基于環(huán)境思維和環(huán)境分析的工業(yè)企業(yè)總圖設(shè)計(jì)

羅 蓉

（江西新鋼工程技術(shù)有限公司，江西 新余）

引言

工業(yè)總圖設(shè)計(jì)是在保證生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，和現(xiàn)場環(huán)境相結(jié)合，確定工程管線、建筑結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸?shù)缆返瓤臻g進(jìn)行設(shè)計(jì)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，形成有機(jī)整體。工業(yè)企業(yè)總圖設(shè)計(jì)對于企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要意義，隨著工業(yè)企業(yè)數(shù)量增多，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)企業(yè)更需要通過總圖設(shè)計(jì)提高平面布置的科學(xué)性，滿足企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的需要。

1 平面設(shè)計(jì)

工業(yè)總圖設(shè)計(jì)環(huán)境思維是從環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域進(jìn)行工業(yè)總圖設(shè)計(jì)，能夠充分考慮現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，減少施工工程量，同時(shí)通過對工業(yè)產(chǎn)區(qū)的合理布局能夠減輕工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污染，減少環(huán)境污染的危害。也能通過對產(chǎn)區(qū)布局優(yōu)化減少生產(chǎn)運(yùn)輸距離，達(dá)到節(jié)能減排的效果，并同時(shí)全面提高生產(chǎn)效率。工業(yè)企業(yè)平面設(shè)計(jì)是在總體規(guī)劃基礎(chǔ)上按照國家要求，綜合環(huán)境條件確定設(shè)施和廠房的位置。如今工業(yè)土地資源緊張，工業(yè)企業(yè)用地資源緊張，在有限的土地上應(yīng)合理對工廠分區(qū)布局，提高土地利用率。工業(yè)企業(yè)多位于城郊區(qū)域，地形條件較為復(fù)雜，常遇到丘陵和山地地形，要充分考慮到這部分特殊地形條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在山地區(qū)域進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)要利用山坡布置，橫縱向沿著等高線進(jìn)行布置，考慮到車間運(yùn)輸物料和工藝流程的生產(chǎn)條件，充分利用地形高度差設(shè)計(jì)支持安全生產(chǎn)的進(jìn)行。注意平面設(shè)計(jì)應(yīng)采取緊湊布局，提高土地利用率，注意保持建筑物間距（見表1）。工業(yè)企業(yè)廠區(qū)設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)功能為主，生活辦公為輔，工業(yè)廠區(qū)設(shè)計(jì)要圍繞生產(chǎn)線展開，根據(jù)工藝流程需要和動(dòng)線方向進(jìn)行規(guī)劃，對生產(chǎn)區(qū)域合理劃分功能區(qū)，保證生產(chǎn)流程的推進(jìn)，輔助提升生產(chǎn)效率。將生產(chǎn)廠房設(shè)計(jì)為中心位置，其他輔助設(shè)施區(qū)域圍繞生產(chǎn)廠房設(shè)計(jì)。并注意預(yù)留充足的倉庫和倉儲(chǔ)空間，根據(jù)物料性質(zhì)以及運(yùn)輸方式合理安排位置，滿足生產(chǎn)運(yùn)輸需要。行政管理及生活區(qū)建筑需要遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)域，設(shè)計(jì)在生產(chǎn)區(qū)域的上風(fēng)口位置，避免受到生產(chǎn)區(qū)域有害氣體和粉塵的影響，利用綠化設(shè)計(jì)分隔開。辦公區(qū)域設(shè)計(jì)在出入口位置，方便于企業(yè)辦公和人員出入。

表1 建筑物最小間距設(shè)計(jì)

2 豎向設(shè)計(jì)

豎向設(shè)計(jì)主要根據(jù)現(xiàn)場地形和水文條件展開設(shè)計(jì)，根據(jù)廠區(qū)自然地形地貌選取階梯式、平坡式或者混合式，同時(shí)需要考慮到土方量的問題。由于地形條件不同涉及到開挖施工增加施工成本，因此盡可能平衡土方開挖和豎向設(shè)計(jì)。對于高程差較大的區(qū)域，應(yīng)設(shè)計(jì)擋土墻以及護(hù)坡等防護(hù)措施，做好排澇和防澇準(zhǔn)備工作。尤其是對于高度差較大，坡度大，地形陡峭的區(qū)域，在豎向設(shè)計(jì)上計(jì)算標(biāo)高情況，在工藝和平面設(shè)計(jì)要求下，將廠區(qū)劃分為多個(gè)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)都設(shè)計(jì)高度差，根據(jù)地形地貌條件合理設(shè)計(jì)高度差，以達(dá)到整體設(shè)計(jì)和土方量的平衡。通過合理安排高程差能夠減少土方開挖量，也能有效降低施工工程量以及成本[1-2]。假設(shè)對場地自然地形進(jìn)行整平處理，將場地和市政道路保持同一高程，土方開挖量達(dá)到240 000 m3，擋土墻長度為650 m，填方量為13 200 m3，將設(shè)計(jì)改為階梯式設(shè)計(jì)，可以將土方開挖量減少至65 000 m3，擋土墻長度減少為240 m，有效減少了土方量以及施工成本。由于工業(yè)企業(yè)所屬行業(yè)不同，生產(chǎn)工藝也存在很大差異，還需要根據(jù)不同生產(chǎn)要求以及場地現(xiàn)場條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。豎向設(shè)計(jì)是為了減輕高程差對生產(chǎn)的影響，如采取階梯式設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)有地形條件合理設(shè)計(jì)高度差，將原料系統(tǒng)設(shè)計(jì)在最高區(qū)域，從上至下運(yùn)輸能夠利用重力幫助降低運(yùn)輸成本，將原料運(yùn)輸至不同生產(chǎn)流程中，減輕運(yùn)輸原料的負(fù)擔(dān)，降低運(yùn)輸成本。工業(yè)總圖設(shè)計(jì)要平衡平面設(shè)計(jì)以及豎向設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)處理設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，保證生產(chǎn)流程科學(xué)合理，降低工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)成本。同時(shí)充分利用多層建筑減少占地面積，提高土地利用率。如倉庫設(shè)計(jì)采取多層倉庫設(shè)計(jì)，能夠充分滿足工業(yè)企業(yè)倉儲(chǔ)需要，同時(shí)節(jié)約占地面積。階梯式設(shè)計(jì)工程量對比見表2。

表2 階梯式設(shè)計(jì)工程量對比

3 管線設(shè)計(jì)

由于工業(yè)生產(chǎn)使用的管道線路的種類較多，包括給排水管道、電纜、熱力管道等，需要根據(jù)生產(chǎn)管線的要求和特點(diǎn)進(jìn)行管線設(shè)計(jì)，選擇合適的敷設(shè)方式。對管線合理設(shè)計(jì)能夠在一定程度上減少后續(xù)維修成本，減少檢修和安全檢查的不便利。敷設(shè)管線主要為架空、直埋、地面以及地下四種形式。消防管道、排水管道主要采取直埋方式，應(yīng)將這部分管線避開喬木綠化區(qū)域敷設(shè)[3]。一般直埋深度在凍土層以下，防壓管道應(yīng)增加直埋深度。在管線布置設(shè)計(jì)上，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行管線布置設(shè)計(jì)，盡可能直線敷設(shè)，減少轉(zhuǎn)彎的情況，并縮短運(yùn)輸距離，方便于后續(xù)維修工作的開展。管線敷設(shè)盡可能平直進(jìn)行，在建筑結(jié)構(gòu)、道路側(cè)敷設(shè)應(yīng)平行于軸線，盡可能避免管線交叉布置。避開露天堆場地以及易燃物倉庫等區(qū)域。地上管線布置應(yīng)遠(yuǎn)離廠房和建筑結(jié)構(gòu)，避免對道路交通產(chǎn)生影響。管道設(shè)計(jì)也需要采取緊湊式布局，通過縮短管道距離也能節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)成本。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的熱能，縮短管道距離可最大程度上減少熱能損耗，降低用電負(fù)荷。計(jì)算工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸蒸汽管道期間產(chǎn)生的熱損失和壓降，壓降計(jì)算公式為：

其中△P 表示管道內(nèi)部總阻力（Pa），1.15 表示安全系數(shù)，ω 表示介質(zhì)流速平均值（m/s），ρ 表示介質(zhì)密度平均值（kg/m3），λ 表示摩擦系數(shù)，d 表示管道內(nèi)徑（mm），L 表示管道長度（m），Σξ表示阻力系數(shù)綜合（m），H1和H2表示管道終點(diǎn)和起點(diǎn)的高程。

溫降公式為：

其中q 表示單位長度管道散熱損失（W/m），L 表示管道長度（m），G 表示蒸汽流量（t/h），Cp 表示過熱蒸汽定壓比熱（kcal/（kg·℃）），Q 表示散熱熱損失（kcal/h）。

經(jīng)過上述公式計(jì)算管道壓降和溫降情況對比管道設(shè)計(jì)合理性，對管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化以減少熱損失，保證熱能充分利用。

4 綠化設(shè)計(jì)

工業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免產(chǎn)生威脅環(huán)境的廢棄廢渣等，對周圍環(huán)境造成一定破壞，為了減少生產(chǎn)污染，需要加強(qiáng)對環(huán)境的保護(hù)。工業(yè)廠區(qū)綠化設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到現(xiàn)場的地貌水文條件，根據(jù)生產(chǎn)流程以及生產(chǎn)設(shè)施的特點(diǎn)，選擇對應(yīng)的降噪減污設(shè)施，并設(shè)計(jì)綠化設(shè)施，改善廠區(qū)生態(tài)環(huán)境。不同地形條件以及水文條件都會(huì)對植物生長產(chǎn)生影響，要選擇易成活、耐干旱、生長性能強(qiáng)的植物進(jìn)行種植。如煙塵量排放大的廠區(qū)可以選擇桂花、冬青、樟樹進(jìn)行種植，噪聲量高的廠區(qū)可以選擇樟樹、植龍柏等植物進(jìn)行種植，排放二氧化硫的廠區(qū)可以選擇植皂莢、夾竹桃、琵琶進(jìn)行種植，也可增加女貞、茶樹等樹木用于防火。通過綠化設(shè)計(jì)能夠改善廠區(qū)的生態(tài)環(huán)境，也能對廠區(qū)環(huán)境進(jìn)行美化，有利于廠區(qū)的安全防護(hù)。布置綠化景觀時(shí)選擇符合當(dāng)?shù)厣L條件的綠植，應(yīng)考慮到四季交替種植以及高低錯(cuò)落設(shè)計(jì)。將生態(tài)綠化和美觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，改善工業(yè)企業(yè)的生態(tài)環(huán)境[4-5]。

5 安全設(shè)計(jì)

工業(yè)生產(chǎn)可能需要使用大量的易燃材料，存在一定安全隱患，因此需要保證生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)部采取舉行通道，均連接場外道路，能夠在火災(zāi)等緊急情況下安全疏散，符合消防安全需要。生產(chǎn)中使用蒸煮器、熱力鍋爐以及壓力容器等，均需要將設(shè)備和安全報(bào)警裝置連接，嚴(yán)格按照國家要求規(guī)定進(jìn)行安裝。要求危險(xiǎn)易燃易爆物品均需要儲(chǔ)存在廠房20 m 之外的距離，嚴(yán)格防止爆炸事故。廠房內(nèi)應(yīng)安裝除塵設(shè)備。根據(jù)廠房高程差劃分為低區(qū)和高區(qū)消防管網(wǎng)，用環(huán)形設(shè)計(jì)消防管網(wǎng)，管道上安裝消火栓，在車間和廠房外120 m 以內(nèi)范圍安裝消火栓，各管網(wǎng)利用閥門形成多個(gè)獨(dú)立區(qū)域，保證每個(gè)廠房都具備撲救火災(zāi)的能力。對于儲(chǔ)存易燃易爆材料的倉庫，應(yīng)和廠房、生活區(qū)保持安全距離，具體安全距離設(shè)計(jì)見表3。

表3 倉儲(chǔ)材料和建筑物的安全距離設(shè)計(jì)

此外建筑設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足防火等級(jí)，各廠房之間也應(yīng)保持安全防火距離，見表4。

表4 不同防火等級(jí)的廠房安全距離設(shè)計(jì)

6 路線設(shè)計(jì)

工業(yè)企業(yè)運(yùn)輸路線設(shè)計(jì)主要考慮到運(yùn)輸距離，在廠區(qū)內(nèi)以最短路線進(jìn)行運(yùn)輸。同時(shí)需要考慮到運(yùn)輸方式、運(yùn)輸成本、時(shí)效性等指標(biāo)，建立最短路線。使用拓?fù)淠Ｐ瓦M(jìn)行路線優(yōu)化：

要求車輛運(yùn)輸距離應(yīng)符合其荷載，

保證車輛到達(dá)某車間后離開，

保證車間車輛數(shù)量不超過α，

保證車輛運(yùn)力充足，

其中n 表示工廠車間的數(shù)量，Sij表示i 車間同j車間之間的距離，L 表示行駛的最大距離，k 表示車輛k，表示車輛k 從i 車間到達(dá)j 車間的方向，zij表示車輛i 卸貨總量，yij表示i 到j(luò) 車間的取貨量，Q 表示車輛載重量的最大值。

以縮短車輛運(yùn)輸距離為目標(biāo)對物流路線設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，模型如下，車輛k 從i 車間到達(dá)j 車間是為1。

對于廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸荷載量大的區(qū)域，通過增加路面寬度滿足物流運(yùn)輸需求。設(shè)計(jì)路面寬度時(shí)，也應(yīng)考慮到土地利用率問題，節(jié)約土地。同時(shí)由于上下班時(shí)間段人流量大，注意對車行道、人行道分流，滿足員工出行需要。因此企業(yè)內(nèi)倒入寬度設(shè)計(jì)見表5。

表5 廠內(nèi)路面寬度設(shè)計(jì)

7 結(jié)論

綜上所述，本文從路線設(shè)計(jì)、平面設(shè)計(jì)、豎向設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、綠化設(shè)計(jì)幾個(gè)方面分析了工業(yè)企業(yè)總圖設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過總圖設(shè)計(jì)充分利用地形條件以及環(huán)境優(yōu)勢提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，也能充分減輕工業(yè)生產(chǎn)對于環(huán)境的污染，具有重要價(jià)值。