A. 电子信息系统机房设计规范代表什么
概述《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)将于2009年的6月1日起实施,其中有不少强制性条文必须严格执行,同时原有的《电子计算机机房设计规范》(GB50174-93)将终止使用。
比特网(Chinabyte)记者有幸采访了电子信息系统机房设计规范编制组组长、中国电子工程设计研究院副总工程师钟景华先生,请他对机房新标准进行了详尽解读。
新规范名称有内涵关注机房发展的人们可能会注意,新标准的名称是《电子信息系统机房设计规范》,没有延用之前的《电子计算机机房设计规范》或改为数据中心设计规范。
钟景华一语道破了其中的缘由:“在规范立项之初,编制组考虑到如果仍然延续《电子计算机机房设计规范》这一名称可能会过于局限。
现代的机房名称很多,有数据中心、信息中心、电脑中心、计算机房等等,如何让这个规范涵概更广,成为大家关注的一个问题。
”
然而无论机房名称怎样,归根到底其传输、存储、运算的都是电子信息。
所以,编制组最终把新规范定义为《电子信息系统机房设计规范》,它不仅涵概传统的计算机机房,并将所有具有电子信息传输、存储、运算功能的场所都归入其中。
让不同级别的数据中心都有据可依在《电子信息系统机房设计规范》立项时,编制组就为规范制定了四个要求:科学性、先进性、协调性和可实施性。
现代数据中心的规模、应用和需求各不相同,如何让不同级别的数据中心都有据可依?即如何实现可实施性?钟景华介绍:“当时编制组和们认为一定要将机房分级,而这恰恰与当时还没看出版的美国通信行业协会标准TIA/EIA-942《数据中心通信设施标准》不谋而合。
”立项会议后几个月TIA/EIA-942来到了中国,编制组马上进行了翻译,认为新标准的分级不能完全参照TIA-942,因为其中的T3级并不附合中国国情。
T3要求系统采用“一用一备”的运行方式,在主用系统检修时直接切换市电工作,这一做法在电源质量比较好的情况下可行,但国内电源谐波和瞬间断电情况较多,如果直接用市电,可能造成信息丢失、传输错误或者造成设备的损坏。
最终,新规范将电子信息系统机房根据使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性划分为A、B、C。
对应TIA/EIA-942的T4,B级对应TIA/EIA-942的T2,C级对应TIA/EIA-942的T1。
T3可以归类为,但是很勉强,需要在设计时完善。
这是新规范与旧规范相比最大的特点。
除此以外,新规范中增加了术语和符号、机房分级标准、电磁屏蔽、网络布线、机房监控与安全防范五个章节和附录。
充份关注节能环保“据统计2006年美国境内数据中心耗电量为600亿度,占美国全年耗电量的1.5%,到2011年这一数字将超过1000亿度。
只是这些数字还不够直观,我举两个例子:一是三峡水电站一共设置了32台发电机组,如果全部开启一年的发电量也就是1000亿度;二是全国照明用电,包括家庭、办公和生产耗费的照明电,全年约为1000亿度。
”钟景华说到。
节能是数据中心的一个非常重要话题,新规范中特别增加了关于大型数据中心节能的条文。
规范7.4.13条规定,空调设计应根据当地气候条件,选择采用以下节能措施:大型机房宜采用水冷冷水机组空调系统;北方地区采用水冷冷水机组的机房,冬季可利用室外冷却塔作为冷源,通过热器对空调冷冻水进行降温;空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。
钟景华解释:大型机房通常指数千至数万平方米的机房。
在这类机房中,安装的设备多、发热量大、空调负荷大,而水冷冷水机组的能效比高,可节约能源,提高空调制冷效果。
在北方冬季还可利用室外冷却塔作为冷源,通过热器对空调冷冻水进行降温,进一步节约了能源。
新规范中关于节能的条文还很多,例如机柜的摆放方式、照明光源、机房窗户设置等细节,充分体现了对节能环保的关注。
新规范中的强制条文“建设部101号文中明确表示《电子信息系统机房设计规范》中的第6.3.2、6.3.3、8.3.4、13.2.1、13.3.1为强制性条文,”钟景华为比特网记者介绍:“这五条强制性条文都涉及到生命安全和节能环保的内容。
”第6.3.2条规定,电子信息系统机房的耐火等级不能低于2级。
第6.3.3条规定,当或B级电子信息系统机房位于其他建筑物内时,主机房与其它部位之间应设置火极不低于2小时的隔墙,隔墙上的门应采用甲级防火门。
第8.3.4条规定,电子信息系统机房内所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构等必须进行等电位连接并接地。
第13.2.1条规定,采用管网式洁净气体灭火系统或高压细水雾灭火系统的主机房,应同时设置两种火灾探测器,且火灾报警系统应与灭火系统联动。
第13.3.1条规定,凡设置洁净气体灭火系统的主机房,应配置专用空气呼吸器或氧气呼吸器。
以上五条都涉及了人身和设备安全的条文,必须严执行。
另外,关于强制条文在规范的说明部分都有明确的解释。
要求高于国家规定的编制过程计算机技术的发展速度平均是2.5年一代,而《电子计算机机房设计规范》从1993年实施至今已经进入了第15个年头。
而早2005年初中国电子工程设计院在对标准进行整理时发现原有的标准已不能适用于现代数据中心的设计要求时便向建设部和信息产业部提出了修编的申请,并得到了相关部委的高度重视,很快发文委托中国电子工程设计院对标准进行修编。
按照国家相关规定,标准的编制要分四个阶段,分别是准备阶段、征求意见稿阶段、送审稿阶段和报批稿阶段。
然而《电子信息系统机房设计规范》的编制工作远远超出了这四个阶段。
钟景华介绍:“准备初期编制组调研了40多个机房,取得3000多个数据,并编写200多页的调研报告,并且还研究和翻译了美国通信行业协会的TIA-942《数据中心通信设施标准》、电气和电子工程师协会的IEEE-1100《电子设备供电和接地作规程》等相关国外标准,吸取了其中适合中国国情的部分。
”从调研到草稿完成经历了一年的时间,之后编制组按照建设部的规定开始了为期两个月的向全社会征求意见阶段,期间收集意见330余条。
意见中很多涉及很多机房疑难问题,如何取舍编制组慎之又慎,并对每一条不采纳的意见都回复了具体的理由。
比如关于机房接地的意见,编制组邀请了国内知名的王红宇等对每条意见进行分析、讨论,彻底解决了长久以来对于机房接地的争论,除此以外编制组还组织了并于供电、空调、综合布线及消防等方面的意见研讨会。
此后,又经历了征求意见稿修改、送审稿讨论和修改、报批稿修改等阶段。
最终,建设部于2008年11月12日发布第101号公告,批准了《电子信息系统机房设计规范》规范,从立项到批准经历3年多的时间。
与旧标准相比,新标准的内容更加科学和更具实施性,然而整个编写过程却比旧标准缩短了一半的时间。
钟景华还从新规范的角度为数据中心建设提了几条建议,首先要量力而行,数据中心投资费用非常高,建设成本平均要1.5万/平米,新规范中、B级、C级机房的投资差别是相当大的,一定要根据自己企业的性质、数据中心的重要性来定出数据中心建设的级别。
第二,数据中心建设一定要考虑标准化和模块化,这也是节省投资和运行费用的重要因素。
最后,钟景华谈到,按照建设部的委托中国电子工程设计院正在编制《电子信息系统机房环境检测标准》,专门解决目前检测没有依据、没有方法的问题。
其中包括了数据中心温度、湿度、电源质量、布线等参数如何检测的规范标准,将于2010年完成。
另外,中国电子工程设计院还承担了建设部委托的编制《电子信息系统机房设计与施工的国家标准图集》任务,图集可以帮助设计和施工人员理解规范,目前图集已经出版。
B. 什么是统筹法
统筹法,它是以网络图反映、表达计划安排,据以选择最优工作方案,组织协调和控制生产(项目)的进度(时间)和费用(成本),使其达到预定目标,获得更佳经济效益的一种优化决策方法。
1957年,美国化学公司Du Pont的M.R.Walker与Rand通用电子计算机公司的J.E.Kelly为了协调公司内部不同业务部门的工作,共同研究出关键路线方法(简记作 CPM).首次把这一方法用于一家化工厂的筹建,结果筹建工程提前两个月完成.随后又把这一方法用于工厂的维修,结果使停工时间缩短了47个小时,当年就 取得节约资金达百万元的要观效益。
1958年,美国海军武器规划局特别规划室研制含约3000项工作任务的北极星导弹潜艇计划,参与的厂商达11000多家.为了有条不紊地实施如此复杂的 工作,特别规划室领导人W.Fazar积极支持与推广由专门小组创建的计划评审技术(简记作PERT).结果研制计划提前两个完成,取得了极大的成功。
CPM在民用企业与PERT在军事工业中的显着成效,自然引起了普遍的重视.在很短的时间内,CPM与PERT就被应用于工业、农业、国防与科研等等复杂 的计划管理工作中,随后又推广到世界各国.在应用推广CPM与PERT的过程中,又派生出多种各具特点,各有侧重的类似方法.但是万变不离其宗,各种有所 不同的方法,其基本原理都源于CPM与PERT。
CPM与PERT两种方法实质上大同小异,因此,人们把CPM与PERT及其他类似方法统称为统筹法。
网络计划技术最适用于大规模工程项目,工程愈大,非但人们的经验难以胜任,就是用以往的某些管理方法(例如反映进度与产量的线条图等方法)来进行计划控制也愈加困难.相反地在项目繁多复杂的情况下,网络计划是可以大显身手。
1962年,我国科学家钱学森首先将网络计划技术引进国内。1963年,在研究国防科研系统SI屯子计算机的过程中,采用了网络计划技术,使研制任务提前完成.计算机的性能稳定可靠,随 后,经过我国数学家华罗庚对网络计划技术的大力推广,终于使这一科学的管理技术在中国生根发芽,开花结果,鉴于这类方法共同具有“统筹兼顾、合理安排”的 特点,我们又把它们称为统筹法,网络图也称统筹图,本节主要讲述统筹法的基本思想。
统筹法的基本思想
现在通过对例1的分析,来了解统筹法的基本思想。
设表1是某部件生产计划中有关项目的明细表。
表1
项目工期(天)代号设计锻模10A制造锻模15B生产锻模10C制造木模25D生产铸件15E设计工装20F制造工装40G
作出该部件的生产计划流程图并加以分析,再提出使完工期缩短的改进措施。
分析
本例可称为“生产过程的优化问题”,衡量的数量指标是“完成工程的时间”越短越好.鉴于工厂生产的实际情况,可知明细表中所列各项目的先后顺序关系不允许 更动,也中可能对任一项目进行分解.例如,依照工艺过程,必须先制造木模,才能去生产铸件,这样就可得到图1 所示的生产计划流程的一个方案。
图1
表从图1中可见,A、D、F三个项目同时开工,随后分成三条支路.先考察上、中、下三条支路上各项目总共所费的时间,具体地说,有
上支路 10+15+10=35
中支部 25+15=40
下支部 20+40=60
比较之,可见F与G两个项目合成的下支部所花时间最长。该部件生产计划的完工期实质上受F与G两个项目工时的制约。
设想一下,即使A、B、C、D、E都如期完工,但是由于F、G还在进行中,先完工的人员与设备如不及时利用只能闲置起来,造成所谓“窝工”现象,这就是生 产了浪费,要是有可能重新调配力量,适当地让A、B、C、D或D、E慢点完工,同时力求F、G快点完工,那么就可能缩短工程的完工期.于是可以采取如下措 施:把上支部或中支部上的资源(人员、设备等)适当抽调一部发到下支路上去,以加快完工期.当然,这里已设被抽调的资源适用于下支部上的项目。例如,设计 锻模(A)的人也要会设计工装(F)。从而可以去支援F。此外,从某项目上被抽调的资源数量必须适当,抽调过多,原项目的完工时间将大为延长,反过来又会 影响完工期。
因此,时间最长的那条支路对于完工期起着关键的作用,所以被称为关键路线。
可见统筹法基本思想,简单地说就是:向关键路线要时间,向非关键路线要资源,以达到预期目标的最优。
统筹法主要由互相关联的三部分内容组成:
1、统筹图概念及绘图规划;
2、统筹图各参数的计算法;
3、统筹图的调整与优化。
统筹图的绘制
统筹图的结点都一律画成圆圈,实质上,统筹图上正是一个含时间因素的作业流程图。
(一)术语与符号
凡是要完成一项工作任务,都称为一项工程。为了将统筹图应用到编制工程的实施计划中,统筹图必须具备两个功能:
(1)能完整而系统地反映出工程自始而终的全过程;
(2)能确切而逻辑地表示出工程各方面的内在关系。
因此,在研究和应用网络计划技术之前,先要熟悉有关的网络符号与工程术语。
1、工序
工程中各个环节上相对独立的活动称为工序。各道工序按照工艺技术或组织管理上的要求,逻辑地依序排列而组成一个工程;反之,对一个工程进行科学而合理的分解,就得出一道道工序,工序必定要消耗资源或时间,工序总假设为要消耗一定的时间或费用。
工序以箭线来表示,在统筹图中,箭线的两侧分别标上该道工序的代号(标在上、左侧),与完成该工序所需要的时间数据(通常以h为单位称为工时,以d为单位称为工期,标在下、右侧)。
为了确切而逻辑地表示工程中各方面的内在关系,有时必须在统筹图中人为地添设虚加的工序,称为虚工序.并且以虚箭线来表示,通常虚工序不写代号及时间数据 (或时间为0).实质上,虚工序的功能仅仅表示有关工序之间的逻辑关系(衔接,依存或制约等关系),它不消耗资源与时间.在具体实施计划时,虚工序并不出 现。
2、结点
工序开工这一事件称为该工序的开工结点,又称箭尾结点(即表示工序的箭线的起点):工序完工这一事件称为该工序的完工结点,又称箭头结点(即表示工序的箭 线的终点).两者统称为结点。每道工序的开工与完工的两个结点,称为该工序的相关结点.如果一道工序的完工结点同时为另一道工序的开工结点,那么这两道工 序称为相邻工序,且前者称为后者的紧前工序,后者称为前者的紧后工序.换言之,这样的结点即是紧前工序的完工结点又是紧后工序的开工结点.凡是以某结点为 开工或完工结点的工序都称为该结点的相关工序。
结点以圆圈来表示,在统筹图中,由于结点反映在时间轴上是表现为一个时刻,所以我们在圆圈的内部标上结点的编号常用非负整数来表示。除了表示工程开工的始 终点与表示工程完工的终结点以外,统筹图中的其他结点都是其相邻工序(包括虚工序)的时间分界点。图1中的小圆圈就是尚未编号的结点。
必须指出,虚工序的两个相关结点,虽然编号不同,但是实际上反映同一时刻,这是因为虚工序并不消耗时间之故。
3、统筹图
将表示工序的箭线与表示结点的圆圈组合起来,标上工序时间,就成为一个赋权的有向图,即统筹图。
(二)绘制统筹图的方法
1、统筹图中不能出现回路。也就是说在统筹图中不允许出现a为b的紧前工序,b为c的紧前工序,c为d的紧前工序,d又为a的紧工序的工序互为牵制的情况,因为这在实际情况中是不允许的。
2、不能有两个工序同时有相同起点与相同终点。即一条箭线只能表示一个工序。
3、统筹图中只能有一个起点和一个终点。
4、引入虚工序,为了不违反第2和第3规划,有时需虚设工序。
一项工程的工序之间的关系如表2所示,其统筹图如图3
图2 图3
工序紧前工序a――b――ca,bdc
工程中各个环节上相对独立的活动称为工序。
如果一道工序的完工结点同时为另一道工序的开工结点,那么这两道工序称为相邻工序,且前者称为后者的紧前工序,后者称为前者的紧后工序。
图2中a无紧前工序,b无紧前工序,c的起点为3,而结点3为工序a,b的终点,故c的紧前工序为a,b,同样d紧前工序也为a,b,与表 2给出工序关系不一致,故图2不是所求统筹图.在图3中,工序c的起点为4,而结点4为a的终点,也为虚工序的终点,由虚工序的 特点,相当于将结点3合并到结点4,但并不等于结点3与结点4重合,也与将结点4合并到结点3有别,所以结点4也为b的终点,于是工序c的紧前工序为a和 b。
虽然图3正确地反映出表2给出工序关系,但不满足规划3,于是虚设一个工程起点0和终点7以及四上虚工序,得图4在一般的统筹图 中,如有一个以上的起点,我们可以虚设另一个点,然后以该点为虚工序的起点,原起点为虚工的终点,引若干虚工序,即可将统筹图化为一个起点.对于有一个以 上的终点的统筹图,可以类似地化到一个终点。
进一步可以去掉不必要的虚工序,将图4简化为图5。
图4图5
5、平行作业
如果有多个工序可以同时开工,而完工允许有先后,作业流程的这一环节称为平行作业,显见,平行作业最有利于缩短工程完工时间,所以只要有可能,应该尽量采用平行作业.下列给出了平行作业的画法。
设某工程的工序明细表如表3所示,其统筹图如图6。
表6
工序工时紧前工序A4―B3AC5AD2AE2B,C,D
工程中各个环节上相对独立的活动称为工序。
如果一道工序的完工结点同时为另一道工序的开工结点,那么这两道工序称为相邻工序,且前者称为后者的紧前工序,后者称为前者的紧后工序。
图6
在A完工后,B、C、D同时开工,并有一个公共的紧后工序E.此时按习惯画法,在平行作业的各工序中将工时最长的工序选出一个来(本你只有C是工时最长的 工序),把这个工序对应的箭线按排在统筹图平行作业环节的中间部位,箭头直指紧后工序的箭尾结点.在平行作业中的其他各工序的箭头结点后要添设虚工序对应 的箭线,虚箭线的箭头直指紧后工序的箭尾结点。
6、交叉作业
如果某种任务是多次重复多道工序的作业,那么可以把各次作业中的各道工序穿插起来进行。这样的工作方式称为交叉作业。交叉作业也非常有利于缩短工程完工时间,所以只要有可能,也应该尽量采用。
某农场有3000公顷土地,在夏收时同一块地土上必须先割(a工序),再耕地(b工序),最后播种(c工序)。若各工序工期均需12天。统筹图如图7,夏收需36天完成,显然赶为上时节。
图7
实际上不可能等3000公顷全部收割完后再去耕地,同时另一作业队收割另一部分,几个工序交叉进行。如果将a=a1+a2,b=b1+b2,c=c1+c2,个工期为6天,各工序的相互关系如表4。此时统筹图如图8,夏收夏种需24天。
表4
工序a1a2b1b2c1c2紧前工序-a1a1a2,b1b1b2,c1
如果a=a1+a2+a3,b=b1+b2+b3,c=c1+c2+c3。各工期为4天,工序相互关系如表5,统筹图如图9:
表5
工序紧前工序工序紧前工序a1-b3a3,b2a2a1c1b1a3a2c2b2,c1b1a1c3b3,c2b2a2,b1
图 9
此时统筹图要复杂许多,但总工期缩短至20天,比没有交叉作业需36天少近一半时间。
统筹法案例分析
案例一:统筹法在施工组织设计中的应用
施工组织设计是一种指导施工的技术经济文件。为保证施工的顺利进行,必须从工程的全局出发,按照客观的施工规律和当时、当地的具体条件,统筹考虑施工过程中人力、资金、材料、机械和施工方法等主要因素,对整个工程进度和资源消耗做出科学安排,这就是施工组织设计。它能保证工程在一定时空内实现有组织、有计划、有秩序地实施,科学地安排和利用人力、物力,不出现冗员、窝工、物资设备闲滞等现象,以最小的消耗取得最大经济效果,多快好省地完成建设任务。
市政建设工程量大,路线长,面积广,涉及到社会各个方面、各个行业、千家万户,受周围环境影响大,不可能预见到施工中的全部发展和变化,这就要求我们在编制施工组织设计时,必须根据现场实际情况,不断修改、完善,以保证施工顺利进行。
统筹法是一项行之有效的科学管理方法,国外应用较广泛。60年代初,华罗庚教授在我国推广这项技术,取得了重大成果。统筹法在施工组织设计中有着重要作用。为了使施工人员更好地进行施工组织设计,本文如何着重介绍如何用网络图来表达施工进度计划。
网络图又称统筹图,它是表示一项工程中各个环节或各个工序先后关系和所需时间的网状图。节点、箭线、由节点和箭线组成的线路是网络图的3个要素。网络法是从工程实际出发绘制施工网络图,分析各施工过程在网络中的地位,找出关键工序和关键线路,按照一定的目标,不断调整网络,最后得出最优的施工进度方案。
要搞好施工组织进度计划,必须做好以下工作:1.全面熟悉和认真审查图纸,了解技术要求,摸清施工条件,做到心中有数。
2.确定工序名称。
3.确定施工顺序。
4.计算工程量。可按施工图纸和各个工序范围来计算工程量。若采用分段流水作业,还应分段计算工程量。
5.计算劳动力和机械台班用量。计算时,应根据已算出的工程量、现行定额和施工实际情况而定。
6.计算各工序的延续时间。
以上工作要认真完成,力求准确无误,从而.保证施工进度计划的可依性,确能起到正确指导施工的作用。
7.绘制网络图。具有了前面6个条件后可以绘制网络草图,获得批准后再绘制正式网络图。
(1)绘图。绘制网络图的繁简程度,直接取决于工序划分的粗细。供领导参考使用的网络图,工序可划分得粗一些,以使网络图简明、清晰,一目了然,便于抓关键;供具体指导施工的技术人员和生产调度人员使用的网络图,工序划分应当细一些,以便于及时发现问题,解决矛盾,正确指导施工。
对于比较复杂或工期较长的工程,网络图也可分阶段绘制,由粗略到细致逐步进行.先编制一个粗的网络图(总网络图),作为控制性的单位施工进度计划;随着工程的进展,再按分部工程、施工阶段编制较细的网络图(分网络图)。在实际应用中,多采用双代号网络图(如图1)。
(2)网络图计算。
关键路线的计算通常不需要比较网络中所有路线的长度。通过工序的总时差就可以判断出一道工序是不是关键工序,进而可以判断出某条路线是不是关键路线。
某一工序的最早可能开工时间一与该工序相衔接的前导工序的最早可能开工时间与该前导工序持续时间之和。
某一工序当有多个与之相衔接的前导工序时,它的最早可能开工时间~该工序相衔接的各前导工序的最早可能开工时间与该前导工序相应的持续时间之和中的最大值。
某一工序最迟必须开工时间一该工序的后续工序最迟必须开工时间与该工序的持续时间之差。最迟必须开工时间受总工期的约束,而工序的最迟必须开工时间又受与它紧接的后续工序最迟必须开工时间的约束,因此各个工序必须开工时间是从最后一个工序开始,逆向箭头方向连续计算的。
当我们逆着箭头流向进行最迟必须开工时间计算时,常遇到与计算的工序相衔接的后续工序不止一个,而计算结果又不相同,这时应取其最小值。
总时差是最迟必须开工时间与最早可能开工时间的差值。当时差等于零时,说明这个工序只有一个开工时间,没有任何机动的范围,只能在规定的时间开工,并且要按规定的持续时间完工。这些工序称为关键工序(见下图)。
计划的过程中,要用动态的观点对待关键路线,经常注意主次矛盾的转化,及时完善网络图,如下图。
从图中可以看出:(1,2)几,4)(4,6)(6,7)总时差为零的工序,由它们组成的1一2一4一6一7是关键路线;工序(3,4)总时差为3天,当它的延续时间延长4天后,路线1一3一4一6一7也变成了关键路线(即两条关键路线);当工序(3,4)延续时间延长5天,延长幅度大于其总时差时,关键路线1一2一4一6一7就变成了非关键路线。
必须注意,在同一个网络图中,有时可能出现两个以上的关键线路。这说明网络图的关键工序多,机动余地小。一般来说,计划安排得越紧凑,关键线路就越多。同时还应注意,当采取有效措施之后,某些关键工序提前完工了,于是关键线路就可能发生转移。反之,原来的非关键线路如果没有受到足够的重视,其中某些非关键工序的完成时间推迟了,这条线路也可能转化为关键线路。
8.网络优化。对已绘制好的网络图可从以下几个方面进行检查: