浅析工业厂房建筑设计

1 引言

近年来，由于工业的蓬勃发展，越来越多的企业意识到工业厂房设计对于企业形象的塑造有着积极的影响。 高品质的工业厂房建设不仅能够促进企业的发展， 也有利于生态环境的改善以及城市形象的美化。 设计工业厂房时，在遵循工业建筑设计原则的同时， 更应考虑企业的具体需求以及人员的使用感受， 只有这样才能设计出有文化内涵且环境宜人的工业建筑作品。

2 工业厂房建筑设计原则

2.1 结合生产工艺要求

工业厂房按生产性质主要分为生产厂房、 辅助生产厂房和配套库房。 不同产品的生产车间自然有着不同的生产工艺，在工业厂房设计流程中， 通常由工艺设计人员先绘制好工艺流程平面图， 而后建筑设计师根据此图要求进行建筑的平面布置、立面设计。 在进行建筑设计时一定要将产品生产流程融入设计中，这是非常重要的一个环节，也是工业建筑设计与民用建筑设计的不同之处。 可以说，生产工艺基本决定了工业厂房的平面布局。

对于工艺要求较高的工业厂房， 其自身工艺的差异性在主导其内部功能的同时，也影响着其外部形态。 生产工艺常常会要求厂房立面加大开窗或减小开窗， 其造型也不那么灵活自由。 在厂房的外观造型与内部工艺契合度较高的基本条件下，通常根据厂房的外观，基本可以推测出它的生产类型。 如精密零部件生产厂房往往实墙面积大而开窗面积小、 发电厂锅炉房的外观造型大多为阶梯式的梯形。 某发电厂锅炉房外景图如图1 所示。

图1 某发电厂锅炉房外景图

而对于生产工艺要求较低的轻工业类厂房，由于生产工艺的干涉小，其外观设计具备较大的灵活性。 设计此类厂房时，保证其采光需求的同时往往可以对外观进行公建化处理。

建筑设计师在工业厂房的设计中， 应以生产工艺为基本出发点，安排好工艺流程与平面功能的关系，将建筑特点与功能相结合，力求给出一个符合使用需求、富有特色的设计作品。

2.2 选择合理结构形式

工业厂房的结构形式主要分为混凝土框架结构厂房、钢结构厂房。 其中，钢结构厂房根据吊车起吊重量的差别又分为轻钢结构厂房和重钢结构厂房。

混凝土结构厂房与钢结构厂房两者在结构性能上差异较大。 混凝土结构厂房主要材料为钢筋及混凝土，由于材料的稳定性强、耐久性好，混凝土结构厂房具备良好的整体性和优越的防火性能。 但混凝土的自重大、抗裂性差，导致结构的抗震性能差。 近年来，随着钢结构体系的大力推广以及其自身的结构优势，在大跨度厂房中越来越多地选用钢结构体系。

与传统的砌体结构相比，钢结构体系质量轻且截面小，具有良好的塑性和韧性，能够更好地适应振动荷载。 钢结构体系施工周期短， 所有构件均在工厂预制加工完成后送至现场搭建拼装，通常来说，一座10 000 m2的单层大跨度厂房只需40 d便可组建完成。 此外，钢结构的施工方式主要是干式施工，能有效避免混凝土湿式施工所带来的环境污染， 大大减少砂、石、灰用量的同时，也减轻了对不可再生资源的破坏。 钢结构厂房结构示意图见图2。

图2 钢结构厂房结构示意图

任何结构都会有优点和缺点，钢结构也不例外。 由于钢材耐热不耐火、潮湿环境下易腐蚀的缺点，常常需要在钢构件外侧涂刷防腐、防火涂料，但这种涂装防护也并非一劳永逸，隔一段年限便要翻新，因而其维护成本偏高。

综上所述，合理的结构选型是工业厂房设计的重中之重。在工业厂房的结构选择时， 要结合项目的具体要求选择最佳的厂房结构形式。 如：工期要求紧的单层轻型工业厂房可优先选用轻钢门式刚架结构； 抗震要求高的多层工业厂房可优先选用混凝土框架结构。

2.3 塑造良好建筑形象

工业厂房属于生产类型建筑，其建筑形象受工艺流程、结构材料、施工条件等诸多因素的制约，往往被认为可让设计师发挥的余地小。 而随着近年来工业的快速发展，工艺的革新以及建筑材料的更新使得工业厂房的体型处理愈加灵活多变，尤其钢结构厂房外围护结构采用的是压型钢板而非传统砖墙，使得厂房造型可以更加轻盈。

在设计工业建筑群体的形象时， 为保证参观使用者良好的空间感受应尽量采用循序渐进的布置原则。 建筑造型首先遵循生产工艺的要求，工艺要求抬高的地方就高些，要求降低的地方就矮些， 同时结合厂区的物流动线形成错落有致的建筑群体形象。 此外还应考虑气候条件的影响，若厂区位于寒冷气候区，为了防寒节能厂区宜采用集中紧凑式布局；若厂区位于炎热气候区， 建筑群体宜采取错列式布局以获得良好的通风效果[1]。

在设计单体工业建筑外观造型时， 在满足建筑采光通风等基本要求的前提下，尽量采用统一中求变化的设计原则。 建筑形象既不能过于单一，给人以沉闷的压抑感；也不能过于自由，与使用功能相脱节。 对于混凝土框架结构厂房来说，由于其开窗形式基本不受维护墙的限制， 在设计建筑立面时可通过窗洞口的有规律重复形成一定的节奏韵律， 也可通过开设带形窗或幕墙以形成虚实对比。 对于钢结构厂房来说，其外墙面所采用的压型钢板或金属夹芯板本身就质感较强， 通过横板、竖版不同的排列组合即能实现建筑本身连续的韵律感。

工业厂房的立面由于生产线要求可分为长边和山墙面。为了丰富工业厂房的建筑形象，在长边设计时可以进行适当的变化，如通过立柱、线脚等建筑构配件进行分割，化整为零；入口处加设门框，并通过绿化花草的点缀增强出入口的标识性；将外露雨水管进行包裹，局部弱化处理。 在山墙面设计时可以采用转角弧形窗或大面积幕墙与实体墙部分做些对比。 这些处理思路都是为了使厂房形象更为灵巧生动，从而摆脱工业厂房冰冷机械的传统形象。 某厂房建筑形象效果图如图3 所示。

图3 某厂房建筑形象效果图

3 工业厂房设计创新

传统的工业建筑通常给人以稳固厚重感， 传统的设计表达也多以方盒子为主。 然而随着建筑技术的革新以及人们审美水平的提升，工业厂房越来越关注设计中的创新。

工业厂房由于内部管道的错综复杂， 常常难以形成完整的使用空间， 在设计中可以考虑将设备管线等布置于室外或屋顶，形成贯通的室内空间。 同时利用高架走廊串联不同的功能分区，人员在其中穿行，如同建筑中的一个个分子，工业建筑的动态美一览无余。 典型代表作品即巴黎蓬皮杜艺术中心（见图4）。

图4 巴黎蓬皮杜艺术中心外景图

新型材料的出现也为工业厂房的设计创新提供了可能。铝板罩壳质量轻且具备良好韧性，在工业厂房的设计中将其固定于外墙上，不仅有助于提升建筑热工性能，还能够展现出厂房新颖的个性。 铝板上利用激光切割出大大小小的圆洞，再将照明装置布置在铝板内侧，在不同的时间点亮不同的灯光，给工业建筑赋予了一种诗意的想象，也给使用者带来别具一格的体验。 典型代表作品即埃里克所设计的丹麦垃圾焚烧厂。

4 工业厂房发展方向

随着我国经济的高速发展， 工业厂房设计也进入了新阶段。 新材料、新技术的成熟应用为工业厂房的轻质高强、功能多变提供了有利条件。

现代工业厂房的设计正从以生产为中心逐步过渡到以人为本的设计理念上来，这不是说不重视生产工艺，而是在满足工艺需求的基础上，以人员使用感受为导向，创造有归属感和贴近人体尺寸的空间。 对于进深过长的工业厂房可设置绿色中庭，利用中庭分隔生产区与办公区，庭院内种植绿植，研发区与会议室围绕中庭布置， 将工业厂房内部空间处理得更加灵动有生气。 此外，在工业厂房设计中注重人的需求，对于业主打造品牌、树立企业形象也大有裨益。

随着我国工业厂房的大量建设，为提高工程施工质量、避免工程管线的碰撞，人们越来越多地引入BIM 技术。 BIM 技术即利用Revit、Bentley 和ArchiCAD 等软件建立可视化的三维模型， 对设计施工中出现的各类实际问题进行协调优化。BIM 技术还可以进行多方案的优化对比， 直观高效地为业主展现最优解决方法。 利用BIM 技术对工业厂房空间进行有效分解，有助于完成施工中各类资源的优化配置，在工业厂房的规划—设计—施工中，BIM 技术愈发显得举足轻重。

5 结语