基于環境思維和環境分析的工業企業總圖設計

羅 蓉

（江西新鋼工程技術有限公司，江西 新余）

引言

工業總圖設計是在保證生產工藝基礎上，和現場環境相結合，確定工程管線、建筑結構、交通運輸道路等空間進行設計，節約經濟成本，形成有機整體。工業企業總圖設計對于企業長遠發展有著重要意義，隨著工業企業數量增多，生產規模的擴大，工業企業更需要通過總圖設計提高平面布置的科學性，滿足企業生產和發展的需要。

1 平面設計

工業總圖設計環境思維是從環境保護領域進行工業總圖設計，能夠充分考慮現場環境特點，減少施工工程量，同時通過對工業產區的合理布局能夠減輕工業生產產生的污染，減少環境污染的危害。也能通過對產區布局優化減少生產運輸距離，達到節能減排的效果，并同時全面提高生產效率。工業企業平面設計是在總體規劃基礎上按照國家要求，綜合環境條件確定設施和廠房的位置。如今工業土地資源緊張，工業企業用地資源緊張，在有限的土地上應合理對工廠分區布局，提高土地利用率。工業企業多位于城郊區域，地形條件較為復雜，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行設計。在山地區域進行平面設計時要利用山坡布置，橫縱向沿著等高線進行布置，考慮到車間運輸物料和工藝流程的生產條件，充分利用地形高度差設計支持安全生產的進行。注意平面設計應采取緊湊布局，提高土地利用率，注意保持建筑物間距（見表1）。工業企業廠區設計是以生產功能為主，生活辦公為輔，工業廠區設計要圍繞生產線展開，根據工藝流程需要和動線方向進行規劃，對生產區域合理劃分功能區，保證生產流程的推進，輔助提升生產效率。將生產廠房設計為中心位置，其他輔助設施區域圍繞生產廠房設計。并注意預留充足的倉庫和倉儲空間，根據物料性質以及運輸方式合理安排位置，滿足生產運輸需要。行政管理及生活區建筑需要遠離生產區域，設計在生產區域的上風口位置，避免受到生產區域有害氣體和粉塵的影響，利用綠化設計分隔開。辦公區域設計在出入口位置，方便于企業辦公和人員出入。

表1 建筑物最小間距設計

2 豎向設計

豎向設計主要根據現場地形和水文條件展開設計，根據廠區自然地形地貌選取階梯式、平坡式或者混合式，同時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計。對于高程差較大的區域，應設計擋土墻以及護坡等防護措施，做好排澇和防澇準備工作。尤其是對于高度差較大，坡度大，地形陡峭的區域，在豎向設計上計算標高情況，在工藝和平面設計要求下，將廠區劃分為多個平臺，每個平臺都設計高度差，根據地形地貌條件合理設計高度差，以達到整體設計和土方量的平衡。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]。假設對場地自然地形進行整平處理，將場地和市政道路保持同一高程，土方開挖量達到240 000 m3，擋土墻長度為650 m，填方量為13 200 m3，將設計改為階梯式設計，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。由于工業企業所屬行業不同，生產工藝也存在很大差異，還需要根據不同生產要求以及場地現場條件進行設計。豎向設計是為了減輕高程差對生產的影響，如采取階梯式設計根據現有地形條件合理設計高度差，將原料系統設計在最高區域，從上至下運輸能夠利用重力幫助降低運輸成本，將原料運輸至不同生產流程中，減輕運輸原料的負擔，降低運輸成本。工業總圖設計要平衡平面設計以及豎向設計，協調處理設計之間的關系，保證生產流程科學合理，降低工業企業的生產成本。同時充分利用多層建筑減少占地面積，提高土地利用率。如倉庫設計采取多層倉庫設計，能夠充分滿足工業企業倉儲需要，同時節約占地面積。階梯式設計工程量對比見表2。

表2 階梯式設計工程量對比

3 管線設計

由于工業生產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，需要根據生產管線的要求和特點進行管線設計，選擇合適的敷設方式。對管線合理設計能夠在一定程度上減少后續維修成本，減少檢修和安全檢查的不便利。敷設管線主要為架空、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，應將這部分管線避開喬木綠化區域敷設[3]。一般直埋深度在凍土層以下，防壓管道應增加直埋深度。在管線布置設計上，應根據生產需要進行管線布置設計，盡可能直線敷設，減少轉彎的情況，并縮短運輸距離，方便于后續維修工作的開展。管線敷設盡可能平直進行，在建筑結構、道路側敷設應平行于軸線，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域。地上管線布置應遠離廠房和建筑結構，避免對道路交通產生影響。管道設計也需要采取緊湊式布局，通過縮短管道距離也能節約工業生產成本。尤其是在工業生產中產生的熱能，縮短管道距離可最大程度上減少熱能損耗，降低用電負荷。計算工業生產運輸蒸汽管道期間產生的熱損失和壓降，壓降計算公式為：

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

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）。

經過上述公式計算管道壓降和溫降情況對比管道設計合理性，對管道設計進行優化以減少熱損失，保證熱能充分利用。

4 綠化設計

工業生產過程中不可避免產生威脅環境的廢棄廢渣等，對周圍環境造成一定破壞，為了減少生產污染，需要加強對環境的保護。工業廠區綠化設計應充分考慮到現場的地貌水文條件，根據生產流程以及生產設施的特點，選擇對應的降噪減污設施，并設計綠化設施，改善廠區生態環境。不同地形條件以及水文條件都會對植物生長產生影響，要選擇易成活、耐干旱、生長性能強的植物進行種植。如煙塵量排放大的廠區可以選擇桂花、冬青、樟樹進行種植，噪聲量高的廠區可以選擇樟樹、植龍柏等植物進行種植，排放二氧化硫的廠區可以選擇植皂莢、夾竹桃、琵琶進行種植，也可增加女貞、茶樹等樹木用于防火。通過綠化設計能夠改善廠區的生態環境，也能對廠區環境進行美化，有利于廠區的安全防護。布置綠化景觀時選擇符合當地生長條件的綠植，應考慮到四季交替種植以及高低錯落設計。將生態綠化和美觀設計相結合，改善工業企業的生態環境[4-5]。

5 安全設計

工業生產可能需要使用大量的易燃材料，存在一定安全隱患，因此需要保證生產功能區內部采取舉行通道，均連接場外道路，能夠在火災等緊急情況下安全疏散，符合消防安全需要。生產中使用蒸煮器、熱力鍋爐以及壓力容器等，均需要將設備和安全報警裝置連接，嚴格按照國家要求規定進行安裝。要求危險易燃易爆物品均需要儲存在廠房20 m 之外的距離，嚴格防止爆炸事故。廠房內應安裝除塵設備。根據廠房高程差劃分為低區和高區消防管網，用環形設計消防管網，管道上安裝消火栓，在車間和廠房外120 m 以內范圍安裝消火栓，各管網利用閥門形成多個獨立區域，保證每個廠房都具備撲救火災的能力。對于儲存易燃易爆材料的倉庫，應和廠房、生活區保持安全距離，具體安全距離設計見表3。

表3 倉儲材料和建筑物的安全距離設計

此外建筑設計也應滿足防火等級，各廠房之間也應保持安全防火距離，見表4。

表4 不同防火等級的廠房安全距離設計

6 路線設計

工業企業運輸路線設計主要考慮到運輸距離，在廠區內以最短路線進行運輸。同時需要考慮到運輸方式、運輸成本、時效性等指標，建立最短路線。使用拓撲模型進行路線優化：

要求車輛運輸距離應符合其荷載，

保證車輛到達某車間后離開，

保證車間車輛數量不超過α，

保證車輛運力充足，

其中n 表示工廠車間的數量，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j 車間的方向，zij表示車輛i 卸貨總量，yij表示i 到j 車間的取貨量，Q 表示車輛載重量的最大值。

以縮短車輛運輸距離為目標對物流路線設計進行優化，模型如下，車輛k 從i 車間到達j 車間是為1。

對于廠區內運輸荷載量大的區域，通過增加路面寬度滿足物流運輸需求。設計路面寬度時，也應考慮到土地利用率問題，節約土地。同時由于上下班時間段人流量大，注意對車行道、人行道分流，滿足員工出行需要。因此企業內倒入寬度設計見表5。

表5 廠內路面寬度設計

7 結論

綜上所述，本文從路線設計、平面設計、豎向設計、安全設計、管道設計、綠化設計幾個方面分析了工業企業總圖設計的內容，通過總圖設計充分利用地形條件以及環境優勢提高生產效率，降低生產成本，也能充分減輕工業生產對于環境的污染，具有重要價值。