本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理，特別是全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模和復(fù)雜性不斷提高；然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與運(yùn)行模式在滿足當(dāng)下高需求時(shí)暴露出諸多問題，這些問題貫穿建設(shè)周期與運(yùn)營過程，嚴(yán)重制約了數(shù)據(jù)中心的高效性、靈活性和可持續(xù)發(fā)展。

2、首先，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)周期普遍較長且效率偏低；傳統(tǒng)建設(shè)模式依賴于土建完成后再進(jìn)行機(jī)電設(shè)備部署，這種先后順序的方式在各環(huán)節(jié)之間形成了較大的時(shí)間間隙，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和工期延誤；此外，施工過程中需要頻繁協(xié)調(diào)土建、供配電、制冷等多個(gè)團(tuán)隊(duì)，面對突發(fā)問題時(shí)響應(yīng)遲緩，進(jìn)一步拖慢了項(xiàng)目進(jìn)度；盡管模塊化理念的引入在一定程度上實(shí)現(xiàn)了部分設(shè)備的預(yù)制化生產(chǎn)，但由于缺乏全面的解耦設(shè)計(jì)，模塊化部署的靈活性和效率仍未達(dá)到理想水平；

3、其次，在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行階段，制冷系統(tǒng)的能耗問題尤為突出；傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)以風(fēng)冷為主，在高密度服務(wù)器部署的場景下，能效有限且容易形成局部熱島效應(yīng)，制冷需求迅速攀升，導(dǎo)致整體pue值（電能利用效率）偏高；盡管部分?jǐn)?shù)據(jù)中心嘗試采用液冷或節(jié)能風(fēng)冷等技術(shù)，但缺乏智能化管理，難以根據(jù)熱源分布和設(shè)備負(fù)載動態(tài)調(diào)整制冷策略，易出現(xiàn)過冷或制冷不足的問題，影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性；

4、此外，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的供電架構(gòu)通常以高冗余性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過雙路供電和ups（不間斷電源）等方式保障電力供應(yīng)的可靠性；然而，這種高冗余設(shè)計(jì)往往帶來設(shè)備資源的閑置，降低整體資源利用率；隨著清潔能源逐漸引入數(shù)據(jù)中心，供配電系統(tǒng)需要動態(tài)調(diào)度多種電力來源，但傳統(tǒng)供電架構(gòu)的靜態(tài)設(shè)計(jì)難以適應(yīng)這一需求，導(dǎo)致可再生能源利用率偏低，加劇了碳排放問題。

5、盡管目前部分?jǐn)?shù)據(jù)中心嘗試通過模塊化設(shè)計(jì)、分布式溫控和動態(tài)供電管理等方式優(yōu)化上述問題，但這些方案大多停留在局部優(yōu)化的層面，缺乏全局視角；因此，亟需一種更系統(tǒng)化、智能化的數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，推動數(shù)據(jù)中心向高效、綠色、靈活的方向發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、本發(fā)明提供了全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法解決先后順序的建設(shè)模式在各環(huán)節(jié)之間形成了較大的時(shí)間間隙，導(dǎo)致資源浪費(fèi)和工期延誤，難以應(yīng)對突發(fā)問題；制冷系統(tǒng)能效有限且容易形成局部熱島效應(yīng)，整體pue值偏高；供電架構(gòu)難以適應(yīng)多來源的動態(tài)調(diào)度的電力的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、本發(fā)明實(shí)施例提供了全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法，其包括，

5、步驟s1，將數(shù)據(jù)中心的設(shè)備均采用集裝箱組件模式在工廠預(yù)制化生產(chǎn)，并采用數(shù)字孿生技術(shù)生成各模塊部署順序；

6、步驟s2，進(jìn)行土建施工，土建施工與模塊預(yù)制化生產(chǎn)同步進(jìn)行，基于部署順序，采用智能調(diào)度算法調(diào)整模塊運(yùn)輸排程，確定模塊部署時(shí)間表，并預(yù)埋接口；

7、步驟s3，模塊在工廠完成預(yù)制后根據(jù)部署時(shí)間表，在土建施工完成后按順序運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，拼裝完成后，結(jié)合預(yù)埋接口，進(jìn)行模塊連接，啟動全局聯(lián)調(diào)工作；

8、步驟s4，將全局聯(lián)調(diào)階段的初始參數(shù)作為輸入，部署分布式傳感器監(jiān)測熱源分布與負(fù)載變化，采用深度學(xué)習(xí)算法預(yù)測負(fù)載變化，基于負(fù)載變化調(diào)整制冷功率與路徑；

9、步驟s5，監(jiān)控整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行階段的各模塊數(shù)據(jù)，持續(xù)實(shí)時(shí)的更新數(shù)字孿生模型，新增模塊時(shí)，對新增模塊進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證模塊之間的兼容性。

10、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：數(shù)據(jù)中心的設(shè)備分為供配電模塊、制冷模塊、it設(shè)備模塊及消防模塊，生產(chǎn)過程均按照接口標(biāo)準(zhǔn)制定模塊接口；

11、所述采用數(shù)字孿生技術(shù)生成各模塊部署順序的方式為，

12、采用數(shù)字孿生技術(shù)生成每個(gè)模塊的虛擬模型，模擬其運(yùn)行特性，包括負(fù)載能力、能耗指標(biāo)、熱量生成與接口匹配性，并驗(yàn)證模塊之間的兼容性，生成模塊部署順序，基于部署順序協(xié)調(diào)模塊生產(chǎn)計(jì)劃。

13、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：土建施工過程中，提前預(yù)埋模塊所需接口，確定模塊位置規(guī)劃，預(yù)埋接口包括供電通道、冷卻管道、清潔能源接入點(diǎn)、儲能系統(tǒng)以及信號連接點(diǎn)，預(yù)埋接口匹配接口標(biāo)準(zhǔn)。

14、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述現(xiàn)場拼裝過程中，現(xiàn)場拼裝的接口數(shù)據(jù)與各模塊的數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)對比，檢測拼裝匹配性與兼容性。

15、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述步驟s4中，供配電模塊與制冷模塊聯(lián)動，采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法分配電力與冷卻資源；

16、步驟s2中預(yù)埋的清潔能源接入點(diǎn)與儲能系統(tǒng)投入使用，結(jié)合光伏發(fā)電與相變儲能模塊實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)負(fù)載的削峰填谷，提升能效。

17、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用數(shù)字孿生技術(shù)生成每個(gè)模塊的虛擬模型，模擬其運(yùn)行特性的步驟為，

18、采集模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)和初步運(yùn)行數(shù)據(jù)，定義虛擬模型的輸入變量，模塊包括模塊類型、模塊尺寸和運(yùn)行特性參數(shù)，

19、模塊類型為，分別表示供配電模塊、制冷模塊、it設(shè)備模塊和消防模塊，

20、模塊尺寸為，分別為模塊的長度、寬度、高度，

21、運(yùn)行特性參數(shù)包括最大負(fù)載能力為，模塊靜態(tài)能耗為，模塊動態(tài)能耗為和熱量生成效率為；

22、結(jié)合采集的參數(shù)，采用仿真算法模擬模塊的運(yùn)行特性，包括負(fù)載能力、能耗指標(biāo)和熱量生成，

23、進(jìn)行負(fù)載能力模擬，公式為：

24、，

25、其中，為模塊的實(shí)際負(fù)載能力，為模塊的最大設(shè)計(jì)負(fù)載，為安全系數(shù)，

26、進(jìn)行能耗模塊，公式為：

27、，

28、其中，為模塊在時(shí)刻的總能耗，為模塊在靜止待機(jī)狀態(tài)下的基礎(chǔ)能耗，為模塊在運(yùn)行負(fù)載時(shí)的動態(tài)功率消耗，取決于負(fù)載水平，為仿真的運(yùn)行時(shí)間，

29、基于能耗模擬，計(jì)算模塊在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量，公式為：

30、，

31、其中，為模塊在時(shí)刻的熱量生成，為熱量生成效率，表示能耗轉(zhuǎn)化為熱量的比例，為所述模塊在時(shí)刻的總能耗，

32、所述驗(yàn)證模塊之間的兼容性的步驟為，

33、定義每個(gè)模塊的接口參數(shù)：

34、電力接口標(biāo)準(zhǔn)為，其中表示電壓，表示電流，

35、冷卻接口標(biāo)準(zhǔn)為，其中表示冷媒流量，表示冷媒溫度，

36、信號接口標(biāo)準(zhǔn)為，表示模塊的通信協(xié)議；

37、檢查模塊與模塊的接口兼容性，

38、若，且且，則，否則，其中，為模塊和模塊的接口兼容性標(biāo)志，1表示兼容，0表示不兼容，為模塊的電力、冷卻和信號接口參數(shù)；

39、所述生成模塊部署順序的步驟為，

40、根據(jù)仿真結(jié)果，綜合模塊的負(fù)載能力、能耗、熱量生成以及接口兼容性，采用優(yōu)先級排序方法生成部署順序，優(yōu)先級排序公式：

41、，

42、其中，為模塊的部署優(yōu)先級分值，為權(quán)重參數(shù)，用于平衡負(fù)載能力、能耗和熱量對優(yōu)先級的影響，滿足，為模塊的負(fù)載能力，為模塊的總能耗，為模塊的熱量生成，根據(jù)優(yōu)先級值從高到低對模塊進(jìn)行排序，生成模塊部署順序。

43、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述基于部署順序，采用智能調(diào)度算法調(diào)整模塊運(yùn)輸排程，確定模塊部署時(shí)間表的步驟為，

44、為模塊運(yùn)輸和部署建立模型，并定義變量和約束，包括模塊屬性、車輛運(yùn)輸特性以及時(shí)間變量，

45、模塊屬性包括：第個(gè)模塊，模塊的運(yùn)輸距離，模塊的裝載時(shí)間以及模塊的現(xiàn)場部署時(shí)間，

46、車輛運(yùn)輸特性包括：第輛運(yùn)輸車輛，車輛的裝載容量以及車輛的平均運(yùn)輸速度，

47、時(shí)間變量包括：模塊開始運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，模塊到達(dá)現(xiàn)場的時(shí)間以及模塊部署完成的時(shí)間；

48、根據(jù)模塊的運(yùn)輸距離和所述車輛運(yùn)輸特性，計(jì)算模塊的到達(dá)時(shí)間和部署時(shí)間表，

49、模塊的到達(dá)時(shí)間計(jì)算公式為：

50、，

51、其中，為模塊的到達(dá)時(shí)間，為模塊的開始運(yùn)輸時(shí)間，為模塊的裝載時(shí)間，為模塊的運(yùn)輸距離，為車輛的平均運(yùn)輸速度，

52、模塊的部署完成時(shí)間計(jì)算公式為：

53、，

54、其中，為模塊部署完成時(shí)間，為模塊的現(xiàn)場部署時(shí)間；

55、所述采用智能調(diào)度算法調(diào)整模塊運(yùn)輸排程的步驟為，

56、采用遺傳算法進(jìn)行運(yùn)輸排程，定義目標(biāo)是最小化整體部署時(shí)間，表示為：

57、，

58、其中，為所有模塊部署完成的總時(shí)間，為模塊的部署完成時(shí)間，

59、定義約束條件包括車輛容量限制、模塊部署順序約束以及現(xiàn)場部署順序約束，

60、車輛容量限制為：

61、，

62、其中，為分配給車輛的模塊集合，

63、模塊部署順序約束為：如果模塊依賴模塊，則必須滿足，

64、現(xiàn)場部署順序約束為：同一時(shí)間段現(xiàn)場最大并行部署模塊數(shù)量受限，，其中，表示模塊在時(shí)刻正在部署；

65、遺傳算法的每個(gè)染色體為一個(gè)模塊運(yùn)輸與部署順序的排列，

66、適應(yīng)度函數(shù)為：，其中為適應(yīng)度，最大化適應(yīng)度，

67、交叉操作調(diào)整模塊的運(yùn)輸分配，通過變異操作改變模塊的部署順序，

68、在滿足約束條件下，通過多代進(jìn)化逐步優(yōu)化模塊運(yùn)輸和部署時(shí)間表，得到最終的模塊運(yùn)輸和部署時(shí)間表，包括：

69、每個(gè)模塊的開始運(yùn)輸時(shí)間、到達(dá)時(shí)間和完成部署時(shí)間，結(jié)合現(xiàn)場施工的接口預(yù)埋計(jì)劃，按時(shí)間表協(xié)調(diào)模塊的運(yùn)輸和拼裝。

70、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述將現(xiàn)場拼裝的接口數(shù)據(jù)與各模塊的數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)對比，檢測拼裝匹配性與兼容性的步驟為，

71、通過傳感器和檢測設(shè)備采集現(xiàn)場接口的實(shí)際參數(shù)，定義接口屬性，包括：

72、電力接口屬性：實(shí)際電壓和實(shí)際電流，

73、冷卻接口屬性：實(shí)際冷媒流量為和實(shí)際冷媒溫度，

74、信號接口屬性：通信協(xié)議；

75、從數(shù)字孿生模型中提取對應(yīng)模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口屬性，包括：

76、電力接口標(biāo)準(zhǔn)：模型電壓和模型電流，

77、冷卻接口標(biāo)準(zhǔn)：模型冷媒流量和模型冷媒溫度，

78、信號接口標(biāo)準(zhǔn)：模型通信協(xié)議為；

79、根據(jù)實(shí)際電力接口參數(shù)與模型數(shù)據(jù)的對比，計(jì)算接口電壓和電流的匹配度，計(jì)算方式為：

80、若且，則，否則，其中，為允許的電壓誤差范圍，為允許的電流誤差范圍；

81、對比冷卻接口的流量與溫度，計(jì)算匹配度方式，計(jì)算方式為：

82、若且，則，否則，其中，為允許的冷媒流量誤差范圍，為允許的冷媒溫度誤差范圍；

83、對比信號接口的通信協(xié)議，檢查兼容性，計(jì)算方式為：

84、若，則，否則；

85、采用加權(quán)法綜合匹配性評分，計(jì)算方式為：

86、，其中，為模塊的匹配性評分，為匹配性檢測的權(quán)重，滿足，

87、根據(jù)綜合評分判定模塊的兼容性，判斷方式為：

88、若，則，否則，其中，為模塊的兼容性判定結(jié)果，1表示兼容，0表示不兼容，為兼容性的最低評分閾值；

89、若某模塊的匹配性或兼容性檢測失敗，則根據(jù)不匹配項(xiàng)采取對應(yīng)措施。

90、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用深度學(xué)習(xí)算法預(yù)測負(fù)載變化，基于負(fù)載變化調(diào)整制冷功率與路徑的步驟為，

91、從步驟s3的聯(lián)調(diào)輸出中獲取系統(tǒng)初始運(yùn)行參數(shù)，包括：

92、熱源分布矩陣，表示數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)的初始熱量分布，

93、負(fù)載分布矩陣，表示網(wǎng)格點(diǎn)的初始計(jì)算負(fù)載；

94、部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集：當(dāng)前熱源分布為，當(dāng)前負(fù)載分布為和環(huán)境溫度為，

95、采用時(shí)序模型預(yù)測未來負(fù)載分布，模型結(jié)構(gòu)為：

96、輸入：當(dāng)前負(fù)載分布為，熱源分布為和環(huán)境溫度為，

97、輸出：未來時(shí)間后的負(fù)載分布為；

98、構(gòu)建基于lstm長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型：

99、，

100、其中，為lstm網(wǎng)絡(luò)，用于捕捉時(shí)間序列中的非線性關(guān)系，為當(dāng)前時(shí)刻的負(fù)載分布矩陣，為當(dāng)前時(shí)刻的熱源分布矩陣，為環(huán)境溫度；

101、根據(jù)預(yù)測的負(fù)載分布，動態(tài)調(diào)整制冷功率，調(diào)整公式為：

102、，

103、其中，為在時(shí)刻分配到網(wǎng)格點(diǎn)的制冷功率，為預(yù)測的網(wǎng)格點(diǎn)的未來負(fù)載，為預(yù)測的網(wǎng)格點(diǎn)的未來熱源，為調(diào)節(jié)系數(shù)，控制負(fù)載與熱源對制冷功率的影響權(quán)重；

104、利用優(yōu)化算法動態(tài)調(diào)整冷媒流量和冷媒溫度，調(diào)整公式為：

105、，

106、其中，為分配到網(wǎng)格點(diǎn)的冷媒流量，為分配到網(wǎng)格點(diǎn)的冷媒溫度，為冷卻路徑調(diào)節(jié)系數(shù)。

107、作為本發(fā)明所述全預(yù)制化解耦式數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法分配電力與冷卻資源的步驟為，

108、定義狀態(tài)為，包括當(dāng)前負(fù)載分布、熱源分布、供電功率和制冷功率，

109、定義動作為，表示在時(shí)刻調(diào)整供電和制冷功率的幅度，

110、定義獎勵(lì)為，其中，為能耗，為每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的溫度，為目標(biāo)溫度，為負(fù)載均衡度，反映電力與冷卻資源的利用率不均衡性，為權(quán)重參數(shù)；

111、基于深度確定性策略梯度ddpg算法生成連續(xù)動作，目標(biāo)為最大化累積獎勵(lì)；

112、根據(jù)rl策略輸出，實(shí)時(shí)調(diào)整供電與制冷功率分布，將新的狀態(tài)輸入到rl模型，持續(xù)優(yōu)化資源分配策略。

113、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過集裝箱組件化的模塊化設(shè)計(jì)和工廠預(yù)制化生產(chǎn)，突破傳統(tǒng)土建和設(shè)備部署的串行依賴，實(shí)現(xiàn)土建施工與模塊生產(chǎn)的并行推進(jìn)，借助智能調(diào)度算法優(yōu)化運(yùn)輸計(jì)劃和拼裝順序，保證模塊按照部署時(shí)間表高效到場，從而顯著縮短建設(shè)周期；在模塊預(yù)制與拼裝階段，本發(fā)明采用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證模塊接口的兼容性和匹配性，保證拼裝過程精準(zhǔn)無誤；有效降低因現(xiàn)場施工誤差引發(fā)的重新調(diào)整成本，提高模塊拼裝的成功率；此外在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行階段，采用深度學(xué)習(xí)算法預(yù)測負(fù)載動態(tài)，動態(tài)調(diào)整制冷功率和路徑；同時(shí)，結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)供配電與制冷模塊的聯(lián)動資源分配，從而最大化系統(tǒng)能效。