工业厂房改革的几点倾向

李 楠 山西省建筑设计研究院有限公司

1 前言

老旧工业厂房都普遍存在于每个城市之中，在改造的整个过程中，存在大量的风险因素。工业建筑为了不断满足现代化工业的生产，必须更新工艺技术，提高工业厂房的技术要求。

工业厂房是工业生产经营活动的场所，一直是基于实用性和满足生产要求而设计建造。然而，随着社会的快速发展，人们的建筑理念和产业结构发生较大变化，工业厂房的建造也发生了很大变化。可以说，工业厂房的设计被赋予了更多的科技和人文思想，成为工业厂房领域的一大变革。

2 工业厂房概述

工业厂房是为了进行生产活动而建造的建筑物，指直接用于生产或为生产配套的各种房屋，包括主要车间、辅助用房及附属设施用房。凡工业、交通运输、商业、建筑业以及科研、学校等单位中的厂房都应包括在内。工业厂房除用于生产的车间，还包括其附属建筑物。

工业厂房大致可分为：①一般性生产厂房：正常环境下生产的厂房。②爆炸和火灾危险性生产厂房：正常生产或储存有爆炸和火灾危险物的厂房。③处在恶劣环境下的生产厂房：多尘、潮湿、高温或有蒸汽、振动、烟雾、酸碱腐蚀性气体或物质、有辐射性物质的生产厂房。

3 改革屋盖材料

单层工业厂房建筑中，预制混凝土折线形屋架、梯形屋面梁、矩形天窗架和大型屋面板等屋盖构件在我国基建史上曾发挥了积极作用，但随着时代的进步，这些传统构件将逐渐暴露出更多的缺点及不适应性。

（1）通用图通用性差，主要是指目前各屋盖承重构件通用图及它们间存在的协调性差、汇率低、灵活性小等问题。

例如，混凝土屋架、钢屋架和混凝土单双坡屋梁等主要承重件有两种形式：折线形、梯形，六种屋面坡度（1/5、1/6、1/8、1/10、1/12、1/15等）及十一种端部高 度（550mm、600mm、900mm、1100mm、1200mm、1600mm、1700mm、1800mm、1900mm、2200mm、2400mm），这仅限于带有卷材的大型屋面板的尾盖系列，若包括非卷材屋面，则屋面坡度及端部高度尺寸类型会更多。由此可见，在一栋跨度不等的两跨以上普通厂房中，根据跨度大小选择上述构件必然会产生不协调、无序的建筑物。

上述构件不仅互不协调，而且不可能互换。例如，当使用钢屋架代替钢筋混凝土屋架时，甚至不同钢筋混凝土屋架相互调换时，在很大程度上，其屋面板、挑檐架、挑檐板、檐沟板、天沟板、天窗架等都必须不同程度地更换。甚至混凝土天窗架由于其支座坡度的限制，不能在任何钢筋混凝土屋架或屋梁上使用。因此，不能认为这些构件是互换率高的通用构件。

（2）近年来暴露出的一个问题是通用构件适应性小。特别突出的是钢筋混凝土构件，属于预制屋盖体系，该体系在我国的出现和发展离不开预制厂、场地和一定机具。显然，若满足这些条件，则是一家大型建筑公司。也就是说，只有几十家冶金化工系统的大公司和当地规模较大的公司能满足这些条件，这些公司只有在战线大、周期长的基建基地才能批量生产及采用各种预制构件，才能充分发挥预制钢筋混凝土构件体系的优势。然而，除少数大型重点项目外，目前，我国基建特点是战线小、周期短、区域分散，尤其是众多中小建筑公司的施工，因而一些预制构件的推广受到了影响。

近年来，由于基建面大，土地短缺，特别是施工用地的缺乏，使预制场地的寻找更加困难，尤其是钢筋混凝土屋架预制问题。

①大部分钢筋混凝土屋架是在现场预制，虽然叠合生产也占据了较大场地，但在一定条件下也必须与预制柱竞争。因此，在有限的施工场地中，预制柱生产场地应优先考虑，若预制屋架远离现场，则需一定运输机械及道路。②屋架现场预制时间根据施工组织确定，一般来说，不太可能提前预制，在劳动力与设备安排很难平衡，受季节影响，冬季施工成本高，雨季施工进度必然会推迟。③屋架预制工序多，模板消耗大，劳动量大，机械化程度低，制作周期长，大型厂房预制屋架的制作周期可达半年以上。

（3）关于综合经济效益问题。其内容较广泛，除构件材料数量外，还包括构件制作、运输和安装过程中占用的机具成本、人工成本和场地租赁成本等。此外，还应包括建筑施工周期长短与价值关系，如提前半年交付，其价值为车间半年生产创造的价值和半年施工人力、机具的再创造价值。在过去，主要使用构件材料消耗来衡量方案是否经济，这似乎不科学。即使单纯用材料消耗来看待问题，也不能忽视其他构件及建筑的整体设计。

实际上，厂房屋盖材料量只是整个厂房的一小部分。若对厂房地上承重结构分类，可大致分为三大系统：柱、吊车梁和屋盖。在中型全钢结构厂房中，柱子系统的用钢量最大，约占40%甚至更多，吊车梁和屋盖系统分别约占30%。为节约钢材，大力发展了钢筋混凝土及预应力混凝土结构，采用预制混凝土柱及吊车梁代替钢结构，节约了大量钢材。其中，柱子系统可降低钢材消耗量约70%，吊车梁系统可降低钢材消耗量约75%～80%。即使在预制板重盖工况下，当预应力混凝土屋架取代钢屋架时，屋盖系统的用钢量也只能减少约1/3，仅占总用钢量的9%左右。

以上是对目前混凝土屋盖预制构件的分析，尽管这种屋盖存在许多问题，但不能一概否定。对一些地区和厂房而言，当条件合适时，它仍是一种节省设计工作量的成熟系统。然而，对一些大中型厂房来说，正是由于混凝土屋盖存在上述问题，才采用钢屋架或钢结构屋盖体系来代替。

采用钢屋架时，一般选用镀锌压型钢板、铝合金压型钢板或彩涂压型钢板屋面。近年来，镀锌压型钢板和铝合金压型钢板都是继进口产品后试制或小批量生产的，各种彩涂压型钢板为进口产品。这些屋面承重结构材料用量根据工厂规模和屋盖结构布局而有所不同，耗钢量约为40kg/m2～60kg/m2。

选择钢屋架后，轻型屋盖系统在建筑布局上非常灵活，使厂房能理想地满足功能要求；可改变建筑物造型，使其多样化；可根据功能和建筑要求选择所需的屋面轮廓及坡度，并可配置理想的天窗或通风器。例如，为使轮廓简洁、结构简单、减少落水，可采用单坡屋面。为减少建筑空间、建筑风荷载，便于施工及维护，当采用长尺压型钢板或带密封条短尺压型钢板时，可选择坡度小于等于1/20的小坡度屋面；为改善车间的小气候条件，可根据车间的散热特征及对天然照度要求，布置纵、横向或其他形状的各种通风器、天窗或采光带（罩）等。

4 改进通风器或天窗布置和形式

通风器或天窗布置及其自身形式不仅是屋盖及厂房建筑形式的重要组成部分，也是工业建筑领域备受争议的科研课题之一。20世纪50～60年代，纵向矩形天窗占主导地位，下沉式天窗在60年代中期至70年代末得到普及；自20世纪70年代末以来，采用横向天窗。

4.1 关于通风器或天窗的布置

设置通风器或采光天窗旨在增加厂房排气量或天然照度。因此，通风器或采光口的位置及尺寸应根据厂房的建筑特征、散热状态、气流走向、天然照度分布等具体情况布置。若只看国外通风器，现在流行的天窗，而不考虑具体情况，就会造成大量浪费。

例如，一些通风器由于其位置与热源和气流走向不兼容而不能常年排气甚至进气；某些通风器的排气量远低于可进入通风器水平喉口的余热量，导致余热回流，甚至从其他未预料到的洞口排出。又如，一些纵向矩形采光天窗只能增加距工作面几米远的内隔墙或侧窗处的照度，但对照度低的工作区域无帮助，这种设计不仅不合理，而且较浪费。

因此，纵、横向或其他形状的通风器及天窗，在其功能方面有其自身的适用范围，不能一概肯定或否定。除功能要求外，通风器或天窗的布置方案最终应根据建筑物的总平面布置和建筑结构的复简度确定。如采用混凝土屋盖，设置下沉式天窗时，常见的问题是构件类型多，结构复杂，屋面排水困难，部分构件受力不合理等。在这种情况下，无论天窗性能如何，不能被视为一种合理的方案。又如，原来使用一段纵向通风器可解决跨度小、散热量小的单跨厂房排气问题，但为追求时尚而选择多排横向通风器，这实在无必要。

4.2 通风器或天窗断面形式及构造

为评价某种通风器或天窗质量，除空气动力测试、实测和理论计算外，还需到现场调查实际使用情况。（1）天窗扇损坏严重，甚至脱落。部分高温车间投产仅十几年，超过1/3的天窗扇就会倾斜、扭曲、脱落，窗扇损坏包括中悬窗及上悬窗，上悬窗损坏更为严重。（2）玻璃被严重污染和损坏。许多车间的天窗玻璃呈深浅不同的灰、黄、褐色，有些甚至变成黑色，许多透光率低于0.1。玻璃破损或脱落屡见不鲜。（3）天窗扇启闭设施故障也是一种常见现象。无论是简单的转轴、撑钩还是手动开关器，都有不同程度的故障，严重时根本无法转动。

上述问题主要发生在长期运行的热车间，与长期不维修密切相关。针对以上问题，对通风器或天窗提出以下改进措施。（1）为构造简单，构件受力合理，通风器和天窗应与屋架分开设置，即最好将天窗架放在屋架上。（2）为保持建筑配件完整性，减少维修工作量，应尽量选用不调节的专用通风器。（3）为提高采光效果，上部采光尽量采用玻璃钢采光带（罩）。

5 逐渐改变墙体材料

多年来，工业厂房的墙体以砖墙和混凝土墙板为主，混凝土墙板有各种保温及非保温的大型板和带混凝土擦条的竖向布置小板。近年来，加气混凝土板和其他商用板的使用更加方便，施工单位制作的预制混凝土墙板由于混凝土屋盖等预制场地等问题，往往碰壁。事实上，影响混凝土墙板的推广还有以下几种原因。

（1）板类型太多。主要是非6m山墙壁柱山墙板、山墙上部板（屋架部位的梯形板）、转角板等。

（2）接缝很难处理。非保温墙板的板缝无论处理与否，都经常发生雨水渗漏，保温墙板的板缝处理是一个难点。当施工质量稍差时，冷桥仍然存在。

（3）立面效果差。这不是因墙板建筑效果不好，而是因板的生产质量低，如缺棱少角、凸凹不平、水泥品种不同、颜色不同等。另外，安装时横缝不平，竖缝不直。

然而，在条件允许情况下，各种混凝土墙板仍是我国厂房墙体的常规材料。但对大柱距，特别是当地基条件恶劣、打深桩并需扩大柱网尺寸时，这种厚型墙体无用武之地，因此，必须选择轻钢擦条的轻质墙体。

近年来，我国试制或小批量生产了部分玻璃钢波纹板及铝合金压型板，这是一种很好的轻质墙体材料，但受产量低、价格高的制约，无法推广。然而，在条件适宜的大型厂房中，仍是一种较理想的外墙材料。

厂房最理想的外墙材料应为彩涂压型钢板，彩涂压型钢板作外墙最突出的特点，除不受边柱柱距限制外，其建筑立面设计灵活，色彩变化大，很少褪色。与金属窗、玻璃钢波纹板相协调，可组合成任何要求的立面及色彩（在产品色彩范围内）。

另外，由于彩色压型钢板涂层耐腐蚀性强，采用螺钉固定，安装后除机械损伤外，一般很少维修，耐久性强，就安装速度而言，是其他墙体无法比拟的。因此，这种轻质墙体材料在我国得到广泛发展。

6 给排水及消防设计

改造中，给排水设计主要需要查阅原有给排水系统管线形式，特别是屋面排水形式，牵涉到了综合管线的问题，需要仔细复核。消防设计是消防安全的第一关，也是最重要的一关，关系到人身安全和财产安全，工业厂房的情况较复杂，不同行业各有特点，工艺设置相差甚远。这就需要与工艺专业紧密配合，深入了解工艺流程，确定设计标准以及规范。

因为是改造项目，就涉及所要改造的区域与原有厂房的消防对接问题，新改造的区域性质是否有变化，是否影响了原有的防火分区，如果有影响，就要重新论一下可行性，以及选择合理的消防形式，比如：气体灭火、自然排烟、室内消火栓等。

7 结束语

对工业厂房改造注入商业及文化艺术活力，赋予其新的生命内涵，使之成为第三产业和创意产业的载体的做法，也是激活城市可持续发展的一条途径。如何科学合理的改造工业厂房，将会是一项关系到国家财政投资、城市发展以及建筑风格发展的重要课题。我们对这一城市规划新理念还可以进一步思考和探索。