超大型工业建筑设计浅析

朱东皖

【摘要】本文结合某新能源汽车企业在上海整车厂项目的工程实例，通过对该项目的设计难点和解决方案的分析，对在超大型工业建筑项目设计过程中可能遇到的火灾危险性定性、结构形式、生产辅助用房设计及构造做法等关键问题提出一些意见和建议，从而为其他类似项目提供可参考的工程经验。

【关键词】工业建筑;设计难点;涂装车间;生产辅助用房

1、项目背景

近年来，随着“中国制造2050”和“一带一路”等国家战略的开展，众多本土制造业及国际巨头加大了在我国本土的投资力度，一座座现代工业建筑正拔地而起。工业建筑作为建筑物划分中的一个大类，有着生产工艺要求高、结构、构造复杂等特点，建筑设计师在兼顾实用、经济与美观的同时面临各种限制。而以汽车行业为代表的制造业厂房往往还有占地面积大、层数少、空间要求高等特点，在设计过程中需更加全面的考量。

2、项目概况

某新能源汽车企业在上海新建的整车厂项目位于上海临港地区，总用地面积80余万平方米，建筑占地面积约52万平方米，总建筑面积近86万平方米，是一座具备全球领先水平的一流新能源汽车整车厂，也是当代工业建筑中佼佼者。

其中联合厂房一东西方向轴线总宽145.4m，南北方向轴线总长828.8m，建筑总占地面125357m2，总建筑面积为162651m2，建筑高度21.65m米，同时包含有冲压车间、车身车间、总装车间及涂装车间等四个不同的功能分区。其中：车间中部设置有总装车间及车身车间，均为单层（局部夹层）钢网架结构，主要柱网尺寸26m×24m，网架底净高9m;车间北侧设置涂装车间，为二层钢框架结构，主要柱网尺寸12m×13m，一层层高7m，二层层高13.35m;车间南侧为冲压车间，为单层钢框架结构，主要柱网尺寸27×12m，梁底标高18m。此厂房规模在国内少见，是典型的超大型工业建筑。

图1    车间区块示意图

3、设计难点与解决方案

传统汽车行业整车厂依据主要工艺流程划分，往往会设计建造四大车间：冲压车间（金属板材冲压成型）-车身车间（车身部件焊装成白车身）-涂装车间（金属车身涂装）-总装车间（汽车零部件总装、检测、出厂），四大车间往往在厂区中依次布局，各单体保持一定的体量和间距，通过机运连廊联系。而本项目依据自身先进的工艺技术，出于节约物流运输成本、提高生产效率的考虑，提出将传统四大车间整合成一座超大型联合厂房的要求，这也对建筑师提出了许多难题与挑战。

3.1车间生产的火灾危险性定性

首当其冲的是与消防相关的火灾危险性定性问题。传统整车厂的四大车间中，除了涂装车间以外其余车间的火灾危险性定性均为丁（戊）类车间，依据规范防火分区面积及疏散距离不限，建筑消防设计困难较少。唯独涂装车间因生产工艺中大量使用油漆，定性会随着涂装工艺、油漆品种的不同而存在爭议，需提前与当地消防部门沟通。而本项目将四大车间功能分区合并为一个联合厂房，其中火灾危险性较高的涂装车间分区所占面积比例较大，单体的火灾危险性定性就成了难题，消防设计需要慎之又慎。

经过与审图公司及消防有关部门沟通，最终该项目的消防设计方案得到了认可：即涂装车间内涂装工段采用封闭、负压工艺，设置可燃气体自动报警系统及自动抑制爆炸系统，控制该工段占其所在防火分区面积比例不大于20%。依据建筑设计防火规范第3.1.2条将整座车间定性为丁类车间，防火分区面积、疏散距离不限。与此同时，考虑到涂装车间的特殊性，需将涂装车间区域与其他区域之间采用防火墙分隔，并参照丙类多层工业厂房60m疏散半径设置疏散楼梯。正是有了该火灾危险性定性结论，后续各车间分区的详细设计才有了顺利开展的坚实基础。

3.2结构形式

超大型工业建筑因生产工艺、设备布置等原因，对建筑结构形式有较高要求，并且结构形式还对建筑设计、施工等方面有着深远的影响，需要谨慎确定。

本项目根据业主提供的工艺需求，经过权衡，对不同的生产车间功能分区采用了不同的结构形式：冲压车间区域为了方便布置吊车梁及冲压线而采用门式钢架结构;涂装车间区域为局部二层区域，设置有钢-砼组合楼板，采用钢框架结构;而厂房中部占地面积较大的总装车间及车身车间采用了空间网架结构，主要柱网尺寸24×26m。其中对于空间网架结构选型出于以下几个方面的考量：1.立柱间距较大，空间完整，可以根据工艺需求及建筑造型调整柱网尺寸;2.网架结构球节点呈矩阵式均匀分布，每一个球节点都可以作为一个吊点考虑荷载，满足车间内众多机械输送线的布置要求;3.风管、电气桥架等各专业公配管线、能源管线可以设置在网架架构层，不占用车间净高，减少干涉;4.网架由钢构加工公司加工完成后成组运送至施工现场吊装，大大加快了工程进度。

3.3生产辅助用房设计

传统大型工业建筑在考虑车间办公、研发等功能需求时，往往会将辅助用房集中设置并与主厂房贴临建造，结构形式也以钢筋混凝土框架居多，无论是结构形式还是立面风格都难以与动辄网架或钢框架的厂房协调统一。

本项目设计过程中，了解到业主总装车间及车身车间网架净高要求虽然是9m，但是在车间东西两侧将会通长布置下沉式卸货区，车间边跨作为物流准备区实际净高需求仅为5m左右，有将近4m的净空富余，仅总装车间该区域的投影尺寸就有约11×598m。建筑师创造性的提出利用该净空富余空间，在空间网架结构层下部设置通长的生产辅助用房夹层。这样做的好处有以下几点：1.既合理利用了车间内竖向空间，又避免了另设辅房占据厂区内平面空间，为业主在厂房周围设置大量下沉式卸货区创造了条件;2.结构形式统一，构造简洁，避免了为辅房与主体结构脱开而另设的双柱和变形缝;3.与另设框架结构辅房相比，大大减少了工程量，缩短了施工周期;4.辅助用房沿车间长边布置，更衣淋浴、休息区等功能分区与生产区联系紧密，还能兼顾各个公配设备用房，方便管线排布;5.辅房区域与车间部分共用外墙，立面形式完整统一。