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1、 工廠設(shè)計幾點體會 ■機械工業(yè)第一設(shè)計研究院，安徽 蚌埠233017 【摘要】工廠為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，為工業(yè)生產(chǎn)提供了必要的環(huán)境條件，因此工廠設(shè)計應(yīng)圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)全過程進行生產(chǎn)、生活、管理設(shè)施規(guī)劃設(shè)計。然而，在工廠設(shè)計時，幾乎不可能預(yù)見到工廠壽命期內(nèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)和裝備發(fā)展?fàn)顩r對生產(chǎn)環(huán)境的要求。因此，在工廠設(shè)計時，必須有靈活性為未來的發(fā)展改造提供必要的條件。 【關(guān)鍵詞】 0前言 近幾年隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，工程機械行業(yè)取得前所未有的發(fā)展速度有力地支援了國家基本建設(shè)，同時我國工程機械制造技術(shù)和水平，已達到或超過世界發(fā)達國家制造水平，這些令世人矚目的成就的取得與近年來我國工廠建設(shè)與技

2、術(shù)改造和升級密不可分。我院是工程機械對口設(shè)計單位，負(fù)責(zé)并執(zhí)行了國家“一五”至“十一五” 工程機械行業(yè)工廠建設(shè)及技術(shù)改造設(shè)計，累計完成各類廠房面積達3000萬平米。 1、工廠設(shè)計的基本原則　 1.1滿足生產(chǎn)工藝要求 工廠建設(shè)為產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)，工廠設(shè)計應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求。 ①生產(chǎn)工藝及流程。產(chǎn)品生產(chǎn)工藝是工廠設(shè)計的重要條件，工廠設(shè)計應(yīng)從工藝分析開始，通過工藝分析及產(chǎn)品生產(chǎn)批量，確定工藝設(shè)備的數(shù)量及參數(shù)，進而確定各加工段廠房面積。各工段工藝流程確定各部門平面的次序和相互關(guān)系，產(chǎn)品制造工藝流程確定各單體廠房平面位置。 ②物流輸送方式。廠區(qū)內(nèi)物料運輸是各工序之生產(chǎn)聯(lián)系的紐帶，通過運輸使廠區(qū)內(nèi)各部門

3、的生產(chǎn)成為有機的整體，因此合理的物流運輸是工廠設(shè)計成功重要因素。工廠物料運輸工具和運輸方式的選擇與生產(chǎn)產(chǎn)品、產(chǎn)品工件特征及產(chǎn)品批量密切相關(guān)，運輸方式?jīng)Q定運輸工具，工程機械行業(yè)由于產(chǎn)品及工件外形尺寸及重量較大，除機加工件外，其他的如原材料、結(jié)構(gòu)件、半成品等大件在廠房各工序之間、車間之間的越跨運輸多采用電動地面平車，機加件、配套件、標(biāo)準(zhǔn)件運輸多采用電瓶叉車或內(nèi)燃叉車并配置專用工具箱，運送到下一工序或工位。廠房跨內(nèi)零部件工位間吊運多采用空中行車。對于生產(chǎn)批量較大、生產(chǎn)節(jié)拍要求嚴(yán)格生產(chǎn)方式多采用自動運輸線有地面輥道、單板鏈、雙板鏈輸送系統(tǒng)及空中懸掛輸送線等如產(chǎn)品裝配線，因此與廠房平面、結(jié)構(gòu)類型和經(jīng)濟效

4、果密切相關(guān)。 ③生產(chǎn)特點。工廠設(shè)計應(yīng)考慮產(chǎn)品生產(chǎn)特點。如散發(fā)大量余熱和煙塵，排出大量酸、堿等腐蝕物質(zhì)或有毒、易燃、易爆氣體，以及有溫度、濕度、防塵、防菌等衛(wèi)生要求等。 　1.2結(jié)構(gòu)形式選擇合理　 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和材料、施工條件，選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料易得,施工方便，耐火耐蝕,適應(yīng)面廣，可以預(yù)制，也可現(xiàn)場澆注，但施工周期較長一般較少采用，僅使用于有特殊要求的場合，如電鍍車間、硬管酸洗磷化車間，生產(chǎn)過程中釋放有腐蝕性酸性氣體或液體，對鋼結(jié)構(gòu)影響較大，不適合采用。鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼構(gòu)件以加工方便、能批量流水生產(chǎn)，制作周期短，可以現(xiàn)場拼裝等特點，在現(xiàn)代化廠房中占據(jù)絕對優(yōu)勢，特別適應(yīng)

5、現(xiàn)代工業(yè)廠房大跨度、大空間的要求。建設(shè)工期短，項目早投產(chǎn)、早見效，使企業(yè)盡快占領(lǐng)市場，形成產(chǎn)品競爭優(yōu)勢。 　 1.3滿足生產(chǎn)環(huán)境及勞動安全要求　 現(xiàn)代工廠設(shè)計作業(yè)環(huán)境越來越重視人性化設(shè)計，工廠職業(yè)衛(wèi)生、勞動安全等專項設(shè)計在某些地區(qū)已經(jīng)作為工廠設(shè)計的一部分，并滿足“三同時”建設(shè)程序，為強制性要求。因此在工廠時應(yīng)充分考慮對生產(chǎn)質(zhì)量及人體危害因素，并采取措施進行預(yù)防或，生產(chǎn)環(huán)境主要體現(xiàn)在以下幾個方面①廠房應(yīng)有良好的采光和照明。采光和照明直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)，機械加工精度及產(chǎn)品裝配質(zhì)量，進而對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。因而采光和照明對于工廠設(shè)計非常重要。我國一般工業(yè)廠房多采用自然采光，屋頂設(shè)采光帶，采光面積

6、達8%，車間圍護設(shè)帶窗增加車間內(nèi)透光率，但采光均勻度較差，廠房內(nèi)照度隨自然光線入射角度的變化而變化，靠近采光帶或采光窗位置光照度強，遠(yuǎn)離位置光線較差。采光窗還有西曬現(xiàn)象，對西曬引起的對操作的影響可采取一些工藝措施克服，如工藝中工藝設(shè)備的朝向操作都可背向光等，廠房內(nèi)吊車操作室布置在西側(cè)。如果自然采光不能滿足工藝要求，則采用人工局部照明。②廠房應(yīng)有良好的通風(fēng)。如采用自然通風(fēng)，要了解廠房內(nèi)部狀況（散熱量、熱源狀況等）和當(dāng)?shù)貧庀髼l件，設(shè)計好排風(fēng)通道。某些散發(fā)大量余熱的熱加工和有粉塵的車間(如鑄造車間)應(yīng)重點解決好自然通風(fēng)問題。在剖面設(shè)計中，單跨廠房須增大低側(cè)窗的面積（或用大面積開敞的大門）和增大高側(cè)窗

7、的面積，利用其高差以利通風(fēng)換氣。天窗要有足夠高度，以利排氣。在溫暖地區(qū)，可采用開敞式或半開敞式建筑。為防暴風(fēng)雨侵襲，可設(shè)擋雨板，并兼作遮陽用。 　　合理布置生活用房和輔助用房　生活用房包括存衣間、廁所、盥洗室、淋浴室、保健站、餐室等，布置方式按生產(chǎn)需要和衛(wèi)生條件而定。車間行政管理用房和一些空間不大的生產(chǎn)輔助用房，可以和生活用房布置在一起。 　　2、總平面布置　在廠址選定后，總平面布置應(yīng)以生產(chǎn)工藝流程為依據(jù)，確定全廠用地的選址和分區(qū)、工廠總體平面布局和豎向設(shè)計，以及公用設(shè)施的配置，運輸?shù)缆泛凸艿谰W(wǎng)路的分布等。此外，生產(chǎn)經(jīng)營管理用房和全廠職工生活設(shè)施用房的安排也屬于總平面布置的內(nèi)容。解決生

8、產(chǎn)過程中的污染問題、保護環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)安全符合規(guī)范要求也是總平面布置必須考慮的。總平面布置的關(guān)鍵是合理地解決全廠各部分之間的分隔和聯(lián)系，從發(fā)展的角度考慮全局問題?？偲矫娌贾蒙婕懊鎻V，因素復(fù)雜，常采用多方案比較或運用計算機輔助設(shè)計方法，選出最佳方案。 　　3、廠房設(shè)計要點　 工程機械行業(yè)工廠多以單層廠房為主，廠房柱距多采用6、7.5m,間或8、9、12、15、18m等,跨度較多采用24、30、36m，基本以3m為模數(shù),以便于構(gòu)件的定型化。廠房可采用單跨或多跨（聯(lián)跨）平面，各跨多平行布置，也可有垂直跨。廠房多呈矩形，一些熱加工車間廠房常采用п形、形。生活用房和輔助用房多沿柱邊布置或利用吊車的

9、死角處，也可集中建在廠房附近或貼建于廠房四周，但不宜過多，以免妨礙廠房采光和通風(fēng)。廠房內(nèi)一般按跨度方向布置生產(chǎn)線。單層廠房的適應(yīng)性強，既可用于生產(chǎn)重型產(chǎn)品，又可用于生產(chǎn)輕型產(chǎn)品；既可建成大跨度、大面積的，也可建小跨度、小面積的。但是相對多層廠房單層廠房占地面積大，相應(yīng)地增加了室外道路、管線和運輸線路的長度。 　　熱加工廠房　這種廠房內(nèi)在生產(chǎn)過程中散發(fā)大量余熱或煙塵，廠房設(shè)計應(yīng)著重解決散熱排煙問題，一般以采用自然通風(fēng)散熱為主，機械排熱為輔。設(shè)計中還要綜合考慮車間內(nèi)外對環(huán)境的污染和影響。 　　熱加工廠房多為窄長的單跨廠房,以利自然通風(fēng),面積大的也可用聯(lián)跨。廠房內(nèi)的熱源布置要考慮對相鄰工段的

10、影響,如果常年風(fēng)壓不大,熱源最好正對排風(fēng)口（如天窗等），以減少室內(nèi)的紊亂氣流。 　　冷加工廠房　冷加工是與熱加工相對而言的，冷加工廠房是生產(chǎn)過程中不散發(fā)大量余熱的廠房。按生產(chǎn)和建筑特點可分為重型和輕型兩類：①重型冷加工廠房。它的加工件的體積、重量都比較大。廠房設(shè)計應(yīng)著重解決鐵路運輸和重型吊車與廠房的關(guān)系，以及輕、重部件加工工段的組合等問題。這類廠房平面常將機械加工和裝配工段跨間相互垂直布置。重型部件加工跨間緊靠露天倉庫，其余跨間按部件輕重依次排列。也可采用全部平行跨間的組合，由廠房一端引入鐵路專用支線，另一端布置生活間。重型冷加工廠房體量大，應(yīng)合理選擇結(jié)構(gòu)形式，處理好廠房體形和立面尺度問題

11、，一般可將輔助用房、辦公室、生活間等合并建筑，以節(jié)約用地。②輕型冷加工廠房。這種廠房中的加工件都較輕，但數(shù)量大，品種多；對生產(chǎn)連續(xù)性要求較高，工藝更新周期短，因而在運輸路線和設(shè)備布置方面要有更大的靈活性。為加大靈活性，宜采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的大柱網(wǎng)靈活車間，以利于布置不同方向的流水線。結(jié)構(gòu)上要考慮懸掛運輸工具路線改變的可能性。廠房內(nèi)可采用輕型活動隔墻，以適應(yīng)生產(chǎn)工藝變更的需要。此外，由于加工精度高，人員密集度高，自然采光和通風(fēng)的要求比重型加工廠房高。 　　4、動力站房設(shè)計　工廠一般都設(shè)有各種動力站，滿足生產(chǎn)、生活需求。動力站可分為兩類：一類是供電、供熱的站房，如變電所、熱交換站等；另一類是供混合氣

12、（二氧化碳80%+氬氣20%）、氧氣、丙烷、壓縮空氣的站房。 　　①混合氣、氧氣、丙烷、壓縮空氣的站房。 在總平面布置上這些動力站單獨設(shè)置，并靠近其用量較大的車間，以便于瓶罐運輸或縮短管線?；旌蠚狻⒀鯕?、丙烷一般為液態(tài)罐裝，使用通過交換器實現(xiàn)液氣的轉(zhuǎn)化，經(jīng)管道輸送至各使用車間。丙烷有較大的火災(zāi)和爆炸危險性，應(yīng)單獨設(shè)置，并與其他罐體或建筑物留足夠的安全間距。壓縮空氣所用原料主要是建筑物周圍的空氣，所以應(yīng)保持所處地段空氣的潔凈。 　　壓縮空氣站有較大的振動和噪聲，要遠(yuǎn)離有防微振要求的車間。規(guī)模小的（產(chǎn)量一般每小時小于1000立方米），可貼建于廠房一側(cè)。 5、工廠設(shè)計必須

13、具有靈活性，以適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展或更新的需要 建國四十幾年來經(jīng)過幾個五年計劃的努力，我國已經(jīng)建立了門類齊全，大、中、小配套的完整的工業(yè)體系。但是，在生產(chǎn)技術(shù)和手段方面與先進的工業(yè)國相比，還存在著較大的差距。因此，產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益一般來說，其水平都比較低。要提高我國的工業(yè)水平，主要應(yīng)以采用先進的技術(shù)和裝備為手段，用技術(shù)改造的方法來提高現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。輔之以新建高起點的企業(yè)。這與國家倡導(dǎo)的發(fā)展生產(chǎn)要以內(nèi)涵改造為主、外延為輔的方針是一致的。因此，工廠設(shè)計與技術(shù)改造的地位也日趨重要。 由于近代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了新的加工設(shè)備和生產(chǎn)組織管理技術(shù)的出現(xiàn)，不僅使產(chǎn)品的合格率，壽命和可靠性

14、都有了極大的提高，而且使產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度大大加快，以設(shè)備更新為例，國外一般五年左右就要進行一次。而在我國，盡管一般設(shè)備的役齡較長（是美國、日本的四倍），但是隨著政府和企業(yè)的努力，其更新速度也在加快，這就要求工廠建設(shè)具有相同的速度來適應(yīng)各方面的變化。因此，我們必須使工廠設(shè)計具有一定的靈活性，以滿足這些變化的需要。 在各工藝互不干擾的情況下，盡可能地采用大柱網(wǎng)的綜合廠房。 一般的通用廠房都應(yīng)該采用這種形式，現(xiàn)代廠房多由方形區(qū)間組成；它可以不斷向縱、橫方向擴充，不斷地增加方形區(qū)間，以適應(yīng)生產(chǎn)的頻繁變化（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化了；或產(chǎn)品工藝物流方式有改進等等），大柱網(wǎng)的廠房正好能滿足這種要求。同時，它還

15、兼有節(jié)省占地面積、建筑材料等優(yōu)點，大柱網(wǎng)廠房一般使物流方向趨于合理，能減少物流行程，使生產(chǎn)趨于流水化生產(chǎn)。例如，美國的通用汽車公司Pontaic工廠，其中的一個車間為300300m的大柱網(wǎng)方形廠房，它包含著兩個沖壓作業(yè)區(qū)和兩個機加工作業(yè)區(qū)、一個電鍍作業(yè)區(qū)、一個中間倉庫區(qū)和兩條汽車裝配線。整個車間高12m，車間內(nèi)部并無隔斷，其中的電鍍作業(yè)區(qū)，置于沖壓和裝配線之間，其目的在于使物流更加合理。而國內(nèi)考慮到電鍍車間對其它生產(chǎn)工序的影響，所以都是單獨的建筑物。但是Pontaic工廠對電鍍槽實行24小時的通風(fēng)措施，及在槽面加抑制劑，使酸霧等有害氣體對車間設(shè)備及工作人員不產(chǎn)生不良影響，因而被置于流水生產(chǎn)線上

16、。 工程管線要易于接通。 工廠的水、電、壓縮空氣、蒸汽、通風(fēng)管路系統(tǒng)應(yīng)能滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需要，并應(yīng)考慮較多的引線、接口，以便在不變更干線的情況下很快地斷掉或接通?？傊?，在廠房內(nèi)應(yīng)盡量避免采用固定的、永久性的專門結(jié)構(gòu)，以提高廠房布置的靈活性。在日本，一般汽車廠車間內(nèi)部的各種管線是架空的，沿著屋架和柱子往下拉，地下僅設(shè)下水管，這對車間添換設(shè)備或調(diào)整生產(chǎn)線等都非常方便。目前國內(nèi)工業(yè)廠房公用管線設(shè)計正朝該方向發(fā)展。 廠房內(nèi)部，那些對防塵或恒溫要求高的部分，應(yīng)該采用非承重的輕質(zhì)構(gòu)件進行靈活隔斷，對于車間內(nèi)的辦公室或是控制室也應(yīng)采用輕質(zhì)構(gòu)件進行按需組合，安排在生產(chǎn)過程的最佳位置即方便管理，對生產(chǎn)又不構(gòu)

17、成影響，同時也可以隨著生產(chǎn)組織的調(diào)整進行調(diào)整。甚至，車間在向縱橫方向擴展時能便于打通，以提高車間重新調(diào)整布置的靈活性。 只要允許，應(yīng)該盡量采用機動的、易于搬動的設(shè)備，這也是達到設(shè)計靈活性的又一方法。 設(shè)備不采用固定的基礎(chǔ)，就易于搬動。例如：不做獨立的基礎(chǔ)，不埋設(shè)地腳螺栓而采用軟木、油氈、墊木、鋼墊塊等。這就可以避免那些獨立基礎(chǔ)和地腳螺栓給我們帶來設(shè)備調(diào)整的麻煩。 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備與裝置，也能夠提高廠房平面布置的靈活性。 例如：選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的裝配工作臺、傳送帶、貨架、工具柜、儲運機具等。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和裝置，因此，在改進平面布置時所帶來的調(diào)整工作量將會大大減少。 要提高工廠

18、設(shè)計的靈活性，使工廠以最少的技術(shù)改造工作量來達到使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求，最重要的是要做好產(chǎn)品發(fā)展的中、長期預(yù)測。根據(jù)這種預(yù)測所做的工廠設(shè)計就能兼顧近期和長遠(yuǎn)的工作需要，使工廠的廠房及設(shè)施的設(shè)計易于適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的需要。 例如：國外某公司為設(shè)計商用飛機的修理庫，提供了二十五年內(nèi)飛機結(jié)構(gòu)變化及修理的工作量的預(yù)測資料，以該資料為設(shè)計依據(jù)，該庫的設(shè)計采取了以近五年的預(yù)測為主、又兼顧了今后發(fā)展的要求，使得新設(shè)計既滿足當(dāng)前的需求，又具有必要的靈活性，為今后的技術(shù)改造奠定了必要的基礎(chǔ)。又如，我國某軍工廠的無線電廠，在建廠時采用的還是半導(dǎo)體的分立元件，但從科研成果中預(yù)示在建廠初期就考慮到集成電路方

19、向發(fā)展。于是，特殊需要（如空調(diào)、潔凈等要求），也為后來產(chǎn)品更新的技術(shù)改造帶來了很多的方便。 只有進行了可靠的預(yù)測，工廠設(shè)計才能在可靠預(yù)測的基礎(chǔ)上作出各個階段的發(fā)展規(guī)劃，使工廠的近期建設(shè)與長期發(fā)展相協(xié)調(diào)一致。 6、工廠設(shè)計發(fā)展趨勢　工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，生產(chǎn)體制變革和產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁，廠房在向大型化和微型化兩極發(fā)展；同時普遍要求在使用上具有更大的靈活性，以利發(fā)展和擴建，并便于運輸機具的設(shè)置和改裝。工業(yè)建筑設(shè)計的趨向是：①適應(yīng)建筑工業(yè)化的要求。擴大柱網(wǎng)尺寸，平面參數(shù)、剖面層高盡量統(tǒng)一，樓面、地面荷載的適應(yīng)范圍擴大；廠房的結(jié)構(gòu)形式和墻體材料向高強、輕型和配套化發(fā)展。②適應(yīng)產(chǎn)品運輸?shù)臋C械化自動化要

20、求。為提高產(chǎn)品和零部件運輸?shù)臋C械化和自動化程度，提高運輸設(shè)備的利用率，盡可能將運輸荷載直接放到地面，以簡化廠房結(jié)構(gòu)。③適應(yīng)產(chǎn)品向高、精、尖方向發(fā)展的要求，對廠房的工作條件提出更高要求。如采用全空調(diào)的無窗廠房（也稱密閉廠房），或利用地下溫濕條件相對穩(wěn)定、防振性能好的地下廠房。地下廠房現(xiàn)已成為工業(yè)建筑設(shè)計中的一個新領(lǐng)域。④適應(yīng)生產(chǎn)向?qū)I(yè)化發(fā)展的要求。不少國家采用工業(yè)小區(qū)（或稱工業(yè)園地）的作法，或集中一個行業(yè)的各類工廠,或集中若干行業(yè)的工廠,在小區(qū)總體規(guī)劃的要求下進行設(shè)計，小區(qū)面積由幾十公頃到幾百公頃不等。⑤適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大的要求。因用地緊張,因而多層工業(yè)廠房日漸增加,除獨立的廠家外，多家工廠共

21、用一幢廠房的“工業(yè)大廈”也已出現(xiàn)。⑥提高環(huán)境質(zhì)量。為了保護環(huán)境，工業(yè)建筑中環(huán)境保護裝備和污染物處理車間所占比重增加，已成為工業(yè)建筑設(shè)計的重要組成部分。 7、結(jié)束語 現(xiàn)代工廠的設(shè)計，應(yīng)以生產(chǎn)產(chǎn)品為對象、工藝為龍頭、物流為支柱進行綜合的考慮。但是，為了使工廠能夠適應(yīng)當(dāng)今技術(shù)和裝備的迅速發(fā)展，必須加強工廠設(shè)計的 “動態(tài)”研究，使工廠具有必要的可變性與靈活性，亦就是要具有相對的應(yīng)變能力，以便于最新的技術(shù)和裝備能夠盡快地投入具體的應(yīng)用。在市場瞬息萬變，技術(shù)、產(chǎn)品日新月異的今天，工廠的靜態(tài)設(shè)計具有的最佳狀態(tài)往往只具有短暫的壽命，加強工廠的動態(tài)研究，就可以為適應(yīng)產(chǎn)品、技術(shù)和裝備的發(fā)展，提供技術(shù)改造的基礎(chǔ)。使一些隨著時間的推移、逐漸喪失市場競爭能力的工廠，能經(jīng)過短暫的技術(shù)改造，重新獲得新生，而處于最佳的競技術(shù)狀態(tài)。 　參考書目 　同濟大學(xué)建筑學(xué)教研室、上海工業(yè)建筑設(shè)計院：《工廠總平面設(shè)計》，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1979。 　單層廠房建筑設(shè)計編寫組:《單層廠房建筑設(shè)計》,中國建筑工業(yè)出版社，北京，1978