互联网数据中心（IDC）机房的消防设计与火灾防范对策
张韡
（上海消防总队宝山支队防火监督处监督管理科，上海）
摘要：随着我国互联网、大数据时代的到来，互联网数据中心的机房是常年运行不停息的，其存储的数据、提供的服务对社会建设和人民生活发挥着重要作用，机房的消防安全工作已成为重中之重。笔者结合工作实际，浅议数据中心机房的火灾危险性、主要隐患、消防设计与火灾防范对策，以防微杜渐，减少损失，更好地为我国加速信息化建设保驾护航。
关键词：互联网数据中心；火灾；消防设计；防火对策
1 引言
随着计算机科技、网络通讯、大数据处理技术的飞速发展，互联网电商企业纷纷涌现。笔者在检查中发现，阿里巴巴互联网数据中心（IDC-Internet Data Center）机房搬迁到了宝山区罗泾镇宝之云IDC园区内。
园区占地2.82km2，未来将建成拥有30000个机柜规模的IDC园区，是亚洲单体机柜密度最大的IDC。园区电力容量充沛，水力资源丰富（自备水厂），可满足数据中心独立的供电及供水要求。
一期已建成的数据中心拥有4000个4.5kW机柜，全部为阿里巴巴提供网络数据托管业务。阿里巴巴旗下的淘宝天猫的交易数据和访问页面的缓存全储存于此。
在2014年11月11日购物狂欢节当天，淘宝网开场仅38分钟28秒之后，交易额便冲到了100亿元；全天交易额达571亿元。网络电商的数百亿交易额全部储存在支付宝内，而支付宝的实体即为宝之云机柜的硬盘。
笔者结合工作实际，浅议数据中心机房的消防设计与火灾防范对策，以防微杜渐，减少损失。不当之处望各位领导、战友批评指正。
2 数据中心机房火灾的危险性
先看几个案例。
2014年4月21日，三星位于首尔市郊区的数据中心发生了火灾，导致三星服务宕机。起火的是数据中心的四楼，火势蔓延速度较快，很快波及建筑物顶端，室外管道可能是引发火灾的主要原因。火灾造成了数据中心数小时的停电，从而影响了全球用户的网络服务，甚至三星官网也出现了短暂的无法访问。
2009年7月6日，位于美国西雅图的Fisher Plaza数据中心的变压器起火造成火灾，中断了一些服务器的供电，其中包括微软Bing Travel网站使用的一些服务器以及Authorize.net网站和其他一些网站使用的服务器。
2004年03月10日，广东省清远市气象局办公大楼五层280多平方米的电脑主控机房发生特大火灾。这次火灾烧毁的一批气象设备价值约500万元，气象观测和气象日报工作瘫痪，其主要原因是电线老化。
2002年5月27日，江苏省泗阳县电信局数据机房由于外部强电侵入，突发火灾，造成全县12万户程控电话瘫痪。
此类事故在业界掀起轩然大波，虽然没有人员伤亡，但人们开始关注服务器和数据中心的安全问题。随着信息化时代的高速发展，大大小小各式各样的计算机机房在我们周围快速的建设着，这些机房规模有的很小，但其中设备非常昂贵，一旦发生火灾，其损失是机房整个消防投资的上百倍，而且储存其中的数据的信息价值也是无法估计和无法挽救的。
根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）3.1.1条火灾危险性分类标准，数据中心机房内可燃固体较多，其火灾危险性应为丙类厂房，火灾危险性仅次于甲乙类生产厂房［3］。主要表现如下。
（1）数据中心机房使用大量的木材、胶合板、及塑料板等可燃物进行装修，通风管道使用可燃材料保温，致使建筑物的耐火等级降低，一旦发生火灾，燃烧猛烈，蔓延迅速，释放出大量有毒气体，容易造成人员的中毒或窒息死亡。
（2）机房内电气设备多，线路复杂，致灾因素多。
3 数据中心机房发生火灾的常见原因
IDC数据中心机房的服务器设备造价比较高，一旦发生火灾会造成严重的经济损失，其常见火灾原因如下。
（1）静电产生火灾。服务器设备的运行及工作人员所穿的衣服等都能产生静电。如果机房接地处理不当，形成高电位，就会发生静电导电现象，极易产生火花并引燃周围可燃物发生火灾。
（2）引燃可燃材料。机房内使用或存在的可燃材料被点燃导致火灾。比如，用过的纸张、清洗剂等可燃物品未能及时清理，或使用易燃清洗剂擦拭服务器设备及地板等，遇到电气火花、静电放电火花等火源而起火。
为保持机房的恒温与洁净，通常采用相当数量的木材、胶合板及塑料板等可燃性材料建造或装饰，从而使建筑物本身的可燃物增多，耐火性能相应降低。
空调系统的通风管道使用聚苯乙烯泡沫塑料等可燃材料进行保温时，如果保温材料靠近电加热器，长时间受热就会起火。
（3）电气线缆故障。机房内电气设备和电路很多，如果电气设备和电线选型不合理或安装质量差；违反规程乱拉临时电线或任意增设电气设备；日光灯镇流器和闷顶或活动地板内的电气线路缺乏检查维修；电缆线与主机柜的连接松动，造成接触电阻过大，或者其他短路、过载等现象都可能引起火灾。
（4）其他设备故障。由于机房内的服务器、硬盘和空调始终处于24小时的工作状态，容易疲劳和老化。机房内配电系统、用电设备、电脑、UPS系统、空调等设备故障都可能引发火灾。
（5）人为原因。每个机房工程虽然或多或少都安装了消防设施，但平时疏于管理和维保，真正在发生火灾时能否起到作用，能否正确操作，大多数机房工作人员心里都无法百分百保证。
（6）外部因素。数据中心机房的电缆竖井、电缆管道及通风管道等系统未按规定独立设置或未进行防火分隔，易导致外部火灾的引入或内部火灾的蔓延。
（7）雷击。雷击等强电侵入导致火灾。
4 数据中心机房的消防设计与火灾防范对策
4.1 建筑构造
（1）机房防火门设计。机房防火门是指在一定时间内能满足耐火稳定性、完整性和隔热性要求的门（有的机房大量采用防火玻璃门既美观又达到防火要求），主要用于建筑防火分区的防火墙开口、楼梯间出入口、疏散走道、管道井口等处，平常用于人员通行，在发生火灾时可起到阻止火焰蔓延和防止燃烧烟气流动，并在正送风系统工作时起密封的作用。
（2）疏散逃生门禁系统设计。门禁产品目前被大量使用在机房安全系统中，一旦发生火灾机房的门应该处于断开状态，以便人员顺利撤离现场。但有的业主选用的门禁产品并无此功能，或者业主为防盗目的根本就不让火警信号接入，非常不可取。火灾状态下人的惊惶程度差异非常大，开关就在手跟前，但就是找不到，造成对人员的危害。007电影中，我们经常看到邦德启动喷淋或按下手报来释放门禁，金蝉脱壳，反映出西方国家主流安全观：消防安保等级永远处于第一级。
国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）6.2.9条规定：建筑内的电梯井等竖井应符合下列规定，即建筑内的电梯井等竖井应在每层楼板处采用不低于楼板耐火极限的不燃材料或防火封堵材料封堵，建筑内的电梯井、管道井与房间、走道等相连通的孔隙应采用防火封堵材料封堵［3］。
（3）防火封堵措施。因此，数据中心机房内各通信要害部位的所有孔洞都要进行防火封堵处理。机房建筑内的电缆井、管道井应在每层楼板处用阻燃材料密封，通向其他房间的地槽、墙上孔洞、已装放电缆的墙体孔隙要采用阻燃材料封隔。且凡近期不使用的孔洞均应用阻燃材料封闭。
4.2 消防气体自动灭火设施
（1）气体自动灭火系统的选择。《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174—2008）13.1.2条规定：A级电子信息系统机房的主机房应设置洁净气体灭火系统。B级电子信息系统机房的主机房，以及A级和B级机房中的变配电、不间断电源系统和电池室，宜设置洁净气体灭火系统，也可设置高压细水雾灭火系统。
这里“洁净气体灭火系统”是指无腐蚀作用的气体自动灭火装置，其气体灭火装置的灭火性能要可靠，不损坏电子设备，采用暗管布置方式安装，不影响机房整体效果。
机房灭火目前采用的灭火剂大多是七氟丙烷或混合气体，二氧化碳肯定不合适数据中心机房，因为温降会对发热的电子设备造成损坏。七氟丙烷在机房灭火中通常采用有管网全淹没灭火形式和无管网全淹没灭火形式，两种形式可在具体工程中进行投资比较后选定出一种方式。
混合气体灭火系统在机房灭火中的应用也很多，大多数采用有管网灭火形式，缺点是同样大小的机房所用高压瓶数量七氟丙烷要比混合气体少一半左右（需考虑机房面积一般都有限）；混合气体做无管网形式时，无管网箱体数量会比较多；而且启动电流也是个潜在隐患。
七氟丙烷（HFC-227ea）气体灭火系统是美国消防协会和中国消防总局重点推荐使用的，可取代哈龙1211、1301的洁净气体灭火系统，目前在我国及世界各地其他地区已广泛应用。
同时，根据机房的特殊性和气体灭火的要求，设计系统需配备其他辅助电气设备［4］：①设置两组声光报警器和气体喷放指示灯，分别安装在灭火区域内、外；②设置一个气体紧急启动停止按钮，安装在灭火区域外墙上，其他报警系统的设备如手动报警按钮、消防警铃等，应按照消防规范来设置。
（2）气体灭火系统的防护设计。
①对于地下无管路下送风的空调系统，在灭火区域墙下安装电动防火阀，防火阀平时常开，以保证机房的空调送风量，在灭火时，全部关闭，以保证灭火区域的药剂不向外泄。
②安装在灭火系统区域的门，必须全部往外开启且安装闭门器。
③穿越灭火区域空调管路，在两边都安装电动防火阀。
④及时检查气体灭火系统的钢瓶压力是否在正常的范围内，及时补充药剂。
4.3 电气
（1）火灾自动报警系统。在数据中心机房中使用的火灾自动报警系统，必须是极早期型的，这样可以早点发现火灾，以降低损失［1］。因此在机房中空气采样式极早期感烟探测器，可以将采样探测系统接入到火灾自动报警控制器，一旦探测到有烟雾产生，可以将信号反馈到控制器，从而启动声光报警，警示相应区域人员撤离。当红外探测系统确认相应保护区无人员存在时，启动气体灭火系统进行灭火，防止造成人员伤亡。
（2）UPS设备与线缆定期检查与换新。UPS机房需定期进行检查，一些服役多年老化的UPS更是要多加防范，不时就要进行UPS电池正常运行的监控工作。要提前设置好监控机房内UPS电源正常输入、输出电压、电流、频率等各项参数，设置报警参数范围，一旦设备出现故障或达到报警参数设置范围，可发出警告。
机房里面的线缆更是不能乱拉乱扯，要定期进行梳理。裸露的线要及时换掉，避免火灾的发生，应采用阻燃型或耐火型的电源线，并加护套保护，穿越机房的管线应穿管敷设。电源线与信号线不能同槽或交叉敷设。
（3）静电防护。《电子信息系统机房设计规范》（GB 50174—2008）8.3.1条规定：主机房和辅助区的地板或地面应有静电泄放措施和接地构造，防静电地板、地面的表面电阻或体积电阻值应为2.5×104～1.0×109Ω，且应具有防火、环保、耐污耐磨性能［2］。其他应该遵守的防静电措施如下。
①主机房和辅助区中不使用防静电活动地板的房间，可铺设防静电地面，其静电耗散性能应长期稳定，且不应起尘。
②主机房和辅助区内的工作台面宜采用导静电或静电耗散材料。
③主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联结并接地。
④静电接地的连接线应有足够的机械强度和化学稳定性，宜采用焊接或压接。当采用导电胶与接地导体粘接时，其接触面积不宜小于20cm2。
（4）防止外电侵入。强化预防外部强电、雷电侵入和内部产生的静电引发火灾，经常检查，加强监控，及时发现事故苗头，及时排除隐患。
4.4 其他防火对策
（1）在室内附设交、直流双电源应急灯、火灾事故广播，119专线电话、火灾报警按钮等消防设施。
（2）机房的装修材料应符合有关防火规范的要求。
（3）做好人员防护，配备消防防毒面具、口罩和湿毛巾。机房起火时除发生热和烟外，机房内会释放出腐蚀性气体和有毒气体，这是因为大多数服务器和硬盘的塑料外盒焚烧时产生的是酚性气体。而机房内聚氯乙烯绝缘材料焚烧时也会释放出很多氯化氢气体，吸入肺中对人体有害，它与水分子连系构成盐酸，盐酸是一种腐蚀电子元件接线端子和电路板的强腐蚀性试剂，也将危及设备的正常运转。
5 结论
数据中心的机房是常年运行不停息的，随着大数据时代的到来，此类机房作为信息化社会的枢纽，其消防安全工作已成为重中之重。类似的场所还有：总部设在上海的金砖银行的数据中心、各大金融机构数据中心、社保基金数据中心和沪港通股市、期货交易市场的数据中心等。一旦发生火灾，将导致整个服务器网络的瘫痪，造成无法想象的财产损失和社会影响。只有提高对火灾的防范意识，落实各项防范措施，才能有效避免这类火灾事故的发生。
参考文献
［1］ GB 50462—2008.
［2］ GB 50174—2008.
［3］ GB 50016—2014.
［4］ GB 50370—2005.