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施耐德數據中心論壇|模塊化專題(四) 預制模塊化數據中心落地的探討

發表日期:2017-07-26        文章編輯:管理員         閱讀次數:

預制模塊化數據中心可加快數據中心部署速度、提高可預測性、增加可擴展性以及節約全生命周期成本等等。從數據中心設計到現場準備、再到設備采購以及安裝的整個部署流程與傳統數據中心大相徑庭。本文將探討如何規劃和設計此類項目、如何進行現場準備、如何采購設備以及如何安裝和調試設備,以便達成此類項目的預期成果。

一、規劃與設計  

數據中心項目的規劃對于大部分IT部門而言仍然是一個巨大的挑戰。不同層級間交流與討論的缺乏,以及利益相關者認同的缺乏是罪魁禍首。雖然采用預制模塊化數據中心方案并沒有取消這些步驟,但是它將這些步驟加以簡化并縮短其所需時間。一旦確定關鍵項目參數(如等級、容量、成長計劃、能效、密度和預算),項目規劃步驟的完成時間將大大縮短,這主要是因為高效的預制數據中心模塊的設計是基于現有的參考設計。

預制化模塊數據中心通常被歸類為一件完整的“個人資產”,其為數據中心業主提供了很多傳統數據中心無法提供的可選方案,包括:

•預制化模塊的登記和折舊可以不考慮樓宇年限,而使用一個更為合理的時間,如10年使用期。

•預制化模塊可以與現場其它資產分開租用(或出售及回收)。

•預制化模塊可以在確認折舊并保留完整剩余市值的狀態下從一個數據中心轉移(遷移)至另一個數據中心。

預制化模塊包含一個隱含的預期條件,即模塊中所包含的組件都已匹配且完全集成。采用預制化模塊,可以省下花在理解項目要求及開發設計方面的大部分時間。譬如,出廠前便已完成優化及集成布線與管路要求。管材與電線規格型號、閥門與液壓組件的壓降以及泵與葉輪的規格型號都已經事先選好并安裝好,且滿足模塊的性能特性。重要的是,所有的關鍵部件與控制部件,如斷路器、轉換開關、變頻器以及冷水機組可以作為一個完整系統在工廠完成裝配和測試,且由一個或多個認證機構進行認證(如UL、ETL或者CSA)。整個數據中心設計周期從通常的24周縮短到12周。

二、施工現場準備 

無論是翻新改造還是新建數據中心項目,通常都需要對數據中心現場做一定的準備工作。必須拿到施工許可證、敷設好管路與電氣線路、安排好新系統的安裝場地或機房建筑物、并且還要進行現場檢查。對于預制模塊化數據中心而言,在完成上述步驟時還有一些其它方面需要考慮。

審核與檢查

通常,由預制化模塊構成的數據中心項目的審核流程類似于傳統的“現場施工”的數據中心項目,一些可以簡單繪制出的施工圖紙除外。這些模塊從圖示角度來看,可能就像在施工圖紙上描述出來的一個封裝的發電機組一樣,重點在于現場的接線連接要求,而不是工廠組裝的內部接線和管路。預制化模塊不僅減少了繪制施工圖紙與“審核流程”所需的時間,而且使項目審查與檢查更為高效。

制造商通常會以單線圖、三線圖、五線圖、管路圖以及示意圖文件的形式,多重標準圖形格式提供所有產品的詳細信息,允許產品擁有者或工程師為特定的讀者繪制詳細的施工圖紙。當地主管部門主要檢查預制模塊化數據中心的現場施工。但檢查員也可能會對供應商生產這些設施模塊時的用材和方法進行挑剔,雖然所有預制化模塊在工廠的時候都已經過UL、ETL等認證機構的評估、檢查與“認證”。

從審核成本角度來看,設施模塊的成本價值通常被合理地從工程分項價值表中忽略,而審核成本正是基于工程分項價值表。理論上來說,本地檢查員(雖然擁有查看和對設施模塊做出肯定評價的所有權利)并沒有被指派任務或者負責模塊檢查工作,因為“產品檢查任務”已被UL、ETL等認證機構執行或在他們的監督下執行。這些認證成本就并入了這些模塊的采購價格成本中,但會給予客戶折扣,因為它分攤到模塊的多個組件中。

模塊的室內安裝和室外安裝

大部分模塊的外殼都設計為防風防雨的,因此可以獨立安裝在室外。對于位于租借場地的數據中心應用而言,模塊室外安裝可能是一個節省成本的機會,因為室外場地的租金通常比建筑物室內場地租金要便宜很多。同樣這也為場地出租者提供了一個預期之外的額外收入來源。

當專為模塊化數據中心而開發的現場可以提供最多可選方案時,通常可以在大多數校園環境以及辦公園區內找到所需的場地空間。在翻新改造項目情況下,現場規劃通常包括現場固有功能的再利用,如停車場、停車樓、倉庫或者“綠化帶”。現場準備考慮因素中模塊安裝位置選擇最重要的因素就是與公用設施距離、水電及IT空間模塊等接入問題,此時“通信運營商”涉及到數據傳輸這一塊的工作。

室外安裝非常適合于利用現有室外配電設施配送的中壓模塊,或者在一個新開發的現場中,直接由公用設施供電的模塊。通常而言,若現有建筑物已經具備供電接線,當地公共事業單位將會要求數據中心模塊與該建筑物進行電氣連接,而不傾向于再提供額外的供電接線,尤其是在現有供電容量足夠的情況下更是如此。

室外安裝模塊的布局以及接入到公用設施的布局需要考慮配置成易于模塊安裝(以及拆除)、服務與日常保養(如雨水排水管理、除雪、以及草坪、人行通道、以及大量的維護作業)。此外還要考慮到模塊周圍安全性與遮蔽等方面的考慮因素,這些有可能會被要求需要符合租賃合約或者土地用途管制規則中的條款和協議。

模塊基座

現場規劃文檔通常包括一份“土建現場規劃”、一份“電氣現場規劃”以及一份“機械現場規劃”。現場規劃的眾多主要特性中就包括支撐這些模塊的基座。三種常用類型的基座包括整塊水泥板基座,多塊水泥板基座、或者水泥墩(或是這三者的組合),如下圖所示。基座類型的選擇與現場的物理特性息息相關,這其中包括土壤條件、地面排水、霜凍情況、以及特殊地理位置現場的抗震和風力要求等等。

整塊水泥板基座是放置和錨定模塊最常用的結構。它作為一個集裝箱存放平臺,在模塊四周有一個360度的表面。其它附加特性,如基墻、地基處理以及抗震錨固等都取決于氣候條件與土壤條件。

整塊水泥板基座的一個變形就是多塊獨立水泥板基座,每塊獨立水泥板都具有與整塊水泥板相同的地下特性。多塊水泥板基座通常用于被非滲透性表面覆蓋的區域,如已鋪筑路面區域,以及地面排水有問題的區域。除此之外,多塊獨立水泥板基座的構建需要更少的材料,同時仍然可以提供所需的質量與錨定特性。

具備足夠強度和幾何形狀的水泥墩或者水泥樁基座結構更小,當其隔開排列的時候可以用作模塊承載接觸點的一種支撐方式。這種類型的基座允許模塊安裝處的地表水通過浸入模塊附近地表的方式進行排水,而不適用于地表水流經非滲透表面流向排水溝、集水槽或者其它地表排水結構中的區域。

地下布線與管路連接

數據中心模塊的供電線路以及數據中心模塊的輸電線路如果敷設在地下的話,通常由簡單的低成本的材料組成。地下饋電器與饋電回路,連同相關的通信電纜管道,以及超過12米長的機械連接件如果安裝在地下的話,一般都采用更加簡便的安裝方式,且使用低成本安裝材料。

采用地下管路連接方案,通常來說可以建造更少的支撐結構,并且有機會使用低成本材料,如PVC(聚氯乙烯)管道(在大部分地下應用中都非常適用)。除此之外,訂購的電源設施模塊能夠真正配合地下電纜,簡化不受天氣影響的密封作業以及導體終端作業。對于制冷模塊而言,冷凍水管道可以直接從靠近模塊的地下引出,這樣就簡化了或者說總體消除了支撐固件或者特殊結構的需求。

三、采購準備 

相比傳統數據中心的采購流程,預制模塊化數據中心的采購流程更加簡便與快捷。某種程度上來說,簡便之處就是每個模塊都可以作為單獨的完整系統或者一套系統從一站式供應商處采購,而不是從不同供應商采購大量單獨的子系統。當整個系統作為一個整體運送的時候,傳統數據中心項目所面臨的交付運送挑戰——如收到不完整的材料清單,或者是錯失部分部件的交貨時間表——都可以有效避免。

通過公路運輸交付的預制化模塊的外形尺寸與重量受到有相關條款的約束(其它運輸方式也一樣),但是預制件集成商/供應商通常會考慮到這一點,因為機動性是部署預制模塊化數據中心的一個常見因素。產品運輸與封裝/拆封注意事項將會在下文中進一步探討。

模塊運輸

通常用卡車將數據中心模塊運送到施工現場。在世界大部分國家和地區,公路運輸卡車受到相關條款的約束。出于公共安全的考慮,連同速度限制與公路通行權,公路長途運輸條例控制車輛的重量與外形尺寸,也包括車輛所運輸的貨物。卡車以及貨物重量與外形尺寸的標準反映了公路車輛通行容量、公路橋高度等,從而能夠讓所有車輛合法在公路系統中通行。

預制化數據中心模塊的一個優點就是它們運輸起來很便捷。世界上不同地區公路上行駛車輛的重量與外形尺寸都有不同的限制。通常來說在這些限制條件內的牽引車與拖掛車都可以在高速公路系統中無需特別許可證自由通行,只要它們的車軸配置與車軸載重滿足管理條例即可。ISO標準集裝箱是一種常見模塊規格,因為它們在尺寸上已經滿足上述管理條例的要求。

寬度直至3.6米(超規格負載)的其它規格,且具有更大總重量的車輛在某些地區還是可能通行的,但是需要出具特別許可證、更專業的牽引車與拖掛車、遵循指定的路線與運輸行程安排,定義了載重車輛在具體的時間通過特定的公路,以及在接近和通過某些公路橋時遵循特殊的時間點和協議。

由于數據中心模塊通常處于外形尺寸與重量限制條件的上限,制造商們通常采用專門運輸大型特殊負載的運輸公司與物流公司的服務。實際承運人主要是獨立的卡車運營商,他們是物流公司的分包合同商,物流公司具備最高質量級別的牽引車與最專業的拖掛車,提供拖運敏感負載與貨物的服務。在運送數據中心模塊之前,供應商與物流合作伙伴應當確保:

任何松散的物品都已固定好或者被移除

外部電氣接地連接已被拆除

外部固定已被拆除

所有的門都已固定

無其它外部附著物存在

在裝運時間點能夠提供最終的外形尺寸、重量以及重心點等數據

模塊包裝

在傳統數據中心項目中,為了將設備安全地運抵數據中心施工現場,需要使用大量的木箱、紙板箱、塑料包裝等包裝材料。這會增加成本并增大運輸工作的復雜性(例如大垃圾箱的需求,處理這些包裝物所耗費的工時)。另一方面,對于預制化模塊而言,大部分的物理基礎設施(電源模塊、制冷模塊、機柜)子系統在交付運輸之前就已經安裝并固定在模塊中,這就大大減少實現模塊安全運輸所需的包裝物需求。

但UPS產品是一個例外。當模塊中包含UPS系統時,在裝運之前,需要在完成工廠測試之后將電池拆下,這是因為電池的重量太沉。由于牽引車的空氣懸架系統存在很多變化因素,運送安裝有電池的模塊可能會在運輸過程中造成UPS機架損壞。因此,通常將電池單獨放在紙板箱中并固定好進行運輸,最好是用棘齒帶進行固定。

元器件的保護

如果模塊沒有放置在全封閉防風防雨的集裝箱中,就必須考慮模塊該如何運輸。假設分成兩部分運輸一個IT模塊,運抵現場后拼接起來。模塊的開口端必須密封起來,以防止雨水或者大風對設備內部造成損壞。供應商通常采取以下兩種防護方案:

1.   臨時的硬質外包裝,如通過雙頭螺栓安裝好的高質量的膠合板

2.   沉重的熱縮塑料包裝,類似于船的防護與運輸

通過雙頭螺栓桿連接在一起的硬質膠合板以其堅硬的自然特性,被認為能夠起到更好的防護作用,但是美中不足的是,與熱縮塑料包裝相比,它產生的垃圾廢棄物更多。熱縮塑料包裝模塊的拆封也更加快捷——只需簡單地切開熱縮塑料包裝,將其拉下來,折疊起來,然后放進垃圾袋即可。這也就意味著花費更少的時間處理數據中心系統的垃圾以及需要處理的垃圾更少。提升數據中心部署效率的不斷嘗試將會使熱縮塑料包裝成為更佳的選擇。

四、現場安裝

設計精良的預制化模塊可以讓安裝流程更加簡單、更加快捷。安裝過程中應考慮到的關鍵注意事項包括將模塊放置在何處、如何搬運和放置模塊以及如何確保模塊的安全性,確保可靠高效的運行。

模塊放置與方向

模塊室外放置的注意事項將會從模塊的可靠性、效率、可操作性以及可維護性等方面對模塊的交付與運行產生重大影響。以下是模塊放置的一些最優方法:

模塊放置方向要以最小的表面面向太陽。在炎熱的氣候條件下,這樣可以顯著減少模塊的吸熱量,或者采用遮陽裝置來減少吸熱量。

將模塊放置在遠離樹底、燈具、低壓或高壓線、或者其它可以在自然災害(暴風雨、地震等等)中可以移動物體之處。

數據中心施工現場布局應該可以防止車輛與模塊發生碰撞的可能。

將模塊放置在無障礙的地方,以便吊車、叉車或其它搬運裝置可以放置和搬運這些設備。

將模塊放置在易于模塊排水的場所。

模塊搬運與部署

數據中心模塊的交付應該安排在將其安放到基座那天的“前夜”到達或者接近安裝現場。模塊的搬運與布局可以通過多種常見的起重搬運設備完成。大部分預制化模塊的重量都在工業叉車和可行駛起重機的通用載重范圍之內。然而在港口等場所他們通常使用“集裝箱搬運車”以及橋式吊車來搬運這些模塊,移動式起重機(如卡車起重機)是現場安裝中比較經濟的起重設備選擇,如下圖所示

采用起重機吊裝模塊通常需要使用“吊索與撐桿”的組合,兩根撐桿(寬度比模塊略寬)通過四根吊索連接到起重機的吊鉤上,模塊通過另外四根穿過角孔綁定到模塊上的吊索連接到撐桿上,或者通過鉤環直接連接到撐桿上,如下圖所示

為了防止模塊損壞,以下是模塊搬運與布局過程中應當考慮的主要注意事項:

吊裝皮帶與模塊之間盡量少的接觸。

平衡每個吊裝點的載重,在吊裝過程中保持模塊盡量水平。

選用具有吊裝此類負載經驗豐富的起重機公司,并使用合適的裝配設備,避免項目延期。

模塊固定與抗震注意事項

一旦模塊被放置在其預定地點,將其固定在原有位置能承受如風力等的上舉力與橫向力就變得尤為重要。這通常采用通過壓緊螺栓固定到支撐架構上的錨架來實現。同時還必須考慮到模塊的抗震要求,尤其是在地震高發地區。在這些地區,建筑條例是強制實施的,所有類型的建筑物都要求具備緩和地震活動效應的特性。具體到數據中心模塊而言,混泥土基座與“模塊連接基座”就需要能夠滿足抗震要求。

數據中心制造商通常會為所有客戶提供一份地震規劃指導準則。該指導準則由定期實踐抗震設計相關科目的結構工程公司授權發布。在該指導準則中包括某個地區或國家的官方地質調查地圖,上面詳細標注了地震活動區域。對于每個等級的地震帶,該工程設計指導準則提供了與合適的要求用于地震安全與控制模塊用的混泥土(以及鋼)基座、墩及其它附件相關的詳細計算公式,受制于當地土壤條件與其它現場特殊因素,如土地的等級。

五、結論 

預制化數據中心模塊改變了數據中心規劃的本質,并且在很大程度上顯著地精簡了一個數據中心從概念構思到竣工完成的日程表。對于室外安裝的模塊而言,日程表通常就是執行和完成現場規劃與下訂單后的交貨日期之間的賽跑。深刻理解這些數據中心項目(與傳統數據中心項目相對比)的獨到之處對于避免項目延期、不必要的成本、模塊損壞以及/或低效的操作都至關重要。本文探討了項目規劃、現場準備、包裝、交付、搬運、放置以及固定數據中心模塊等方面的主要考慮因素。有了這些信息,數據中心項目就可以如期展開,并且可以帶來預期的收益。

 

文章摘自施耐德電氣信息技術

 

 

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