数据中心抗震白皮书2020

数据中心抗震白皮书 1 开放数据中心委员会OpenDataCenterCommittee ODCC-2020-06001 数据中心抗震白皮书 目录 前言I 1.我国地震灾害形势及特点1 1.1.我国地震活动背景1 1.2.我国地震灾害概况3 1.3.我国地震灾害形势4 2.通信系统地震灾害6 2.1.2001年——2011年通信系统直接灾害损失7 2.2.2012年-2019年通信系统震害情况8 2.3.汶川地震通信系统典型震害9 2.4.通信系统灾害现象11 3.我国防震减灾政策与管理16 4.数据中心分布与地震带分布21 4.1.数据中心地区分布与发展21 4.2.我国地震带分布23 4.3.数据中心抗震工作启示26 5.国内外数据中心抗震要求及做法28 5.1.数据中心建筑抗震28 5.1.1.日本数据中心建筑抗震要求29 5.1.2.我国数据中心建筑抗震要求30 5.1.3.我国数据中心建筑特点和结构方案32 5.2.数据中心设备设施抗震41 5.2.1.美国通信设备设施抗震要求42 5.2.2.日本信息通信设备设施抗震要求45 5.2.3.我国数据中心设备设施抗震要求47 5.2.4.我国数据中心设备抗震性能检测48 5.2.5.常见的数据中心设备不合格现象50 5.3.数据中心设备设施抗震安装57 I ODCC-2020-06001ODCC数据中心抗震白皮书 5.3.1.数据中心设备设施安装抗震设计57 5.3.2.数据中心设备安装中的问题61 6.ODCC产品抗震等级评估65 6.1.机柜66 6.2.服务器和交换机67 7.建议和展望67 II 前言 近年来，随着云计算、大数据、人工智能、物联网等技术的快速发展和大规模应用，数据量呈现出指数级增长态势。数据中心作为数据存储、处理和计算的载体，承载着用户的核心数据和业务，成为这个时代不可或缺的基础设施，其建设及扩容的步伐大大加快。在数据中心建设过程中，信息系统的安全、稳定运行，提高业务连续性是数据中心主要考虑因素，而事故、自然灾害等威胁到数据中心运行安全的突发事态随时可能会发生，如何在最短时间内重建业务、恢复功能是数据中心设计的重要考虑因素。地震灾害不可预测，破坏性强，严重影响数据中心运行安全，因此做好数据中心的抗震工作势在必行。 我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带交汇处，是世界上地震灾害最严重的国家之一，长期以来，地震多、强度大、分布广、灾害重是我国的基本国情。地震灾害发生时，有可能是数据中心设备设施的工程破坏，也有可能进一步造成商业中断、社会功能瘫痪或者信息丢失等更严重的非工程损失。 “十四五”时期是我国由全面建成小康社会迈向基本实现社会主义现代化的关键时期，也是加快生态文明建设和经济高质量发展的攻坚期。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中特别指出，把安全发展贯穿国家发展各领域和全过程，防范和化解影响我国现代化进程的各种风险，把保护人民生命安全摆在首位，全面提高公共安全保障能力，提升地震灾害防御工程标准，提高防灾、减灾、抗灾、救 I 灾能力，统筹发展与安全，建设更高水平的平安中国。 增强风险意识，做好数据中心抗震防灾工作，确保新基建工作稳步推进。面对地震的不可抗力，人类仍然没有手段阻止其发生，但人类可更有作为，通过防震减灾技术应用减小和降低灾害影响。习近平总书记明确做出判断，“同自然灾害抗争，防灾减灾、抗灾救灾是人类永恒课题”，要坚持“以防为主、防抗救相结合”方针，反映出党中央牢固的底线思维和忧患意识。当地震来临的时候，作为日益深入人民生活的数据中心不应出现任何安全问题。 ODCC始终关注数据中心抗震技术的发展，中国信息通信研究院联合中国移动通信集团设计院有限公司、中国地震局工程力学研究所等相关单位共同编写了此白皮书，对我国地震灾害形势、信息通信的震害特征、国家防震减灾政策、国内外数据中心抗震要求，以及数据中心抗震工作等方面进行了详细的梳理，希望能够进一步推动数据中心抗震工作的发展，提高数据中心抗震安全性和可靠性。 主编单位：中国信息通信研究院 中国移动通信集团设计院有限公司中国地震局工程力学研究所 主编：汲书强李震王涛孙国良 参编：张学斌韩镝陈旭刘春国尚庆学王美玲审核：郭亮 II 数据中心抗震白皮书 1.我国地震灾害形势及特点1.1.我国地震活动背景 我国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带交汇处，是世界上地震灾害最严重的国家之一。二十世纪以来，我国占全球陆地面积7%的国土上发生了全球1/3的内陆破坏性地震，如图1所示。我国大陆28个省市自治区发生过6级以上地震，17个省市自 治区发生过7级以上地震，11个省市自治区发生过8级以上地震， 如2所示。我国大陆地区平均每年发生20次左右5级以上地震，4 次左右6级以上地震，每3年发生2次左右7级以上地震。全国58%的国土，54%的县城、60%的地级市、27个省会城市、近55%人口处于7度及以上地震高危险区。 图1中国地震活动构造图 1 图2二十世纪以来我国地震发生情况 21世纪以来，我国大陆及周边地区进入了相对地震活跃期，地震频度明显增多，分布范围和强度明显增大，近十多年是地震灾害造成人员伤亡和社会影响最严重的时期。近两年来，华中、华东等传统少震弱震地区相继发生显著有感地震，华北地区陆续发生一系列中小地震，预示东部地区开始进入地震活跃时段，在人口稠密的大城市或特大城市发生强烈地震的危险性不断增大，地震风险形势严峻复杂，如图3所示。 2 图3华北地区城市群与历史大地震分布图 1.2.我国地震灾害概况 我国既面临大地震袭击的构造背景，又面临震情演化和新生地震的现实威胁。历史上，在我国东部人口稠密和经济发达的地区曾经连续遭受7级以上大地震的袭击。如1654～1718年，人口稠密的大华北地区相继遭受了8次7级以上地震的袭击，其中包括1654年天水 8级地震、1668年山东郯城8.5级地震和1679年三河——平谷8级 地震，平均复发间隔只有8年，其中人口稠密的京津唐地区就相继遭 受2次7级以上地震的袭击。 长期以来，地震多、强度大、分布广、灾害重是我国的基本国情。1949年以来，我国地震死亡人数占全部自然灾害死亡人数的52％， 3 为众灾之首。20世纪全球两次死亡人数20万人以上的大地震都发生在我国，1920年宁夏海原8.5级大地震死亡23万多人，1976年唐山 7.8级大地震死亡24万多人。进入21世纪以来，我国已发生两次8.0级以上地震，特别是2008年5月12日四川汶川8.0级地震（烈度分布图见图4），造成了举世震惊的人员伤亡和前所未有的经济损失。2008-2018年的10年，汶川、玉树特大地震以及芦山、鲁甸、九寨沟等一系列灾害性地震，共计造成人员死亡和失踪9.18万人，受伤 42.5万人，直接经济损失1.07万亿元。这是自1976年唐山地震以来地震灾害造成的人员伤亡和社会影响最严重的十年，人民生命财产安全和经济社会发展遭受到严重威胁。 图4汶川地震烈度分布图 1.3.我国地震灾害形势 4 地震给国家经济和社会稳定带来了强大冲击和深远影响，灾区几十年的建设成果瞬间毁于一旦，上千万的灾民需要安置，几十万平方千米的灾区需要重建。造成如此巨大损失的原因，首先是我国城市、乡村的工程建设抗震能力总体较差，在县级行政区划单位中VII度以上设防的仅占38%，其余的均为VI度设防或者不设防。进入21世纪以来，我国大陆及周边地区进入了相对的地震活跃期，地震的数量明显增多，分布范围明显增大，我国的防震减灾形势不容乐观。 图52000-2014年中国大陆地区地震灾害人员受灾年际变化图2 2来源于中国地震局地质研究所赵阿兴论文《论颁布GB18306—2015的作用和意义》 5 图62000-2014年中国大陆地区地震灾害财产损失年际变化图3 目前，我国东部地区近20年来未发生6级以上地震，超出上世 纪以来6级地震最长历史平静期，我国西部地区仍处于强烈地震活跃时段。不仅如此，我国大陆国土面积58%以上、将近55%的人口处于7度以上地震高风险区，这样的震灾风险，远高于美国、欧洲等国家和地区。利用各国建筑物易损性开展的人员死亡风险评估表明，印度、印度尼西亚、巴基斯坦、孟加拉国、中国是地震灾害人员死亡风险最高的5个国家之一，这样的震灾死亡风险，与我国当前经济社会发展水平和今后建设社会主义现代化强国的目标，不协调、不适应。人员受灾和财产损失年际变化如图5和图6。 总之，无论世界还是中国，都呈现人口向城市集中的趋势。尽管目前工业化国家的城市化程度高于发展中国家，但发展中国家城市化增长速度大于工业化国家。中国经济增长最快，也是城市化速度最快的国家之一。现在或今后发生地震，可能造成的灾害将比以前严重得多。 2.通信系统地震灾害 一般来讲，经济越发展，社会越进步，财富越集中，人口越密集，地震灾害风险将更加凸显，对经济社会和人民生活的冲击与影响就越广泛。地震灾害，只要涉及电力、油、气等能源设施，供水和排水设施，公路和铁路等交通设施，以及通信设施等支撑城市中枢机能和居 3来源于中国地震局地质研究所赵阿兴论文《论颁布GB18306—2015的作用和意义》 6 民日常生活的生命线工程，损失就格外严重。信息和数据是二十一世纪国家和社会的重要物理属性，其地震安全直接影响到国家安全，解决其载体的地震脆弱性问题是重中之重。 地震灾害往往给数据中心带来断电、机房倒塌、机柜倾倒、设备损毁、线缆扯断、数据丢失等诸多问题，其中机房倒塌、设备损毁等有形的工程损失可以修复和弥补，而核心的数据和业务丢失造成的损失则是无法衡量和计算的，地震对于数据中心的影响甚至是灾难性的。 对于数据中心，不能因为地震发生的概率低，就忽视这种风险的存在。在当前数字经济时代，数据中心作为承载各行各业的关键基础设施，应该不断加强抗震工作，减少地震灾害的隐患。 数据中心在我国的震害积累数据和案例较少，本文统计了近二十年来的信息通信地震灾害损失和震害情况，展示了汶川典型震害和常见的通信灾害现象，希望为行业提供参考并引起业内对数据中心地震安全的重视。 2.1.2001年——2011年通信系统直接灾害损失 序号 时间 地点 震级 直接经济损失（万元） 1 2001年4月10日 云南施甸 5.9 270 2 2001年10月27日 云南永胜 6 280 3 2003年7月21日 云南大姚 6.2 760 4 2003年8月16日 内蒙古巴林左旗-阿 鲁科沁旗 5.9 429 5 2003年10月25日 甘肃民乐-山丹 6.1 385 7 6 2004年8月10日 云南鲁甸 5.6 445 7 2007年6月3日 云南省宁洱 6.4 1480 8 2008年5月12日 四川省汶川 8 697900 9 2010年4月14日 青海省玉树 7.1 36000 10 2011年3月10日 云南省盈江 5.8 3200 4 表12001-2011年部分地震造成的通信系统直接经济损失 我国通信行业抗震设防最高为9度设防，基本可防御6.5级左右 的地震。从表1可以看出，地震造成的直接经济损失的大小基本上随着地震震级的增加而迅速增大，其影响因素除了震级、震源深度等外，主要还和地震发生的地区，其人口密度和经济发展程度有非常大的相关性。 2.2.2012年-2019年通信系统震害情况 序号 日期 地点 震级M 震源深度km 通信系统震害情况 1 2012年9月7日 云南省彝良县 5.7 14 本次地震重创当地通信网络，固话用户、宽带用户、无线用户通信受到严重影响。多处通信传输线路被损毁，107个基站因灾退出服务，1282公里光缆中断。 2 2013年4月20日 四川省芦山县 7.0 13 雅安市芦山县、宝兴县、天全县16个乡镇通信中断，受灾基站数724个 3 2013年8月31日 云南省迪庆与四川省甘孜交界 5.9 10 甘孜州