超大型工業(yè)建筑設(shè)計淺析

超大型工業(yè)建筑設(shè)計淺析【摘要】本文結(jié)合某新能源汽車企業(yè)在上海整車廠項目的工程實例，通過對該項目的設(shè)計難點和解決方案的分析，對在超大型工業(yè)建筑項目設(shè)計過程中可能遇到的火災(zāi)危險性定性、結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)輔助用房設(shè)計及構(gòu)造做法等關(guān)鍵問題提出一些意見和建議，從而為其他類似項目提供可參考的工程經(jīng)驗?！娟P(guān)鍵詞】工業(yè)建筑；設(shè)計難點；涂裝車間；生產(chǎn)輔助用房1、項目背景近年來，隨著“中國制造2050”和“一帶一路”等國家戰(zhàn)略的開展，眾多本土制造業(yè)及國際巨頭加大了在我國本土的投資力度，一座座現(xiàn)代工業(yè)建筑正拔地而起。工業(yè)建筑作為建筑物劃分中的一個大類，有著生產(chǎn)工藝要求高、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造復(fù)雜等特點，建筑設(shè)計師在兼顧實用、經(jīng)濟與美觀的同時面臨各種限制。而以汽車行業(yè)為代表的制造業(yè)廠房往往還有占地面積大、層數(shù)少、空間要求高等特點，在設(shè)計過程中需更加全面的考量。2、項目概況某新能源汽車企業(yè)在上海新建的整車廠項目位于上海臨港地區(qū)，總用地面積 80余萬平方米，建筑占地面積約52萬平方米，總建筑面積近86萬平方米，是一座具備全球領(lǐng)先水平的一流新能源汽車整車廠，也是當(dāng)代工業(yè)建筑中佼佼者。其中聯(lián)合廠房一東西方向軸線總寬 145.4m,南北方向軸線總長828.8m,建筑總占地面125357mz總建筑面積為162651mz建筑高度21.65m米，同時包含有沖壓車間、車身車間、總裝車間及涂裝車間等四個不同的功能分區(qū)。其中：車間中部設(shè)置有總裝車間及車身車間，均為單層（局部夾層）鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要柱網(wǎng)尺寸 26mx24m網(wǎng)架底凈高9m;車間北側(cè)設(shè)置涂裝車間，為二層鋼框架結(jié)構(gòu)，主要柱網(wǎng)尺寸 12mx13m一層層高7m,二層層高13.35m;車間南側(cè)為沖壓車間，為單層鋼框架結(jié)構(gòu)，主要柱網(wǎng)尺寸27X12m梁底標(biāo)高18c此廠房規(guī)模在國內(nèi)少見，是典型的超大型工業(yè)建筑。圖1 車間區(qū)塊示意圖3、設(shè)計難點與解決方案傳統(tǒng)汽車行業(yè)整車廠依據(jù)主要工藝流程劃分，往往會設(shè)計建造四大車間：沖壓車間（金屬板材沖壓成型）-車身車間（車身部件焊裝成白車身） -涂裝車間（金屬車身涂裝）-總裝車間（汽車零部件總裝、檢測、出廠），四大車間往往在廠區(qū)中依次布局，各單體保持一定的體量和間距，通過機運連廊聯(lián)系。而本項目依據(jù)自身先進的工藝技術(shù)，出于節(jié)約物流運輸成本、提高生產(chǎn)效率的考慮，提出將傳統(tǒng)四大車間整合成一座超大型聯(lián)合廠房的要求，這也對建筑師提出了許多難題與挑戰(zhàn)。車間生產(chǎn)的火災(zāi)危險性定性首當(dāng)其沖的是與消防相關(guān)的火災(zāi)危險性定性問題。傳統(tǒng)整車廠的四大車間中，除了涂裝車間以外其余車間的火災(zāi)危險性定性均為?。ㄎ欤╊愜囬g，依據(jù)規(guī)范防火分區(qū)面積及疏散距離不限，建筑消防設(shè)計困難較少。唯獨涂裝車間因生產(chǎn)工藝中大量使用油漆，定性會隨著涂裝工藝、油漆品種的不同而存在爭議，需提前與當(dāng)?shù)叵啦块T溝通。而本項目將四大車間功能分區(qū)合并為一個聯(lián)合廠房，其中火災(zāi)危險性較高的涂裝車間分區(qū)所占面積比例較大，單體的火災(zāi)危險性定性就成了難題，消防設(shè)計需要慎之又慎。經(jīng)過與審圖公司及消防有關(guān)部門溝通，最終該項目的消防設(shè)計方案得到了認可：即涂裝車間內(nèi)涂裝工段采用封閉、負壓工藝，設(shè)置可燃氣體自動報警系統(tǒng)及自動抑制爆炸系統(tǒng)，控制該工段占其所在防火分區(qū)面積比例不大于 20%依據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范第3.1.2條將整座車間定性為丁類車間，防火分區(qū)面積、疏散距離不限。與此同時，考慮到涂裝車間的特殊性，需將涂裝車間區(qū)域與其他區(qū)域之間采用防火墻分隔，并參照丙類多層工業(yè)廠房60m疏散半徑設(shè)置疏散樓梯。正是有了該火災(zāi)危險性定性結(jié)論，后續(xù)各車間分區(qū)的詳細設(shè)計才有了順利開展的堅實基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)形式超大型工業(yè)建筑因生產(chǎn)工藝、設(shè)備布置等原因，對建筑結(jié)構(gòu)形式有較高要求，并且結(jié)構(gòu)形式還對建筑設(shè)計、施工等方面有著深遠的影響，需要謹慎確定。本項目根據(jù)業(yè)主提供的工藝需求，經(jīng)過權(quán)衡，對不同的生產(chǎn)車間功能分區(qū)采用了不同的結(jié)構(gòu)形式：沖壓車間區(qū)域為了方便布置吊車梁及沖壓線而采用門式鋼架結(jié)構(gòu) ；涂裝車間區(qū)域為局部二層區(qū)域，設(shè)置有鋼-硅組合樓板，采用鋼框架結(jié)構(gòu)；而廠房中部占地面積較大的總裝車間及車身車間采用了空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要柱網(wǎng)尺寸 24X26m其中對于空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型出于以下幾個方面的考量： 1.立柱間距較大，空間完整，可以根據(jù)工藝需求及建筑造型調(diào)整柱網(wǎng)尺寸；2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)球節(jié)點呈矩陣式均勻分布，每一個球節(jié)點都可以作為一個吊點考慮荷載，滿足車間內(nèi)眾多機械輸送線的布置要求 ；3.風(fēng)管、電氣橋架等各專業(yè)公配管線、能源管線可以設(shè)置在網(wǎng)架架構(gòu)層，不占用車間凈高，減少干涉;4.網(wǎng)架由鋼構(gòu)加工公司加工完成后成組運送至施工現(xiàn)場吊裝，大大加快了工程進度。生產(chǎn)輔助用房設(shè)計傳統(tǒng)大型工業(yè)建筑在考慮車間辦公、研發(fā)等功能需求時，往往會將輔助用房集中設(shè)置并與主廠房貼臨建造，結(jié)構(gòu)形式也以鋼筋混凝土框架居多，無論是結(jié)構(gòu)形式還是立面風(fēng)格都難以與動輒網(wǎng)架或鋼框架的廠房協(xié)調(diào)統(tǒng)一。本項目設(shè)計過程中，了解到業(yè)主總裝車間及車身車間網(wǎng)架凈高要求雖然是 9m,但是在車間東西兩側(cè)將會通長布置下沉式卸貨區(qū)，車間邊跨作為物流準備區(qū)實際凈高需求僅為 5m左右，有將近4m的凈空富余，僅總裝車間該區(qū)域的投影尺寸就有約 11x598m建筑師創(chuàng)造性的提出利用該凈空富余空間，在空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)層下部設(shè)置通長的生產(chǎn)輔助用房夾層。這樣做的好處有以下幾點：1.既合理利用了車間內(nèi)豎向空間，又避免了另設(shè)輔房占據(jù)廠區(qū)內(nèi)平面空間，為業(yè)主在廠房周圍設(shè)置大量下沉式卸貨區(qū)創(chuàng)造了條件 ；2.結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，構(gòu)造簡潔，避免了為輔房與主體結(jié)構(gòu)脫開而另設(shè)的雙柱和變形縫 ；3.與另設(shè)框架結(jié)構(gòu)輔房相比，大大減少了工程量，縮短了施工周期 ；4.輔助用房沿車間長邊布置，更衣淋浴、休息區(qū)等功能分區(qū)與生產(chǎn)區(qū)聯(lián)系緊密，還能兼顧各個公配設(shè)備用房，方便管線排布 ；5.輔房區(qū)域與車間部分共用外墻，立面形式完整統(tǒng)一。構(gòu)造做法工業(yè)建筑往往采用鋼結(jié)構(gòu)搭配輕質(zhì)圍護墻體的形式，與一般民用建筑相比，會有更多的材料選擇及防水、防火等相關(guān)構(gòu)造做法要求，建筑師在設(shè)計時要充分了解項目所在地的氣候環(huán)境、防火規(guī)范對相應(yīng)部位的耐火極限要求及業(yè)主實際需求等內(nèi)容綜合考慮后妥善選擇。屋面該項目位于上海臨近海邊地區(qū)，夏季多暴雨臺風(fēng)等極端氣候，聯(lián)合廠房一采用柔性卷材防水保溫屋面，兼顧美觀與防水性能。但采用該做法存在一個難題需要解決，車間長度800多米，若在車間內(nèi)部設(shè)置空調(diào)機房，需分段集中布置，會占用較大車間使用空間 ；若直接放于室外，柔性屋面又難以承受空調(diào)設(shè)備。經(jīng)過優(yōu)化構(gòu)造措施，在柔性卷材防水保溫屋面中巧妙地局部設(shè)置了混凝土帶狀屋面，滿足設(shè)備安裝及檢修需要。但該做法有以下幾點值得注意： 1.兩種屋面做法交接處需做好防水節(jié)點；2.盡量將混凝土帶設(shè)置于柔性屋面屋脊處，避免兩種屋面交界處積水，減小漏水隱患；3.除沿廠房屋脊通長布置的混凝土屋面外，還需設(shè)置若干與之垂直的混凝土屋面直達外墻邊，方便設(shè)備吊裝、檢修；4.混凝土帶狀屋面為鋼-混凝土組合樓板，建議采用建筑找坡方式，方便結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計及施工。圖3 不同屋面交接處節(jié)點示意外墻傳統(tǒng)工業(yè)建筑常用外墻材料無外乎以下幾種：雙（單）層壓型鋼板復(fù)合保溫墻體、承插型夾芯板保溫墻體（橫、豎排版均可）、內(nèi)嵌龍骨型夾芯板保溫墻體（橫向排版）、鋁板幕墻等。出于建筑立面美觀考慮，同時最大限度的方便現(xiàn)場施工、節(jié)約工期，本項目采用的是豎向巖棉夾芯板外墻。根據(jù)業(yè)主的企業(yè)標(biāo)準，立面主要顏色采用了白色配紅色壓頂,通過豎向的文理，弱化了車間的橫向尺度，增加豎向挺拔感。簡潔大方的立面設(shè)計，給人以充滿朝氣的視覺效果，較好的體現(xiàn)了業(yè)主無畏戰(zhàn)艦的企業(yè)精神。夾芯板外墻相較于傳統(tǒng)壓型鋼板復(fù)合保溫墻體有所不同，夾芯板寬度固定，現(xiàn)場切割處理不像壓型鋼板外墻那么方便。所以立面門窗設(shè)計時就應(yīng)提前考慮好與夾芯板板材寬度及拼縫的關(guān)系，否則會給現(xiàn)場施工造成困難，影響建筑圍護施工進度。并且門窗模數(shù)若與夾芯板寬度不一致，會造外墻拼縫不連貫等影響立面效果的情況。所以在本項目中，所有外窗尺寸、定位都盡量以夾芯板板寬 1米為模數(shù)，既方便了夾芯板的排版及施工，又保證了良好的立面效果。圖4 立面門窗尺寸與夾芯板模數(shù)協(xié)調(diào)內(nèi)隔墻工業(yè)建筑本身往往內(nèi)隔墻較少，即便有也往往是壓型鋼板或夾芯板隔墻，唯獨車間輔房內(nèi)隔墻的數(shù)量十分龐大，采用何種材質(zhì)的內(nèi)隔墻也十分講究。經(jīng)過與業(yè)主溝通，本項目除車間之間的隔墻采用彩板隔墻外，其余內(nèi)隔墻采用的是輕鋼龍骨雙面單層纖維增強硅酸鹽板隔墻。該輕質(zhì)隔墻有以下幾個優(yōu)點： 1.防火性能優(yōu)越，依據(jù)國標(biāo)圖集《防火建筑構(gòu)造（一）》，雙面單層 9厚纖維增強硅酸鹽板內(nèi)填75厚巖棉即可達到3小時耐火極限，可以滿足車間內(nèi)防火墻及防火隔墻的要求 ；2.輕鋼龍骨體系輕質(zhì)隔墻省去了停統(tǒng)砌體隔墻所需的圈梁、構(gòu)造柱等內(nèi)容，大大節(jié)約了施工周期 ；3.輕鋼龍骨體系輕質(zhì)隔改造方便，為業(yè)主日后根據(jù)功能需求調(diào)整空間劃分提供便利 ；4.輕質(zhì)墻體用于車間輔房時還可以大大減輕結(jié)構(gòu)荷載，減小梁高。4、設(shè)計方法作為超大型工業(yè)建筑，體量巨大、設(shè)計工作量繁多是該類型項目的重要特征，而如今設(shè)計行業(yè)中對于設(shè)計進度的要求又愈發(fā)嚴格，設(shè)計師在面對此類項目時，除了認真學(xué)習(xí)防火規(guī)范中工業(yè)建筑部分相關(guān)條文，仔細解讀業(yè)主的工藝需求，妥善解決好設(shè)計過程中遇到的難題之外，還要掌握一定的設(shè)計方法與設(shè)計工具，提高自身的設(shè)計效率。模塊化設(shè)計本單體僅沿總裝車間西側(cè)通長設(shè)置的生產(chǎn)輔助用房總長度就有 598米，共設(shè)有5個廁所，10把疏散樓梯，若每部樓梯及廁所均隨意布置，無疑大大加重了設(shè)計工作量，為施工圖的繪制及各專業(yè)的配合帶來麻煩。所以在方案階段伊始，我們就將這些樓梯和廁所的平面及位置與業(yè)主鎖定，后續(xù)無論輔房平面布置如何調(diào)整，這些樓梯和廁所都幾乎不受影響，施工圖設(shè)計時也以幾張標(biāo)準放大詳圖就解決問題，減輕了工作量。圖5 樓梯間及衛(wèi)生間模塊化設(shè)計所以，在面對大型工業(yè)建筑這類大體量建筑設(shè)計之初，設(shè)計師就應(yīng)該有意識的采用模塊化設(shè)計，盡早確定衛(wèi)生間、樓梯間等可以布置標(biāo)準平面的功能區(qū)塊，適當(dāng)引導(dǎo)車間工藝布置或辦公布置依據(jù)標(biāo)準平面調(diào)整，為后續(xù)的設(shè)計打好基礎(chǔ)。BIM協(xié)同設(shè)計超大型工業(yè)建筑設(shè)計時，傳統(tǒng)CA屋維圖紙往往難以避免圖紙本身的錯、漏、碰、缺和各類構(gòu)件干涉。特別是當(dāng)業(yè)主的需求產(chǎn)生變更、平面反復(fù)調(diào)整時，更是容易出現(xiàn)顧此失彼的低級設(shè)計錯誤。為了避免這些情況的出現(xiàn)，本項目從項目開始就確認了采用 BIM協(xié)同設(shè)計的方針，從方案階段模型討論開始就采用 AutodeskRevit系列軟件正向設(shè)計。Revit軟件所見即所得的特性也極大的減少了施工圖繪制中修改的工作量，例如平面中某一處開門位置應(yīng)業(yè)主要求調(diào)整之后，相應(yīng)的立面圖、剖面圖及放大圖都會自動更改。而通過導(dǎo)入結(jié)構(gòu)Revit模型，建筑專業(yè)也能對車間的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有一個直觀的了解，避免出現(xiàn)層高不夠或者建筑構(gòu)件與結(jié)構(gòu)構(gòu)件干涉的情況 ；機電專業(yè)更是可以在建筑結(jié)構(gòu) Revit模型的基礎(chǔ)上繪制本專業(yè)管線，并通過相關(guān)軟件進行碰撞檢查，在設(shè)計階段就避免干涉，減少施工現(xiàn)場的問題數(shù)量。結(jié)語：工業(yè)建筑是企業(yè)發(fā)展、國家制造業(yè)振興的基石，而超大型工業(yè)建筑又在所有工業(yè)建筑中扮演了十分重要的角色。作為建筑設(shè)計人員，在進行相關(guān)