦它們出現(xiàn)故障,就會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性構(gòu)成威脅,如故障嚴(yán)重又不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),就可能損壞硬件設(shè)備,甚至引起火災(zāi)、水患等造成嚴(yán)重后果。

針對(duì)上述問(wèn)題,本機(jī)房設(shè)計(jì)采用機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)房的各種環(huán)境設(shè)備實(shí)行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。系統(tǒng)可監(jiān)控機(jī)房環(huán)境和環(huán)境保障設(shè)備的運(yùn)行狀況,具體有以下幾個(gè)方面:機(jī)房?jī)?nèi)溫度、濕度是否正常、UPS是否工作正常、負(fù)載狀態(tài)、機(jī)房入戶電源是否正常,重要設(shè)備機(jī)柜是否有異常斷電、空調(diào)系統(tǒng)是否工作正常、機(jī)房?jī)?nèi)是否出現(xiàn)水患、機(jī)房?jī)?nèi)是否有火警等。

該系統(tǒng)完全基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸,管理人員可以隨時(shí)隨地了解機(jī)房的各種信息,提供完善的監(jiān)測(cè)和報(bào)警平臺(tái),并可以生成豐富的監(jiān)測(cè)報(bào)告。提供電話、短信息報(bào)警信息發(fā)送,一旦發(fā)生意外及時(shí)通知管理人員。該系統(tǒng)具有嚴(yán)密的權(quán)限管理功能,可以設(shè)定不同管理人員的瀏覽和操作權(quán)限等。

9.2 具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容

1)機(jī)房溫、濕度:可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)的溫、濕度。當(dāng)出現(xiàn)溫度過(guò)高、濕度過(guò)高、溫度過(guò)低、濕度過(guò)低時(shí)告警平臺(tái)自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)級(jí)別的告警信息,通知機(jī)房管理人員及時(shí)調(diào)整機(jī)房?jī)?nèi)溫、濕度設(shè)備。

2)漏水探測(cè)系統(tǒng):計(jì)算機(jī)房由于地板下有大量的信號(hào)電纜和電源電纜,所以機(jī)房要絕對(duì)禁止有水流入。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地板下面主要防范位置(精密空調(diào)和相關(guān)管路下方),一旦發(fā)生漏水現(xiàn)象及時(shí)報(bào)警,告知機(jī)房管理員。

3)機(jī)房入戶電纜監(jiān)測(cè):監(jiān)視市電入戶電纜的電壓(V)、電流(I),當(dāng)出現(xiàn)機(jī)房入戶電纜斷電、入戶電纜缺項(xiàng)問(wèn)題時(shí)及時(shí)發(fā)送告警信息,告知機(jī)房管理人員現(xiàn)在機(jī)房市電停電了,確認(rèn)來(lái)電時(shí)間和UPS所能支持的延時(shí)時(shí)間。

4)機(jī)房空調(diào)監(jiān)測(cè):對(duì)機(jī)房精密空調(diào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)空調(diào)內(nèi)部:壓縮機(jī)、加熱器、加濕器、抽濕風(fēng)機(jī)、注水閥等部件運(yùn)行狀態(tài),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)通過(guò)報(bào)警平臺(tái)通知機(jī)房管理人員。

5)UPS主機(jī)監(jiān)測(cè):對(duì)UPS內(nèi)部整流器、逆變器、電池、旁路、負(fù)載等各部件的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視,一旦有部件狀態(tài)改變或發(fā)生部件參數(shù)越限,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

6)機(jī)房?jī)?nèi)重要設(shè)備機(jī)柜供電監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)重要設(shè)備所在機(jī)柜的供電空開狀態(tài),當(dāng)出現(xiàn)異常斷路時(shí),通過(guò)平臺(tái)發(fā)送短信或語(yǔ)音電話信息告知機(jī)房管理人員及時(shí)處理。

7)消防系統(tǒng)報(bào)警輸出:通過(guò)與消防系統(tǒng)對(duì)接,采集消防故障報(bào)警和火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)故障或火災(zāi)報(bào)警時(shí),可以通過(guò)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)外發(fā)出短信或語(yǔ)音電話信息,第一時(shí)間通知機(jī)房管理人員確認(rèn)是否發(fā)生火災(zāi)及進(jìn)行相應(yīng)處理。

8)告警方式:告警主要通過(guò)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的短信、電話語(yǔ)音告警設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息;同時(shí)在軟件系統(tǒng)中記錄告警信息;按照告警級(jí)別在一定時(shí)間內(nèi)沒有解決的問(wèn)題將向上級(jí)管理人員發(fā)送告警信息,由上級(jí)管理人員督促處理告警事件。系統(tǒng)支持電子郵件,聲光報(bào)警等多種告警方式。

10 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程機(jī)房改造項(xiàng)目的實(shí)施,建設(shè)一個(gè)安全可靠、節(jié)能環(huán)保、可擴(kuò)展的機(jī)房,滿足國(guó)家、水利部機(jī)房建設(shè)相關(guān)規(guī)范要求和信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求中對(duì)機(jī)房的要求,為數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫(kù)工程和水利信息系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障。