Информационные технологии начинают влиять на архитектуру. У архитекторов появились даже концепции дигитальной, цифровой, виртуальной архитектур, в которых функциональность зданий не задается изначально, а меняется в зависимости от потребностей. Архитекторы переосмысливают подходы к проектированию общественных зданий уже с учетом используемых в них информационных технологий. В результате здание делится на три функциональные части: «площадки» – открытые пространства (open space), которые могут видоизменяться в зависимости от потребностей; «трубы», объединяющие площадки между собой и организующие процесс в здании; «оболочка» – фасад здания, в качестве которого выступают огромные экраны, меняющие облик сооружения в зависимости от потребностей. По аналогии с ИТ даже произошло разделение на хард-архитектуру (несущие конструкции) и софт-архитектуру, которая может меняться со временем и даже управляться различными устройствами.
Таким образом, информационные технологии влияют уже не только на бизнес, но и на архитектуру зданий, меняя подходы к проектированию у архитекторов и интерьерных дизайнеров. К сожалению, эти специалисты не уделяют много внимания именно ИТ-оборудованию – для них, похоже, информационные технологии связаны в основном с проекционным оборудованием, различными механизмами и средствами визуализации, а также офисной и бытовой техникой. Однако для функционирования подобных современных зданий нужно все-таки выделить в нем часть помещений для центров обработки данных (ЦОД), архитектуру которых можно отнести уже к категории хард, потому что ЦОД достаточно сложно поменять после постройки здания – он должен быть снабжен соответствующими системами питания, охлаждения, коммуникационных каналов, пожаротушения и множеством других инженерных систем, которые обеспечивают надежное функционирование информационных ресурсов и той самой софт-архитектуры. Практически все современные строения должны в той или иной мере учитывать особенности, обусловленные информационными технологиями. Именно о них и пойдет речь в настоящей статье.
Архитектурные требования ИТ
Чтобы понять, какие условия вычислительное оборудование выдвигает архитекторам, вначале перечислим необходимые инженерные подсистемы. Для надежной работы вычислительных комплексов требуются следующие компоненты.
- Энергоснабжение. Для всех информационных систем необходимо электричество. Однако для ИТ нужно не только само электропитание, но и его непрерывность, чтобы корректно завершить все операции записи на диски. Для этого недостаточно просто подключить ЦОД к электросети, надо построить систему бесперебойного и резервного питания. С этой целью применяются аккумуляторы и дизель-генераторы – для них необходимо предусмотреть помещение и рассчитать нагрузку на несущие конструкции. В требованиях к ЦОД, которые разработал Uptime Institute, предусмотрены различные уровни гарантии по энергопитанию: две независимые линии подвода электроэнергии, резервное питание и многое другое. Они также накладывают свои ограничения на архитектуру и даже выбор точки расположения объекта.
- Охлаждение. Обеспечение комфортного для оборудования температурного режима – тоже непростая задача для архитектора, поскольку для машинных залов необходимо предусмотреть такую систему охлаждения, чтобы оборудование работало максимально долго, т. е. с определенными коэффициентами влажности и чистоты. Выбор системы охлаждения ЦОД – отдельная тема, о которой мы регулярно пишем на страницах нашего журнала. Здесь же хочется отметить, что установка охладительной системы, или фрикулинга, требует от архитекторов определенных подходов.
- Сеть. Для современных вычислительных центров необходима проводка уже не медных кабелей, а оптических – они позволяют получить максимум возможностей от ЦОД. Однако с точки зрения прокладки кабелей системы оптика имеет особенность – ограниченный радиус сгиба. Он не очень большой, тем не менее при проектировании системы желобов и каналов приходится учитывать этот фактор. Следует также отметить, что структурированная кабельная сеть (СКС) сейчас практически является частью здания и строится вместе с ним, т. е. относится к хард-архитектуре. Развитие коммуникационных технологий идет быстрее, чем архитектуры, поэтому при строительстве зданий следует закладывать наиболее перспективные СКС-решения, чтобы в дальнейшем не пришлось перекладывать коммуникационные кабели.
- Клиентское оборудование. Если в здании предполагается наличие не только центра обработки, но и клиентского оборудования – рабочих мест сотрудников или информационных табло и других IoT-устройств, т. е. софт-архитектуры, то при проектировании необходимо выделить специальные места (небольшие встроенные шкафы, как правило, внутри коммуникационных «труб») для коммуникационного оборудования. Кроме того, следует предусмотреть вентиляцию, подвод электроэнергии и коммуникационных кабелей, хотя они и менее требовательны к условиям функционирования. В них могут размещаться коммуникационное оборудование для обслуживания клиентов, небольшие серверы, принтеры и другое клиентское оборудование. Шкафы должны устанавливаться таким образом, чтобы к ним можно было подключать проводные устройства – длина Ethernet-подключения по медному кабелю не должна превышать 400 м. Поэтому размещение таких шкафов стоит предусмотреть равномерно по всему зданию.
- Пожаротушение. Пожар в технологическом помещении тушат иными способами, нежели в офисном или открытом пространстве, – с помощью специального газа. Для этого нужно обеспечить изоляцию помещения от остального здания, чтобы воздух, вытесняемый газом, не мог попасть обратно в помещение. Это также требует определенных архитектурных решений: установки специальных изолирующих дверей, системы аварийного оповещения и введения пропускного режима для входа в помещение, чтобы дежурная смена в случае пожара знала, кто находится внутри. В остальных зонах здания вполне можно использовать классические системы пожаротушения – при проектировании здания следует предусмотреть несколько систем.
Существуют и другие требования, предъявляемые информационными системами при строительстве зданий, например, по защите от побочного изучения, если в ЦОД предусмотрена обработка сверхсекретных персональных данных, или от нападения террористов для критически важных объектов информационной инфраструктуры. Однако эти требования предъявляются уже не к обычным строениям, а к специализированным зданиям ЦОД, которые возводятся с учетом современных требований фортификации. Чаще востребованы здания или комплексы зданий, которые используются для другого, – торговые и культурные центры, спортивные сооружения, транспортные узлы. В них ИТ выполняет скорее вспомогательную функцию, поэтому приходится использовать компромиссные схемы формирования вычислительных комплексов.
Хард-архитектура
В комплексе зданий ЦОД может быть расположен следующим образом.
- Отдельное здание. Вычислительный комплекс может быть вынесен в отдельное здание, где создаются все необходимые для функционирования современной техники условия. В отдельном здании проще создать все условия по максимальному уровню требований Uptime Institute. Его можно строить как с помощью модульных компонентов, так и в виде монолитного здания. Такой ЦОД проще поддерживать и совершенствовать. Основным недостатком такого подхода является требование отдельной площади под здание ЦОД. В условиях ограничения по площади подобный вариант неприемлем.
- Встроенный ЦОД. Экономить площадь можно с помощью ЦОД, встроенного в само здание, но в этом случае неизбежны проблемы с его развитием и модификацией. К тому же сложнее реализуются некоторые требования Uptime Institute, поскольку контролируемая площадь будет меньше. При этом в то же здание нужно вмонтировать и системы охлаждения, и гарантированного энергопитания, и защиту от постороннего вмешательства, что довольно трудно реализовать в современных открытых зданиях, предназначенных для массового посещения людей. Во встроенном ЦОД сложнее организовать и фрикулинг, поскольку он требует больше места. Таким образом, для встроенных ЦОД выбор решений – задача достаточно сложная, и приходится прибегать к определенным компромиссам.
- Распределенные ЦОД. Излишняя централизация вредит: на охлаждение крупных ЦОД может уходить до 60% энергии, потребляемой вычислительным центром. К счастью, современные ИТ достаточно эффективно работают в кластерной конфигурации, что позволяет перераспределять нагрузки между узлами кластера и сбалансированно использовать оборудование. Распределенный по зданию ЦОД может оказаться более эффективным, чем централизованный, поскольку один узел может быть встроен в само здание, а другой – вынесен за его пределы. С точки зрения надежности два связанных между собой узла будут функционировать устойчивей, чем один большой, в котором может обнаружиться неожиданная единая точка отказа.
Как один из узлов последнего варианта может использоваться, в частности, мобильный ЦОД – готовый вычислительный комплекс, смонтированный в отдельном автомобиле. Подобные продукты сейчас есть у ряда производителей. Такой ЦОД можно подключать к общей системе и наращивать вычислительные мощности при необходимости: например, при проведении крупных мероприятий в спортивных и развлекательных центрах. Но использовать подобные решения как основной ЦОД не стоит, поскольку именно они самые неэффективные – требуют специальных парковочных мест с подводом электроэнергии и телекоммуникаций, а главное – они менее надежны, чем стационарные. Однако архитекторам следует предусмотреть специальные места парковки для мобильных ЦОД. Другим возможным вариантом являются арендованные внешние вычислительные мощности у операторов, для чего достаточно организовать широкополосное подключение к внешним ЦОД. Но в этом случае владелец здания теряет контроль над внешним вычислительным центром, что может привести к неожиданным последствиям для софт-архитектуры.
Софт-архитектура
Конфигурация пространств внутри современных зданий может при необходимости меняться. Для этого используются легкие материалы типа гипсокартона или даже мобильные перегородки. Меняться могут и внутренние интерьеры, и даже фасады зданий. В коммерческих зданиях постоянными нередко остаются только несущие конструкции, все остальное модифицируется в зависимости от потребностей заказчика. Однако обслуживание подобных зданий затрудняется, поскольку документацию на них нужно постоянно держать в актуальном состоянии, чтобы всегда можно было получить доступ к инженерной инфраструктуре. Обеспечивать соответствие между бумажной документацией и реальностью в такой концепции уже сложно, поэтому для зданий, где предполагается большая часть софт-архитектуры, стоит использовать современные методы управления документацией и обслуживания, которые сформированы в концепцию Building Information Modeling (BIM) – технологии информационного моделирования.
Концепция BIM предполагает полный жизненный цикл обслуживания зданий с помощью единой трехмерной модели. Все этапы разработки, строительства, обслуживания, модификации и утилизации здания предполагается вести посредством единого электронного пакета документации или вообще в единой информационной системе, доступ к которой получают все участники процесса строительства и обслуживания здания. В подобной системе должны содержаться все актуальные сведения об объекте, начиная от несущих конструкций и заканчивая проекционным оборудованием фасада здания. Все изменения должны вначале проектироваться в BIM, а затем уже реализовываться на практике, чтобы система могла проверить соблюдение условий функционирования зданий массового использования.
Следует отметить, что сейчас уже все готово для внедрения BIM-решений: производители инженерного ПО разработали форматы и технологии для работы с электронными моделями для всех участников жизненного цикла; разработчики оборудования оцифровали все свои устройства в виде подключаемых библиотек, готовых к установке объектов; создаются платформы для совместного использования электронных моделей здания через Интернет с помощью различного программного обеспечения и приложений для сервисных организаций. За рубежом уже есть примеры использования BIM в реальном строительстве и эксплуатации. Во всяком случае, именно эта концепция продвигается производителями инженерного ПО как наиболее перспективная для дальнейшего развития всей ИТ, связанной со строительством и обслуживанием зданий.
Заключение
Хотя сейчас еще не вполне понятно, как BIM сочетается с системами типа интеллектуальных зданий и IoT-устройств, устанавливаемых в помещениях, скорее всего, по мере развития электронных моделей и IoT-сервисов интеграция между ними будет выработана – важно ориентироваться на лидеров в обоих направлениях, и они вынуждены будут договориться о взаимодействии. В любом случае, такую интеграцию стоит начинать с создания электронной модели здания, а уже потом интегрировать ее с IoT-сервисами.
Валерий Коржов, Connect
