数字化医院与机房建设标准.docx
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数字化医院与机房建设标准
数字化医院与机房建设标准
——中国科学院计算技术研究所副研究员黄群骥
关于数字化医院的内容，我来为大家重点介绍医院机房建设的重要性和与之相关的机房建设的标准。
医院信息化应用对应到机房之中就是IT业务应用系统；支撑IT业务应用系统的，是软件的操作系统；而操作系统赖以运行的基础是一系列的硬件系统，也就是网络交换机、服务器等设备。
这些系统在机房平台搭建起来的过程就是我要介绍的——机房的建设。
医院机房建设的特点
医院的机房建设有一些独特之处。
医院中有四种形式的机房。
首先，医院肯定有一个中心机房，或者叫数据中心、信息中心；此外，还会有一些承担智能建筑控制工作的设备间，以及安保、消防等机房和专业机房。
其中专业机房一般要求特殊设计、特殊施工，因此习惯意义上的机房包括前三种。
《北京市医院信息系统建设指南》中对不同规模的医院需要建设的信息中心的面积给出了指导。
对于职工少于100人的、比较小的医院来说，100m2以下的信息中心就可以满足需求；中大型医院则可能要求信息中心的面积达到上千平方米。
目前我看到的医院的机房相对来说都比较小，包括我在参与国管局组织的国家机关信息机房空调节能检查时中见到的卫生部的几个机房，也都是很小的。
这里需要提醒大家注意的是，机房的面积是机房最基本的参数之一，它的确定是有章可依的。
《电子信息系统机房设计规范》（GB50174—2008）虽然没有给出信息中心面积要求的具体数值，但是给出了一个根据服务器的配置计算信息中心面积的计算规则，如表1所示。
以此为依据，我们不但可以在知道大概的设备配置的情况下确定信息中心需要的面积；也可以在不知道设备配置的情况下使用规范中给出的近似值大致了解信息中心所需的面积。
表1中心机房面积计算表
职工数
机房面积（人均）
<100
1.0m2
200~250
0.5m2
400~500
0.4m2
150~6000
0.2m2
机房的建设当然要以应用需求为出发点。
医院的业务应用有两个突出的特点，其一是信息访问集中。
医院的信息访问在门诊期间，尤其是8点到11点间高度集中，其他时段相对比较少。
我亲身感受过一次，一个医院，HIS系统在高峰时段出现故障，导致挂号、交费等全部改成手工进行，影响非常大，造成了很大的混乱。
对于这种系统24小时持续运作、门诊期间业务量急剧增加、其他时段业务量明显减少的特点，一定要在机房建设中予以相应的考虑。
第二个特点是调取资料的带宽要求高。
传统的无纸化医院相对来说信息量比较小；但是一旦要实现无胶片化，信息量将是非常大的，对带宽等各方面条件的要求都会大幅提高——这是由图像传输的需求决定的。
最近在规划中的一个国土局的机房就是这样：
原来的信息量不大，机房很小，只有150m2；现在要实现国土资源图像信息的传输，对带宽、机房的要求就很高了，规划面积达到了1200m2，一下子提高了非常多。
医院在由无纸化向无胶片化方向发展的过程中，也面临类似的问题：
无纸化医院需要传输、调阅的基本上只是文字记录，无胶片化医院则需要传输、调阅大量的B超、CT、核磁共振检查的图片。
不仅如此，医院对这些检查图片的应用有一个重要的特点，那就是必须使用无损压缩。
这是因为很可能在一张很大的检查图片上，医生所关注的东西，像是肿瘤的阴影等是很小的；如果对图片进行压缩的话，反映这些东西的图像信息很可能在压缩过程中丢失，那么这张图片就毫无意义了。
这就决定了医院信息业务的特点：
要真正实现数字化，保证信息响应的及时，对带宽的要求就会很高。
如表2、表3所示。
医院业务应用的特点决定了医院数据中心的特点：
设备集中、密度大，并且因此导致了热负荷也很大；可靠性要求非常高；数据流波峰非常明显。
此外，我看过的几个医院机房都存在维护人员缺乏的问题。
这里的维护人员不是指软件维护人员，而是指机房维护人员。
现在很多机房基本上都是由软件维护值班人员代管机房的维护。
实际上软件维护人员对机房的很多设备并不十分了解，发现问题时只能向上报告而没有办法解决。
表2常见医学图像数据量和传输时间表
图像类别
常用分辨率
单幅图片
大小
每次检查
图片数
每次检查
数据量
百兆网传输
时间（s）
千兆网传输
时间（s）
US（黑白）
512×512×8bit
256kB
20
5MB
0.8
0.08
US（彩色）
512×512×24bit
768kB
20
15MB
2.4
0.24
CT
512×512×12bit
512kB
50
25MB
4
0.4
MRI
512×512×12bit
512kB
80
40MB
6.4
0.64
CR/DR
2048×2048×12bit
10MB
2
16MB
2.6
0.26
NM（核医学）
128×128×12bit
32kB
50
1.5MB
0.24
0.02
电镜
512×512×24bit
768kB
2
1.5MB
0.24
0.02
表3CT图像传输时间表
带宽
100M
1000M
10000M
1名医生读取时间
4s
0.4s
0.04s
20名医生读取时间
>80s
>10s
1~2s
机房建设国家标准
接下来选取与机房建设有关的国家标准中的一些内容，为大家重点介绍，以便使大家对机房建设中存在的一些问题提起注意。
先是机房工程资质的问题，这是一个建设方面的问题。
目前，建设机房工程的合格的施工资质主要有三个：
建设部的建筑智能化工程和电子工程，以及信息产业部的系统集成。
拥有这三个资质之一的施工单位是可以做机房工程。
在机房建设工作中最常见到的不合格的资质是机电设备安装工程和建筑装修装饰工程。
机房工程包括电气、空调新风、综合布线、集中监控、防雷、消防、装饰装修几部分内容。
电气和空调新风是其中最主要的两项，是支撑机房的最主要的系统；综合布线、集中监控对机房使用效率的提高起着非常大的作用；防雷和消防系统的建设是我国的强制要求；把这些系统全部连接在一起，使之成为一个整体的就是装饰装修。
这里要重点讲一下集中监控系统。
前面提到过，目前医院机房普遍存在值班人员缺乏的问题；集中监控系统可以承担大部分的机房管理工作、维护工作，从而大幅减轻值班人员的管理工作压力，因此已经成为一般机房的标准配置。
针对这种情况，一个新的机房规范正在编制之中。
目前，已经实行和在编的，与机房工程相关的国家标准一共有六个。
作为所有标准编写工作的参与者，我在此为大家简单介绍一下这些标准。
《电子信息系统机房设计规范》（GB50174—2008）和《电子信息系统机房施工及验收规范》（GB50462—2008）都是2008年颁布，2009年6月1日开始实施的两个很重要的机房建设规范，其中《电子信息系统机房设计规范》要重新修编——这主要是由于机房行业的发展非常快，其产值已由三百多亿元跃升到了四百二十亿元；而这个标准从2005年就开始编写，编写跨度很大。
修编以后，这个标准可能会改名为“数据中心设计规范”。
《计算机场地通用规范》（GB2887）、《计算站场地安全要求》（GB9361）是正在报批中两个规范。
在编的规范也有两个：
《电子信息系统机房环境检测标准》和《数据中心综合监控系统工程技术规范》。
目前在机房检测中存在着同一个机房由不同的人检查，得到的技术参数，甚至结论都不同的问题；而这主要是因为《电子信息系统机房施工及验收规范》里界定得不细。
针对这种问题，《电子信息系统机房环境检测标准》中将给出一系列的指标，以保证不同人员检测同一机房的结果会是一致的。
《数据中心综合监控系统工程技术规范》就是刚刚提到的涉及集中监控系统的标准。
它的编制有很重要的意义：
现在开发集中监控系统的厂商很多，各厂商的系统接口不统一，彼此不能兼容，造成了重复浪费；如果能够促使各厂商的系统的接口实现统一，可以大大提高应用的灵活性——目前在选用了一个厂商的系统之后，想要再换用其他厂商的系统非常不便，只能推倒重来，投资成本浪费太大；而各厂商的系统的接口实现统一之后，这些问题就不存在了。
另外，有必要介绍一下《数据中心基础设施建设标准》（TIA942），这是目前唯一的数据中心建设方面的国际标准，对我国相关规范的编制有很重要的借鉴意义——我们的标准中的一些数据就是直接引用自它的。
接下来介绍一下数据中心建设中的几个重要的概念。
首先是基本需求，N，它的定义是系统满足基本需求，没有冗余。
接下来是冗余，冗余是有程度的，我们用N+X来表示冗余的程度——X=1时为最低冗余，X=N-1时为最高冗余。
而X=N就是容错的概念。
容错也是有程度的，也可能达到3N，但到目前为止我还没有见过达到3N的系统，因为这样的系统造价太贵。
这些概念都是贯穿在《电子信息系统机房设计规范》始终的，同机房分级有很大的关系。
《电子信息系统机房设计规范》把机房分成了A、B、C三级，A级对应容错，B级对应冗余，C级对应基本需求。
国际标准TIA942把机房分成了4级，与我们的A、B、C三级的对应关系是：
1级与C级直接对应；2级与B级基本上保持一致；4级对应A级，二者也是基本上一致的。
TIA942中的4级的要求比我们的A级的要求高一点，这是因为4级提出的一些要求在我国满足不了。
我们的三级体系中没有一个级别跟TIA942中的3级存在对应关系，这是因为3级的要求跟我们的一条原则，即所有机房的信息系统都必须通过UPS供电存在分歧。
但是从目前实际检查机房的情况来看，这一级的机房实际上是存在的，所以新的规范里可能会新增一个B+级。
分级的目的是为了对可用性加以区别。
C级的可用性为99.67%，A级的可用性为99.995%；而从C级到A级，造价大约增加了4倍，所以在决定是否建设A级机房时，应该认真考虑造价的问题。
医院机房很少有达到A级的，一般都是B级，而且因为高峰时段的可靠性要求非常高，所以处于B级中可用性相对比较高的位置上。
对机房级别的定位应参考其承载的应用：
只是使用了办公自动化系统的医院，其机房的可靠性要求不高；但如果要将HIS系统等接入信息系统的话，机房的可靠性要求就比较高了。
如表4所示。
表4机房级别与可用性对应关系表
TIA942
级别
可用性
（%）
国标
级别
年停机
时间（h）
4
99.995
A
0.438（26min）
3
99.98
1.752
2
99.75
B
21.9
1
99.67
C
28.908
机房选址是机房建设最基础，也是最根本的一项工作。
在这方面，我们有很多经验教训：
由于选址不理想造成成本大幅增加，而且机房建设的效果仍然不能令人满意。
这样的问题在医院中表现得尤其突出，这与信息中心目前在医院里的地位还不高、还不大受重视的情况有很大关系。
这种情况的改善需要一个过程。
据我了解，很多行业中都存在类似的情况：
机房建设由基建部门牵头，但随着信息化水平的提高，逐渐发现由于基建部门不了解应用，由基建部门负责机房的建设会带来很多问题，才了解到机房工程并不是单纯的建设、建筑领域的事物。
现在已经有很多行业逐渐改变了原有的观念和操作模式，改由信息部门牵头进行数据中心的建设，基建部门给予配合。
在这样的模式下建设的数据中心使用起来是非常方便的。
在医院大楼建好之后，就要明确机房建设的具体要求。
比如将机房设置在大楼的第几层——在这个问题上，首先要考虑的因素之一就是要方便设备的运输。
机房中的设备大多是很笨重的，运输不便；以前曾经发生过机房建好了才发现设备运不上去，最终不得不拆墙，甚至把新设备切割开，搬进机房之后再重新焊接的情况。
因此在机房建设阶段就对设备运输的问题加以考虑。
又如在管线敷设方面，需要考虑到机房环境是恒温恒湿的，空调管线过长会导致效率降低的问题。
再比如，需要考虑雷电感应的问题。
雷电感应问题通常考虑的是直击雷，也就是大楼被雷电直接打中的情况。
信息设备是娇贵的，如果对雷电感应的防护做得不好，很容易因雷电感应而损坏。
一般而言，楼层越高雷电感应越强，所以机房不宜设在高层。
此外，结构荷载也是必须要考虑的问题。
机房里的设备都很重，机房的承重大约是办公室承重的四到五倍，因此机房对结构的要求就非常高。
基于以上几方面的考虑，机房一般设置在大楼的二层或裙楼的中间层。
不设在一层主要是为了避免水淹、虫害；不设置在顶层主要是由于顶层存在漏雨的风险，同时不利于节能。
顶层涉及防水工程的问题，我国防水工程的合格标准是两年不漏，而机房一般会使用八年到十年。
这样一来，如果将机房设置在顶层，机房将会在很长的时间里面临被水淹的危险。
此外，将机房设置在顶层，太阳暴晒的热量会直接传入机房，影响机房的节能。
机房空调的室外机的放置问题也是机房建设过程中非常需要注意的。
目前新建的建筑中，高楼，尤其是独栋的高楼占了很大的比例。
在高楼的中间层建设机房的时候，机房空调的室外机的挂装难度很高。
在这方面，医院的情况相对好些。
机房的层高也是机房建设过程中需要考虑的重要问题——一定意义上来说，机房的层高决定了机房的使用年限。
国家标准规定机房的净高是2.6m，这个净高指的是吊顶下到地板上的距离。
机柜的高度大约是2m；考虑到照明、回风的问题，机柜上要留出600mm的空间。
地板下，如果要走线的话，现在要求高度最少是400mm；顶上要回风，高度最小要达到200mm。
这样算下来，机房的梁下高度大概要保证有3.2m。
国家标准的参数是底线，可以大于，不能小于，因此3.2m的梁下高度是建设机房的最低要求。
建筑专业所讨论的一般是层高，在计算层高的时候必须在梁下高度上加上大梁高度和楼板厚度，如图1所示。
以前机房里出现的问题，大部分都是电气方面的问题；现在大部分的问题都是空调方面的问题——温度、湿度，还有气流的问题。
根据我们的调查，数据中心的故障大概有一半以上是空调方面的问题引起的。
在这方面，除了要注意医院的机房大多属于B级机房，根据国际标准的要求，应该选用专业空调之外，最重要的问题，就是对冷热通道技术的应用。
目前，冷热通道技术是从管理的角度来看，既能实现节能，又适合使用的最理想的现代技术。
冷热通道技术的核心是设备的摆放要符合热力学原理。
简单地说，就是设备要面对面、背对背地摆放，以面对面的通道为冷通道。
这样可以使机房设备全部通过冷通道吸冷风，将热风吹到热通道，从而提高机房的降温效果，实现节能。
尽管只要进行这样一项看似简单的改造，就能收到明显的节能效果；但是机房里的设备一旦摆好，想要换个位置可是很困难的——机柜上接满了线头，让机柜调头是非常复杂的工程。
所以一定要在机房的设计阶段，以及在现有机房中增加设备之前就考虑好这个问题，把机柜摆好。
机房供配电的几个要求需要大家提起注意：
一是机房要由专用的变压器或者专用的回路供电，以保证机房供电的可用性；二是机房低压配电系统不能采用TN-C系统；还有电子信息系统应由不间断电源系统供电，机房里所有的设备都要由UPS供电，机房内的动力电与UPS电应由不同的回路供电。
在配备后备柴油发电机的问题上，医院有特殊的条件——后备柴油发电机是医院的常规配置——这对提高医院机房供电的可靠性有很好的促进作用。
B级电子信息系统机房供电电源不能满足要求时，应配备后备柴油发电机系统这条要求，医院是比较容易满足的。
关于双路电供电，有两个问题需要向大家强调。
第一，“双路”不是指一路给UPS、一路给空调，而是两路市电接入到UPS。
第二，UPS不是一个可靠的电源，只是保证两路可靠电源能够顺利切换的临时转换电源，是一个被动电源。
柴油机是一个可靠电源，因为它可以通过在发电过程中加油来保证电源的延续；而UPS是做不到的。
另外，原来的双路供电模式一般是给UPS两路，给空调一路；但是由于现在空调系统的重要性极大地提高了，所以现在通常的做法是给空调系统也配两路电源，也就是说机房实际上有四路电源。
医院有很多娇贵的电子设备，对零地电压的要求比较高。
抑制零地电压最常用的手段就是把零线和地线缩短，像是让配电单元靠近用电设备，从而缩短零线和地线；以及在UPS端加装隔离设备，例如隔离变压器，实际上强制地把零线和地线短接起来；此外还有保证配电的三相平衡、抑制谐波。
最后要提醒大家，主机房要单独使用一套UPS系统。
有些机房，比如配线间可能也要使用UPS系统，需要注意的是它千万不能与主机房共用一套UPS系统。
因为楼层配线间的可靠性绝对不如主机房，像是不相关的人员进入等问题都有可能发生；而一旦配线间发生故障，把UPS拉垮了，将会影响到整个主机房的工作。
所以如果其他机房要使用UPS系统，一定要跟主机房分用两套UPS系统，不能共用一套。
以上是我在工作中总结的一些经验，希望能对大家进行数字化医院和医院机房建设工作有所帮助。
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