M5-01 数据中心功能分区与空间布局
模块5 · Day 20 | 机房规划与空间设计
学习者：王鸿才 | 目标岗位：弱电智能化解决方案架构师（智算中心） 项目锚点：北京平谷智算数据中心（9120个6kW机柜，6栋建筑，热通道封闭） 学习目标：从"知道在哪里装设备"升级到"能解释为什么这样布局"
导言：为什么空间规划是方案的骨架
在弱电方案编制中，很多工程师先想设备清单，后想空间布局。这是思维顺序的根本性错误。
正确的设计逻辑是：
业务需求 → 机柜数量 → 功率密度 → 空间需求 → 建筑规划 → 设备落地
平谷项目9120个机柜，如果没有系统化的空间规划，就会出现：
- 制冷机房距离主机房过远，冷冻水管道过长导致能耗上升
- UPS室与配电室之间线缆路径迂回，增加线损
- 机柜行间距不足，热通道气流短路，PUE恶化
本章的核心命题：空间布局决定了能效的上限。
1. 数据中心三大功能域划分
1.1 三大域定义（GB50174-2017 第3.1条）
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 数据中心完整边界 │
│ │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ 主机房区（IT Core Zone） │ │
│ │ 服务器区 / 网络区 / 存储区 / 测试区 │ │
│ │ 【核心价值产生区域，环境要求最严格】 │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ┌──────────────────────┐ ┌──────────────────────────┐ │
│ │ 支持区（Support Zone）│ │ 行政管理区（Admin Zone） │ │
│ │ UPS室/配电室/柴发 │ │ 办公/会议/监控值班室 │ │
│ │ 制冷机房/动环监控 │ │ 参观展示区/培训室 │ │
│ └──────────────────────┘ └──────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
1.2 三大域的环境要求对比
| 功能域 | 温度要求 | 湿度要求 | 人员权限 | 楼板承重 |
|---|---|---|---|---|
| 主机房区 | 18-27°C（推荐20-24°C） | 40-70%RH | 严格管控，需授权 | ≥8.0 kN/m² |
| 支持区 | 18-28°C | 无严格要求 | 运维人员 | 按设备定（UPS室≥10 kN/m²） |
| 行政管理区 | 18-26°C（办公标准） | 无严格要求 | 所有员工 | 普通办公楼标准 |
关键数字速记：主机房温度 18-27°C，首选 20-24°C（ASHRAE A1类）
1.3 三大域的相互关系原则
原则1：就近原则（Proximity Principle） 支持区设施应尽量靠近其服务的主机房区，减少能量传输损耗。
- UPS室与主机房之间的直流母线/电缆长度影响线损
- 精密空调（CRAC/CRAH）应尽量靠近主机房边墙
原则2：隔离原则（Isolation Principle） 行政管理区人流不得穿越主机房区或支持区。
- 人员参观路线与运维通道物理分离
- 对外接待区域不得直接毗邻高安全级别区域
原则3：扩展原则（Scalability Principle） 各功能域应预留扩展空间（通常20-30%）。
- 平谷项目6栋建筑中，每栋预留一个备用模块空间
2. 主机房内功能分区详细设计
2.1 主机房内分区全景
主机房平面（以平谷项目单栋为例）
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 进线间（MDA）│ 主机房核心区域（1520机柜） │
│ │ │
│ 光缆进线 │ ┌──服务器区──┐ ┌──服务器区──┐ │
│ 电缆进线 │ │ Row 1-10 │ │ Row 11-20 │ │
│ 运营商引入 │ │（冷/热通道）│ │（冷/热通道）│ 存储区 │
│ │ └───────────┘ └───────────┘ │
│ ┌────────┐ │ ┌─────────┐ │
│ │网络核心│ │ ┌──服务器区──┐ ┌──服务器区──┐ │ 测试区 │ │
│ │区(MDA) │ │ │ Row 21-30 │ │ Row 31-38 │ │ │ │
│ └────────┘ │ └───────────┘ └───────────┘ └─────────┘ │
│ │ │
│ ← 消防疏散通道（≥1.5m）→ │
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
2.2 服务器区（Server Zone）设计要点
布局核心逻辑：冷热通道分离
服务器区是主机房面积占比最大的区域（通常60-70%），其布局的核心目标是：
- 最大化机柜部署密度
- 确保冷热气流不混合
- 便于运维人员操作
机柜行排列方式：
模式1：面对面排列（Front-to-Front，形成冷通道）
←冷通道→ ←热通道→ ←冷通道→
□□□□□□ □□□□□□ □□□□□□ □□□□□□
服务器前面 服务器后面 服务器前面 服务器后面
（进冷风） （出热风） （进冷风） （出热风）
模式2：背对背排列（Back-to-Back，形成热通道）
→热通道← →冷通道← →热通道←
□□□□□□ □□□□□□ □□□□□□ □□□□□□
服务器后面 服务器前面 服务器后面 服务器前面
（出热风） （进冷风） （出热风） （进冷风）
平谷项目推荐方案：面对面排列（Front-to-Front）
理由：
- 冷通道封闭改造更方便（封闭冷通道顶部即可）
- 运维人员在冷通道操作，工作环境更舒适
- 热通道在机柜背面，无需人员进入
2.3 网络区（Network Zone / MDA）设计要点
MDA（Main Distribution Area，主配线区） 是网络汇聚核心，位置选择原则：
位置原则：
1. 通常位于主机房一端（靠近进线间，减少主干光缆长度）
2. 距离最远机柜的横向走线距离 ≤ 100m（OM4多模光纤单跳距离）
3. 保持独立的物理区域，与服务器区有明确边界
MDA典型配置（平谷单栋）：
| 设备类型 | 数量 | 用途 |
|---|---|---|
| 核心交换机（100GbE/400GbE） | 2-4台 | 东西向+南北向流量汇聚 |
| 核心路由器 | 2台 | 对外出口 |
| 防火墙集群 | 2台 | 安全边界 |
| ODF（光纤配线架） | 若干 | 光缆终端管理 |
| MDF（主配线架） | 若干 | 铜缆管理 |
2.4 存储区（Storage Zone）设计要点
智算中心存储区特殊要求：
传统IDC存储区 智算中心存储区（平谷项目）
───────────── ──────────────────────
功耗密度：2-4kW/柜 功耗密度：6-15kW/柜（NVMe全闪）
以SAN存储为主 分布式存储+全闪存储+对象存储
网络：FC/以太网 网络：NVMe-oF/100GbE/InfiniBand
面积占比：5-10% 面积占比：15-20%（模型数据需求大）
2.5 测试区（Test/Staging Zone）设计要点
- 面积：通常为主机房面积的5-8%
- 位置：靠近主机房出口，便于设备进出
- 配置：独立的电力/网络分支，不与生产区共用
- 平谷项目：每栋建筑预留2-3排机柜位置作为测试缓冲区
3. 支持区（辅助设施区）规划
3.1 支持区各功能室的位置原则总图
建筑平面位置关系示意（以单栋楼层为例）
↑ 外部电源引入
┌────────────┐
│ 变配电室 │ （首层，靠近建筑外墙）
│ （10kV进线）│
└─────┬──────┘
│ 低压母排
┌─────▼──────┐
│ UPS室 │ （与变配电室相邻或叠层）
│ 含电池室 │
└─────┬──────┘
│ 蓄电池直流
┌──────────┐ ┌─────▼──────┐ ┌──────────┐
│ 柴发机房 │ │ 主机房区 │ │ 制冷机房 │
│（地下或外│ │（核心IT设备）│ │（冷机/冷塔/│
│ 部独栋）│ │ │ │ 水泵） │
└──────────┘ └─────┬──────┘ └──────────┘
│
┌─────▼──────┐
│ 动环监控室 │ （可视主机房的位置）
│（值班运维） │
└────────────┘
3.2 变配电室（Power Distribution Room）
位置原则：
- 靠近建筑外墙：方便10kV高压电缆引入（地下管廊）
- 靠近负荷中心：减少低压电缆长度，降低线损
- 远离主机房：变压器噪声（60-80dB）和振动隔离
平谷项目配置（单栋）：
- 10kV进线：双路独立市电（来自不同变电站）
- 变压器容量：需覆盖 1520机柜×6kW×1.2（余量）= 10,944 kVA（取11MVA变压器2台）
- 楼板承重：变压器单台重量约8-15吨，需特殊结构加固
关键距离要求：
- 变配电室至UPS室电缆长度：≤30m（减少低压线损）
- 变压器外壁与建筑墙体间距：≥1.0m（散热通道）
3.3 UPS室（Uninterruptible Power Supply Room）
位置原则：
- 与变配电室相邻（上下层或同层相邻）
- 靠近主机房：从UPS到PDU（列头柜）的母排/线缆长度影响线损
- 独立房间：防火分区要求，与主机房之间有防火墙
平谷项目UPS室设计要点：
- 单栋UPS总容量：1520柜×6kW/0.9（功率因数）×1.25（留余量）= 12,667 kVA
- 推荐配置：模块化UPS，每模块250kW，可在线扩容
- 电池室分区：与UPS模块柜分开，防止电解液腐蚀
- 楼板承重：UPS+电池组综合承重 ≥ 10 kN/m²
3.4 柴油发电机房（Diesel Generator Room）
位置原则：
- 首选独立建筑或地面首层：方便储油、排烟、维护
- 远离主机房和人员密集区：噪声≥100dB，需隔声处理
- 排烟口方向：背离建筑主立面，向外自然排放
- 储油间：地下储油罐或日用油箱（容量≥8小时满载运行）
平谷项目柴发容量（全园区）：
- 总IT功耗：9120柜×6kW = 54,720 kW（54.7 MW）
- 含制冷/供电损耗（PUE=1.3）：54,720×1.3 = 71,136 kW（71.1 MW）
- 柴发配置原则：N+1冗余，每台2000kW，需 37台（36台+1台备用）
- 储油：每台2000kW柴发，满载油耗约400L/h，8小时需3200L/台
3.5 精密空调/制冷机房（Cooling Plant）
位置原则：
- 靠近主机房：冷冻水管道越短越好（每延长100m，输送损耗增加约1%）
- 冷却塔位置：屋顶或室外地面，需考虑噪声和漂水距离
- 水泵房与冷机房合建：减少管道长度
平谷项目制冷机房规模（单栋）：
- 制冷量需求：1520柜×6kW×0.8（利用率）= 7,296 kW = 7.3 MW（单栋）
- 冷机台数：2000kW/台冷机，需 4台（N+1配置）
- 冷却塔：配套冷却塔，每台冷机对应1台冷塔
- 机房面积：约 800-1200m²（含设备间距和维修通道）
3.6 动环监控室（DCIM/BMS Room）
位置原则：
- 可视性：最好有玻璃墙可直视主机房（异常时快速响应）
- 位于门卫处：便于人员出入管理
- 24小时有人值守：配套员工休息区
4. 进线间（MDA室）设计
4.1 进线间的战略地位
进线间（Entrance Room / Main Distribution Area）是外部信号进入数据中心的唯一入口，具有极高的战略重要性：
外部运营商光缆 ─────────→ ┌──────────┐ ──→ 主机房网络区
外部备用运营商 ──────→ │ 进线间 │
专线（MPLS/SD-WAN）──→ │ MDA室 │ ──→ 管理网络
政务网接入 ──→ └──────────┘
进线间设计失败案例（常见错误）：
- 所有运营商光缆从同一路由引入 → 单点故障，"挖断一根全停"
- 进线间与主机房共用空间 → 外来人员（运营商施工）直接接触IT设备
- 无备用管孔 → 扩容时需重新穿管施工，影响在线业务
4.2 进线间设计规范要求
GB50174-2017 第8章要求：
| 项目 | A级要求 | 平谷项目设计值 |
|---|---|---|
| 引入路由数量 | ≥2路，从不同方向引入 | 2路，从南北两个方向引入 |
| 运营商数量 | ≥2家不同运营商 | 3家（电信+联通+移动） |
| 光缆/电缆分离 | 分别在不同桥架/管孔 | 独立桥架，间距≥300mm |
| 备用管孔 | ≥1/3管孔备用 | 预留50%备用 |
| 接地要求 | 联合接地≤1Ω | ≤0.5Ω |
4.3 光缆与电缆分离设计
进线间内部布局（顶视图）
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 进线间（约30-50m²） │
│ │
│ ┌──────────────┐ ┌────────────────┐ │
│ │ 光缆区（北） │ │ 铜缆/电缆区（南）│ │
│ │ │ │ │ │
│ │ ODF光纤配线架│ │ 电缆配线架 │ │
│ │ 光缆盘留 │ │ 铜缆跳线 │ │
│ │ 光缆标识 │ │ 屏蔽处理 │ │
│ └──────────────┘ └────────────────┘ │
│ │
│ 接地汇流排────────────────→ 地网 │
└─────────────────────────────────────────┘
关键设计点：
- 光缆进线管孔与电缆进线管孔物理分离（防止高压电磁干扰光信号）
- 光缆引入后立即进行"防水封堵"（防止地下水沿管道进入机房）
- 每根光缆在进线间预留至少5m盘留（便于将来重新熔接）
- 铜缆引入处安装浪涌保护器（SPD）（防雷击浪涌通过铜缆进入设备）
4.4 平谷项目进线间设计方案
6栋建筑进线间布局：
- 每栋建筑设独立进线间（约 40m²）
- 6栋之间通过地下综合管廊互联（光缆互通，形成环网）
- 园区总进线间（独立建筑）：汇聚所有外部运营商接入
平谷园区进线架构图：
外部运营商（北侧引入）───→ 园区总进线间 ───→ 地下管廊 ──→ 各栋进线间
外部运营商（南侧引入）───→ 园区总进线间
↓
互联网出口（>100Gbps）
专线接入
5. "四流"规划原则
数据中心设计的核心是管理四种"流"：人流、物流、气流、电流。
5.1 人流（Personnel Flow）规划
人流分级控制示意图：
外来访客 ──→ 前台登记 ──→ 参观通道（隔离玻璃）
↓（禁止进入）
普通员工 ──→ 门禁认证 ──→ 行政管理区、监控室
↓（需额外授权）
运维工程师 ──→ 双因素认证 ──→ 支持区（UPS室/配电室）
↓（最高权限）
机房管理员 ──→ 生物识别+PIN ──→ 主机房区（机柜操作）
关键原则：
- 任何人进入主机房必须登记，保留6个月以上记录
- 运营商人员（施工/光缆接续）只能进入进线间，不得进入主机房
- 双人进入原则（Two-Person Integrity）：关键操作需两人在场
5.2 物流（Material Flow）规划
设备搬运路线设计原则：
外部卸货区 ──→ 货运电梯（或坡道）──→ 缓冲区（开箱检验）──→ 主机房
↑ ↓
大型设备车辆 旧设备/包装废料
（服务器/柜体） （反向物流路径）
平谷项目物流规划要点：
- 每栋建筑设专用货运入口（净宽≥2.5m，净高≥3.5m）
- 主机房内消防疏散通道兼做设备搬运通道（通道宽度≥1.5m）
- 缓冲区（Staging Area）：≥100m²，含静电防护地垫和设备检验台
- 服务器上架方式：使用导轨式机柜，不需要进入冷热通道深处操作
5.3 气流（Airflow）规划
这是主机房内最关键的"流"，直接决定冷却效率。
气流组织基本原理：
精密空调（CRAC/CRAH）
↓ 送冷风（14-18°C）
┌────▼────────────────────────────────────┐
│ 地板下静压箱（Plenum） │
└────┬────────────────────────────────────┘
↓ 通过地板开孔（盲板/开孔砖）
┌────▼──────────────────────────────────────┐
│ 冷 通 道（Cold Aisle） │
│ ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← ← │
└───────────────────────────────────────────┘
服务器进风面（前面板）
↑ 服务器内部风扇抽风通过设备
服务器出风面（后面板）
┌───────────────────────────────────────────┐
│ 热 通 道（Hot Aisle） │
│ → → → → → → → → → → → → → → → │
└────┬──────────────────────────────────────┘
↓ 热风（30-45°C）
返回精密空调（热回风）
气流规划五原则：
- 冷热隔离：冷热通道严格分离，禁止气流短路
- 正压维持：地板下静压箱保持微正压，确保均匀送风
- 开孔匹配：地板开孔位置与机柜冷风需求匹配（高功率区多开孔）
- 封闭措施：机柜未安装设备的U位需安装盲板（Blank Panel）
- 通道封闭：冷通道顶部+两端门封闭，防止热气回流
5.4 电流（Power Flow）规划
电流路径规划原则：
市电→变压器→低压配电→UPS→精密配电→PDU（列头柜）→服务器
关键设计点：
1. 双路供电：每台服务器双电源，分别接A路和B路（不同UPS）
2. 线缆走向：强电（高压）与弱电（信号）分桥架布线，间距≥300mm
3. 就近原则：PDU（列头柜）紧靠对应机柜行，减少末端线缆长度
4. 色标管理：A路红色，B路蓝色，接地黄绿色（全场统一）
6. 机柜行布局详细规范
6.1 机柜间距要求（GB50174-2017 第6.2条）
标准通道宽度（最小值）：
┌───────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 冷通道宽度： ≥ 1200mm（1.2m） │
│ 热通道宽度： ≥ 1000mm（1.0m） │
│ 主要消防通道： ≥ 1500mm（1.5m） │
│ 次要通道（仅维护）： ≥ 800mm │
│ 机柜与墙壁： ≥ 600mm │
│ 机柜与精密空调： ≥ 800mm │
└───────────────────────────────────────────┘
注意：上述数字是"净距"（设备外边缘到对面设备外边缘），不含机柜门打开宽度。机柜门通常向外开，需额外预留。
平谷项目实际通道设计值（在满足规范基础上优化）：
| 通道类型 | 规范最小值 | 平谷项目设计值 | 选择理由 |
|---|---|---|---|
| 冷通道 | 1200mm | 1400mm | GPU服务器操作空间需求 |
| 热通道（封闭） | 1000mm | 1200mm | 设备维护空间 |
| 主消防通道 | 1500mm | 2000mm | 大型设备搬运需求 |
| 机柜与墙 | 600mm | 800mm | 线缆布放空间 |
6.2 机柜行数量估算（平谷项目单栋）
已知条件：
- 单栋机柜数量：9120 ÷ 6 = 1520个
- 每行机柜数量：建议20-30个（考虑PDU供电覆盖范围）
- 采用每行24个机柜
计算过程：
行数 = 1520 ÷ 24 = 63.3 → 取 64行（其中60行满行，4行备用）
面积估算（含通道）：
每行长度 = 24机柜 × 0.6m（机柜宽）= 14.4m
行间距（冷+热通道）= 1.4 + 1.2 = 2.6m
64行总进深 = 64行 × (0.1m机柜深 + 2.6m通道) / 2
≈ 64 × 1.35 = 86.4m（概算）
实际需要主机房面积：
长 × 宽 ≈ 15m × 90m = 1350m²（含走道和辅助空间约1500m²）
实际平谷项目单栋主机房面积约为 1500-2000m²
6.3 机柜行命名与编号规则
推荐编号格式：[栋号]-[区域]-[行号]-[位号]
示例：B1-A-R07-C15
B1 = 1号建筑（Building 1）
A = A区（服务器区A）
R07= 第7行（Row 07）
C15= 第15个机柜（Cabinet 15）
7. 冷热通道封闭设计
7.1 冷通道封闭（Cold Aisle Containment，CAC）
冷通道封闭是平谷项目的核心节能措施，通过物理隔离防止冷热气流混合。
封闭方案示意：
封闭的冷通道（俯视）：
[机柜行A]
┌────────────────────────────────┐
│ 冷通道（密封空间） │← 侧门（玻璃滑门）
│ 地板开孔送冷风 ↑ │
│ 温度：18-22°C │← 侧门（玻璃滑门）
└────────────────────────────────┘
[机柜行B]
↑↑↑
顶部玻璃/铝合金封盖（连接机柜顶部到天花板）
封闭组件清单：
- 顶部封板（Top Panel）：连接相对机柜顶端，通常为网格铝合金或透明钢化玻璃
- 端部门（End Door）：冷通道两端的密封门，玻璃滑门或旋转门
- 机柜顶盖：封住机柜上方开口
- 盲板（Blank Panel）：填满机柜内未安装设备的1U/2U空隙
CAC的收益：
- 制冷效率提升：20-30%（相当于PUE降低0.05-0.1）
- 冷冻水供水温度可提高：+3-5°C（减少冷机压缩机功耗）
- 空调送风量减少：20-40%（风机变频节能）
7.2 热通道封闭（Hot Aisle Containment，HAC）
热通道封闭方案将热风集中收集后送回精密空调：
封闭的热通道（侧视）：
机柜 机柜
后面板 后面板
↓ 热风 ↓ 热风
┌──────────────────────────────────┐
│ │
│ 密封热通道 │← 顶部连接到天花板回风系统
│ 35-45°C │
│ │← 直接连接CRAH回风口
└──────────────────────────────────┘
HAC vs CAC 对比：
| 对比维度 | 冷通道封闭（CAC） | 热通道封闭（HAC） |
|---|---|---|
| 改造难度 | 较低 | 较高（需连接天花板） |
| 节能效果 | 20-30% | 25-35% |
| 运维便利性 | 高（冷通道凉爽） | 中（热通道不需要进人） |
| 适用场景 | 大多数数据中心 | 高密度区域（GPU机柜） |
| 平谷项目选择 | ✓ 主要方案 | 高密区补充使用 |
8. 安全通道：消防疏散规划
8.1 消防疏散通道要求
GB50016《建筑设计防火规范》要求：
- 疏散通道净宽：≥1.5m
- 安全出口数量：超过60人的场所需≥2个疏散出口
- 疏散距离：从最远机柜位到最近安全出口 ≤30m（一类高层）
- 安全出口标识：绿色荧光疏散指示灯，间距≤10m
主机房内消防疏散路线规划：
主机房消防疏散路线示意（平谷单栋）
┌──────────────────────────────────────────────────┐
│出口1↙ 机柜区 ↘出口2 │
│ ┌──Row──┐ ┌──Row──┐ ┌──Row──┐ │
│ │ │ │ 消防 │ │ │ │
│ ←←← │ │ │ 主通道│ │ │ →→→ │
│(1.5m) │ │ │(2.0m) │ │ │ (1.5m) │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ └───────┘ └───────┘ └───────┘ │
│出口3↗ ↖出口4 │
└──────────────────────────────────────────────────┘
主通道（中轴线）：宽度2.0m，纵向贯穿机房
两侧通道：宽度1.5m，横向连接各机柜行末端
8.2 消防系统与空间规划的联动
数据中心主机房通常采用气体灭火系统（七氟丙烷/IG541），与空间规划强相关：
- 气密性要求：主机房需做门/地板/天花板密封（气体灭火浓度要求）
- 泄压口（Relief Damper）：气体释放时产生压差，需在合适位置预留泄压口
- 疏散演练：气体灭火报警后，人员有30秒疏散时间，通道宽度直接影响疏散速度
9. 平谷项目6栋建筑功能分配逻辑
9.1 6栋建筑总体规划
基本数据：
- 总机柜：9120个（6kW/柜）
- 平均每栋：1520个机柜
- 总建筑面积：约 12万m²（含主机房、支持区、行政区）
9.2 建筑功能矩阵
平谷智算中心6栋建筑功能分配矩阵
建筑编号 主要功能 机柜数量 特殊配置
─────────────────────────────────────────────────────────
B1（一期） 通用计算+网络核心 1520柜 园区核心网络汇聚点、进线间
B2（一期） AI训练（GPU区） 1520柜 高密区（30kW/柜预留液冷管路）
B3（二期） AI推理+存储 1520柜 NVMe全闪存储集群、高速网络
B4（二期） 通用计算 1520柜 标准配置，弹性扩容
B5（三期） 备灾容灾 1520柜 双活数据中心，异地互备
B6（三期） 研发测试+运维中心 1520柜 测试区较大（20%），DCIM总控中心
─────────────────────────────────────────────────────────
总计 9120柜
9.3 B2楼（AI训练区）特殊规划
B2楼是平谷项目技术挑战最大的建筑，服务于AI训练作业（GPU集群）：
B2楼特殊配置清单：
- 功率密度：30kW/柜（未来可扩展至60kW+）
- 冷却方式：热通道封闭 + 列间空调 + 液冷预留管路
- 网络：InfiniBand HDR（200Gbps）机柜间互联
- 供电：机柜三相供电，定制化高密PDU（63A/相）
- 地板：加厚架空地板（承重≥12 kN/m²），液冷管道下走线空间增大
- 每行机柜数：减少至16个/行（增加通道宽度至1.8m，适应液冷服务）
9.4 园区级公共设施规划
集中式公共设施（独立建筑）：
| 设施 | 规模 | 服务范围 |
|---|---|---|
| 园区变电站（110kV/10kV） | 变压器总容量100MVA | 全园区 |
| 柴油发电机房 | 37台×2000kW | 全园区N+1冗余 |
| 冷冻水循环泵站 | 集中制冷站，6×2000kW冷机/栋 | 每栋独立+园区备份 |
| 消防控制中心 | 独立建筑 | 全园区联动 |
| 安防监控中心 | 与运维DCIM合建 | 全园区 |
| 综合管廊（地下） | 长度约1.2km | 连接全部6栋 |
10. 从建筑平面图到机柜布局图的设计流程
10.1 设计五步法
Step 1：拿到建筑条件图
输入：建筑总平面、楼层平面、柱网尺寸、门洞位置
任务：标注承重轴线、确认楼板荷载、识别不利因素（梁柱突出等）
Step 2：确定主机房边界
输入：机柜数量需求、功率密度、冷却方式
任务：划定主机房四墙、确认净高（≥3.0m）、规划安全出口
Step 3：支持区位置规划
输入：主机房边界、外部进线方向、建筑结构
任务：确定变配电室/UPS室/制冷机房/进线间位置
Step 4：主机房内机柜行规划
输入：主机房净尺寸、通道宽度规范、功率密度分区
任务：绘制机柜行布局图、计算通道宽度、验证承重
工具：AutoCAD / Visio / DCIM软件（如Nlyte / Sunbird）
Step 5：综合管线综合（MEP Coordination）
输入：机柜布局图、电气系统图、暖通空调图
任务：桥架路由规划、管道路由规划、冲突检查（BIM）
10.2 平谷项目设计验证清单
在方案提交前，逐项验证以下清单：
□ 机柜总数：9120个，分6栋，每栋1520个 ✓
□ 主机房净高：≥3.0m（架空地板面到天花板）✓
□ 冷通道宽度：≥1.2m（实际1.4m）✓
□ 热通道宽度：≥1.0m（实际1.2m）✓
□ 消防疏散通道：≥1.5m（主通道2.0m）✓
□ 机柜楼板承重：≥8.0 kN/m²（验算见M5-02）✓
□ 进线间双路引入：运营商A（北向）+运营商B（南向）✓
□ UPS室与主机房防火分区：100mm防火墙 ✓
□ 柴发机房噪声隔离：100dB→40dB（机房外）✓
□ 冷热通道封闭措施：顶板+端门 ✓
11. 常见设计错误与纠正
11.1 错误1：忽略"四流"冲突
错误案例：将主要物流通道（服务器搬入）与人员疏散通道合并，导致大型设备搬运时封堵疏散出口。
正确做法：物流通道与安全疏散通道分开规划，或在设备搬运时段与时间管理配合。
11.2 错误2：进线间单路引入
错误案例：所有运营商光缆从建筑南侧同一管沟引入。
后果：市政施工挖断管沟，所有外部连接中断（"挖断一根全断"事故）。
正确做法：至少2路，从2个不同方向引入（甚至2座不同的市政管道井）。
11.3 错误3：制冷机房距离过远
错误案例：制冷机房设于建筑另一端，冷冻水管道长达150m。
后果：水泵扬程增加，泵功耗上升；管道保温成本增加；长距离管道泄漏风险增加。
正确做法：制冷机房尽量紧靠主机房（同层相邻或上下层垂直）。
12. 2σ 诊断问题
Q1（记忆层）：填空
- 数据中心三大功能域是：______区、______区和______区。
- 主机房内冷通道净宽最小值为 ______m，热通道净宽最小值为 ______m。
- 消防疏散通道净宽最小值为 ______m。
- 进线间要求从至少 ______ 个不同方向引入外部线路。
- 冷通道封闭可提升制冷效率约 ______%。
答案：
- 主机房区、支持区、行政管理区
- 1.2m，1.0m
- 1.5m
- 2个
- 20-30%
Q2（理解层）：简答
- 为什么支持区（UPS室/配电室）要尽量靠近主机房区？请从能耗和可靠性两个角度分析。
- 为什么平谷项目推荐冷通道封闭（CAC）而不是热通道封闭（HAC）？
- 进线间中光缆和铜缆为什么必须分区布放？如果混放会有什么问题？
参考答案：
- 能耗角度：距离越近，低压电缆越短，线损越小（每延长10m，线损增加约0.1%）；制冷管道越短，水泵能耗越低。可靠性角度：距离近则电缆受外界干扰少，管道泄漏点少，故障快速定位。
- 理由：CAC改造简单（只需封闭顶部和两端门），运维人员在冷通道（凉爽）工作，体验好；HAC需要将热通道顶部连接到回风系统，改造复杂。平谷项目机房高度3.5m，CAC的顶部连接更容易实现。
- 强电（铜缆）对光纤信号产生电磁干扰（EMI），可能引起光信号误码；高压电缆的屏蔽层感应电流可能损坏光缆连接器；从管理角度，混放导致施工时误切线缆。
Q3（应用层）：计算
题目：平谷项目B3楼用于存储区，机柜功率密度提高到12kW/柜，共1520个机柜。请计算：
- B3楼的总IT功耗（kW）；
- 若冷通道宽度需要增加到1.6m以提高散热，每行24个机柜，机柜宽0.6m，估算主机房所需最小面积（考虑2.0m主通道，行间距=冷通道1.6m+热通道1.2m=2.8m）。
参考答案：
- 总IT功耗 = 1520 × 12kW = 18,240 kW = 18.24 MW
-
- 行数 = 1520 ÷ 24 = 63.3 → 64行
- 每行长度 = 24 × 0.6m = 14.4m（方向1）
- 行组对数 = 64 ÷ 2 = 32组（每组含冷通道+热通道）
- 每组进深 = 机柜深度 × 2 + 冷通道 + 热通道 = 1.0×2 + 1.6 + 1.2 = 4.8m
- 总进深 = 32组 × 4.8m = 153.6m
- 加2条主通道：153.6 + 2×2.0m = 157.6m
- 估算面积 = 157.6m × 16m（含边距）≈ 2521 m²（约2500m²）
速记卡（Day 20 核心记忆点）
╔══════════════════════════════════════════════════════╗
║ Day 20 速记卡：功能分区与空间布局 ║
╠══════════════════════════════════════════════════════╣
║ 三大域：主机房区 / 支持区 / 行政管理区 ║
║ ║
║ 通道宽度（最小值）： ║
║ 冷通道 ≥ 1.2m | 热通道 ≥ 1.0m ║
║ 消防通道 ≥ 1.5m | 次要维护 ≥ 0.8m ║
║ ║
║ 主机房温度：18-27°C（推荐 20-24°C） ║
║ 楼板承重：≥ 8.0 kN/m²（A级） ║
║ ║
║ "四流"口诀：人要授权，物要路线，气要隔离，电要双路 ║
║ ║
║ 进线间：双路不同方向，光铜分离，预留50%备用管孔 ║
║ ║
║ 冷通道封闭（CAC）：节能 20-30%，平谷项目首选方案 ║
║ ║
║ 平谷：6栋×1520柜，B1核心网络，B2 GPU高密，B3存储 ║
╚══════════════════════════════════════════════════════╝
本章总结
| 知识点 | 核心数字 | 设计意义 |
|---|---|---|
| 三大功能域 | 主机房/支持/行政 | 人员分级控制基础 |
| 冷通道宽度 | ≥1.2m | 运维操作最低要求 |
| 热通道宽度 | ≥1.0m | 气流组织最低要求 |
| 消防疏散 | ≥1.5m | 人员安全法律要求 |
| A级承重 | ≥8.0 kN/m² | 机柜安全落地前提 |
| 进线双路 | 2个方向 | 外部连接单点故障防护 |
| CAC节能 | 20-30% | 平谷项目PUE降低关键 |
| 主机房温度 | 18-27°C | ASHRAE A1类设备保护 |
下一节预告：M5-02 承重核算与架空地板设计——数据中心设计的第一道关，9120个机柜压在地板上，结构是否安全？如何精确计算？
文件版本：v1.0 | 生成日期：2026-02-19 | 适用标准：GB50174-2017 / GB50016-2014 / ASHRAE TC9.9