淺談工業(yè)企業(yè)場地豎向設(shè)計(jì)的重要性

高永強(qiáng)（北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司,北京 100043）

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淺談工業(yè)企業(yè)場地豎向設(shè)計(jì)的重要性

高永強(qiáng)
（北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司,北京 100043）

摘 要：豎向設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的有機(jī)組成部分，它與規(guī)劃設(shè)計(jì)、總平面布置密切聯(lián)系而不可分割。在用地范圍大、地形起伏較大的場地上，功能分區(qū)、路網(wǎng)及其設(shè)施位置的布置符合總體布局的要求下，除須滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求的平面布局關(guān)系外，還受到豎向高程關(guān)系的影響。其設(shè)計(jì)合理與否，直接影響到工程基建投資、施工進(jìn)度、運(yùn)營成本、環(huán)境、安全等周多方面因素。本文首先從理論出發(fā)，簡述豎向設(shè)計(jì)的內(nèi)容，深入剖析影響豎向設(shè)計(jì)的各個(gè)因素，如：工藝流程、運(yùn)輸，土石方工程量、場地排雨水、豎向防護(hù)等等。然后，再結(jié)合首黔工程的實(shí)際例子，詳細(xì)介紹豎向設(shè)計(jì)過程中，如何綜合平衡豎向設(shè)計(jì)的各方面影響因素，權(quán)衡主次，提出一個(gè)比較合理的豎向設(shè)計(jì)理念，以此說明豎向設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。同時(shí)，通過豎向設(shè)計(jì)實(shí)例，得出工程量的數(shù)據(jù)，從側(cè)面說明豎向設(shè)計(jì)的重要性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)企業(yè)豎向設(shè)計(jì)；重要性；豎向設(shè)計(jì)

豎向設(shè)計(jì)亦稱豎向規(guī)劃，是工程設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的有機(jī)組成部分，它與工業(yè)企業(yè)總體規(guī)劃、總平面布置密切聯(lián)系而不可分割。在用地范圍大、地形起伏較大的場地上，功能分區(qū)、路網(wǎng)及其設(shè)施位置的布置符合總體布局的要求下，除須滿足規(guī)劃設(shè)計(jì)要求的平面布局關(guān)系外，還受到豎向高程的影響。所以，在考慮規(guī)劃場地的地形利用和改造時(shí)，必須兼顧總體平面和豎向的使用功能要求，統(tǒng)一考慮和處理規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中的各種矛盾與問題，才能保證場地建設(shè)與使用的合理性、經(jīng)濟(jì)性。其設(shè)計(jì)合理與否，直接影響到工程基建投資、施工進(jìn)度、運(yùn)營成本、環(huán)境保護(hù)、安全等周多方面。

隨著工業(yè)企業(yè)設(shè)備大型化、集約化的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)對建設(shè)用地要求也隨之增高。設(shè)計(jì)場地是不可能全都處在理想的用地大小及地勢平坦的地段，建設(shè)用地往往不能滿足建、構(gòu)筑物對場地布置的要求。在場地設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行場地的豎向設(shè)計(jì)，尤其是地形起伏較大，高差較大的建設(shè)場地，必須結(jié)合總平面布置，將場地地形進(jìn)行豎直方向的調(diào)整，充分利用和合理改造自然地形，合理進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)標(biāo)高，使之滿足建設(shè)項(xiàng)目的使用功能要求，成為適宜工程建設(shè)的建筑場地。

豎向設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是利用和改造建設(shè)用地的原有地形，具體包括以下幾方面：

（1）正確處理平面與豎向設(shè)計(jì)的關(guān)系；

（2）選擇合理的場地豎向布置形式，進(jìn)行場地地面的豎向設(shè)計(jì)；

（3）確定合理的場地平土標(biāo)高和建筑物室內(nèi)外地坪高差，場地內(nèi)的鐵路、道路標(biāo)高和坡度；

（4）組織地面排水系統(tǒng)，保證地面排水通暢，不積水。

（5）安排場地的土方工程．計(jì)算土石方填、挖方量，使土方總量最小，填、挖方接近平衡，達(dá)不到平衡時(shí)選定取土或棄土地點(diǎn)。

（6）進(jìn)行有關(guān)工程構(gòu)筑物（擋土墻、邊坡）與排水構(gòu)筑物（排水溝、排洪溝、截洪溝等）的具體設(shè)計(jì)。

下面，本文將根據(jù)首黔工程的具體實(shí)例，結(jié)合自身在本工程設(shè)計(jì)過程中的體會(huì)，詳細(xì)介紹豎向設(shè)計(jì)的必要性及重要性。

1 工程簡介

首黔工程位于貴州省西部六盤水市南部盤縣境內(nèi)的雞場坪鄉(xiāng)，屬貴州、云南、廣西三省結(jié)合部。東北距貴陽市215km（直線距離，下同），北距六盤水市72km，西南距昆明市220 km，南距盤縣縣城33km，東南距南寧市518km、距防城港615km。

廠址地形屬丘陵地，土地大多數(shù)為旱地，少部分為水田。區(qū)域高程整體趨勢為東、北部較高，且山包林立、山體大多為石質(zhì)山體、西、南部較低，場地較為開闊、平坦。場地自然標(biāo)高最高約為1912m，最低約為1763m，最大高差達(dá)149m。

2 建設(shè)規(guī)模及主要工藝裝備

2.1 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)貴州省“十一、五”國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要，為優(yōu)化工業(yè)區(qū)域布局，貴州首黔資源開發(fā)有限公司擬在六盤水市盤縣雞場坪鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)“煤（焦、化）-鋼-電”一體化循環(huán)經(jīng)濟(jì)型工業(yè)基地，年產(chǎn)軋材100萬t/a。

2.2 主要工藝裝備

原料場：燃料總儲(chǔ)量約為880萬噸/年。其中煉焦煤650萬噸/年，鐵礦粉148萬噸/年、焦炭約80萬t/a；焦化：采用SG60-2003型6m頂裝焦?fàn)t8×55孔，年產(chǎn)400萬t焦炭；球團(tuán)：建設(shè)1座?5.4×35m回轉(zhuǎn)窯，配套1臺(tái)B4.5×45m鏈篦機(jī)和1臺(tái)85m2環(huán)冷機(jī)，年產(chǎn)球團(tuán)礦147.4萬噸；

直接還原鐵：2X50萬t/a直接還原爐，年產(chǎn)量100萬t/a；

電爐煉鋼：1臺(tái)DRI熔化冶煉電爐+1臺(tái)合金及不銹鋼冶煉電爐（70t）+1臺(tái)AOD爐+1臺(tái)VOD爐，年產(chǎn)連鑄坯100萬t；

軋鋼：建設(shè)精品高速線材生產(chǎn)線1條，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量46萬噸；建設(shè)精品棒材生產(chǎn)線1條，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量50萬噸； 總計(jì)96萬噸軋材規(guī)模。

3 總平面布置

根據(jù)工藝流程、自然地形地貌及廠址周邊的交通、供電、供水等外部條件，將一步200萬t/a焦化、二步200萬t/a焦化、原料場、球團(tuán)，直接還原鐵和煉鋼、軋鋼由西北至東南依次布置；將鐵路站場布置在球團(tuán)東側(cè)，全廠最低處，以利于鐵路線路接軌。具體位置見圖1。

工程占地最長約3100m，最寬約1060m，總占地約260萬㎡，折合約3900畝。

4 豎向布置

4.1 豎向設(shè)計(jì)影響因素

4.1.1 總平面布置與豎向設(shè)計(jì)的關(guān)系

豎向設(shè)計(jì)和總平面設(shè)計(jì)是統(tǒng)一體的兩個(gè)方面，它們密切聯(lián)系、相輔相成、不可分割。合理的總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)不僅取決于總平面設(shè)計(jì)，而且與豎向設(shè)計(jì)的關(guān)系極大。在做總平面設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到豎向設(shè)計(jì)要基本合理，在做豎向設(shè)計(jì)時(shí)，反過來對總平面設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。如果二者不協(xié)調(diào)，還需對總平面設(shè)計(jì)做必要的調(diào)整。

圖1 首黔100萬t/a鋼鐵廠短流程方案

4.1.2 滿足工藝流程的要求

在工業(yè)企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)中，工藝流程合理、順暢，是總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的一個(gè)前提。在首黔100萬t/a鋼鐵廠總體規(guī)劃中，工藝流程選擇，往往決定了場地大小，總平面布置及采用的運(yùn)輸方式。工藝流程的要求對豎向布置影響重大，因而在豎向布置時(shí)，必須予以考慮。如從大流程考慮：首黔100萬t/a鋼鐵廠總體規(guī)劃按照煉鐵工藝流程不同布置兩個(gè)方案，一個(gè)是長流程方案（即高爐+轉(zhuǎn)爐方案），另一個(gè)是短流程方案（即直接還原鐵+電爐方案）。這兩個(gè)方案就僅在占地上比較，短流程比常規(guī)流程就少征地40萬㎡，折合約600畝，同時(shí)，護(hù)坡、擋墻及土方的量就相應(yīng)的少很多，豎向工程節(jié)省很多工程投資；從小流程考慮：比如說焦化區(qū)域內(nèi)，冷凝鼓風(fēng)與焦?fàn)t本體之間不宜設(shè)置高差等。這些都是工藝流程對豎向設(shè)計(jì)的影響。

4.1.3 運(yùn)輸條件

（1）鐵路運(yùn)輸。首黔工程鐵路接軌站位于廠址北側(cè)的松河車站，松河車站接軌標(biāo)高為1669.00m。已委托鐵二院設(shè)計(jì)了一條鐵路專用線，該專用線長全7.62km，最大縱坡22‰，最大高差102m，牽引定數(shù)3900t，設(shè)計(jì)能力330萬t/a，投資約4.8億。 按照鐵路專用線最大爬坡能力計(jì)算，鐵路最高爬到1771.00m標(biāo)高。

（2）道路運(yùn)輸?？紤]到各臺(tái)階之間的道路運(yùn)輸，按照《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，相鄰臺(tái)階之間的高差不宜過大，否則，造成道路坡度過大，影響行車安全。首黔工程基本考慮相鄰臺(tái)階之間高差小于10m，以利于道路運(yùn)輸。

4.1.4 考慮廠區(qū)地形及地質(zhì)條件

由于建設(shè)場地為丘陵地，且地形高差較大，場地自然標(biāo)高最高約為1912m，最低約為1763m，地形總體走向北高南低，在滿足工藝流程合理的前提下，將一步200萬t/a焦化、二步200萬t/a焦化、原料場、球團(tuán)，直接還原鐵和煉鋼、軋鋼由西北至東南依次布置。同時(shí)，根據(jù)廠址的地質(zhì)條件，考慮將焦?fàn)t本體、球團(tuán)主廠房、直接還原鐵、電爐車間及軋鋼布置在挖方地段，減少地基處理費(fèi)用。

4.1.5 土方工程

在場地豎向設(shè)計(jì)中，土石方工程量是一個(gè)重要影響因素。土石方總量的大小及填挖方平衡直接影響工程基建投資。如首黔工程按照總平面布置及填挖平衡的要求，土、石方工程量總計(jì)為：2200 萬m3，其中：填土方工程量為1150萬m3，挖土方工程量1050萬m3。按照貴州當(dāng)?shù)氐奶罘?5元，挖土、石方30元計(jì)算，大約需4.875億元，這還不考慮爆破、運(yùn)距及填方的強(qiáng)夯等因素。

4.1.6 場地雨排水

首黔工程廠址位于貴州省盤縣，年平均降雨量達(dá)1400.2mm，屬降雨較為集中的地區(qū)，場地豎向設(shè)計(jì)好壞，直接關(guān)系到雨水是否能夠順利、有序的排出場外，間接影響到建構(gòu)筑物的安全。

4.1.7 場地防護(hù)工程

相鄰臺(tái)階之間的連接，需設(shè)置自然放坡、護(hù)坡或擋土墻。從占地角度看，自然放坡最大，護(hù)坡次之，擋土墻最小；從工程投資角度看，自然放坡最小，護(hù)坡次之，擋土墻最大。所以，在豎向設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮，選擇一個(gè)適合本工程的一個(gè)場地防護(hù)方式。

4.1.8 建構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋深

一般大中型鋼鐵廠主要生產(chǎn)車間的建構(gòu)筑物基礎(chǔ)埋深一般為3-5m，有時(shí)設(shè)備基礎(chǔ)達(dá)到4-6m。場地標(biāo)高的確定，直接關(guān)系到基礎(chǔ)埋設(shè)深度及基建投資，所以，在標(biāo)高確定時(shí)，需考慮此因素。

4.2 豎向設(shè)計(jì)及主要工程量

4.2.1 豎向設(shè)計(jì)

（1）功能分區(qū)，確定臺(tái)階范圍。為便于企業(yè)管理和更好的組織生產(chǎn)，為減少生產(chǎn)過程中的相互干擾和影響，以便創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，按照生產(chǎn)性質(zhì)相近，聯(lián)系緊密的建、構(gòu)筑物布置在一個(gè)臺(tái)階上的原則，將礦石料場、煤料場及混勻料場，布置在一個(gè)平臺(tái)上；按照圍繞主要車間為其服務(wù)的輔助設(shè)施布置在一個(gè)臺(tái)階上的原則，將一步焦化及其輔助設(shè)施、二步焦化及其輔助設(shè)施分別布置在兩個(gè)臺(tái)階上；按照鐵-鋼-軋之間的聯(lián)系，將直接還原鐵、電爐車間及軋鋼車間布置在一個(gè)臺(tái)階上；根據(jù)鐵路的接軌條件，將鐵路站場布置一個(gè)臺(tái)階上。工程共分五個(gè)臺(tái)階。

（2）平土標(biāo)高確定及土方平衡。由于建設(shè)場地為丘陵地，且地形坡向沒有規(guī)律，場地自然標(biāo)高最高約為1912m，最低約為1763m，從外部接入的鐵路專用線至廠址標(biāo)高約為1771m，同時(shí)考慮冶金生產(chǎn)工藝流程的合理性，本項(xiàng)目豎向布置擬采用混合布置形式，即臺(tái)階式與平坡式相結(jié)合。平土方式采用連續(xù)式和重點(diǎn)式相結(jié)合的平土方式。

第一臺(tái)階平土標(biāo)高為1800m（一步焦化區(qū)域）；

第二臺(tái)階平土標(biāo)高為1780m（二步焦化區(qū)域）；

第三臺(tái)階平土標(biāo)高為1783m（綜合料場區(qū)域）；

第四臺(tái)階平土標(biāo)高為1781m（球團(tuán)區(qū)及直還鐵區(qū)域）；

第五臺(tái)階平土標(biāo)高為1771m（鐵路站場區(qū)域）；

經(jīng)初步計(jì)算，本項(xiàng)目土、石方工程量總計(jì)為：2200萬m3，其中：填土方工程量為1150萬m3，挖土方工程量1050萬m3。考慮到基槽余土及松散系數(shù)的影響，土方基本平衡。

（3）場地排雨水。本工程場地雨水采用有組織的排水明溝排水方式。雨水通過場地自然排水收集至各臺(tái)階沿道路兩側(cè)的，經(jīng)支溝匯集至各個(gè)臺(tái)階的次干溝，通過設(shè)在廠區(qū)東側(cè)設(shè)置一條主干溝匯集后，排入廠區(qū)東南側(cè)的河谷中。排水溝總長約17.6km，其中主干溝長約3.5km，次干溝長約4.1km，支溝長約10.0km。

（4）場地防護(hù)。廠區(qū)臺(tái)階之間連接，主要采取方格型漿砌片石截水骨架內(nèi)鋪草皮護(hù)坡的形式，護(hù)坡坡比為1：1，護(hù)坡總面積為25萬㎡。局部地段，因用地緊張，需設(shè)置擋土墻，擋土墻采用M7.5水泥砂漿MU30毛石砌筑。擋土墻長約600m，平均高度6.0m。

4.2.2 主要工程量表（見表1）

5 結(jié)束語

通過上述理論分析和實(shí)例介紹，豎向設(shè)計(jì)考慮因素眾多，不僅要考慮總平面布置、工藝流程、運(yùn)輸條件、廠區(qū)地形地質(zhì)、水文、土石方量、場地雨排水及防護(hù)工程等因素，還要考慮施工進(jìn)度、運(yùn)營成本、防洪、安全、消防等多種因素。首黔工程地形復(fù)雜、地質(zhì)差、土方工程量和場地防護(hù)工程大、施工難度大。豎向基建投資就達(dá)5.19億元。所以，豎向設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到工程基建投資、施工進(jìn)度、運(yùn)營成本、環(huán)境保護(hù)、安全等周多方面。

表1

參考文獻(xiàn)：

［1］傅永新主編.鋼鐵廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊［M］.冶金工業(yè)出版社,1996.

［2］《鋼鐵企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB50603-2010［S］.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.013