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1、 工廠設計幾點體會 ■機械工業(yè)第一設計研究院，安徽 蚌埠233017 【摘要】工廠為工業(yè)生產服務，為工業(yè)生產提供了必要的環(huán)境條件，因此工廠設計應圍繞產品生產全過程進行生產、生活、管理設施規(guī)劃設計。然而，在工廠設計時，幾乎不可能預見到工廠壽命期內產品結構、工藝技術和裝備發(fā)展狀況對生產環(huán)境的要求。因此，在工廠設計時，必須有靈活性為未來的發(fā)展改造提供必要的條件。 【關鍵詞】 0前言 近幾年隨著我國國民經濟快速發(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，同時我國工程機械制造技術和水平，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與技

2、術改造和升級密不可分。我院是工程機械對口設計單位，負責并執(zhí)行了國家“一五”至“十一五” 工程機械行業(yè)工廠建設及技術改造設計，累計完成各類廠房面積達3000萬平米。 1、工廠設計的基本原則　 1.1滿足生產工藝要求 工廠建設為產品生產服務，工廠設計應滿足生產工藝要求。 ①生產工藝及流程。產品生產工藝是工廠設計的重要條件，工廠設計應從工藝分析開始，通過工藝分析及產品生產批量，確定工藝設備的數(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系，產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)內物料運輸是各工序之生產聯(lián)系的紐帶，通過運輸使廠區(qū)內各部門

3、的生產成為有機的整體，因此合理的物流運輸是工廠設計成功重要因素。工廠物料運輸工具和運輸方式的選擇與生產產品、產品工件特征及產品批量密切相關，運輸方式決定運輸工具，工程機械行業(yè)由于產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、結構件、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、標準件運輸多采用電瓶叉車或內燃叉車并配置專用工具箱，運送到下一工序或工位。廠房跨內零部件工位間吊運多采用空中行車。對于生產批量較大、生產節(jié)拍要求嚴格生產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品裝配線，因此與廠房平面、結構類型和經濟效

4、果密切相關。 ③生產特點。工廠設計應考慮產品生產特點。如散發(fā)大量余熱和煙塵，排出大量酸、堿等腐蝕物質或有毒、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結構形式選擇合理　 根據(jù)生產工藝要求和材料、施工條件，選擇適宜的結構體系。鋼筋混凝土結構材料易得,施工方便，耐火耐蝕,適應面廣，可以預制，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，生產過程中釋放有腐蝕性酸性氣體或液體，對鋼結構影響較大，不適合采用。鋼結構廠房鋼構件以加工方便、能批量流水生產，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

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

6、達8%，車間圍護設帶窗增加車間內透光率，但采光均勻度較差，廠房內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，如工藝中工藝設備的朝向操作都可背向光等，廠房內吊車操作室布置在西側。如果自然采光不能滿足工藝要求，則采用人工局部照明。②廠房應有良好的通風。如采用自然通風，要了解廠房內部狀況（散熱量、熱源狀況等）和當?shù)貧庀髼l件，設計好排風通道。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)應重點解決好自然通風問題。在剖面設計中，單跨廠房須增大低側窗的面積（或用大面積開敞的大門）和增大高側窗

7、的面積，利用其高差以利通風換氣。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。為防暴風雨侵襲，可設擋雨板，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，總平面布置應以生產工藝流程為依據(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計，以及公用設施的配置，運輸?shù)缆泛凸艿谰W路的分布等。此外，生產經營管理用房和全廠職工生活設施用房的安排也屬于總平面布置的內容。解決生

8、產過程中的污染問題、保護環(huán)境質量和生產安全符合規(guī)范要求也是總平面布置必須考慮的?？偲矫娌贾玫年P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，因素復雜，常采用多方案比較或運用計算機輔助設計方法，選出最佳方案。 　　3、廠房設計要點　 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。廠房內一般按跨度方向布置生產線。單層廠房的適應性強，既可用于生產重型產品，又可用于生產輕型產品；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　這種廠房內在生產過程中散發(fā)大量余熱或煙塵，廠房設計應著重解決散熱排煙問題，一般以采用自然通風散熱為主，機械排熱為輔。設計中還要綜合考慮車間內外對環(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,面積大的也可用聯(lián)跨。廠房內的熱源布置要考慮對相鄰工段的

10、影響,如果常年風壓不大,熱源最好正對排風口（如天窗等），以減少室內的紊亂氣流。 　　冷加工廠房　冷加工是與熱加工相對而言的，冷加工廠房是生產過程中不散發(fā)大量余熱的廠房。按生產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。廠房設計應著重解決鐵路運輸和重型吊車與廠房的關系，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，應合理選擇結構形式，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；對生產連續(xù)性要求較高，工藝更新周期短，因而在運輸路線和設備布置方面要有更大的靈活性。為加大靈活性，宜采用標準設計的大柱網靈活車間，以利于布置不同方向的流水線。結構上要考慮懸掛運輸工具路線改變的可能性。廠房內可采用輕型活動隔墻，以適應生產工藝變更的需要。此外，由于加工精度高，人員密集度高，自然采光和通風的要求比重型加工廠房高。 　　4、動力站房設計　工廠一般都設有各種動力站，滿足生產、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。 　?、倩旌蠚?、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)液氣的轉化，經管道輸送至各使用車間。丙烷有較大的火災和爆炸危險性，應單獨設置，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，要遠離有防微振要求的車間。規(guī)模小的（產量一般每小時小于1000立方米），可貼建于廠房一側。 5、工廠設計必須

13、具有靈活性，以適應產品發(fā)展或更新的需要 建國四十幾年來經過幾個五年計劃的努力，我國已經建立了門類齊全，大、中、小配套的完整的工業(yè)體系。但是，在生產技術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，產品質量和經濟效益一般來說，其水平都比較低。要提高我國的工業(yè)水平，主要應以采用先進的技術和裝備為手段，用技術改造的方法來提高現(xiàn)有企業(yè)的技術水平和經濟效益。輔之以新建高起點的企業(yè)。這與國家倡導的發(fā)展生產要以內涵改造為主、外延為輔的方針是一致的。因此，工廠設計與技術改造的地位也日趨重要。 由于近代科學技術的迅速發(fā)展，導致了新的加工設備和生產組織管理技術的出現(xiàn)，不僅使產品的合格率，壽命和可靠性

14、都有了極大的提高，而且使產品的更新?lián)Q代的速度大大加快，以設備更新為例，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，這就要求工廠建設具有相同的速度來適應各方面的變化。因此，我們必須使工廠設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的綜合廠房。 一般的通用廠房都應該采用這種形式，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，以適應生產的頻繁變化（產品結構變化了；或產品工藝物流方式有改進等等），大柱網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，大柱網廠房一般使物流方向趨于合理，能減少物流行程，使生產趨于流水化生產。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。而國內考慮到電鍍車間對其它生產工序的影響，所以都是單獨的建筑物。但是Pontaic工廠對電鍍槽實行24小時的通風措施，及在槽面加抑制劑，使酸霧等有害氣體對車間設備及工作人員不產生不良影響，因而被置于流水生產線上

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

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

18、設計的靈活性，使工廠以最少的技術改造工作量來達到使生產技術發(fā)展和產品更新?lián)Q代的要求，最重要的是要做好產品發(fā)展的中、長期預測。根據(jù)這種預測所做的工廠設計就能兼顧近期和長遠的工作需要，使工廠的廠房及設施的設計易于適應產品發(fā)展的需要。 例如：國外某公司為設計商用飛機的修理庫，提供了二十五年內飛機結構變化及修理的工作量的預測資料，以該資料為設計依據(jù)，該庫的設計采取了以近五年的預測為主、又兼顧了今后發(fā)展的要求，使得新設計既滿足當前的需求，又具有必要的靈活性，為今后的技術改造奠定了必要的基礎。又如，我國某軍工廠的無線電廠，在建廠時采用的還是半導體的分立元件，但從科研成果中預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、潔凈等要求），也為后來產品更新的技術改造帶來了很多的方便。 只有進行了可靠的預測，工廠設計才能在可靠預測的基礎上作出各個階段的發(fā)展規(guī)劃，使工廠的近期建設與長期發(fā)展相協(xié)調一致。 6、工廠設計發(fā)展趨勢　工業(yè)生產技術發(fā)展迅速，生產體制變革和產品更新?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置和改裝。工業(yè)建筑設計的趨向是：①適應建筑工業(yè)化的要求。擴大柱網尺寸，平面參數(shù)、剖面層高盡量統(tǒng)一，樓面、地面荷載的適應范圍擴大；廠房的結構形式和墻體材料向高強、輕型和配套化發(fā)展。②適應產品運輸?shù)臋C械化自動化要

20、求。為提高產品和零部件運輸?shù)臋C械化和自動化程度，提高運輸設備的利用率，盡可能將運輸荷載直接放到地面，以簡化廠房結構。③適應產品向高、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)建筑設計中的一個新領域。④適應生產向專業(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)劃的要求下進行設計，小區(qū)面積由幾十公頃到幾百公頃不等。⑤適應生產規(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)建筑設計的重要組成部分。 7、結束語 現(xiàn)代工廠的設計，應以生產產品為對象、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當今技術和裝備的迅速發(fā)展，必須加強工廠設計的 “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變能力，以便于最新的技術和裝備能夠盡快地投入具體的應用。在市場瞬息萬變，技術、產品日新月異的今天，工廠的靜態(tài)設計具有的最佳狀態(tài)往往只具有短暫的壽命，加強工廠的動態(tài)研究，就可以為適應產品、技術和裝備的發(fā)展，提供技術改造的基礎。使一些隨著時間的推移、逐漸喪失市場競爭能力的工廠，能經過短暫的技術改造，重新獲得新生，而處于最佳的競技術狀態(tài)。 　參考書目 　同濟大學建筑學教研室、上海工業(yè)建筑設計院：《工廠總平面設計》，中國建筑工業(yè)出版社，北京，1979。 　單層廠房建筑設計編寫組:《單層廠房建筑設計》,中國建筑工業(yè)出版社，北京，1978