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上海交大附屬新華醫院綜合樓宇規劃技巧
2009-08-25   網絡

一、前言

數據中心(DATA CENTER)是醫院信息系統的一個重要部分,醫院的建筑樓宇有別于其它行業,一座各種功能齊全的綜合樓宇它通常可分為急診樓、門診樓、病房樓、辦公樓等,由于每個醫院占地面積的限制,在醫院智能樓宇建筑設計的同時,就要充分考慮數據中心的功能定位與實施流程,合理進行數據機房的規劃,為醫院未來信息化應用做好基礎準備。醫院的數據中心主要功能是滿足醫院的數據傳輸、數據存儲、數據管理和數據安全,而數據傳輸是數據中心最基礎也是最重要的內容,因此本文重點結合醫院數據中心的建設來論述結構化綜合布線系統在數據傳輸中的重要作用。同時結合項目的具體過程,探討數據中心建設的實施技巧。

二、需求分析

上海交通大學附屬新華醫院新建的綜合樓宇建筑面積為:2.64萬平方米,共分12個層面,每個樓層的功能定位都是各不相同的,一樓、二樓是急診區域,有搶救室、急診診室、有掛號收費及藥房、還有醫技(檢驗、放射、超聲、心電圖等);三樓是兒科診室;四樓是介入診治中心與急診手術室;五樓是小兒臨補室;六樓是日間病房;七樓是急診病區與急診ICU;八樓是腫瘤病房;九樓是內鏡診治中心;十樓是血液透析中心;十一樓是體檢中心;十二樓是特需診療,在這樓宇中形成了一個多功能的、設施先進,環境優雅,功能齊全的新型醫療區域。大樓內共計需要六類信息點1200 個。在這棟建筑的綜合樓宇中其功能復雜、應用內容繁多,有對信息安全及實時性要求高的急診系統;有對網絡傳輸帶寬高要求的PACS;還有多串口的傳輸的CIS;還有視音頻同步傳輸的介入信息;還有手術遠程直播/點播系統等,同時我們又可以根據不同的建筑環境,進行綜合布線設計,對掛號收費及藥房可根據窗口數量進行布點,同時要考慮LED屏和相關的導向系統;對醫技部門要根據儀器設備及電腦擺放位置進行布點;對手術室、ICU、急救室等要充分利用吊臂環境,同時要考慮HIS、PACS、CIS以及手術轉播的要求;對內鏡、介入等視頻,要充分考慮雙向音頻傳輸;對病區和特診等區域,要考慮布線系統能支持今后無線數據傳輸的實施方案。

三、規劃和設計

根據上述需求分析,我們在數據中心的架構設計上,充分考慮了系統的實用性、可靠性、安全性、靈活性和先進性,并且從醫院建筑群體的實際情況出發,整體采用三級架構,即:

第 1 級 中心機房——負責整個醫院的信息網絡維運,共享網絡資源和進行網絡管理;

第 2 級 各樓的匯集中心——負責本樓信息匯聚交換;

第 3 級 各弱電接入間——將各樓層的信息終端接入網絡系統,提供信息服務。

我院的核心層交換設備位于行政樓主機房內,核心層與匯聚層交換設備之間采用全冗余網狀的拓撲結構,室外主干光纜采用單模光纜,室內主干光纜采用多模光纜,規劃數據傳輸速率達到1000Mbps,確保主干網絡數據包的高速交換。網絡邏輯結構上實現了核心層的冗余,保證了網絡的可靠性,匯聚層以下的網絡以拓展星型結構向各個應用區域拓展。

為了保證醫院信息網絡安全,我們自核心網絡到匯聚層構成醫院的網絡核心交換區,核心交換機和匯聚交換機均采用雙機互備架構,主干布線鏈路采用雙鏈路、互備冗余的架構;從匯聚層到接入層,同樣也采用了雙鏈路、互備冗余的架構。通過此雙鏈路、互備冗余的邏輯架構和物理架構充分保證醫院信息網絡系統的高可用性。

考慮到醫院信息系統應用的不斷提升,將對網絡通信系統的需求也不斷提升,因此數據中心在傳輸鏈路的規劃上,采用結構化綜合布線系統六類傳輸標準,在樓宇之間室外主干鏈路采用單模光纖(目前運行千兆1G,未來可以支持到萬兆10G和十萬兆100G),大樓內垂直數據主干采用支持萬兆傳輸的激光優化多模光纖(目前運行千兆1G,未來可以升級到萬兆10G),水平子系統為全六類線纜產品的系統架構(目前運行百兆1G,未來可以升級到千兆1G),整體布線系統設計上充分考慮了未來的擴展升級空間,為今后醫院信息化的應用拓展和網絡擴容奠定了堅實的基礎。結構化綜合布線系統的設計主要是依據TIA-568B六個子系統,即工作區、水平區、主干區、管理區、主設備間、進線間來進行規劃設計,從功能上也主要是滿足數據和語音的應用需求,這使得綜合布線系統在設計時簡單明了,易規劃、易實施,同時也因為綜合布線系統作為通信系統的傳輸承載平臺,有其相對的獨立性,這也使得我們在實際的許多項目中看到,綜合布線的設計往往是千篇一律,并沒有真正從用戶應用的角度,針對具體項目本身的特點來進行考慮。以下是上海交通大學附屬新華醫院數據中心規劃之一,結構化綜合布線系統拓撲結構圖:

 


 

四、實施技巧

下面,我們將著重從醫院信息化應用分析、信息點設置規劃、綜合布線整體規劃、產品選型等幾方面,來整體考慮如何實施醫院數據中心的數據傳輸系統。

1、信息點設置

有效地進行信息點設置,是醫院數據中心所面臨的一個實際問題。也是決定數據中心規模的關鍵因素。一般我們根據各職能部門對信息點的功能需求來決定信息點的位置、數量、類型。醫院信息點的類型一般分為數據內網、數據外網、語音(電話)三種類型。考慮到VOIP技術的發展,我們將語音(電話)的類型也定義為六類,并采用標簽根據色標管理方法把數據內網、數據外網、語音(電話)三種類型的信息點進行了統一標注,這樣不僅便于管理更重要的是方便使用者識別,體現了“科技以人為本”。我們在上海交通大學附屬新華醫院綜合樓宇的信息點設置采用了如下規則:

1)診室,單人診室、雙人診室、三人診室,一般每人分配一個內網數據端口,每房間分配一個電話端口,并預留一個端口備用。如要求較高,也可以考慮每人分配一個內網數據端口和一個外網數據端口,每房間分配一個電話端口,并預留一個端口。

2)候診區和接待區,可根據功能的定位和醫療流程以及物理建筑位置,設置多個雙口信息面板,放置多個內網數據端口和多個電話端口。候診區,應適當考慮多媒體大屏顯示、護士叫號、公用電話、觸摸屏以及POS機信息點。

3)掛號、收費、取藥窗口,一般每個窗口分配一個內網數據端口,每房間可根據窗口數分配電話端口,要考慮POS機應用,還要為管理電腦分配相應的數據口,并預留一到二個端口。

4)手術、ICU、內鏡、介入等區域,每間內設置四到六個內網數據端口,要充分考慮儀器設備和數據影像以及視音頻轉換等功能需求。

5)病房,分為普通病房、特需病房和家屬接待區,一般床位分配一個內網數據端口,每房間分配一個電話端口,并預留一個端口備用。家屬接待區考慮公用電話和公共信息查詢信息點。

6)其他,根據需要設定。

2、機房的設置

如果把信息點設置看成是一個點的規劃,那么機房的設置就應該是一個面的規劃。合理的機房設置不僅能有效地提高數據傳輸效率,對醫院來說更重要的是節省寶貴的空間和寶貴的能源。由于數據中心的傳輸系統采用的是星形結構,因此在設計上主要是先確定主機房的位置,再確定弱電管理間的位置,再考慮中間的線纜即主干線纜和水平線纜,這樣一個數據傳輸系統就可以設計好了。

當前,一種全新的綠色機房理念正在被人們重視,作為醫院,更應大力推廣節能環保機房。據國際權威機構分析,有效的通風可以減少機房空調耗能40%左右。在數據機房中,大量的線纜將占據不少空間,也是吸收空調能源的主要物體。因此,科學的走線設計對能源消耗有重要的影響。在上海交通大學附屬新華醫院新建的綜合樓宇數據機房中,我們采用了“上走線”的設計思路,即:在每個機房的機架上方安裝金屬梯級橋架,所有線纜通過彎曲通道(滿足線纜和光纖彎曲半徑技術指標)進入機架的垂直管理線槽,然后再通過理線器分別進入每一對應層的水平管理線槽,最后端接在配線架上。其優點是:節約能源(盡量擴大自然通風和空氣對流)、節省空間、減少路由、便于維護、美觀大方。機房內的有源設備(如:服務器和網絡交換機)、不間斷電源、空調、除濕機等都是十分重要的機房設施。因此,除了對布線系統合理布局,利用自然通風和減少空調負荷外,我們目前正在與專業單位一起在研究機房能源檢測管理技術的應用,對每個機房的有源設備進行實時檢測和管理,把主機房和衛星機房的能耗數據通過網絡采集到能源檢測平臺上,合理平衡電源的負荷系數,達到對分散在各個機房的設備進行統一管理的目的。此外,為了便于管理和識別以及今后的維護,我們為每一個機房、機架、橋架、線纜、每一個配線端口按區域和布線規則做了明確的標簽并制作了詳細的機房文檔。

主機房(MDF)的設置——由于網絡采用了三層架構,因此從系統安全性考慮,醫院建筑群的主機房設置在其它樓宇中,而綜合樓的匯聚主機房設置在整個大樓的中心層(四樓)。這就充分兼顧到了數據傳輸具有最好的效率、空間的利用、管理的方便和能源的節約(如:放在地下需要較高的照明和較強的空調)。此外,實施過程中要充分重視機柜的布局、線纜的端接和固定、標簽的制作、色標的管理等等細節。下圖是匯聚主機房的施工圖:


 

衛星機房(IDF)的設置——綜合樓共12層,由于1~3層樓宇跨度超過100米,因此在樓宇建筑設計時,要求一個樓層左右分別設置2個IDF,管理1~3層;6層左右分別設置1個IDF,管理5~7層;9層左右分別設置1個IDF,管理8~10層;11層左右分別設置1個IDF,管理11~12層。有條件環境,可以將弱電管理間與弱電豎井分開,同時應盡量靠近弱電豎井,弱電井是為主干線纜的布放通道,關系到主干路由,弱電的管理間內設置配線架,這樣確保了水平線纜敷設不超過90米。下圖是其中一個衛星機房(IDF)的施工圖:

 


 

主干線纜的設置 —— 目前,語音主干一般采用大對數UTP線纜。數據主干采用光纜傳輸,根據其應用及傳輸距離等因素,室內采用2根6芯萬兆多模光纜(激光優化50/125)加4根6類UTP銅纜作為備份,室外傳輸采用6芯室外單模光纜傳輸,未來可以支持10G甚至100G網絡應用。

水平線纜的設置 —— 水平線纜大量使用6類4對UTP敷設,整個水平信道提供250MHz以上的帶寬,配合千兆以太網交換機,完全可以滿足傳輸1000Mbps速率的需求。語音及數據點采用同種介質布線,可以達到語音/數據點的靈活互換的功能。

四、結語

上海交通大學附屬新華醫院新建的綜合樓建成竣工,投入使用,至今已經運行一年時間了。作為網絡系統的使用者和管理者,我們經過評估認為,該大樓智能化信息系統的支撐平臺的計算機網絡及綜合布線系統,充分達到了當初規劃設計的功能、目標,為綜合樓宇多功能的運行使用提供了可靠保證。醫院的信息化建設正處于高速發展的狀態,應用范疇不斷擴張,從數據到圖像、從視音頻傳輸到手術遠程直播/點播,對網絡的要求也不斷提高,綜合樓將成為整個醫院內部網絡升級的起點。

本文通過對本項目的數據中心傳輸系統結構化綜合布線及網絡系統設計和實施等方面的反思與回顧,為未來這方面的項目的建設者,提供一定的借鑒參考。

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