工业企业总平面布置与节约用地

2019-05-19赵军

有色金属设计 2019年4期

赵军

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081)

0 引言

土地是人类赖以生存的承载体，是非常有限的自然资源，近些年由于土地资源的粗放型管理以及荒漠面积的扩大，致使人多地少的矛盾日益突出。据预测，到2040年，我国耕地将突破承载极限，土地已成为制约经济和社会发展的重要因素之一。作为工程技术人员在厂址选择以及在总图运输设计中，应高度重视土地的利用，尽量不占和少占耕地，使土地得到有效合理地开发利用。

总图设计是以研究厂址选择、总体规划和场地内各建筑物、构筑物、工程管线、交通运输、绿化美化设施等在空间合理配置方面为对象的一门学科，主要工作是在国土规划、城市规划的指导下，按照区位最优原理选定厂址，把工业布局落到实处；在既定的厂址上，遵守国家现行规范、标准，充分利用厂址自然条件、区位条件、交通运输条件、工艺流程等条件，合理紧凑地进行总体规划和优化总平面布置方案。一方面使总图设计在技术上先进可靠、投资上经济可行，另一方面使“十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策贯彻、落实到总图设计的全过程中去。

目前，由于企业的生产工艺新技术的应用，以及社会协作等因素，厂区占地面积相应减少，但工业企业仍然是用地大户，小则几十公顷，大则数百公顷。如何做到地尽其用，是总图运输设计人员从项目可行性研究阶段到初步设计、施工图阶段，自始至终需要把握的重要内容。

1 厂址选择与节约用地

厂址选择是一项政策性、科学性很强，涉及面很广的综合性技术经济工作，与国家工业规划布局、产业政策、地区发展、人力资源、交通运输、能源供给、市场需求、建厂条件等因素有关。

1.1 平地厂址与山地厂址的比较

对建厂条件来说，很重要的一条就是用地条件。没有水、没有电，可以从其他地方引来，没有路，也可以修；但如果没有土地，建厂就是一句空话，根本无法实现。因此，用地条件是工业企业建设的重要条件。

一般来说，大型工业企业由于设备体大量重，加上要求生产工艺的连续性以及物料运输的平顺性，用地条件都比较苛刻，按照以往的建设经验，要求地形坡度小于5%。在地形坡度平缓的地区建设大型工业企业项目，场地平整工程量较小，支挡工程和基础工程的费用也相应较低，在某种意义上来说是经济合理的。但是，在我国很多地区，比较平缓的地段，一般都是良田好土。在平地建厂，意味着要占用良田，减少耕地。随着人口的增加和耕地资源的日益短缺，耕地好地的价值也在不断地提升；再说，不是所有的土地都能作为耕地使用的，它是由土壤的成份、土壤结构和外部环境等多种因素决定的。因此，在选择平地或坡度较陡的山地进行工业企业建设时，经过新的比较，不能再用传统的思路来考虑问题，而应当跟着时代的步伐，不断创新设计。过去是优先选择地形平坦地区作为工业建设的厂址，主要考虑场地平整工程量、支挡工程费用、基础处理费用。现在除了考虑传统的费用外，还要考虑土地的价值、土地的不可增长性、耕地的难以恢复性和长期收益性。

某大型海绵钛项目的选厂中曾作对山地建厂和平坡建厂进行了经济上的比较，结果详见表1。

表1 平地和山地建厂工程费用估算表Tab.1 Estimated cost of construction works for flat site and mountain site 人民币：万元

注：表中耕地收益单价按每亩每年的收入进行估计。使用期包括2年建设期，30年生产期。

从表1可以看出，从近期建设投资来看，平坡厂址的建设投资要比山地厂址低，但从长远经济效果来看，山地厂址有更大的优越性。

1.2 工业聚集区和社会协作对节约用地的影响

厂址选择时需充分考虑与其它企业的协作和对社会的依托，因为生产的协作化、联合化会大大降低厂区的占地面积，是节约用地的有效途径。企业之间的协作和对社会的依托，是工厂设计模式改革的主要内容之一，也是企业向国际接轨的有效措施之一。企业之间的协作大致包括厂外工程协作、动力设施协作、生产辅助车间的协作，以致形成企业集团公司，发挥集成优势、集团优势。生活福利、厂外运输等均依托社会，打破企业重复建设等多占土地的被动局面，节约有限的土地资源。

从节约用地的角度来看，在工业聚集区布置相关产业链或相同类型的工业企业，上游企业的产品作为下游企业的原料，可以大面积地减少原料堆场、成品库房等用地。过去一段时期，每个大型企业都设有自己独立的的机修分厂、自来水厂、污水处理站等公用辅助设施。因为这些辅助设施只为自己企业服务，因而规模都不大，但品种、工序却很齐全，同时由于其服务对象的限制，供应量小，能力严重过剩。在同一工业聚集区的各个企业，这些具有相同性的公共辅助设施有些可以得到规模化建设，占地面积可以大大缩小。如某铝业公司，其修理厂占地面积达到35公顷，开工率不足20 %，造成投资和土地的浪费。如果有5个企业分散选厂建设，单独建修理厂可能要150公顷土地。如果5个企业集中在同一工业聚集区建设，集中建设一个修理厂，只要50公顷土地就足矣。其他的公共辅助设施也具有相同性，不一一列举。可见在工业聚集区选厂建设，节约土地具有明显优势。

2 总平面布置与节约用地

总平面布置主要是依据区域规划、总体布局、工艺流程等要求，进一步进行功能分区，合理确定各建构筑物之间的关系。总平面布置合理与否，直接关系到企业的用地大小。在总图运输设计中，要始终贯彻节约用地政策。节约用地的方法是多种多样的，要因地制宜，动态地布置。

2.1 紧凑布置，提高建筑系数

工业企业厂区内有各种建构筑物、道路、铁路、地下管道、架空管道、地下电缆、架空电线等设施。厂区内建构筑物能紧凑布置，就可以提高建筑系数，从而达到节约用地的目的。但建构筑物之间的间距也不能无限的缩小，不但要满足消防、安全、通风、日照、交通运输等要求，还要满足布置道路、铁路、管线等需要。建构筑物的外形复杂，对总平面布置的紧凑性影响很大。建筑间距是按建筑物的凸出部分决定的，因而不规则的外形会造成厂区面积的损失。在考虑建筑物外形轮廓时，工艺与土建专业人员在做设计方案时就应密切配合，力求建筑外形轮廓简单、规整。如有色金属工业企业的电解车间，以往一般都会在厂房旁边设一些小房间作为休息、存放工具、配电等辅助用房。这些辅助用房面积不大，但要突出厂房6～8 m，两侧就要增加用地宽度12～16 m。按300 kt/a电解厂房计算，大约长度1 000 m，其用地增加12 000～16 000 m2，如果能把这些辅助用房布置在两幢电解厂房之间(里面由于工艺需要，还有很多空地)，使建筑外形轮廓简单、规整就可以把这部分土地节约下来。

2.2 合并厂房，多(高)层厂房，集中布置

合理缩小建筑物间距，虽然可以使建筑物布置紧凑，节约厂区用地，但由于生产、运输、防火、卫生以及管线敷设的要求，所收到的节约用地的效果是很有限的。为了适应现代化连续生产和进一步节约用地的要求，在无特殊条件限制的情况下，研究厂房合并的可能性和选择合并厂房集中布置是节约用地的最优方案之一。

合并厂房系指将生产关系密切，生产性质、卫生条件及建筑特点相同或接近的车间，或者生产性质不同，互相间有一定影响，但采取技术措施可以解决的车间，在生产上允许、技术上经济合理的前提下，合并成一个较大的联合厂房。如炭素阳极生产厂的焙烧车间、炭块转运站、组装车间、炭块库等都可以采用联合厂房。从而缩短生产物流线路、减少厂区占地面积和管线长度，这样不仅方便了生产管理、降低投资和成本，而且有效地节约了用地。

采用多层厂房布置也是节约用地的有效手段之一。如炭素阳极生产厂的中碎配料混捏车间，过去按照工段进行布置，工段之间的物料通过带式输送机输送，这样，厂房之间要留出运输、消防、通风等距离，采用带式输送机输送还要保证有足够的距离以满足一定的坡度要求，这样，就无形中占据了大量用地。现在，我们经过与工艺专业共同研究和统一规划，把这几个工段合并为一个高层厂房(俗称高楼部)，采用斗式提升机输送物料，大大地降低了厂区占地。

2.3 优化总平面布置顺序节约用地

在工业企业总平面布置中，有各种类型的生产车间和设施，由于他们的使用功能和性质不同，相互之间会存在不同的相容性。例如，电石仓库与散发水汽水雾的车间，其相容性较差，电石遇到水就会发生化学反应，生成易燃易爆的乙炔，具有很大的危险性。同样的，水汽水雾对屋外变配电装置也有不利影响。因此，规范规定电石仓库与冷却塔之间的距离、屋外变配电装置与冷却塔之间的距离都比较大。为了满足规范的规定，如果总平面布置把这两类设施相邻布置，那就要拉开距离，从而多占土地。如果我们优化一下总平面布置顺序，把影响较小的车间插在中间，用地面积就会大大缩小。以屋外配电装置与循环水系统(冷却塔)布置为例：如图1a，是按顺序布置的方案，其用地面积是11 339 m2；如图1b，是优化顺序布置的方案，其用地面积是9 029 m2。后者节约用地约10%。

2.4 采用“立体布置”思维提高土地利用率

在以往的工业企业总平面设计中，一般按“平面布置”思维来考虑通道的宽度。在厂区通道中，我们要布置道路(铁路、带式输送设施)、地下管线、架空管线、排水沟渠、绿化设施、挡土墙等设施，为了满足施工、检修、安全运行等需要，这些设施的占地就会很多。现在通过用“立体布置”的思维方式来优化通道内各种设施的布置，可以有效地缩小通道宽度，达到节约用地的目的。如某氧化铝厂其中一个通道，有道路、工艺管道、生产给水管、消防水管、生活给水管、雨水沟、循环给水管、循环回水管、蒸汽管、压缩空气管、照明电缆及灯杆、动力电缆、通讯电缆、计算机控制电缆等，如果按照常规的“平面布置”来考虑，通道宽度至少要32 m。而采用“立体布置”的思维方式来优化设计后，通道宽度缩小到23.0 m，通道的宽度仅以满足道路与建筑物的距离来控制即可，而不需要因为管道的设置增加通道宽度，节约土地约28 %，见图2。

图1 不同顺序总图布置占地效果对比Fig.1 Comparison of land covering effect in different sequences of general layout

3 管线综合与节约用地

工业企业内的管线，几乎遍布整个厂区，甚至层层重叠，四通八达，其布置合理与否，对厂区通道宽度的设置、用地的节约和投资及运营费的节省具有重要意义。

企业内的地下管线包括雨排水管、生产消防给水管、生活给水管、净循环水给水管和回水管、浊循环水给水管和回水管，埋地照明线，直埋电力电缆、电缆隧道等；架空管线包括冷风管、蒸汽管、压缩空气管、煤气、氧气、氮气、氩气管道等等。

设计中应根据地下管线与地上管线布置要求，合理的尽可能的节省用地。以下几个措施可以节约管线占地：

3.1 共沟布置

在管线较多的厂区主要通道设置综合管沟，沟内布置各种有压水管、蒸汽管、压缩空气管、采暖管、电缆等，把分散、平铺埋设的管线集中到综合管沟内，可以大大地节约用地，并方便施工和检修。

3.2 共架布置

在工艺管道较多的厂区主要通道设置综合管架，管架可以根据需要分为若干层，布置各种有压工艺管道、蒸汽管、压缩空气管、采暖管、电缆等，在南方等非冰冻地区，还可以把各种有压水管集中布置到综合管架上，同样可以节约用地，方便施工和检修。

图2 “立体布置”思维考虑的通道布置Fig.2 Channel layout by “three-dimensional layout” thinking

3.3 合理调整管道铺设顺序

在以往的工业企业综合管线设计中，一般管线从建筑红线向道路的铺设顺序为：电信电缆、电力电缆、热力管(沟)……我们从规范得知：建筑物基础外缘至通讯电缆要0.50 m，建筑物基础外缘至电力电缆要0.60 m；电缆沟(管)至通讯电缆要0.50 m，电缆沟(管)至热力管(沟)要2.00 m，通讯电缆至热力管(沟)要0.80 m，电缆沟(管)至生活给水管要1.20 m，热力管(沟)至生活给水管要1.20 m，根据通常的铺设顺序和规范规定，铺设通讯电缆、电缆沟(管)、热力管和生活给水管需要4.20 m用地。只要调整一下顺序，即按通讯电缆、电缆沟(管)、生活给水管、热力管的顺序铺设，仅需要3.40 m用地，见图3。节约用地19 %。可见，合理调整管道铺设顺序，也可以达到节约用地的目的。

图3 不同顺序铺设管线占地效果对比Fig.3 Comparison of land occupation of laying pipelines in different orders

4 物流与节约用地

物流设计是工业企业总平面布置的主要内容之一。企业物流一般由4方面组成：①是装卸点；②是物料种类；③是运输线路及流向；④是运输量。工业企业厂内外物料品种繁多，物料流向复杂，所以如何将原料、生产、成品等各单元有机地进行布置，避免物料折返、迂回运输，是节约用地的关键。

4.1 物料堆存场地及备品备件库、成品仓库面积

企业内综合原料场、备品备件库、成品仓库等用地面积一般会占到全厂用地面积的10 %左右，所以总图设计人员要合理确定物料堆存时间和堆存量，达到少占土地的目的。

4.2 努力实现物料的“零”距离运输

企业厂内物料的运输方式一般有铁路、道路、胶带输送机等几种，其中铁路、道路、胶带运输通廊等用地约占总用地面积的25 %。所以在设计中，要贯彻物料“零”距离运输要求，从而减少铁路、道路、胶带运输通廊面积，达到节约用地目的。在这个过程中，方法多种多样，如厂房合并、同类物料品种集中堆存、仓库尽量靠近车间、减少卸料点等。