電解鋁廠設(shè)計(jì)節(jié)約用地措施

徐子姣,由 佳

(1.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110015;2.貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550081)

近十幾年來,我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致建設(shè)用地需求旺盛,土地供應(yīng)量日漸收窄。國(guó)務(wù)院辦公廳近日印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步盤活存量資產(chǎn)擴(kuò)大有效投資的意見》,提出完善規(guī)劃用地政策。建設(shè)用地需求依舊旺盛,未來的重心在于結(jié)構(gòu)調(diào)整、嚴(yán)控增量、盤活存量、提質(zhì)增效[6-7]。

依據(jù)《中華人民共和國(guó)土地管理辦法》等法律法規(guī),結(jié)合《全國(guó)國(guó)土空間規(guī)劃綱要(2021-2035年)》、《工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)用地控制指標(biāo)》、《有色金屬工業(yè)工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》等資料,研究和推廣電解鋁廠建設(shè)節(jié)地技術(shù)模式,就總圖設(shè)計(jì)過程中不同設(shè)計(jì)階段如何把控用地指標(biāo),本文提出了一些思考方法和措施。

1 節(jié)約用地概述

總圖設(shè)計(jì)中,多方面、多維度總覽全局,滿足工藝、運(yùn)輸、防火、安全、衛(wèi)生、施工等要求,同時(shí)利用地形、地質(zhì)、氣象等自然條件,全面、因地制宜的對(duì)鋁廠內(nèi)所有建、構(gòu)筑物、運(yùn)輸線路、管線、綠化等進(jìn)行平面、豎向布置,力求緊湊合理,最大限度節(jié)約用地、節(jié)省投資、有利生產(chǎn)、方便生活,從多角度入手提高土地利用強(qiáng)度[1]。

2 節(jié)約用地措施

2.1 項(xiàng)目策劃階段

1)建設(shè)規(guī)模和先進(jìn)的工藝

建設(shè)規(guī)模和先進(jìn)的工藝由項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師與建設(shè)方多層級(jí)不斷溝通完善后最終確定。建設(shè)規(guī)模大小對(duì)占地影響如表1所示。

表1 不同規(guī)模廠區(qū)建設(shè)用地對(duì)比表

先進(jìn)的生產(chǎn)工藝在連續(xù)、自動(dòng)化、智能化程度上決定了流程、體量和用地等各項(xiàng)指標(biāo)。山西某50萬噸/年的電解鋁廠使用500 kA預(yù)焙陽(yáng)極電解槽,廠區(qū)用地面積為75 hm2,建筑系數(shù)為47%;山東某50萬噸/年的電解鋁廠使用600 kA預(yù)焙陽(yáng)極電解槽,廠區(qū)用地面積為55 hm2,建筑系數(shù)為37%。對(duì)比產(chǎn)能相同時(shí),電解槽能力越大,總用地面積就越小。隨機(jī)選取三個(gè)項(xiàng)目對(duì)比不同槽型的電解廠房占地情況,見表2。

表2 不同槽型的電解廠房占地面積對(duì)比表

2)建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)內(nèi)容的多少對(duì)土地占用的影響至關(guān)重要,隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)協(xié)作關(guān)系逐步細(xì)化、分解等飛速發(fā)展,越來越多的民營(yíng)企業(yè)選擇建設(shè)專業(yè)的電解鋁項(xiàng)目,不再包含陽(yáng)極制造分項(xiàng),所需陽(yáng)極由市場(chǎng)供應(yīng)。加油設(shè)施防火要求高,間距需求大,土地利用率低,有些項(xiàng)目選擇取消加油站、汽車運(yùn)輸部、大型汽修等子項(xiàng),缺失部分委托專業(yè)的社會(huì)運(yùn)輸企業(yè)完成,減少建設(shè)相應(yīng)的車輛停放、加油、維修、保養(yǎng)等子項(xiàng),節(jié)省建設(shè)投資,降低管理費(fèi)用。

2.2 項(xiàng)目選址階段

1)盤活土地存量

四川眉山某大型電解鋁項(xiàng)目,選址階段通過對(duì)比六處廠址,最終確定選擇了一處廢棄的鐵路轉(zhuǎn)運(yùn)站作為最終項(xiàng)目用地,盤活了現(xiàn)有建設(shè)用地800余畝,相比另外五處廠址節(jié)約了新占土地800余畝,節(jié)約用地成效顯著。

2)利用荒坡荒地

云南某大型電解鋁項(xiàng)目在選址階段及后續(xù)的改造擴(kuò)能階段,充分利用荒坡荒地以及部分溶洞溶槽地段,有效的保護(hù)、節(jié)約了耕地[3]。

3)配套設(shè)施

廠址選擇是多方面因素匯總分析對(duì)比的綜合性工作。以政策、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)為基石,了解地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地震烈度、公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、周邊工礦企業(yè)、村莊、河流、古跡等情況,比選出投入少、產(chǎn)出高、建設(shè)快、運(yùn)營(yíng)成本低的最佳廠址。青海某鋁廠,廠址選擇在配套成熟的甘河灘工業(yè)園區(qū),市政道路、水、暖接口齊備,距離附近的電廠較近,電力資源供應(yīng)便捷、價(jià)格優(yōu)惠;場(chǎng)地東北兩側(cè)緊鄰既有市政道路,道路寬度及運(yùn)輸條件優(yōu)秀,無需增設(shè)原材料進(jìn)場(chǎng)道路和產(chǎn)品外運(yùn)道路;場(chǎng)地外形規(guī)整無零星用地和三角地帶,不但滿足近期建設(shè)用地需求,還為未來發(fā)展留有余地。該廠區(qū)配套設(shè)施齊全,外部運(yùn)輸條件及管線銜接短捷方便,用地緊湊無浪費(fèi),由此可見選擇合適的廠址利于節(jié)約用地[8]。

2.3 項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段

1)功能分區(qū)

按工藝關(guān)系(生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)上下游等)、廠房性質(zhì)、運(yùn)輸方式(鐵路、公路、管線等)以及功能性進(jìn)行合理的功能分區(qū),將性質(zhì)相同、工藝聯(lián)系緊密或共用同一條運(yùn)輸線路等有聯(lián)系的建、構(gòu)筑物盡量布置在同一個(gè)分區(qū)內(nèi)[4]。各分區(qū)既相對(duì)獨(dú)立又聯(lián)系緊密。區(qū)域內(nèi)緊湊合理,區(qū)域外留有廠區(qū)通道、管線、管廊、綠化等用地。便于生產(chǎn)管理,避免配套設(shè)施的重復(fù)建設(shè),既節(jié)約成本,更有利于節(jié)約土地。

大多新建電解鋁廠主要包括生產(chǎn)區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、輔助配套區(qū)以及行政福利區(qū)。平面布局沒有固定的模式,但有一定的規(guī)律。電解車間作為建筑體量最大的生產(chǎn)車間是首要考慮因素,依據(jù)用地形狀、大小、上下游關(guān)系等通盤緊湊布置,確保建筑系數(shù)不低于30%。行政福利區(qū)是生產(chǎn)指揮的心臟,是對(duì)外聯(lián)絡(luò)的橋梁,設(shè)計(jì)在氧化鋁倉(cāng)儲(chǔ)、煙氣凈化、鑄造、污水處理等設(shè)施常年盛行風(fēng)向的上風(fēng)向,遠(yuǎn)離污染源、相對(duì)獨(dú)立、自成一隅,其占地面積不大于廠區(qū)總占地面積的7%[2]。這就要求在總平面布置中認(rèn)真分析,全盤考慮,對(duì)矛盾抓大放小,合理劃分,為節(jié)約用地創(chuàng)造條件。

2)聯(lián)合建筑

因地制宜,規(guī)劃合理的建、構(gòu)筑物外形尺寸,避免平面外形凸凹不平、廠房錯(cuò)落分散導(dǎo)致的道路避讓、管線避讓,進(jìn)而造成嚴(yán)重的土地浪費(fèi)或影響廠區(qū)美觀。

功能相近、聯(lián)系密切的建、構(gòu)筑物具備條件時(shí),合并組成聯(lián)合建筑(參見圖1),例如辦公樓、食堂、浴室及控制室、陽(yáng)極焙燒和炭塊倉(cāng)庫(kù)、綜合維修和備品備件庫(kù)等。聯(lián)合建筑有著外立面美觀、內(nèi)部聯(lián)系路徑短、土建施工成本低、總能耗低等特點(diǎn),集中用水、供暖、辦公、用電等操作,既減少了錯(cuò)綜復(fù)雜的管線長(zhǎng)度,又給節(jié)約用地、提高建筑系數(shù)和容積率等指標(biāo)提供有利的支撐[5]。

圖1 聯(lián)合建筑與獨(dú)立建筑占地面積對(duì)比

3)防火間距

防火間距根據(jù)建筑物火災(zāi)危險(xiǎn)類別和耐火等級(jí)確定,總圖設(shè)計(jì)中既要滿足基本的消防安全距離,又要考慮節(jié)約用地,避免過度追求本質(zhì)安全?；馂?zāi)危險(xiǎn)類別靠前的建筑物宜布置在廠區(qū)的邊緣地帶和常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。

4)日照間距

對(duì)于綜合樓、宿舍等注重人文、舒適性的建筑,設(shè)計(jì)上考慮日照間距的同時(shí),兼顧節(jié)約用地,利用景觀、小品、規(guī)劃停車位等處理方式減少用地浪費(fèi)。

日照間距根據(jù)式(1)和式(2)進(jìn)行計(jì)算:

D=H0cothcosr

(1)

L0=D/H0=cothcosr

(2)

式中:D為日照間距;L0為日照間距系數(shù);H0為前棟間距計(jì)算高度,單位m;h為太陽(yáng)高度角,單位°;r為后棟建筑方位與太陽(yáng)方位的夾角,單位°。

5)通風(fēng)間距

建筑物之間的通風(fēng)間距依據(jù)地形坡度等外因而定,平地、坡地,迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡要求的通風(fēng)間距均不相同。根據(jù)式(3)和式(4)計(jì)算如下:

迎風(fēng)坡間距

(3)

背風(fēng)坡間距:

(4)

式中:D為兩建筑物的通風(fēng)間距,單位m;H為迎風(fēng)面前的建筑物高度,單位m;d及d1為前后建筑物地面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)標(biāo)高點(diǎn)距外墻的距離,單位m;L為平地時(shí)所需建筑物間距比;r為建筑物法線面的地面坡度角;i為地面坡度角,單位°;a為地面坡向與迎風(fēng)墻面的夾角,單位°。

建筑物布置在迎風(fēng)坡比布置在背風(fēng)坡所需的間距要小。因此,條件允許時(shí)將建筑物布置在迎風(fēng)坡有利于節(jié)約土地。

6)防振防噪

不同廠房由于防潮、防振、防塵等要求不同,需要的防護(hù)間距有差異,通過改變相互之間的位置關(guān)系,通常可以呈現(xiàn)不同的用地效果。振源設(shè)備的振動(dòng)強(qiáng)度、振幅以及土壤吸收程度,忌振設(shè)備的靈敏度、允許振幅等因素均影響平面設(shè)計(jì)間距。合理確定振源位置并集中設(shè)置在地勢(shì)較低處,有利于控制平面間距節(jié)約用地。

7)建筑方位

建筑方位是影響建筑系數(shù)、容積率的重要因素。我國(guó)土地幅員遼闊,跨越多條經(jīng)緯線,地形、地貌、氣候、主導(dǎo)風(fēng)向均有不同,因此須設(shè)置適宜的建筑朝向。例如沈陽(yáng)地區(qū)最佳朝向是南至南偏東20°之間;北京地區(qū)最佳朝向?yàn)槟现聊掀珫|30°之間。設(shè)計(jì)中根據(jù)項(xiàng)目的個(gè)體特點(diǎn)、土地形狀、周邊環(huán)境等因素,選擇合理的建筑方位,重點(diǎn)分析解決矛盾,以達(dá)到提高建筑系數(shù)、容積率指標(biāo)的效果。

8)豎向布置

原始自然地形高差較小時(shí),豎向布置對(duì)于鋁廠用地影響幾近于無。當(dāng)?shù)匦螚l件復(fù)雜時(shí),豎向布置、土石方調(diào)配的平衡工作尤為重要。充分利用、合理改造地形避免大填大挖,結(jié)合外部交通運(yùn)輸線路及防洪等因素,減少土地占用。河南某鋁廠的炭素片區(qū)由低至高分別布置焙燒車間、混捏成型、煅燒、中碎配料、原料庫(kù)等,高差達(dá)到11.5 m,利用地形條件,減少物料提升高度,縮小交通線路占地,進(jìn)而節(jié)約工程用地。重慶某鋁廠原自然地表高差高達(dá)40 m,豎向設(shè)計(jì)采用平坡式加臺(tái)階式相結(jié)合的方式,設(shè)有五層臺(tái)階,高差2～10 m,主要生產(chǎn)車間集中布置在兩個(gè)臺(tái)階,輔助車間因地制宜的布置在小臺(tái)階上。開挖產(chǎn)生的石料作為建筑基材充分利用,既解決了高差大的平面問題,又使布局緊湊順暢,并節(jié)約了外購(gòu)材料費(fèi)用,一舉多得。貴州某鋁廠設(shè)計(jì)將排洪溝敷設(shè)在廠內(nèi)道路下方,兼做雨水管道,在降低投資的同時(shí),還減少了排洪溝在場(chǎng)外敷設(shè)的征地。不同邊坡的處理方式占地不同,如圖2所示。

圖2 不同邊坡處理方式占地對(duì)比

9)土方工程

土方工程設(shè)計(jì)直接影響廠區(qū)的占地面積,設(shè)計(jì)追求廠內(nèi)土方平衡,無需新征用地進(jìn)行場(chǎng)外棄土、借土,實(shí)現(xiàn)土方僅在場(chǎng)地內(nèi)部調(diào)配,便可以節(jié)約用地。但目前多數(shù)項(xiàng)目由于地形條件、征地條件、外部運(yùn)輸路況等諸多因素制約,設(shè)計(jì)時(shí)很難實(shí)現(xiàn)土方平衡,需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析論證,因地制宜,利用科學(xué)的計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比,最終得到接近平衡的土方數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的土石方調(diào)配,進(jìn)而最大限度的節(jié)約用地。

3 結(jié) 語(yǔ)

鋁廠總圖設(shè)計(jì)涉及的專業(yè)層面廣,受到影響的因素較多,因此設(shè)計(jì)過程中不可控因素層出不窮。條件有利的廠址、適宜的豎向、平衡的土方、合理的工藝選型及生產(chǎn)流程,不僅有利于生產(chǎn)、管理方便,更對(duì)節(jié)約基礎(chǔ)投資、降低噸產(chǎn)品的生產(chǎn)成本以及節(jié)約用地都起到了重要的作用[9]。實(shí)踐證明,總圖設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng),在與工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、給排水、熱力供暖、電力電信等專業(yè)的密切配合下,立足專業(yè)的角度,不僅有助于工藝過程的改革創(chuàng)新,更有利于提高建設(shè)用地利用強(qiáng)度。