数字化转型网灯塔制造专题
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中国航信数据中心基础设施运维数智化转型实战案例
中国民航信息网络股份有限公司
摘要：随着后沙峪数据中心的投产，中国航信运行中心面临数据中心规模迅速扩大、运维复杂度急剧增加的挑战。传统的手工运维方式已无法需求，亟需通过数智化手段提升运维效率。为此，运行中心基础保障部通过逐步迭代的方式，建设了数据中心基础设施管理平台。该平台集成了数据分析和物联网技术，实现了基础设施数据接入、能耗分析、全链路容量管理、暖通系统和电力系统自动化巡检、蓄电池健康管理、除湿机自动控制等多项功能。通过数据整合与分析，指导运维团队进行能耗优化，自动化运维和智能预测功能大幅减少了人工操作，全链路容量分析与监控实现了机柜级精细化运维，及时发现容量异常情况。通过这些措施，为继续推动中国航信数据中心基础设施数智化运维工作奠定坚实的基础。
关键字：能耗优化、自动化运维、全链路管理
一、背景
后沙峪数据中心作为中国航信的重要基础设施，于2016年正式投产。该数据中心采用了最先进的技术和设备，旨在为中国航信的各类业务提供强大的计算和存储支持。随着后沙峪数据中心的投入运行，中国航信运行中心面临一系列新的挑战。
（一）数据中心运维能耗急剧增加
因后沙峪数据中心规模及设备数量指数级扩张，系统运行能耗急剧增加，运营成本居高不下，且能耗管理以物理设备为核心，更多依赖于手抄数据、excel表格进行能耗分析，PUE计算最大颗粒度到月级，不仅耗人耗力而且误差大。
（二）系统复杂增加运维压力
后沙峪数据中心规模不断壮大，管理体量大且复杂，运维管理越来越复杂，各系统独立监控，在ECC需监视十几个监控屏，且单点故障会引发故障刷屏、导致值班人员焦头烂额，安全保障压力大幅增加。
（三）传统运维方式效率低下
传统运维方式需要大量的运维人员进行日常巡检、故障排查和维护工作，随着设备数量的增加，人力成本急剧上升，且任务管理主要依赖纸质记录，运维标准文档分散，缺乏统一的管理平台，导致任务记录不及时，查询获取流程困难。日常发现的设备问题，主要依靠人工巡检才能发现，而且故障处理需要手动操作，耗时较长。依靠传统的方式，需要人工对能耗和容量管理数据进行分析，无法及时获取和分析数据异常变化之处，管理粗效。因此，中国航信后沙峪数据中心基础设施运维迫切需要进行数智化化转型，降低运维能耗，提升运维效率，提升数据中心基础设施运维本质安全能力。
二、管理方案
（一）组织或流程再造，成立由运维一、二线核心技术骨干、内设团队负责人、部门负责人组成的专项团队，负责数智化转型项目的推进和实施。制定统一的数据标准和操作规范，确保数据的一致性和可比性，提升管理的规范化水平。
（二）用户体验，成立由运维人员组成的需求验证团队，及时发现和解决运维痛点，提升运维人员满意度和信任度。
（三）研发创新，提倡自主研发创新理念，由专业技术团队深钻当前系统架构，积极探索创新想法并付诸实践，提升运维团队的专业技术能力。
三、技术方案
运行中心基础保障部自2019年以来开始建设数据中心基础设施管理平台，这套数据中心基础设施管理平台旨在通过先进的技术手段，实现对数据中心基础设施的全面、高效管理。
（一）践行节能降碳策略
1.能耗管理平台：实时采集各个关键节点的电量仪数据，构建能耗管理平台，对采集的数据进行分析，实现小时级别的PUE（Power Usage Effectiveness）、CLF及设备级能耗、PLF及设备级能耗监控。
2.升级BA（楼宇自控系统）控制逻辑：优化冷塔风机控制策略，改为三个风扇同时低频多开的运行策略并根据冷却水出水温度进行频率控制，大大提高了冷源系统的运行效率，实现了冷源系统能耗下降30%以上，每年自然冷源使用时间接近9个月。
3.一次泵变频改造：突破传统二次泵系统一次泵定频定流量的设计思路，创新性地提出一次泵变频运行模式，对后沙峪场地12台水泵进行改造，降低一次泵能耗50%以上，并结合蓄冷罐充冷流量来控制一次泵频率，采用多台低频运行的策略，大幅降低运行能耗。
4.UPS节能：对后沙峪场地的16台UPS进行节能休眠，根据各UPS系统的负载率，在满足安全带载的前提下，对冗余的UPS进行休眠节能，降低UPS系统能耗，同时实现自动化轮巡休眠，避免单台UPS长期高负荷运行，充分利用设备资源。
（二）加强自主创新提升安全
1.自研数据采集系统：开发了自主知识产权的数据接入引擎，能够支持多种数据源的接入，包括电力系统、暖通系统以及多类型的传感器数据。构建了基于大数据技术的存储平台，用于存储和管理历史数据，支持长时间的数据回溯和分析。
2.实时监控与告警：通过可视化界面展示数据中心的各项监控数据，包括电力系统、暖通系统和多类型传感器数据。一旦发现异常情况，立即触发告警，确保及时响应。
3.冷塔电加热自动化改造：对12套冷却塔系统进行了自动化改造，极大缩短了电加热的运行时间，将电加热系统能耗降低了90%以上，大幅提升运行安全可靠性。
4.除湿机自动控制：开发了除湿机自动控制程序，将56台除湿机启停控制机制从改为以露点温度为基准，同时加装传感器并接入无线网络，实现除湿机的全自动运行及精准控制，减少人工切换的风险。
5.10kV中压自动化投切改造：对中国航信后沙峪数据中心的10kV中压系统进行自动化改造，依据预设逻辑，实现在后沙峪数据中心发生单、双路失压故障情况时，对后沙峪数据中心7个总配中压系统断路器分合闸的自动化控制，代替原有人工倒闸操作，从而缩短故障期间中压系统的供电中断时间，提升后沙峪数据中心电力系统对后端负载的本质安全。
（三）推进智能化运维实践
1.全链路容量管理：建立从冷源到末端设备的暖通全链路容量管理，确保每个环节的运行状态都在可控范围内；建立全链路电力系统容量管理，对电力系统的各个环节进行精细化管理，确保供电的稳定性和可靠性。
2.电力系统、暖通系统自动化巡检：实现了基础设施暖通、电力系统的自动化巡检，显著减少人工巡检频次，提高了巡检效率和准确性。通过自动化巡检，定期检查暖通系统、电力系统的运行状态，及时发现潜在问题。
3.蓄电池健康预测：利用机器学习算法分析蓄电池的历史数据，识别高风险蓄电池，提前进行更换或维护，避免因蓄电池故障导致的停电事故。
4.精密空调维护：分析精密空调的历史数据，提前发现过滤网脏堵情况，提前进行预防性维护，减少故障发生率。
四、关键里程碑
（一）数据中心基础设施运维管理平台一期（2019-2020年）主要成果
1.自研数据采集系统：自研数据接入引擎，支持多种数据源的接入，包括电力系统、暖通空调系统。
2.能耗管理平台：构建了能耗管理平台，实现小时级别的PUE监控，提升绿色运营水平。
3.全链路容量管理：实现了暖通系统和电力系统的全链路容量管理，确保每个环节的运行状态都在可控范围内。
（二）数据中心基础设施运维管理平台二期（2020-2021年）主要成果
1.数据采集系统优化：进一步优化了数据接入引擎，支持多类型传感器数据接入。
2.全链路容量管理：完善了暖通系统和电力系统的全链路容量管理功能，实现了更精细的资源管理。
3.运维管理：实现了移动巡检和维护计划的线上管理，支持线上派单、任务分配和进度跟踪，提升了任务管理的透明性和效率。
（三）数据中心基础设施自动化巡检及预测性维护探索（2021-2023年）主要成果
1.暖通系统自动化巡检：实现了暖通系统、电力系统的自动化巡检，显著减少人工巡检频次，提高了巡检效率和准确性。
2.蓄电池健康管理：利用机器学习算法分析蓄电池的历史数据，识别高风险蓄电池，提前进行更换或维护，避免因蓄电池故障导致的停电事故。
3.除湿机自动控制：开发了除湿机自动控制程序，根据露点温度自动调节除湿机的工作状态，减少人工干预，提高能效。
4.10KV系统自动控制：对现有10KV控制系统完成自动化控制改造，代替原有人工倒闸操作，缩短在应急情况下倒闸操作时间，提升后沙峪数据中心电力系统对后端负载的本质安全。
五、成果与效益
（一）节能降碳效果显著
后沙峪数据中心能耗考核指标PUE值从设计值1.58降低至1.3，与设计值相比，当年节约电力消耗约3000万度，减少二氧化碳排放量约18000吨，先后获得“北京市绿色数据中心(第一批)”、“国家绿色数据中心”、中国节能协会“节能减排科技进步奖”二等奖、入选国家能源局综合司绿色低碳转型典型案例等荣誉。
（二）提升本质安全能力
通过建设10kV中压自动化投切系统，实现后沙峪数据中心7个总配全部自动化投切，倒闸时间由原来的最长50分钟缩短为3分钟以内，达到业界先进水平。
（三）提升智能化运维水平
通过智能化运维替代黑盒式经验运维，数据中心实时运行数据实现80%以上可视，其中自动化巡检可减少50%人工巡检工作量，目前可提前识别936项异常预警，推动设备维护工作由被动式运维向主动式运维转变，并获得由中国工程建设标准化协会颁发的“数据中心科技成果二等奖”。
六、优化方案
中国航信后沙峪数据中心基础设施运维团队紧跟行业发展步伐，在原有数智化转型的基础上持续努力，自2024年开始着手建设数据中心基础设施数字孪生系统，通过大数据分析等技术强化数据分析，进一步强化数字化运维，使数据中心管理更加智能化。
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