超大型工業建筑設計淺析

朱東皖

【摘要】本文結合某新能源汽車企業在上海整車廠項目的工程實例，通過對該項目的設計難點和解決方案的分析，對在超大型工業建筑項目設計過程中可能遇到的火災危險性定性、結構形式、生產輔助用房設計及構造做法等關鍵問題提出一些意見和建議，從而為其他類似項目提供可參考的工程經驗。

【關鍵詞】工業建筑;設計難點;涂裝車間;生產輔助用房

1、項目背景

近年來，隨著“中國制造2050”和“一帶一路”等國家戰略的開展，眾多本土制造業及國際巨頭加大了在我國本土的投資力度，一座座現代工業建筑正拔地而起。工業建筑作為建筑物劃分中的一個大類，有著生產工藝要求高、結構、構造復雜等特點，建筑設計師在兼顧實用、經濟與美觀的同時面臨各種限制。而以汽車行業為代表的制造業廠房往往還有占地面積大、層數少、空間要求高等特點，在設計過程中需更加全面的考量。

2、項目概況

某新能源汽車企業在上海新建的整車廠項目位于上海臨港地區，總用地面積80余萬平方米，建筑占地面積約52萬平方米，總建筑面積近86萬平方米，是一座具備全球領先水平的一流新能源汽車整車廠，也是當代工業建筑中佼佼者。

其中聯合廠房一東西方向軸線總寬145.4m，南北方向軸線總長828.8m，建筑總占地面125357m2，總建筑面積為162651m2，建筑高度21.65m米，同時包含有沖壓車間、車身車間、總裝車間及涂裝車間等四個不同的功能分區。其中：車間中部設置有總裝車間及車身車間，均為單層（局部夾層）鋼網架結構，主要柱網尺寸26m×24m，網架底凈高9m;車間北側設置涂裝車間，為二層鋼框架結構，主要柱網尺寸12m×13m，一層層高7m，二層層高13.35m;車間南側為沖壓車間，為單層鋼框架結構，主要柱網尺寸27×12m，梁底標高18m。此廠房規模在國內少見，是典型的超大型工業建筑。

圖1? ? 車間區塊示意圖

3、設計難點與解決方案

傳統汽車行業整車廠依據主要工藝流程劃分，往往會設計建造四大車間：沖壓車間（金屬板材沖壓成型）-車身車間（車身部件焊裝成白車身）-涂裝車間（金屬車身涂裝）-總裝車間（汽車零部件總裝、檢測、出廠），四大車間往往在廠區中依次布局，各單體保持一定的體量和間距，通過機運連廊聯系。而本項目依據自身先進的工藝技術，出于節約物流運輸成本、提高生產效率的考慮，提出將傳統四大車間整合成一座超大型聯合廠房的要求，這也對建筑師提出了許多難題與挑戰。

3.1車間生產的火災危險性定性

首當其沖的是與消防相關的火災危險性定性問題。傳統整車廠的四大車間中，除了涂裝車間以外其余車間的火災危險性定性均為丁（戊）類車間，依據規范防火分區面積及疏散距離不限，建筑消防設計困難較少。唯獨涂裝車間因生產工藝中大量使用油漆，定性會隨著涂裝工藝、油漆品種的不同而存在爭議，需提前與當地消防部門溝通。而本項目將四大車間功能分區合并為一個聯合廠房，其中火災危險性較高的涂裝車間分區所占面積比例較大，單體的火災危險性定性就成了難題，消防設計需要慎之又慎。

經過與審圖公司及消防有關部門溝通，最終該項目的消防設計方案得到了認可：即涂裝車間內涂裝工段采用封閉、負壓工藝，設置可燃氣體自動報警系統及自動抑制爆炸系統，控制該工段占其所在防火分區面積比例不大于20%。依據建筑設計防火規范第3.1.2條將整座車間定性為丁類車間，防火分區面積、疏散距離不限。與此同時，考慮到涂裝車間的特殊性，需將涂裝車間區域與其他區域之間采用防火墻分隔，并參照丙類多層工業廠房60m疏散半徑設置疏散樓梯。正是有了該火災危險性定性結論，后續各車間分區的詳細設計才有了順利開展的堅實基礎。

3.2結構形式

超大型工業建筑因生產工藝、設備布置等原因，對建筑結構形式有較高要求，并且結構形式還對建筑設計、施工等方面有著深遠的影響，需要謹慎確定。

本項目根據業主提供的工藝需求，經過權衡，對不同的生產車間功能分區采用了不同的結構形式：沖壓車間區域為了方便布置吊車梁及沖壓線而采用門式鋼架結構;涂裝車間區域為局部二層區域，設置有鋼-砼組合樓板，采用鋼框架結構;而廠房中部占地面積較大的總裝車間及車身車間采用了空間網架結構，主要柱網尺寸24×26m。其中對于空間網架結構選型出于以下幾個方面的考量：1.立柱間距較大，空間完整，可以根據工藝需求及建筑造型調整柱網尺寸;2.網架結構球節點呈矩陣式均勻分布，每一個球節點都可以作為一個吊點考慮荷載，滿足車間內眾多機械輸送線的布置要求;3.風管、電氣橋架等各專業公配管線、能源管線可以設置在網架架構層，不占用車間凈高，減少干涉;4.網架由鋼構加工公司加工完成后成組運送至施工現場吊裝，大大加快了工程進度。

3.3生產輔助用房設計

傳統大型工業建筑在考慮車間辦公、研發等功能需求時，往往會將輔助用房集中設置并與主廠房貼臨建造，結構形式也以鋼筋混凝土框架居多，無論是結構形式還是立面風格都難以與動輒網架或鋼框架的廠房協調統一。

本項目設計過程中，了解到業主總裝車間及車身車間網架凈高要求雖然是9m，但是在車間東西兩側將會通長布置下沉式卸貨區，車間邊跨作為物流準備區實際凈高需求僅為5m左右，有將近4m的凈空富余，僅總裝車間該區域的投影尺寸就有約11×598m。建筑師創造性的提出利用該凈空富余空間，在空間網架結構層下部設置通長的生產輔助用房夾層。這樣做的好處有以下幾點：1.既合理利用了車間內豎向空間，又避免了另設輔房占據廠區內平面空間，為業主在廠房周圍設置大量下沉式卸貨區創造了條件;2.結構形式統一，構造簡潔，避免了為輔房與主體結構脫開而另設的雙柱和變形縫;3.與另設框架結構輔房相比，大大減少了工程量，縮短了施工周期;4.輔助用房沿車間長邊布置，更衣淋浴、休息區等功能分區與生產區聯系緊密，還能兼顧各個公配設備用房，方便管線排布;5.輔房區域與車間部分共用外墻，立面形式完整統一。