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数据中心抗震性能管理

来源:UPS应用 作者: 更新时间:2019/4/25 17:03:53

摘要:数据中心是一整套复杂的设施,用来在internet网络基础设施上传递、展示、计算、存储数据信息,其构成包括计算机系统、通信和存储系统,还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。

  数据中心是一整套复杂的设施,用来在internet网络基础设施上传递、展示、计算、存储数据信息,其构成包括计算机系统、通信和存储系统,还包含冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置。云计算、物联网、宽带和下一代网络的发展,移动互联网、云计算等新兴技术和商业模式不断涌现,使得数据中心的数量不断增加,规模不断扩大,在金融、政府、能源、交通等行业的应用逐步增强,已经成为日常生产和生活中不可或缺的一部分。

  地震、运行环境的振动、运输振动和冲击等一定程度上会对数据中心机房的设备造成损害。外部振动源如机房、火车、生产企业的机械振动、公路交通振动、建设施工活动、地震等,会通过建筑物结构传递到数据中心的服务器、存储器、电源、空调及各种基础设施上。振动对于数据中心机房的破坏最终取决于两个方面:一是数据中心采取措施避免或降低外来的振动和冲击,二是增强数据中心设备的抗振动和抗冲击性能。在很多情况下,外来的振动和冲击是无法避免或者降低的,需要更多关注的是采取措施提高数据中心自身的抗振动和冲击性能。地震作为一种特殊的强烈振动,必须足够地重视,避免和降低设备自身的破坏,保证地震来临时,数据中心能够正常持续运行。

  1 加强数据中心抗震性能工作的必要性

  我国内陆大部分地区位于地震烈度6度以上区域(见图1),50%的国土面积位于7度以上的地震高烈度区域,包括23个省会城市和2/3的百万人口以上的大城市。防震减灾是国家公共安全的重要组成部分,是重要的基础性、公益性事业,事关人民生命财产安全和经济社会可持续发展。2008年至2014年期间先后经历的汶川8.0级大地震,青海玉树、四川芦山、新疆玉田三次7.0级以上强烈地震和几次6.0级以上地震,对通信设施产生极大破坏作用。数据中心设备价格昂贵,地震灾害造成的工程损失(设备零部件损害、安装组件脱出、连接电缆拉断等)和非工程损失严重(通信质量下降或者中断造成的商业中断、社会功能瘫痪、信息丢失等),对经济、社会等长期影响的社会灾害损失无法估量,所以必须加强数据中心的抗震管理工作。《中华人民共和国防震减灾法》中第三条提出了“我国防震减灾工作,实行预防为主、防御与救助相结合的方针。”第四章第三十五条《地震灾害预防》部分明确规定“新建、扩建、改建建设工程,应当达到抗震设防要求。”《国家防震减灾规划(2006—2020年)》中发展战略部分明确要求,加大对通信等重大基础设施的抗震设防和抗震加固力度,以实现到2020年我国各地区基本具备综合抗御6.0级(相当于8烈度)地震的能力,达到中等发达国家水平。《国家通信保障应急预案》3.1条规定“基础电信运营企业在通信网络规划和建设中,要贯彻落实网络安全各项工作要求,不断提高网络的自愈和抗毁能力”。

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  通信建设工程属于生命线工程,建设单位有义务依法抓好抗震防灾工作。《中华人民共和国防震减灾法》第三十六条规定“有关建设工程的强制性标准,应当与抗震设防要求相衔接。”GB50011-2010《建筑抗震设计规范》13.1.2条“非结构构件应根据所属建筑的抗震设防类别和非结构地震破坏的后果及其对整个建筑结构影响的范围,采取不同的抗震措施,达到相应的性能化设计目标”。数据中心设备属于建筑附属机电设备,即为建筑非结构构件,抗震性能应满足规范要求,与抗震设防要求相衔接。《国家通信保障应急预案》3.1条“基础电信运营企业在通信网络规划和建设中,要贯彻落实网络安全各项工作要求,不断提高网络的自愈和抗毁能力”。GB50011-2010《建筑抗震设计规范》3.7.1条、GB50032-2003《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》1.0.3条、GB50260-2013《电力设施抗震设计规范》1.0.3条、GB50761-2012《石油化工钢制设备抗震设计规范》1.0.4条、GB50111-2006(2009年版)《铁路工程抗震设计规范》1.0.5条均用强制性条款对各行业的设备抗震工作进行了强制性规定。

  2 数据中心抗震性能标准管理规定和要求

  数据中心对于抗震工作的重点应该关注地震振动的性质特点,并据此提高基础设施的抗震性能。数据中心设备比较重,供电、制冷等配套设施的放置会对原来的建筑结构造成较大的影响,数据中心必须严格按照国家标准的规定加强建筑物抗震设计和建设工作,也必须结合通信行业的特点,不断提高服务器和存储器等数据通信设备、电力、冷却、走线架、设备底座等基础设施设备的抗震性能。

  目前GB50011-2010《建筑物抗震设计规范》第1.0.2条强制性条款规定:“抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑,必须进行抗震设计。”第3.1.1条强制性条款规定:“抗震设防的所有建筑应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223确定其抗震设防类别及其抗震设防标准。”第3.7.1条强制性条款规定:“非结构构件,包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备,自身及其与结构主体的连接,应进行抗震设计。”

  YD5193《互联网数据中心(IDC)工程设计规范》和GB50174《数据中心设计规范》是数据中心设计时执行的基本标准。地震断层附近或有滑坡危险区域不应建设数据中心。进行数据中心机房建设工程,应该根据所在地区,依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范-附录A》的规定要求确定抗震设防烈度,结合GB50174《数据中心设计规范》和YD5054-2010《电信建筑抗震设防分类标准》确定数据中心机房采用的抗震类别建筑及抗震设防要求,通信建筑抗震设防类别见表1(摘自YD5054的表3.0.2)。GB50174《数据中心设计规范》根据机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性把数据中心划分为A、B、C三级,数据中心在设计时应确定所属级别。新建A级数据中心的抗震设防类别不应低于乙类,B级和C级数据中心的抗震设防类别不应低于丙类。“乙类”是“重点设防类”的简称,指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的通信建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的通信建筑。“丙类”是“标准设防类”的简称,需要严格按照国家标准进行抗震设计。改建的数据中心应根据载荷要求,按照GB50023《建筑抗震鉴定标准》的规定进行抗震鉴定。经抗震鉴定后需要进行抗震加固的建筑应根据现行国家标准GB50367《混凝土加固结构规范》、JGJ116《建筑抗震加固技术规程》和JGJ145《混凝土结构后锚固技术规程》的规定进行加固。

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  根据以上国家标准的管理规定要求,结合自身的特点,通信行业先后制定了关于通信建筑抗震、信息通信设备抗震、设备抗震安装加固的方面的一系列标准(见表2)。

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  在我国抗震设防烈度7烈度以上(含7烈度)地区公用电信网中使用的交换、传输、接入、服务器网关、移动基站、通信电源等主要设备,应当经过电信设备抗震性能质量监督检验机构进行的抗震性能检测,未获得通信设备抗震性能合格证的不得在工程中使用。信息通信设备加固安装必须满足YD5059-2005《电信设备安装抗震设计规范》的要求。

  数据中心机房建设工程应该依据国家和通信行业的标准法规要求进行基本的抗震设防工作。从通信建筑、信息通信设备、设备安装工程等方面逐步规范管理,不断加强各种基础设施的抗震性能设计和抗震安装措施研究工作,促进行业发展,预防为主,从国家、行业、企业各个层面做好上下一致做好抗震工作。

  3 数据中心抗震性能整体评估方案

  数据中心建设主体不同,管理方式不同,其抗震性能参差不齐,为了更好地对投入使用的数据中心机房的抗震性能做一个整体的评估,依据上述的相关标准在抗震工作的规定和要求拟定了基本的抗震性能评估方案。表3给出了数据中心抗震性能评估方案项目表。

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  以上方案采取核查资料,现场检查、现场测试等多种方式从整体上评估数据中心机房的抗震性能。

  4 机房设备动力特性现场测试的方案

  动力特性测试主要获取设备的固有频率、阻尼比和模态振型。测试采用锤击法,根据设备的实际结构尺寸,在机柜各处共布置42个激励点,且这些点足够表示出机柜的结构轮廓,测量x,y,z三个方向,选择三个不同方向的测点进行测试,力锤采用尼龙锤头,测点具体位置见图2所示。

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  测试时采用移动激励、固定响应点的测试方法进行,传感器布置完毕后,分别在机柜的各激励点,用高弹性聚能力锤进行激励,每个激励点分别激励3次。每组测试得到一组力和响应之间的传递函数,所有数据测试完成之后,再用模态分析软件对测量数据进行分析。

  测试系统框图如图3所示。

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  设备动力特性测试的结果代表了数据中心机房设备安装现场的振动特性,与其抗震性能、振动性能检验报告的结果进行复核,结合现场环境振动测试可以综合评估机房设备的抗震性能。

  5 结束语

  我国对于数据中心机房和设备的抗震性能管理还未形成统一的管理体系,技术科研发展滞后,通信设备抗震隔震工程技术有待开发利用,设备安装抗震措施有待精细化,室外设施的安装质量和抗震措施还需要进一步优化改进。上述内容希望引起全行业的重视,共同促进抗震工作的科学规划和发展,以使我国的数据中心抗震设防水平有一个系统的提高,减少地震时带来的损失。

  责任编辑:DJ编辑

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