《数据中心电子信息关键设备抗震的必要性》---中国优秀数据中心期刊重要文摘
发布时间：2021-10-15
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来源：周启彤
数据中心电子信息关键设备抗震的必要性
《数据中心基础设施施工及验收规范》编制组
党的十九届五中全会通过的中央关于国民经济和社会发展“十四五规划”里，将数据中心建设写到国家规划中，对数据中心建设来说是一个利好的事情，使得我国数据中心行业进入新的一轮快速建设和发展的浪潮，但是机遇与挑战并存。与此同时我们编制组对《数据中心基础设施施工及验收规范》GB50462进行修编工作，并对数据中心基础设施的抗震进行了专题调研。
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机柜机架、服务器、存储设备、电气设备、空调设备及各种基础设施上。
振动对于数据中心设备设施的破坏取决于两个方面：一是数据中心采取避免或降低外来的振动和冲击的措施，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，其破坏力首先表现的就是对建筑物进行左右、前后的振动和晃动，一旦数据中心所在的建筑物倒塌，数据中心内部所有的设备都会受到破坏，造成数据丢失。因此数据中心建设时，建筑物一般都会依据国家标准和规定进行有效的抗震设防设计。但目前对于数据中心内安装的设备和设施的抗震设防却考虑很少，所以即使数据中心建筑物严格按照国家标准和要求进行了抗震设计，但地震来临时，也不能保证数据中心内部的设备设施安全运行。地震通常会对建筑物、数据中心、应急指挥中心、交通设施、通信设施等造成结构性破坏，这种破坏轻则导致结构变形过大而无法使用，重则造成结构坍塌、人员伤亡。即使量级较小的地震，也可能造成建筑物或内部设施的损坏。此类重要建筑物或设施的损坏，如电力中断、通讯中断、生命物资中断等，会对一个城市的稳定运行造成致命性打击。仅以2008年汶川地震中通讯设施为例，工业和信息化部公布的汶川地震通信行业损失显示，四川、甘肃、陕西三省累计受灾电信局所3811个，移动基站29064个，直接经济损失30亿。东京IBM数据中心311地震中，结构无严重损坏，但采用刚性抗震形式的机柜受损严重。服务器机柜发生了倾覆、金属外框变形、线缆拉断等现象，见图1。目前，国内数据中心机柜及关键设备的抗震型式，主要以刚性抗震型式（即硬抗式，加大设备的刚度以及设备与地板连接锚栓的刚度，足以抵抗地震作用）为主。在地震作用下，机柜等关键设备可能不倾倒，但设备刚性增大造成加速度响应放大，内部设备及芯片等承受的加速度成倍放大。根据日本JEITA IT-1004标准及IBM实测数据，数据中心机柜等关键设备一般在0.2g~0.25g时能正常运行，0.3g~0.4g时会出现不同程度的损坏，0.5g以上时会出现飞出等情况。按目前机柜及关键设备安装的方式，地震响应加速度的放大倍率为2~3倍，设防烈度为7度及以上时，数据中心机柜等关键设备的地震加速度响应会放大到0.45g以上。机柜采用刚性抗震设计，即使设备不倾倒，内部存储器及芯片等因不能承受过大的加速度，也会产生存储器损坏或者芯片失去功能。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，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。中华人民共和国国务院令第744号《建设工程抗震管理条例》自2021年9月1日起施行，其中第九条规定，新建、扩建、改建建设工程，应当符合抗震设防强制性标准。第十一条规定：建设工程设计文件中应当说明抗震设防烈度、抗震设防类别以及拟采用的抗震设防措施。采用隔震减震技术的建设工程，设计文件中应当对隔震减震装置技术性能、检验检测、施工安装和使用维护等提出明确要求。第三十九条到第四十八条，对违反本条例规定情况明确了应承担法律责任和处罚措施。（1）《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.7.1条提到：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。该规范为编制中的数据中心国家强制性标准，第2.3.6条规定：数据中心的抗震设防类别不应低于丙类，新建A级数据中心的抗震设防类别不应低于乙类。在建筑抗震能力范围内，电子信息设备及关键电源设备应做隔震设计，保障功能正常运行。（3）《建筑机电工程抗震设计规范》GB50981-20147.4.4.5配电箱(柜)、通信设备机柜内的元器件应考虑与支承结构间的相互作用，元器件之间采用软连接，接线处应做防震处理。8.1.1抗震支吊架在地震中应对建筑机电工程设施给予可靠保护，承受来自任意水平方向的地震作用。8.1.4抗震支吊架应根据其承受的荷载进行抗震验算。日本《产业用情报处理·制御机器设备环境基准》JEITAIT-1004标准规定及IBM的实测数据：当电子信息设备遭遇到地震动加速的大于0.2g时，机柜内的设备就会晃动、飞撞或者损坏，故要求采用隔震技术措施处理。Uptime Tier认证评估体系标准，建筑T4级别规定位于地震带3和4上的数据中心设备和机架应设计顶安装的抗震支架。中国地震局工程力学研究所及中国建筑科学研究院进行了地震动台模拟试验。因此编制组拟在《数据中心基础设施施工及验收规范》GB50462中增加3.1.10 数据中心基础设施应采用抗震措施，7度(含7度)以上地区的B级(含B级)以上数据中心机柜和维持数据中心正常运行的电源设备应采用隔震措施。条文说明：隔震装置应根据数据中心机柜和维持数据中心正常运行的电源设备布置方式合理布置。电源设备可以采取单独隔震方式，也可以与数据中心机柜一起采用整体隔震方式。整体隔震方式有联排隔震和整体地板隔震方式。
《数据中心基础设施施工及验收规范》GB50462-2015编制组在中国电子技术标准化研究院电子工程标准定额站技术总监薛长立的组织下，由主编单位周启彤及相关参编单位30多名业内专家共同组成，各位专家均具有数据中心领域的综合技术优势能力。其中主编人周启彤担任中国计算机用户协会数据中心分会专家委员委员、黄群骥担任中国计算机用户协会数据中心分会专家委员会主任、于庆友担任中国计算机用户协会数据中心分会专家委员会委员。
文章来源：《中国优秀数据中心》2021年第3期
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