浅谈工业企业场地竖向设计的重要性

2016-06-13高永强北京首钢国际工程技术有限公司北京100043

山东工业技术 2016年12期

高永强（北京首钢国际工程技术有限公司,北京 100043）

浅谈工业企业场地竖向设计的重要性

高永强
（北京首钢国际工程技术有限公司,北京 100043）

摘要：竖向设计是工程设计中一个重要的有机组成部分，它与规划设计、总平面布置密切联系而不可分割。在用地范围大、地形起伏较大的场地上，功能分区、路网及其设施位置的布置符合总体布局的要求下，除须满足规划设计要求的平面布局关系外，还受到竖向高程关系的影响。其设计合理与否，直接影响到工程基建投资、施工进度、运营成本、环境、安全等周多方面因素。本文首先从理论出发，简述竖向设计的内容，深入剖析影响竖向设计的各个因素，如：工艺流程、运输，土石方工程量、场地排雨水、竖向防护等等。然后，再结合首黔工程的实际例子，详细介绍竖向设计过程中，如何综合平衡竖向设计的各方面影响因素，权衡主次，提出一个比较合理的竖向设计理念，以此说明竖向设计的复杂性。同时，通过竖向设计实例，得出工程量的数据，从侧面说明竖向设计的重要性。

关键词：工业企业竖向设计；重要性；竖向设计

竖向设计亦称竖向规划，是工程设计中一个重要的有机组成部分，它与工业企业总体规划、总平面布置密切联系而不可分割。在用地范围大、地形起伏较大的场地上，功能分区、路网及其设施位置的布置符合总体布局的要求下，除须满足规划设计要求的平面布局关系外，还受到竖向高程的影响。所以，在考虑规划场地的地形利用和改造时，必须兼顾总体平面和竖向的使用功能要求，统一考虑和处理规划设计与实施过程中的各种矛盾与问题，才能保证场地建设与使用的合理性、经济性。其设计合理与否，直接影响到工程基建投资、施工进度、运营成本、环境保护、安全等周多方面。

随着工业企业设备大型化、集约化的发展，工业企业对建设用地要求也随之增高。设计场地是不可能全都处在理想的用地大小及地势平坦的地段，建设用地往往不能满足建、构筑物对场地布置的要求。在场地设计过程中必须进行场地的竖向设计，尤其是地形起伏较大，高差较大的建设场地，必须结合总平面布置，将场地地形进行竖直方向的调整，充分利用和合理改造自然地形，合理进行竖向设计，确定设计标高，使之满足建设项目的使用功能要求，成为适宜工程建设的建筑场地。

竖向设计的基本任务是利用和改造建设用地的原有地形，具体包括以下几方面：

（1）正确处理平面与竖向设计的关系；

（2）选择合理的场地竖向布置形式，进行场地地面的竖向设计；

（3）确定合理的场地平土标高和建筑物室内外地坪高差，场地内的铁路、道路标高和坡度；

（4）组织地面排水系统，保证地面排水通畅，不积水。

（5）安排场地的土方工程．计算土石方填、挖方量，使土方总量最小，填、挖方接近平衡，达不到平衡时选定取土或弃土地点。

（6）进行有关工程构筑物（挡土墙、边坡）与排水构筑物（排水沟、排洪沟、截洪沟等）的具体设计。

下面，本文将根据首黔工程的具体实例，结合自身在本工程设计过程中的体会，详细介绍竖向设计的必要性及重要性。

1 工程简介

首黔工程位于贵州省西部六盘水市南部盘县境内的鸡场坪乡，属贵州、云南、广西三省结合部。东北距贵阳市215km（直线距离，下同），北距六盘水市72km，西南距昆明市220 km，南距盘县县城33km，东南距南宁市518km、距防城港615km。

厂址地形属丘陵地，土地大多数为旱地，少部分为水田。区域高程整体趋势为东、北部较高，且山包林立、山体大多为石质山体、西、南部较低，场地较为开阔、平坦。场地自然标高最高约为1912m，最低约为1763m，最大高差达149m。

2 建设规模及主要工艺装备

2.1 建设规模

根据贵州省“十一、五”国民经济及社会发展规划纲要，为优化工业区域布局，贵州首黔资源开发有限公司拟在六盘水市盘县鸡场坪乡规划建设“煤（焦、化）-钢-电”一体化循环经济型工业基地，年产轧材100万t/a。

2.2 主要工艺装备

原料场：燃料总储量约为880万吨/年。其中炼焦煤650万吨/年，铁矿粉148万吨/年、焦炭约80万t/a；焦化：采用SG60-2003型6m顶装焦炉8×55孔，年产400万t焦炭；球团：建设1座Ø5.4×35m回转窑，配套1台B4.5×45m链篦机和1台85m2环冷机，年产球团矿147.4万吨；

直接还原铁：2X50万t/a直接还原炉，年产量100万t/a；

电炉炼钢：1台DRI熔化冶炼电炉+1台合金及不锈钢冶炼电炉（70t）+1台AOD炉+1台VOD炉，年产连铸坯100万t；

轧钢：建设精品高速线材生产线1条，设计年产量46万吨；建设精品棒材生产线1条，设计年产量50万吨；总计96万吨轧材规模。

3 总平面布置

根据工艺流程、自然地形地貌及厂址周边的交通、供电、供水等外部条件，将一步200万t/a焦化、二步200万t/a焦化、原料场、球团，直接还原铁和炼钢、轧钢由西北至东南依次布置；将铁路站场布置在球团东侧，全厂最低处，以利于铁路线路接轨。具体位置见图1。

工程占地最长约3100m，最宽约1060m，总占地约260万㎡，折合约3900亩。

4 竖向布置

4.1 竖向设计影响因素

4.1.1 总平面布置与竖向设计的关系

竖向设计和总平面设计是统一体的两个方面，它们密切联系、相辅相成、不可分割。合理的总图运输设计不仅取决于总平面设计，而且与竖向设计的关系极大。在做总平面设计时必须考虑到竖向设计要基本合理，在做竖向设计时，反过来对总平面设计进行检验。如果二者不协调，还需对总平面设计做必要的调整。

图1 首黔100万t/a钢铁厂短流程方案

4.1.2 满足工艺流程的要求

在工业企业总图运输设计中，工艺流程合理、顺畅，是总图运输设计的一个前提。在首黔100万t/a钢铁厂总体规划中，工艺流程选择，往往决定了场地大小，总平面布置及采用的运输方式。工艺流程的要求对竖向布置影响重大，因而在竖向布置时，必须予以考虑。如从大流程考虑：首黔100万t/a钢铁厂总体规划按照炼铁工艺流程不同布置两个方案，一个是长流程方案（即高炉+转炉方案），另一个是短流程方案（即直接还原铁+电炉方案）。这两个方案就仅在占地上比较，短流程比常规流程就少征地40万㎡，折合约600亩，同时，护坡、挡墙及土方的量就相应的少很多，竖向工程节省很多工程投资；从小流程考虑：比如说焦化区域内，冷凝鼓风与焦炉本体之间不宜设置高差等。这些都是工艺流程对竖向设计的影响。

4.1.3 运输条件

（1）铁路运输。首黔工程铁路接轨站位于厂址北侧的松河车站，松河车站接轨标高为1669.00m。已委托铁二院设计了一条铁路专用线，该专用线长全7.62km，最大纵坡22‰，最大高差102m，牵引定数3900t，设计能力330万t/a，投资约4.8亿。按照铁路专用线最大爬坡能力计算，铁路最高爬到1771.00m标高。

（2）道路运输。考虑到各台阶之间的道路运输，按照《厂矿道路设计规范》要求，相邻台阶之间的高差不宜过大，否则，造成道路坡度过大，影响行车安全。首黔工程基本考虑相邻台阶之间高差小于10m，以利于道路运输。

4.1.4 考虑厂区地形及地质条件

由于建设场地为丘陵地，且地形高差较大，场地自然标高最高约为1912m，最低约为1763m，地形总体走向北高南低，在满足工艺流程合理的前提下，将一步200万t/a焦化、二步200万t/a焦化、原料场、球团，直接还原铁和炼钢、轧钢由西北至东南依次布置。同时，根据厂址的地质条件，考虑将焦炉本体、球团主厂房、直接还原铁、电炉车间及轧钢布置在挖方地段，减少地基处理费用。

4.1.5 土方工程

在场地竖向设计中，土石方工程量是一个重要影响因素。土石方总量的大小及填挖方平衡直接影响工程基建投资。如首黔工程按照总平面布置及填挖平衡的要求，土、石方工程量总计为：2200 万m3，其中：填土方工程量为1150万m3，挖土方工程量1050万m3。按照贵州当地的填方15元，挖土、石方30元计算，大约需4.875亿元，这还不考虑爆破、运距及填方的强夯等因素。

4.1.6 场地雨排水

首黔工程厂址位于贵州省盘县，年平均降雨量达1400.2mm，属降雨较为集中的地区，场地竖向设计好坏，直接关系到雨水是否能够顺利、有序的排出场外，间接影响到建构筑物的安全。

4.1.7 场地防护工程

相邻台阶之间的连接，需设置自然放坡、护坡或挡土墙。从占地角度看，自然放坡最大，护坡次之，挡土墙最小；从工程投资角度看，自然放坡最小，护坡次之，挡土墙最大。所以，在竖向设计时，要综合考虑，选择一个适合本工程的一个场地防护方式。

4.1.8 建构筑物基础埋深

一般大中型钢铁厂主要生产车间的建构筑物基础埋深一般为3-5m，有时设备基础达到4-6m。场地标高的确定，直接关系到基础埋设深度及基建投资，所以，在标高确定时，需考虑此因素。

4.2 竖向设计及主要工程量

4.2.1 竖向设计

（1）功能分区，确定台阶范围。为便于企业管理和更好的组织生产，为减少生产过程中的相互干扰和影响，以便创造良好的工作环境，按照生产性质相近，联系紧密的建、构筑物布置在一个台阶上的原则，将矿石料场、煤料场及混匀料场，布置在一个平台上；按照围绕主要车间为其服务的辅助设施布置在一个台阶上的原则，将一步焦化及其辅助设施、二步焦化及其辅助设施分别布置在两个台阶上；按照铁-钢-轧之间的联系，将直接还原铁、电炉车间及轧钢车间布置在一个台阶上；根据铁路的接轨条件，将铁路站场布置一个台阶上。工程共分五个台阶。

（2）平土标高确定及土方平衡。由于建设场地为丘陵地，且地形坡向没有规律，场地自然标高最高约为1912m，最低约为1763m，从外部接入的铁路专用线至厂址标高约为1771m，同时考虑冶金生产工艺流程的合理性，本项目竖向布置拟采用混合布置形式，即台阶式与平坡式相结合。平土方式采用连续式和重点式相结合的平土方式。

第一台阶平土标高为1800m（一步焦化区域）；

第二台阶平土标高为1780m（二步焦化区域）；

第三台阶平土标高为1783m（综合料场区域）；

第四台阶平土标高为1781m（球团区及直还铁区域）；

第五台阶平土标高为1771m（铁路站场区域）；

经初步计算，本项目土、石方工程量总计为：2200万m3，其中：填土方工程量为1150万m3，挖土方工程量1050万m3。考虑到基槽余土及松散系数的影响，土方基本平衡。

（3）场地排雨水。本工程场地雨水采用有组织的排水明沟排水方式。雨水通过场地自然排水收集至各台阶沿道路两侧的，经支沟汇集至各个台阶的次干沟，通过设在厂区东侧设置一条主干沟汇集后，排入厂区东南侧的河谷中。排水沟总长约17.6km，其中主干沟长约3.5km，次干沟长约4.1km，支沟长约10.0km。

（4）场地防护。厂区台阶之间连接，主要采取方格型浆砌片石截水骨架内铺草皮护坡的形式，护坡坡比为1：1，护坡总面积为25万㎡。局部地段，因用地紧张，需设置挡土墙，挡土墙采用M7.5水泥砂浆MU30毛石砌筑。挡土墙长约600m，平均高度6.0m。

4.2.2 主要工程量表（见表1）

5 结束语

通过上述理论分析和实例介绍，竖向设计考虑因素众多，不仅要考虑总平面布置、工艺流程、运输条件、厂区地形地质、水文、土石方量、场地雨排水及防护工程等因素，还要考虑施工进度、运营成本、防洪、安全、消防等多种因素。首黔工程地形复杂、地质差、土方工程量和场地防护工程大、施工难度大。竖向基建投资就达5.19亿元。所以，竖向设计的好坏，直接影响到工程基建投资、施工进度、运营成本、环境保护、安全等周多方面。