林 暉
(福建建工集團(tuán)有限責(zé)任公司,福建 福州 350001)
在正常情況下,工業(yè)廠房主要包括大型屋面板、單層工業(yè)框、排架結(jié)構(gòu)等類型,由于其很容易受到各種外界因素影響,如屋面跨度防水材料質(zhì)量、設(shè)計水平等方面影響,從而出現(xiàn)不同程度的變形,給現(xiàn)代工業(yè)廠房設(shè)計工作提出更高挑戰(zhàn)。同時,暖通設(shè)計、給排水設(shè)計、屋面防水設(shè)計等環(huán)節(jié)作為整個工程設(shè)計的重要環(huán)節(jié),對整個設(shè)計質(zhì)量提出更高要求,一旦該設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,不僅會影響到工業(yè)廠房日常生產(chǎn),還會產(chǎn)生嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。唐文斐[1]對鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)及防火設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化升級。高政重[2]研究了工業(yè)廠房設(shè)計階段的造價控制。陳家翰[3]研究了工業(yè)建筑升級改造設(shè)計。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,以離子電池材料產(chǎn)業(yè)化項目為研究對象,通過分析現(xiàn)代工業(yè)廠房的設(shè)計理念,提出了現(xiàn)代工業(yè)廠房設(shè)計的優(yōu)化方案。
年產(chǎn)40 000t 鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)化項目基地位于廈門市海滄區(qū),海滄區(qū)是廈門市六區(qū)之一,海滄區(qū)全境位于海滄半島,與廈門島隔海相望。用地面積為204 034.506m2,總建筑面積為366 257.37m2,生產(chǎn)區(qū)由十余棟廠房及倉庫組成,結(jié)構(gòu)形式主要為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及鋼框架結(jié)構(gòu)。整個屋面和外墻結(jié)構(gòu)都使用預(yù)制壓型彩鋼夾芯板。在Revit軟件環(huán)境下構(gòu)建三維模型,由于該軟件屬于參數(shù)化的三維建模軟件,在建立模型前應(yīng)建立構(gòu)件數(shù)據(jù)庫,從而縮短建模所需要的時間,再利用建立參數(shù)化三維模型,讓建筑單體逐漸參數(shù)化。再通過三維設(shè)計來確定每個構(gòu)件的位置、數(shù)量、關(guān)系等內(nèi)容,有利于開展后期模擬工作和材料表格編輯工作。本建筑單體的構(gòu)建主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)、門式剛架等單元,而連接各構(gòu)件部分則利用標(biāo)準(zhǔn)化螺栓來完成。在日常施工中,不僅要做好土建方面的工作,還要做好廠房建筑采暖、電氣、給排水、防水等方面的施工,如圖1 所示。
圖1 項目區(qū)位及現(xiàn)狀
通過分析潔凈設(shè)計理念內(nèi)涵,發(fā)現(xiàn)其主要作用是在生產(chǎn)工作中不產(chǎn)生任何污染物,盡可能實現(xiàn)零污染、零排放。政府部門提出可持續(xù)發(fā)展理念,而現(xiàn)代工業(yè)廠房的潔凈設(shè)計理念是提高現(xiàn)代化建筑質(zhì)量的重要方法。在日常實施過程中,能重復(fù)回收利用各種廢棄資源,提高資源利用率,合理控制企業(yè)生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,被廣泛應(yīng)用到各產(chǎn)業(yè)中。近年來,我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,給各產(chǎn)業(yè)提供巨大發(fā)展空間,而工業(yè)作為我國第二產(chǎn)業(yè)中的重要環(huán)節(jié),在政府部門提出的各種優(yōu)惠政策幫助下,取得不錯的發(fā)展前景。但值得注意的是,在分析任何事物時,不僅要看到其優(yōu)點,還要看到其缺點。在工業(yè)發(fā)展過程中,三廢問題是目前最嚴(yán)重的問題,工作人員要提高對其的重視程度,加強(qiáng)清潔排放工作,全面降低工業(yè)生產(chǎn)中各種污染物的排放量,從而實現(xiàn)零排放目標(biāo)。
施工企業(yè)要將綠色建筑理念應(yīng)用在成本投入環(huán)節(jié),來控制成本費(fèi)用,保證施工建設(shè)工作和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作順利進(jìn)行,降低施工操作不當(dāng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響,合理控制工程資源消耗。特別在信息化時代背景下,設(shè)計工業(yè)廠房中要合理選擇建設(shè)技術(shù),保證設(shè)計理念能滿足行業(yè)未來發(fā)展要求,不能盲目使用新技術(shù),否則無法控制廠房日常消耗量,甚至?xí)o其日常生產(chǎn)帶來沉重負(fù)擔(dān)。而綠色設(shè)計理念注重實現(xiàn)環(huán)保方面的內(nèi)容,通過分析現(xiàn)代廠房綜合情況,合理選擇設(shè)計方法,達(dá)到低消耗、高效率發(fā)展效果。另外,設(shè)計人員要按照以人為本的發(fā)展理念,集中經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境三方面資源,全面落實綠色設(shè)計理念,如材料、設(shè)備、工藝選擇等方面,科學(xué)控制三廢成本使用,研究出一條適合工業(yè)廠房設(shè)計的綠色生產(chǎn)模式。
在日常廠房建筑設(shè)計過程中,工作人員要合理控制整個建筑工程工期,根據(jù)實際施工情況來優(yōu)化建筑設(shè)計。在傳統(tǒng)廠房建筑施工中具有環(huán)境污染嚴(yán)重、造價成本高、施工工期長等特征,無論是民用建筑還是公共建筑,都會消耗巨大資源,產(chǎn)生大量的污染氣體,給人們?nèi)粘I钏綆聿煌潭鹊挠绊?。特別在信息化時代背景下,化石能源安全問題愈發(fā)嚴(yán)重,可再生新能源逐漸替換不可再生能源,這是全球能源領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。因此,建筑行業(yè)要降低化石資源的應(yīng)用,提高城市環(huán)境,將城市污染控制在合理范圍內(nèi),科學(xué)應(yīng)用綠色節(jié)能理念,改革傳統(tǒng)廠房建筑方案設(shè)計思維,將節(jié)能理念和建筑設(shè)計相互融合,來控制廠房建筑造價成本,有效提高可回收材料在建筑工程施工中的應(yīng)用范圍,降低建筑施工的化石資源消耗量,充分發(fā)揮建筑設(shè)計的環(huán)保作用。近年來,環(huán)保理念受到政府部門的高度注重,也是工業(yè)廠房未來的發(fā)展方向。因此,設(shè)計人員要將環(huán)保理念應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)廠房設(shè)計中,和節(jié)能設(shè)計理念相互融合,促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)廠房能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。從整體角度來看,節(jié)能設(shè)計理念主要體現(xiàn)在廠房施工和設(shè)計兩個方面,合理降低日常能耗數(shù)量。在日常設(shè)計過程中,設(shè)計人員可利用各種自然資源優(yōu)勢,如風(fēng)能、太陽能、自然能源等,甚至能調(diào)整設(shè)計工藝,控制設(shè)計能耗,從而達(dá)到節(jié)能設(shè)計的作用。
在日常生活中,只要提到工業(yè)廠房建筑理念,自然而然在腦海中形成廠房雛形。通過結(jié)合人們對工業(yè)廠房的印象,發(fā)現(xiàn)工業(yè)廠房整體結(jié)構(gòu)具有開窗面積大、橫跨面廣、涉及空間范圍寬等特征,和居民建筑相比,兩者具有明顯差異性。對于長期在廠房工作的人來說,其長期在高速度、快節(jié)奏生活中,對外界事物的關(guān)注度不足,并未仔細(xì)觀察廠房具體情況,如果工作人員仍然采用傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計現(xiàn)代化工業(yè)廠房,會導(dǎo)致整個工業(yè)廠房設(shè)計缺乏個性,很容易影響到工作人員的歸屬感,無法滿足廠房未來發(fā)展要求。針對這種情況,設(shè)計人員要將人性化關(guān)懷理念應(yīng)用到廠房建設(shè)中,給工作人員營造良好的工作環(huán)境,減少其日常工作疲勞程度,讓其能有更好的狀態(tài)投入到日常工作中,提高整體工作效率。
隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,經(jīng)濟(jì)要求被廣泛應(yīng)用到工業(yè)廠房設(shè)計工作中,成為設(shè)計內(nèi)容的主要依據(jù)。而想要實現(xiàn)上述要求,工作人員要在滿足設(shè)計要求的基礎(chǔ)上,合理控制施工成本,降低設(shè)計活動、施工活動中的成本投入,在確保設(shè)計質(zhì)量滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,避免出現(xiàn)不必要的施工投入,從而達(dá)到提升施工設(shè)計效率的作用。同時,要合理利用廠房合并模式,減少廠房建筑實際面積,增強(qiáng)設(shè)計經(jīng)濟(jì)效益。
無論是民用建筑還是工業(yè)化廠房建筑,在設(shè)計中均要嚴(yán)格遵循安全性原則。廠房中集中大量工作人員,安裝有各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,而想要保證日常生產(chǎn)工作能順利進(jìn)行,設(shè)計人員要站在整體角度進(jìn)行分析,全面提高結(jié)構(gòu)整體安全性,確保生產(chǎn)安全性能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),避免工作人員生命安全受到嚴(yán)重威脅。目前,結(jié)構(gòu)安全性主要體現(xiàn)在防水、防電、防火三個方面,設(shè)計人員要提高對其的重視程度,結(jié)合現(xiàn)場實際情況進(jìn)行科學(xué)設(shè)計,保證上述三方面內(nèi)容能達(dá)到預(yù)期要求[4]。
近年來,我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展類型出現(xiàn)不同程度的改變,傳統(tǒng)設(shè)計理念無法滿足廠房日常生產(chǎn)要求。因此,設(shè)計人員要提高對生態(tài)性原則的重視程度,將生態(tài)性原則應(yīng)用到廠房日常設(shè)計中,提高廠房設(shè)計效果。目前,生態(tài)性理念主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益相互結(jié)合方面,設(shè)計人員在選擇廠房地址時,要綜合考慮到各方面因素,如環(huán)境因素、周圍產(chǎn)業(yè)布局等,盡可能和相關(guān)產(chǎn)業(yè)靠近,不僅能合理利用各種資源,還能提高廢品處理工作的便捷性,促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)廠房實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[5]。
通過分析現(xiàn)代工業(yè)廠房所使用的空間機(jī)組特征來看,通常采用天然氣方式,將外部溫度傳輸?shù)綇S房中。因此,在采風(fēng)口設(shè)計中,要將其設(shè)計為轉(zhuǎn)化型封口形式,利用人口手段進(jìn)行控制,完成風(fēng)量角度調(diào)整和輸送工作。而傳統(tǒng)機(jī)組配置方法通常采用大小搭配方式,且要提前準(zhǔn)備兩臺機(jī)組,作為備用和切換使用,需占據(jù)機(jī)房較大面積。因此,工作人員可采用磁懸浮冷水機(jī)組和單臺變頻離心式冷水機(jī)組,保證其能在負(fù)荷環(huán)境下仍然高效運(yùn)行,不能進(jìn)行大小搭配使用,能有效優(yōu)化空調(diào)水系統(tǒng),減少機(jī)組占地面積。但值得注意的是,上述兩種機(jī)組前期投資成本較高,在選擇冷水機(jī)組時要進(jìn)行全面考慮,綜合考慮到機(jī)組運(yùn)行能耗和投資數(shù)額,盡可能選擇初期投資少、節(jié)能效果好的組合方式,如冷凝熱回收真空燃?xì)鈸Q水機(jī)組,其熱效率超過102%。同時,科學(xué)采用熱泵系統(tǒng)??諝庠礋岜脵C(jī)組具有無需冷卻水、節(jié)能、冷熱替換等特征,被廣泛應(yīng)用到條件復(fù)雜的區(qū)域,尤其是新型帶熱回收型熱泵機(jī)組和板管蒸發(fā)式冷熱水機(jī)組,其制冷效果較佳,經(jīng)常出現(xiàn)在綠色建筑設(shè)計方面,但在應(yīng)用空氣源熱泵系統(tǒng)時要注重除霜因素影響。而地源熱泵系統(tǒng)是將水資源作為低位熱源,給空調(diào)系統(tǒng)提供冷熱源,但這種系統(tǒng)很容易受到各種外在因素影響,如后期施工質(zhì)量、中間設(shè)計、前期勘探、監(jiān)測環(huán)節(jié)[6]。
從鋼鐵結(jié)構(gòu)特征方面來看,其具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能,而輕鋼性能基本相同。據(jù)專業(yè)人員調(diào)查發(fā)現(xiàn),當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)高于50℃時,輕鋼內(nèi)部導(dǎo)熱性呈直線上升趨勢,但值得注意的是,一旦內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度超過90℃,會嚴(yán)重影響到輕鋼內(nèi)部的抗拉強(qiáng)度和可塑性,甚至影響到廠房日常生產(chǎn)活動。當(dāng)其內(nèi)部溫度為250℃,輕鋼材料結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度不斷增長,可塑性降低;如果輕鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度為500℃,材料產(chǎn)生嚴(yán)重的崩塌現(xiàn)象。針對上述問題,設(shè)計人員在進(jìn)行廠房設(shè)計工作時,要合理控制鋼材內(nèi)部溫度,一旦發(fā)現(xiàn)外界環(huán)境溫度達(dá)到150℃,要對鋼材結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火、隔熱設(shè)計工作,避免其受到外界因素影響。
在進(jìn)行排水管道設(shè)計工作時,最常用膠黏連接方式,但值得注意的是,在采用該種方法進(jìn)行排水管道施工時,要考慮到外界環(huán)境因素給連接效果帶來的影響。當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時,排水管道很容易出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象,給日常生產(chǎn)活動造成嚴(yán)重阻礙。針對該種情況,設(shè)計人員要積極應(yīng)用變徑管,將其安裝在排水管道出水口,且做好前期準(zhǔn)備工作和調(diào)查工作,一旦發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場中存在大量污水進(jìn)管和干管,要開展相關(guān)安裝工作。當(dāng)上述工作任務(wù)全部完成后,要開展灌水試驗,無論是廠房排水系統(tǒng)還是給水系統(tǒng),均要進(jìn)行通水試驗,從而保證整體管道的通暢性,避免出現(xiàn)堵塞問題。
在工程設(shè)計過程中,很多設(shè)計師會注重建筑物裝修方面,而結(jié)構(gòu)設(shè)計則在意基礎(chǔ)設(shè)計和結(jié)構(gòu)布局方面,導(dǎo)致很多防水設(shè)計只是根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域環(huán)境進(jìn)行設(shè)計,利用標(biāo)準(zhǔn)的防水圖,更傾向于經(jīng)驗設(shè)計為主體。同時,由于防水資料不全面,導(dǎo)致其不僅在材料選擇方面出現(xiàn)問題,還在工程審核方面存在問題,導(dǎo)致防水設(shè)計出現(xiàn)嚴(yán)重不合理現(xiàn)象,甚至很多建筑物出現(xiàn)滲漏問題。因此,在聘請工作人員進(jìn)行廠房設(shè)計時,要注重工作人員專業(yè)能力,要聘請擁有豐富設(shè)計經(jīng)驗的人員來實施,嚴(yán)格遵循廠房自身特點,來確定廠房屋面做法和防水等級,從不同各方面來考慮到區(qū)域的自然條件、經(jīng)濟(jì)水平、防水材料情況等。并且要保持認(rèn)真的態(tài)度,針對重要部位要設(shè)計詳細(xì)圖紙,選材要考慮到材料的耐久性,并在設(shè)計圖紙中明確標(biāo)注材料種類、性能等數(shù)據(jù),還要通過準(zhǔn)確計算來確定水落管的數(shù)量和直徑。另外,在審核設(shè)計圖紙時,要聯(lián)合施工單位,針對廠房屋面排水坡度提出相關(guān)要求,重復(fù)檢查防水涂層、防水卷材、隔離層厚度,一旦發(fā)現(xiàn)有處理錯誤,要及時上報給上級部門,經(jīng)過設(shè)計人員優(yōu)化后,才能正式投入使用,從設(shè)計方面提升屋面防水性能。
工業(yè)廠房利用率很容易受到各種外在因素影響,設(shè)計人員不僅要做好前期準(zhǔn)備工作,還要在日常操作中及時解決各種問題,如廠房生產(chǎn)工藝、自身結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。經(jīng)過專業(yè)分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代工業(yè)廠房內(nèi)部空間構(gòu)造模式類型趨于多樣化:(1)單跨廠房。其作為目前應(yīng)用范圍最廣的廠房內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)類型,采用傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)為主,通過長方形空間作用,對廠房兩排柱進(jìn)行縱向延伸。分析該種模式特征,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡單,對施工人員專業(yè)素養(yǎng)要求較低,可廣泛應(yīng)用到各項生產(chǎn)活動中;(2)單元空間廠房。從單元空間廠房生產(chǎn)特征來看,集中不同廠房特征,整體結(jié)構(gòu)為方柱型,在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中形成獨立空間,具備工業(yè)廠房所有功能;(3)框架結(jié)構(gòu)廠房。其將樓板、梁、柱結(jié)構(gòu)作為主要支撐結(jié)構(gòu),形成完整的受力體系,在提高廠房剛度、延展性等方面具有重要作用。
要確保屋面具有較強(qiáng)的承載能力,設(shè)計人員必須明確廠房的高度和跨度,根據(jù)廠房的不同需要進(jìn)行合理安排和布局。屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計除了要考慮支撐力,還要綜合地考慮廠房的抗震要求、吊車噸位等。一般情況下,屋面屬于大型結(jié)構(gòu)的要求采取三點和屋架焊接的方式,以確保上弦具有良好的支撐能力。工業(yè)廠房中經(jīng)常需要安裝大型的設(shè)備,這些設(shè)備在運(yùn)行的時候震動感十分強(qiáng),需要在設(shè)計的時候選取縱向水平支撐結(jié)構(gòu)。工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要,科學(xué)合理的設(shè)計方案可以降低支撐使用鋼構(gòu)件的數(shù)量,將支撐桿的內(nèi)力進(jìn)行合理分配。鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計還需要做好排水設(shè)計,屋面必須有坡度,并且要控制在坡度5%以上。
在廠房設(shè)計期間,應(yīng)綜合考量節(jié)能與環(huán)保設(shè)計元素,以此提升廠房生產(chǎn)活動的生產(chǎn)效率。在屋頂設(shè)計期間,應(yīng)借助淺色設(shè)計元素,以此加強(qiáng)太陽輻射的反射效果,科學(xué)優(yōu)化能源使用問題。如若在寒冷天氣環(huán)境中,加強(qiáng)室內(nèi)碼頭環(huán)境使用,以此降低能源消耗。借助吊頂式風(fēng)扇加強(qiáng)熱量消耗,提升空氣流動效果,以此提升廠房從業(yè)人員的工作舒適度,減少空調(diào)使用。
鋼結(jié)構(gòu)廠房和混凝土結(jié)構(gòu)廠房有著明顯區(qū)別,鋼結(jié)構(gòu)的廠房具有很多的優(yōu)點,比如強(qiáng)度高、塑性好、施工簡單等,同時也存在著一定的缺陷,受溫度的影響比較大,防火的能力相對較差,這也使得鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房面臨著巨大的安全隱患。因此,在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)廠房的時候必須重視防火設(shè)計,加入隔熱設(shè)計的內(nèi)容,確保鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的安全性和可靠性。在防火設(shè)計的時候要結(jié)合生產(chǎn)的類型,以及廠房對防火的實際需要來確定廠房的防火等級,按照相關(guān)的要求進(jìn)行防火設(shè)計。目前,鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房防火主要采取的是涂刷防火涂料的方式,以這樣的外在干預(yù)提高鋼結(jié)構(gòu)廠房的耐火強(qiáng)度。在鋼結(jié)構(gòu)廠房防火設(shè)計的時候,還要做好安全出口的設(shè)計工作,確保疏散樓梯可以在鋼結(jié)構(gòu)廠房中發(fā)揮實質(zhì)性的作用,一旦發(fā)生火災(zāi)就能及時地組織生產(chǎn)人員疏散。
綜上所述,工業(yè)廠房建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要以廠房的實際需要為出發(fā)點,在滿足工業(yè)生產(chǎn)活動的前提下力爭實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。設(shè)計人員不僅要對廠房整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、安全、耐久性上進(jìn)行綜合考慮,還要最大限度地提高整個廠房的空間利用率,在整體布局上為工人創(chuàng)造一個舒適安全的工作環(huán)境。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷發(fā)展壯大,設(shè)計人員將不斷引進(jìn)新的設(shè)計理念,大膽創(chuàng)新,充分利用現(xiàn)有的資源,減少資源浪費(fèi)的情況發(fā)生,促進(jìn)我國工業(yè)廠房建設(shè)今后的順利發(fā)展。