工厂设计体会

工厂设计几点体会机械工业第一设计研究院，安徽 蚌埠233017【摘要】工厂为工业生产服务，为工业生产提供了必要的环境条件，因此工厂设计应围绕产品生产全过程进行生产、生活、管理设施规划设计。然而，在工厂设计时，几乎不可能预见到工厂寿命期内产品结构、工艺技术和装备发展状况对生产环境的要求。因此，在工厂设计时，必须有灵活性为未来的发展改造提供必要的条件。【关键词】0前言近几年随着我国国民经济快速发展，工程机械行业取得前所未有的发展速度有力地支援了国家基本建设，同时我国工程机械制造技术和水平，已达到或超过世界发达国家制造水平，这些令世人瞩目的成就的取得与近年来我国工厂建设与技术改造和升级密不可分。我院是工程机械对口设计单位，负责并执行了国家“一五”至“十一五” 工程机械行业工厂建设及技术改造设计，累计完成各类厂房面积达3000万平米。1、工厂设计的基本原则1.1满足生产工艺要求 工厂建设为产品生产服务，工厂设计应满足生产工艺要求。生产工艺及流程。产品生产工艺是工厂设计的重要条件，工厂设计应从工艺分析开始，通过工艺分析及产品生产批量，确定工艺设备的数量及参数，进而确定各加工段厂房面积。各工段工艺流程确定各部门平面的次序和相互关系，产品制造工艺流程确定各单体厂房平面位置。物流输送方式。厂区内物料运输是各工序之生产联系的纽带，通过运输使厂区内各部门的生产成为有机的整体，因此合理的物流运输是工厂设计成功重要因素。工厂物料运输工具和运输方式的选择与生产产品、产品工件特征及产品批量密切相关，运输方式决定运输工具，工程机械行业由于产品及工件外形尺寸及重量较大，除机加工件外，其他的如原材料、结构件、半成品等大件在厂房各工序之间、车间之间的越跨运输多采用电动地面平车，机加件、配套件、标准件运输多采用电瓶叉车或内燃叉车并配置专用工具箱，运送到下一工序或工位。厂房跨内零部件工位间吊运多采用空中行车。对于生产批量较大、生产节拍要求严格生产方式多采用自动运输线有地面辊道、单板链、双板链输送系统及空中悬挂输送线等如产品装配线，因此与厂房平面、结构类型和经济效果密切相关。生产特点。工厂设计应考虑产品生产特点。如散发大量余热和烟尘，排出大量酸、碱等腐蚀物质或有毒、易燃、易爆气体，以及有温度、湿度、防尘、防菌等卫生要求等。 1.2结构形式选择合理根据生产工艺要求和材料、施工条件，选择适宜的结构体系。钢筋混凝土结构材料易得,施工方便，耐火耐蚀,适应面广，可以预制，也可现场浇注，但施工周期较长一般较少采用，仅使用于有特殊要求的场合，如电镀车间、硬管酸洗磷化车间，生产过程中释放有腐蚀性酸性气体或液体，对钢结构影响较大，不适合采用。钢结构厂房钢构件以加工方便、能批量流水生产，制作周期短，可以现场拼装等特点，在现代化厂房中占据绝对优势，特别适应现代工业厂房大跨度、大空间的要求。建设工期短，项目早投产、早见效，使企业尽快占领市场，形成产品竞争优势。 1.3满足生产环境及劳动安全要求现代工厂设计作业环境越来越重视人性化设计，工厂职业卫生、劳动安全等专项设计在某些地区已经作为工厂设计的一部分，并满足“三同时”建设程序，为强制性要求。因此在工厂时应充分考虑对生产质量及人体危害因素，并采取措施进行预防或，生产环境主要体现在以下几个方面厂房应有良好的采光和照明。采光和照明直接影响产品生产，机械加工精度及产品装配质量，进而对产品质量造成影响。因而采光和照明对于工厂设计非常重要。我国一般工业厂房多采用自然采光，屋顶设采光带，采光面积达8%，车间围护设带窗增加车间内透光率，但采光均匀度较差，厂房内照度随自然光线入射角度的变化而变化，靠近采光带或采光窗位置光照度强，远离位置光线较差。采光窗还有西晒现象，对西晒引起的对操作的影响可采取一些工艺措施克服，如工艺中工艺设备的朝向操作都可背向光等，厂房内吊车操作室布置在西侧。如果自然采光不能满足工艺要求，则采用人工局部照明。厂房应有良好的通风。如采用自然通风，要了解厂房内部状况（散热量、热源状况等）和当地气象条件，设计好排风通道。某些散发大量余热的热加工和有粉尘的车间(如铸造车间)应重点解决好自然通风问题。在剖面设计中，单跨厂房须增大低侧窗的面积（或用大面积开敞的大门）和增大高侧窗的面积，利用其高差以利通风换气。天窗要有足够高度，以利排气。在温暖地区，可采用开敞式或半开敞式建筑。为防暴风雨侵袭，可设挡雨板，并兼作遮阳用。 合理布置生活用房和辅助用房生活用房包括存衣间、厕所、盥洗室、淋浴室、保健站、餐室等，布置方式按生产需要和卫生条件而定。车间行政管理用房和一些空间不大的生产辅助用房，可以和生活用房布置在一起。 2、总平面布置在厂址选定后，总平面布置应以生产工艺流程为依据，确定全厂用地的选址和分区、工厂总体平面布局和竖向设计，以及公用设施的配置，运输道路和管道网路的分布等。此外，生产经营管理用房和全厂职工生活设施用房的安排也属于总平面布置的内容。解决生产过程中的污染问题、保护环境质量和生产安全符合规范要求也是总平面布置必须考虑的。总平面布置的关键是合理地解决全厂各部分之间的分隔和联系，从发展的角度考虑全局问题。总平面布置涉及面广，因素复杂，常采用多方案比较或运用计算机辅助设计方法，选出最佳方案。 3、厂房设计要点工程机械行业工厂多以单层厂房为主，厂房柱距多采用6、7.5m,间或8、9、12、15、18m等,跨度较多采用24、30、36m，基本以3m为模数,以便于构件的定型化。厂房可采用单跨或多跨（联跨）平面，各跨多平行布置，也可有垂直跨。厂房多呈矩形，一些热加工车间厂房常采用形、形。生活用房和辅助用房多沿柱边布置或利用吊车的死角处，也可集中建在厂房附近或贴建于厂房四周，但不宜过多，以免妨碍厂房采光和通风。厂房内一般按跨度方向布置生产线。单层厂房的适应性强，既可用于生产重型产品，又可用于生产轻型产品；既可建成大跨度、大面积的，也可建小跨度、小面积的。但是相对多层厂房单层厂房占地面积大，相应地增加了室外道路、管线和运输线路的长度。 热加工厂房这种厂房内在生产过程中散发大量余热或烟尘，厂房设计应着重解决散热排烟问题，一般以采用自然通风散热为主，机械排热为辅。设计中还要综合考虑车间内外对环境的污染和影响。 热加工厂房多为窄长的单跨厂房,以利自然通风,面积大的也可用联跨。厂房内的热源布置要考虑对相邻工段的影响,如果常年风压不大,热源最好正对排风口（如天窗等），以减少室内的紊乱气流。 冷加工厂房冷加工是与热加工相对而言的，冷加工厂房是生产过程中不散发大量余热的厂房。按生产和建筑特点可分为重型和轻型两类：重型冷加工厂房。它的加工件的体积、重量都比较大。厂房设计应着重解决铁路运输和重型吊车与厂房的关系，以及轻、重部件加工工段的组合等问题。这类厂房平面常将机械加工和装配工段跨间相互垂直布置。重型部件加工跨间紧靠露天仓库，其余跨间按部件轻重依次排列。也可采用全部平行跨间的组合，由厂房一端引入铁路专用支线，另一端布置生活间。重型冷加工厂房体量大，应合理选择结构形式，处理好厂房体形和立面尺度问题，一般可将辅助用房、办公室、生活间等合并建筑，以节约用地。轻型冷加工厂房。这种厂房中的加工件都较轻，但数量大，品种多；对生产连续性要求较高，工艺更新周期短，因而在运输路线和设备布置方面要有更大的灵活性。为加大灵活性，宜采用标准设计的大柱网灵活车间，以利于布置不同方向的流水线。结构上要考虑悬挂运输工具路线改变的可能性。厂房内可采用轻型活动隔墙，以适应生产工艺变更的需要。此外，由于加工精度高，人员密集度高，自然采光和通风的要求比重型加工厂房高。 4、动力站房设计工厂一般都设有各种动力站，满足生产、生活需求。动力站可分为两类：一类是供电、供热的站房，如变电所、热交换站等；另一类是供混合气（二氧化碳80%+氩气20%）、氧气、丙烷、压缩空气的站房。 混合气、氧气、丙烷、压缩空气的站房。 在总平面布置上这些动力站单独设置，并靠近其用量较大的车间，以便于瓶罐运输或缩短管线。混合气、氧气、丙烷一般为液态罐装，使用通过交换器实现液气的转化，经管道输送至各使用车间。丙烷有较大的火灾和爆炸危险性，应单独设置，并与其他罐体或建筑物留足够的安全间距。压缩空气所用原料主要是建筑物周围的空气，所以应保持所处地段空气的洁净。 压缩空气站有较大的振动和噪声，要远离有防微振要求的车间。规模小的（产量一般每小时小于1000立方米），可贴建于厂房一侧。 5、工厂设计必须具有灵活性，以适应产品发展或更新的需要建国四十几年来经过几个五年计划的努力，我国已经建立了门类齐全，大、中、小配套的完整的工业体系。但是，在生产技术和手段方面与先进的工业国相比，还存在着较大的差距。因此，产品质量和经济效益一般来说，其水平都比较低。要提高我国的工业水平，主要应以采用先进的技术和装备为手段，用技术改造的方法来提高现有企业的技术水平和经济效益。辅之以新建高起点的企业。这与国家倡导的发展生产要以内涵改造为主、外延为辅的方针是一致的。因此，工厂设计与技术改造的地位也日趋重要。由于近代科学技术的迅速发展，导致了新的加工设备和生产组织管理技术的出现，不仅使产品的合格率，寿命和可靠性都有了极大的提高，而且使产品的更新换代的速度大大加快，以设备更新为例，国外一般五年左右就要进行一次。而在我国，尽管一般设备的役龄较长（是美国、日本的四倍），但是随着政府和企业的努力，其更新速度也在加快，这就要求工厂建设具有相同的速度来适应各方面的变化。因此，我们必须使工厂设计具有一定的灵活性，以满足这些变化的需要。在各工艺互不干扰的情况下，尽可能地采用大柱网的综合厂房。一般的通用厂房都应该采用这种形式，现代厂房多由方形区间组成；它可以不断向纵、横方向扩充，不断地增加方形区间，以适应生产的频繁变化（产品结构变化了；或产品工艺物流方式有改进等等），大柱网的厂房正好能满足这种要求。同时，它还兼有节省占地面积、建筑材料等优点，大柱网厂房一般使物流方向趋于合理，能减少物流行程，使生产趋于流水化生产。例如，美国的通用汽车公司Pontaic工厂，其中的一个车间为300300m的大柱网方形厂房，它包含着两个冲压作业区和两个机加工作业区、一个电镀作业区、一个中间仓库区和两条汽车装配线。整个车间高12m，车间内部并无隔断，其中的电镀作业区，置于冲压和装配线之间，其目的在于使物流更加合理。而国内考虑到电镀车间对其它生产工序的影响，所以都是单独的建筑物。但是Pontaic工厂对电镀槽实行24小时的通风措施，及在槽面加抑制剂，使酸雾等有害气体对车间设备及工作人员不产生不良影响，因而被置于流水生产线上。工程管线要易于接通。工厂的水、电、压缩空气、蒸汽、通风管路系统应能满足现有的生产需要，并应考虑较多的引线、接口，以便在不变更干线的情况下很快地断掉或接通。总之，在厂房内应尽量避免采用固定的、永久性的专门结构，以提高厂房布置的灵活性。在日本，一般汽车厂车间内部的各种管线是架空的，沿着屋架和柱子往下拉，地下仅设下水管，这对车间添换设备或调整生产线等都非常方便。目前国内工业厂房公用管线设计正朝该方向发展。厂房内部，那些对防尘或恒温要求高的部分，应该采用非承重的轻质构件进行灵活隔断，对于车间内的办公室或是控制室也应采用轻质构件进行按需组合，安排在生产过程的最佳位置即方便管理，对生产又不构成影响，同时也可以随着生产组织的调整进行调整。甚至，车间在向纵横方向扩展时能便于打通，以提高车间重新调整布置的灵活性。只要允许，应该尽量采用机动的、易于搬动的设备，这也是达到设计灵活性的又一方法。设备不采用固定的基础，就易于搬动。例如：不做独立的基础，不埋设地脚螺栓而采用软木、油毡、垫木、钢垫块等。这就可以避免那些独立基础和地脚螺栓给我们带来设备调整的麻烦。尽量采用标准化的设备与装置，也能够提高厂房平面布置的灵活性。例如：选用标准尺寸的装配工作台、传送带、货架、工具柜、储运机具等。由于采用了标准化的设备和装置，因此，在改进平面布置时所带来的调整工作量将会大大减少。要提高工厂设计的灵活性，使工厂以最少的技术改造工作量来达到使生产技术发展和产品更新换代的要求，最重要的是要做好产品发展的中、长期预测。根据这种预测所做的工厂设计就能兼顾近期和长远的工作需要，使工厂的厂房及设施的设计易于适应产品发展的需要。例如：国外某公司为设计商用飞机的修理库，提供了二十五年内飞机结构变化及修理的工作量的预测资料，以该资料为设计依据，该库的设计采取了以近五年的预测为主、又兼顾了今后发展的要求，使得新设计既满足当前的需求，又具有必要的灵活性，为今后的技术改造奠定了必要的基础。又如，我国某军工厂的无线电厂，在建厂时采用的还是半导体的分立元件，但从科研成果中预示在建厂初期就考虑到集成电路方向发展。于是，特殊需要（如空调、洁净等要求），也为后来产品更新的技术改造带来了很多的方便。只有进行了可靠的预测，工厂设计才能在可靠预测的基础上作出各个阶段的发展规划，使工厂的近期建设与长期发展相协调一致。6、工厂设计发展趋势工业生产技术发展迅速，生产体制变革和产品更新换代频繁，厂房在向大型化和微型化两极发展；同时普遍要求在使用上具有更大的灵活性，以利发展和扩建，并便于运输机具的设置和改装。工业建筑设计的趋向是：适应建筑工业化的要求。扩大柱网尺寸，平面参数、剖面层高尽量统一，楼面、地面荷载的适应范围扩大；厂房的结构形式和墙体材料向高强、轻型和配套化发展。适应产品运输的机械化自动化要求。为提高产品和零部件运输的机械化和自动化程度，提高运输设备的利用率，尽可能将运输荷载直接放到地面，以简化厂房结构。适应产品向高、精、尖方向发展的要求，对厂房的工作条件提出更高要求。如采用全空调的无窗厂房（也称密闭厂房），或利用地下温湿条件相对稳定、防振性能好的地下厂房。地下厂房现已成为工业建筑设计中的一个新领域。适应生产向专业化发展的要求。不少国家采用工业小区（或称工业园地）的作法，或集中一个行业的各类工厂,或集中若干行业的工厂,在小区总体规划的要求下进行设计，小区面积由几十公顷到几百公顷不等。适应生产规模不断扩大的要求。因用地紧张,因而多层工业厂房日渐增加,除独立的厂家外，多家工厂共用一幢厂房的“工业大厦”也已出现。提高环境质量。为了保护环境，工业建筑中环境保护装备和污染物处理车间所占比重增加，已成为工业建筑设计的重要组成部分。 7、结束语现代工厂的设计，应以生产产品为对象、工艺为龙头、物流为支柱进行综合的考虑。但是，为了使工厂能够适应当今技术和装备的迅速发展，必须加强工厂设计的 “动态”研究，使工厂具有必要的可变性与灵活性，亦就是要具有相对的应变能力，以便于最新的技术和装备能够尽快地投入具体的应用。在市场瞬息万变，技术、产品日新月异的今天，工厂的静态设计具有的最佳状态往往只具有短暂的寿命，加强工厂的动态研究，就可以为适应产品、技术和装备的发展，提供技术改造的基础。使一些随着时间的推移、逐渐丧失市场竞争能力的工厂，能经过短暂的技术改造，重新获得新生，而处于最佳的竞技术状态。参考书目 同济大学建筑学教研室、上海工业建筑设计院：工厂总平面设计，中国建筑工业出版社，北京，1979。 单层厂房建筑设计编写组:单层厂房建筑设计,中国建筑工业出版社，北京，1978