1.什么是預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心？

借助標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)組裝和集成式數(shù)據(jù)中心模塊——數(shù)據(jù)中心業(yè)內(nèi)稱(chēng)之為集裝箱式或模塊化數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)了從定制化“工程項(xiàng)目”思維模式到標(biāo)準(zhǔn)化“現(xiàn)場(chǎng)集成”思維模式的轉(zhuǎn)變。預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心部署速度更快且可預(yù)測(cè)性更高，其部署成本與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工的數(shù)據(jù)中心相差無(wú)幾。本文將全面比較兩種方案，從投資成本和運(yùn)營(yíng)成本這兩個(gè)因素來(lái)分析考慮預(yù)制化模塊和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的差異。

數(shù)據(jù)中心各利益相關(guān)方經(jīng)常面臨一些挑戰(zhàn)包括如何管理不斷增長(zhǎng)的需求，以及所需擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心容量。通常需要做出決策，確定是要投資新的設(shè)施，還是擴(kuò)建或改造現(xiàn)有設(shè)施。這通常需要復(fù)雜的財(cái)務(wù)和技術(shù)分析，以確定適合自身業(yè)務(wù)的最佳方案。如今數(shù)據(jù)中心的建造有了更具成本優(yōu)勢(shì)，也更易于部署的替代解決方案，這種方案是預(yù)制化數(shù)據(jù)中心IT、供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施模塊。

預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心是一種預(yù)先設(shè)計(jì)、組裝和集成，且事先測(cè)試過(guò)的數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)（包括機(jī)柜、冷水機(jī)組、泵、制冷單元、UPS、PDU、開(kāi)關(guān)柜、變壓器等），它們作為標(biāo)準(zhǔn)化“即插即用式”模塊被運(yùn)至數(shù)據(jù)中心現(xiàn)場(chǎng)。這與傳統(tǒng)做法截然不同：以往數(shù)據(jù)中心的物理基礎(chǔ)設(shè)施都擁有獨(dú)一無(wú)二的一次性工程設(shè)計(jì)，其所有組裝、安裝和集成都在施工現(xiàn)場(chǎng)完成。預(yù)制模塊化方案帶來(lái)諸多優(yōu)點(diǎn)，包括提高成本和效率的可預(yù)測(cè)性、節(jié)省時(shí)間、節(jié)約空間、簡(jiǎn)化規(guī)劃、提高可靠性、改善靈活性以及增強(qiáng)供應(yīng)商責(zé)任感。

預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心可采用傳統(tǒng)ISO標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)輸集裝箱形式，抑或是專(zhuān)門(mén)建造的具有外圍結(jié)構(gòu)的空間。模塊也可在滑動(dòng)底座上建造。鑒于其外觀特征方面千差萬(wàn)別，本系列文章統(tǒng)一使用“預(yù)制模塊”這一術(shù)語(yǔ)（而非“集裝箱”）來(lái)描述預(yù)制化解決方案。

相比傳統(tǒng)方式部署同一基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，預(yù)制模塊可加快部署速度40%，且投資成本大致相同。有成本分析表明，雖然預(yù)制化系統(tǒng)的材料成本相對(duì)昂貴，但是安裝和空間方面的節(jié)省足以抵消這一額外支出，使得總成本大體相當(dāng)。既然成本大體相當(dāng)，并無(wú)成本優(yōu)勢(shì)可言，那么為何要選擇預(yù)制化解決方案，而不是傳統(tǒng)的方案？本系列文章為數(shù)據(jù)中心專(zhuān)業(yè)人員確定預(yù)制化數(shù)據(jù)中心模塊所需的相關(guān)信息。

2.投資成本考慮因素

在本節(jié)中，我們就預(yù)制化模塊和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備之間的成本差異展開(kāi)定性討論。

• 硬件/軟件成本

將預(yù)制化解決方案與傳統(tǒng)的實(shí)體數(shù)據(jù)中心進(jìn)行比較，我們發(fā)現(xiàn)二者所采用的物理基礎(chǔ)設(shè)施硬件（機(jī)架、PDU、電纜橋架、開(kāi)關(guān)柜、UPS、配電柜、熱交換器、風(fēng)冷冷水機(jī)、泵、過(guò)濾器、照明、安保和消防設(shè)施）基本是一樣的。一般而言，無(wú)論這些基礎(chǔ)設(shè)施組件安裝在何處，成本是相同的。模塊化的基礎(chǔ)設(shè)施，是很難再像傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心那樣將其中的成本進(jìn)行細(xì)分。由于需購(gòu)置額外材料（比如集裝箱外殼）以及將硬件、軟件和控制裝置預(yù)組裝/集成到一起會(huì)產(chǎn)生其他成本，預(yù)制化模塊的初始系統(tǒng)成本相對(duì)而言會(huì)更高。

• 設(shè)計(jì)成本

預(yù)制化模塊首先由研發(fā)部門(mén)設(shè)計(jì)，經(jīng)客戶驗(yàn)證測(cè)試，最后投入量產(chǎn)。一旦投入量產(chǎn)，設(shè)計(jì)在工廠內(nèi)完成，并最終運(yùn)送給最終用戶。而在傳統(tǒng)方式下，設(shè)計(jì)階段有多方參與。電氣承包商、機(jī)械承包商、設(shè)計(jì)師、最終用戶、設(shè)施部門(mén)、IT部門(mén)和公司高管需要頻繁開(kāi)會(huì)，深入討論。各方對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)反復(fù)推敲，權(quán)力制約和人際關(guān)系在其中扮演重要角色，決策往往需要層層批復(fù)。

“設(shè)計(jì)”成本包括兩方面的成本：設(shè)備選型和布局以及場(chǎng)地規(guī)劃和施工。采用預(yù)制化模塊，設(shè)備選型和布局在工廠就已經(jīng)完成（計(jì)入系統(tǒng)成本），場(chǎng)地規(guī)劃和施工的工作量也有所減少，因?yàn)閳?chǎng)地布置和規(guī)劃大為簡(jiǎn)化，只涉及五個(gè)專(zhuān)業(yè)的人員參與，即：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、土建設(shè)計(jì)師、電氣設(shè)計(jì)師、機(jī)械設(shè)計(jì)師和建筑師。采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)方式時(shí)，場(chǎng)地規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工可能占到項(xiàng)目總成本的5%。

• 安裝成本

“安裝”成本包括在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的組裝、集成和試運(yùn)行所涉及的所有工作。具體而言，包括：系統(tǒng)項(xiàng)目管理–由于項(xiàng)目的復(fù)雜性降低，且由單一供應(yīng)商提供全部物理基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)制化設(shè)施的項(xiàng)目監(jiān)督成本顯著減少。

場(chǎng)地準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理–這項(xiàng)支出包括為管道和電線管槽挖掘地溝、場(chǎng)地平整和澆筑混凝土墊塊，以及其他一般性現(xiàn)場(chǎng)支出。不論采用哪種方式，這類(lèi)支出都不可避免，因此成本也趨于一致。

現(xiàn)場(chǎng)安裝–典型基礎(chǔ)設(shè)施硬件安裝包括設(shè)備拆包、盤(pán)點(diǎn)、整理和組裝相關(guān)費(fèi)用，以及與設(shè)備互聯(lián)和系統(tǒng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)相關(guān)的支出。對(duì)于預(yù)制化模塊而言，大量此類(lèi)工作都已無(wú)必要（僅需將模塊放置在水泥地板上，然后把模塊接入現(xiàn)有的樓宇開(kāi)關(guān)柜，為設(shè)備制冷安裝水管，然后啟動(dòng)系統(tǒng)）。

此外，還可以節(jié)省運(yùn)輸成本。相比于運(yùn)送傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)組裝系統(tǒng)的單個(gè)零件和設(shè)備，預(yù)組裝模塊的運(yùn)送成本大幅降低。而且，這種整件運(yùn)輸?shù)姆绞胶?jiǎn)單易行，運(yùn)輸途中發(fā)生的損壞也顯著減少，而損壞通常會(huì)導(dǎo)致額外支出，或者引起不必要的延誤。

管理/控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)試–在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)，管理軟件和控制系統(tǒng)的安裝和編程是一項(xiàng)重大支出，其中包括將管理系統(tǒng)儀表盤(pán)/界面集成到供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施中所需的成本開(kāi)支，以及調(diào)試控制系統(tǒng)使其達(dá)到預(yù)期性能（如設(shè)定制冷系統(tǒng)，以優(yōu)化節(jié)能模式的工作時(shí)段和能耗）所需的花費(fèi)。但鑒于系統(tǒng)控制的復(fù)雜性，對(duì)于大多數(shù)定制數(shù)據(jù)中心而言，這方面的成本控制目標(biāo)總是遙不可及。而對(duì)于預(yù)制化設(shè)施來(lái)說(shuō)，這部分支出已經(jīng)包含在工廠成本中，軟件和控制系統(tǒng)的編程和優(yōu)化在工廠內(nèi)已經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，幾乎不需要任何現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，同時(shí)還提升了數(shù)據(jù)中心的工作性能。

調(diào)試–調(diào)試包含對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)/建造過(guò)程的所有文檔記錄和驗(yàn)證工作。不同數(shù)據(jù)中心其試運(yùn)行的具體步驟也各不相同，但是通常都包含諸如工廠目測(cè)、質(zhì)量保證與質(zhì)量控制、啟動(dòng)、功能測(cè)試以及系統(tǒng)集成測(cè)試。對(duì)于預(yù)制化設(shè)施來(lái)講，工廠目測(cè)和質(zhì)量保證這兩個(gè)步驟通常在工廠進(jìn)行，從而節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間和費(fèi)用。

空間成本–預(yù)制化模塊另一個(gè)主要成本優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，安放物理基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)大幅降低，甚至減少為零。這類(lèi)施工不但代價(jià)不菲（每平方米1,076-1,614美元，或每平方英尺100-150美元），而且還會(huì)破壞正常設(shè)施運(yùn)行（見(jiàn)圖1和圖2）。

圖 1 數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)擴(kuò)建方法

圖 2 在傳統(tǒng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝高架地板

對(duì)于預(yù)制化模塊方案，建設(shè)性的工程量破壞性小且簡(jiǎn)單，無(wú)需建造實(shí)體或外圍結(jié)構(gòu)，也不需要重新翻修內(nèi)部空間，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝量大幅下降。圖3中，吊車(chē)正在將預(yù)制化模塊吊裝到現(xiàn)場(chǎng)的水泥墊塊上。吊裝完成后，供電線路將接入主開(kāi)關(guān)柜、制冷設(shè)施模塊和IT機(jī)房，同時(shí)冷凍水管將接入IT機(jī)房?jī)?nèi)的空調(diào)設(shè)備。

如果數(shù)據(jù)中心選用供電和制冷模塊，那么傳統(tǒng)方式中諸多的前期設(shè)計(jì)和施工管理職責(zé)將從數(shù)據(jù)中心業(yè)主/最終用戶轉(zhuǎn)移到解決方案供應(yīng)商，如圖4所示（注：如果采用傳統(tǒng)方式，很可能是由一家設(shè)計(jì)建造公司來(lái)執(zhí)行所有這些工作）。制造商將負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心供電和制冷模塊，并為不同客戶認(rèn)可和簽發(fā)這些模塊。數(shù)據(jù)中心供電和制冷物理基礎(chǔ)設(shè)施成為生產(chǎn)供應(yīng)鏈上的一個(gè)環(huán)節(jié)，而不再是現(xiàn)場(chǎng)定制施工的一部分，這對(duì)安裝成本有著重要影響。

圖3 在傳統(tǒng)方式下，數(shù)據(jù)中心業(yè)主需負(fù)責(zé)規(guī)劃和制定解決方案或?qū)⑵渫獍?/p>

在傳統(tǒng)方式中，業(yè)主/最終用戶要么負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)方案、裝配組件、向各種供應(yīng)商采購(gòu)設(shè)備，要么雇傭和管理承包商來(lái)完成這些工作。與之形成對(duì)比的是，由于預(yù)制化模塊已在工廠內(nèi)預(yù)先建造，業(yè)主/最終用戶無(wú)需處理這些耗時(shí)費(fèi)力的工作（比如，不需跟蹤設(shè)備組件，只需管理少量的送貨進(jìn)度，只需與極少的施工承包商接洽）。

3.運(yùn)營(yíng)成本考慮因素

以上著重于分析投資成本。實(shí)際上，當(dāng)比較預(yù)制化模塊與傳統(tǒng)供電和制冷方式時(shí)，運(yùn)營(yíng)成本也需考慮分析。

• 維護(hù)成本

成本節(jié)省的機(jī)會(huì)在于預(yù)制化模塊維護(hù)成本的降低。雖然模塊化需在更為緊湊的空間里實(shí)施維護(hù)工作，但是用戶可以簽訂“一站式”模塊服務(wù)合同來(lái)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。無(wú)需與多個(gè)供應(yīng)商簽署不同合同條款，只需簽署一份合同就可以獲得一個(gè)或兩個(gè)完整的“大型”預(yù)制化模塊維護(hù)服務(wù)。

在這種情況下，一家承包商將全面負(fù)責(zé)預(yù)制化模塊的正常運(yùn)行。這種方法簡(jiǎn)單易行，因?yàn)橐坏┌l(fā)生意外事故，數(shù)據(jù)中心業(yè)主無(wú)需花費(fèi)時(shí)間去追溯應(yīng)該是哪家供應(yīng)商對(duì)此事負(fù)責(zé)任。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中，許多零件和部件（水管、電氣裝置、供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和機(jī)架）通常由不同供應(yīng)商提供維護(hù)支持，相互推諉責(zé)任的情況時(shí)有發(fā)生。

軟件或管理方式升級(jí)也可以節(jié)省成本。由于不再需要為諸多的產(chǎn)品或設(shè)備專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)代碼，數(shù)據(jù)中心預(yù)制化模塊可以為用戶提供一整套標(biāo)準(zhǔn)化的固件升級(jí)。

• 能源成本

傳統(tǒng)機(jī)電室的消耗的能源也比同等規(guī)模的供電和制冷預(yù)制化模塊要多。這主要是因?yàn)轭A(yù)設(shè)計(jì)模塊可以更好地集成供電和制冷系統(tǒng)的控制裝置（當(dāng)與制冷系統(tǒng)的控制裝置協(xié)調(diào)運(yùn)作時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)尤為突出）。

下面以冷水機(jī)的控制為例。要確保冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵和閥門(mén)高效協(xié)同工作，要進(jìn)行大量的編程工作，而加入節(jié)能模式更是讓復(fù)雜性大大增加。事實(shí)上，正是因?yàn)槠鋸?fù)雜性，很多時(shí)候在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)禁用節(jié)能冷卻模式，直接導(dǎo)致額外的能耗增加。

冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù)(COP)越高，系統(tǒng)總體性能越好。雖然組成冷水機(jī)組的單個(gè)部件可以達(dá)到公布的標(biāo)準(zhǔn)，但大多數(shù)冷水機(jī)組的整體COP卻不盡如人意。需要集成不同組件的控制裝置時(shí)，就會(huì)遭遇這一問(wèn)題。定制化設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)集成所帶來(lái)的低效表現(xiàn)，往往意味著在節(jié)能冷卻模式下運(yùn)行的時(shí)間明顯偏少，導(dǎo)致總體能耗偏高。

對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心而言，由于控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，PUE往往很難預(yù)測(cè)。但是，預(yù)制化數(shù)據(jù)中心的電能利用率（PUE）是可預(yù)測(cè)的，因?yàn)樵O(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)化元器件已預(yù)先測(cè)試，控制裝置已提前完成協(xié)調(diào)方面的調(diào)試。讓我們來(lái)看一個(gè)例子：一個(gè)位于美國(guó)密蘇里州圣路易斯市內(nèi)的1MW的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，負(fù)載率在50%，平均功率密度為每機(jī)架6kW，配備高架地板、冷水機(jī)組、變頻器(VFD)、水控裝置以及節(jié)能冷卻模式，其PUE一般為1.75。具有可比性的預(yù)制化數(shù)據(jù)中心經(jīng)測(cè)試和分析，測(cè)得的PUE為1.4甚至更低。體現(xiàn)在電費(fèi)上，預(yù)制化數(shù)據(jù)中心可節(jié)約20%的電費(fèi)。

4.總結(jié)

預(yù)制化數(shù)據(jù)中心模塊方案是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和建造方式的一種替代選擇。面臨新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，企業(yè)已無(wú)力承受建造傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心所需的前期高昂成本投入和可能發(fā)生的施工延期風(fēng)險(xiǎn)。得益于預(yù)設(shè)計(jì)型預(yù)制化模塊的運(yùn)用，規(guī)劃周期的重點(diǎn)已從現(xiàn)場(chǎng)施工轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)預(yù)生產(chǎn)、預(yù)測(cè)試的供電和制冷模塊的現(xiàn)場(chǎng)集成。這種轉(zhuǎn)變帶來(lái)了諸多裨益，即：以總體相當(dāng)?shù)某杀?，加快部署速度，減少空間占用，提高預(yù)測(cè)性，增加靈活性。

本文標(biāo)題：預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心投資成本和運(yùn)營(yíng)成本分析

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