电解铝厂设计节约用地措施

徐子姣,由 佳

(1.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110015;2.贵阳铝镁设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081)

近十几年来,我国经济的快速发展导致建设用地需求旺盛,土地供应量日渐收窄。国务院办公厅近日印发《关于进一步盘活存量资产扩大有效投资的意见》,提出完善规划用地政策。建设用地需求依旧旺盛,未来的重心在于结构调整、严控增量、盘活存量、提质增效[6-7]。

依据《中华人民共和国土地管理办法》等法律法规,结合《全国国土空间规划纲要(2021-2035年)》、《工业项目建设用地控制指标》、《有色金属工业工程项目建设用地指标》等资料,研究和推广电解铝厂建设节地技术模式,就总图设计过程中不同设计阶段如何把控用地指标,本文提出了一些思考方法和措施。

1 节约用地概述

总图设计中,多方面、多维度总览全局,满足工艺、运输、防火、安全、卫生、施工等要求,同时利用地形、地质、气象等自然条件,全面、因地制宜的对铝厂内所有建、构筑物、运输线路、管线、绿化等进行平面、竖向布置,力求紧凑合理,最大限度节约用地、节省投资、有利生产、方便生活,从多角度入手提高土地利用强度[1]。

2 节约用地措施

2.1 项目策划阶段

1)建设规模和先进的工艺

建设规模和先进的工艺由项目总设计师与建设方多层级不断沟通完善后最终确定。建设规模大小对占地影响如表1所示。

表1 不同规模厂区建设用地对比表

先进的生产工艺在连续、自动化、智能化程度上决定了流程、体量和用地等各项指标。山西某50万吨/年的电解铝厂使用500 kA预焙阳极电解槽,厂区用地面积为75 hm2,建筑系数为47%;山东某50万吨/年的电解铝厂使用600 kA预焙阳极电解槽,厂区用地面积为55 hm2,建筑系数为37%。对比产能相同时,电解槽能力越大,总用地面积就越小。随机选取三个项目对比不同槽型的电解厂房占地情况,见表2。

表2 不同槽型的电解厂房占地面积对比表

2)建设内容

建设内容的多少对土地占用的影响至关重要,随着我国市场经济、社会协作关系逐步细化、分解等飞速发展,越来越多的民营企业选择建设专业的电解铝项目,不再包含阳极制造分项,所需阳极由市场供应。加油设施防火要求高,间距需求大,土地利用率低,有些项目选择取消加油站、汽车运输部、大型汽修等子项,缺失部分委托专业的社会运输企业完成,减少建设相应的车辆停放、加油、维修、保养等子项,节省建设投资,降低管理费用。

2.2 项目选址阶段

1)盘活土地存量

四川眉山某大型电解铝项目,选址阶段通过对比六处厂址,最终确定选择了一处废弃的铁路转运站作为最终项目用地,盘活了现有建设用地800余亩,相比另外五处厂址节约了新占土地800余亩,节约用地成效显著。

2)利用荒坡荒地

云南某大型电解铝项目在选址阶段及后续的改造扩能阶段,充分利用荒坡荒地以及部分溶洞溶槽地段,有效的保护、节约了耕地[3]。

3)配套设施

厂址选择是多方面因素汇总分析对比的综合性工作。以政策、经济、社会为基石,了解地形地貌、工程地质、水文地质、地震烈度、公路、机场、码头、周边工矿企业、村庄、河流、古迹等情况,比选出投入少、产出高、建设快、运营成本低的最佳厂址。青海某铝厂,厂址选择在配套成熟的甘河滩工业园区,市政道路、水、暖接口齐备,距离附近的电厂较近,电力资源供应便捷、价格优惠;场地东北两侧紧邻既有市政道路,道路宽度及运输条件优秀,无需增设原材料进场道路和产品外运道路;场地外形规整无零星用地和三角地带,不但满足近期建设用地需求,还为未来发展留有余地。该厂区配套设施齐全,外部运输条件及管线衔接短捷方便,用地紧凑无浪费,由此可见选择合适的厂址利于节约用地[8]。

2.3 项目设计阶段

1)功能分区

按工艺关系(生产、仓储上下游等)、厂房性质、运输方式(铁路、公路、管线等)以及功能性进行合理的功能分区,将性质相同、工艺联系紧密或共用同一条运输线路等有联系的建、构筑物尽量布置在同一个分区内[4]。各分区既相对独立又联系紧密。区域内紧凑合理,区域外留有厂区通道、管线、管廊、绿化等用地。便于生产管理,避免配套设施的重复建设,既节约成本,更有利于节约土地。

大多新建电解铝厂主要包括生产区、仓储区、辅助配套区以及行政福利区。平面布局没有固定的模式,但有一定的规律。电解车间作为建筑体量最大的生产车间是首要考虑因素,依据用地形状、大小、上下游关系等通盘紧凑布置,确保建筑系数不低于30%。行政福利区是生产指挥的心脏,是对外联络的桥梁,设计在氧化铝仓储、烟气净化、铸造、污水处理等设施常年盛行风向的上风向,远离污染源、相对独立、自成一隅,其占地面积不大于厂区总占地面积的7%[2]。这就要求在总平面布置中认真分析,全盘考虑,对矛盾抓大放小,合理划分,为节约用地创造条件。

2)联合建筑

因地制宜,规划合理的建、构筑物外形尺寸,避免平面外形凸凹不平、厂房错落分散导致的道路避让、管线避让,进而造成严重的土地浪费或影响厂区美观。

功能相近、联系密切的建、构筑物具备条件时,合并组成联合建筑(参见图1),例如办公楼、食堂、浴室及控制室、阳极焙烧和炭块仓库、综合维修和备品备件库等。联合建筑有着外立面美观、内部联系路径短、土建施工成本低、总能耗低等特点,集中用水、供暖、办公、用电等操作,既减少了错综复杂的管线长度,又给节约用地、提高建筑系数和容积率等指标提供有利的支撑[5]。

图1 联合建筑与独立建筑占地面积对比

3)防火间距

防火间距根据建筑物火灾危险类别和耐火等级确定,总图设计中既要满足基本的消防安全距离,又要考虑节约用地,避免过度追求本质安全。火灾危险类别靠前的建筑物宜布置在厂区的边缘地带和常年主导风向的下风向。

4)日照间距

对于综合楼、宿舍等注重人文、舒适性的建筑,设计上考虑日照间距的同时,兼顾节约用地,利用景观、小品、规划停车位等处理方式减少用地浪费。

日照间距根据式(1)和式(2)进行计算:

D=H0cothcosr

(1)

L0=D/H0=cothcosr

(2)

式中:D为日照间距;L0为日照间距系数;H0为前栋间距计算高度,单位m;h为太阳高度角,单位°;r为后栋建筑方位与太阳方位的夹角,单位°。

5)通风间距

建筑物之间的通风间距依据地形坡度等外因而定,平地、坡地,迎风坡、背风坡要求的通风间距均不相同。根据式(3)和式(4)计算如下:

迎风坡间距

(3)

背风坡间距:

(4)

式中:D为两建筑物的通风间距,单位m;H为迎风面前的建筑物高度,单位m;d及d1为前后建筑物地面设计基准标高点距外墙的距离,单位m;L为平地时所需建筑物间距比;r为建筑物法线面的地面坡度角;i为地面坡度角,单位°;a为地面坡向与迎风墙面的夹角,单位°。

建筑物布置在迎风坡比布置在背风坡所需的间距要小。因此,条件允许时将建筑物布置在迎风坡有利于节约土地。

6)防振防噪

不同厂房由于防潮、防振、防尘等要求不同,需要的防护间距有差异,通过改变相互之间的位置关系,通常可以呈现不同的用地效果。振源设备的振动强度、振幅以及土壤吸收程度,忌振设备的灵敏度、允许振幅等因素均影响平面设计间距。合理确定振源位置并集中设置在地势较低处,有利于控制平面间距节约用地。

7)建筑方位

建筑方位是影响建筑系数、容积率的重要因素。我国土地幅员辽阔,跨越多条经纬线,地形、地貌、气候、主导风向均有不同,因此须设置适宜的建筑朝向。例如沈阳地区最佳朝向是南至南偏东20°之间;北京地区最佳朝向为南至南偏东30°之间。设计中根据项目的个体特点、土地形状、周边环境等因素,选择合理的建筑方位,重点分析解决矛盾,以达到提高建筑系数、容积率指标的效果。

8)竖向布置

原始自然地形高差较小时,竖向布置对于铝厂用地影响几近于无。当地形条件复杂时,竖向布置、土石方调配的平衡工作尤为重要。充分利用、合理改造地形避免大填大挖,结合外部交通运输线路及防洪等因素,减少土地占用。河南某铝厂的炭素片区由低至高分别布置焙烧车间、混捏成型、煅烧、中碎配料、原料库等,高差达到11.5 m,利用地形条件,减少物料提升高度,缩小交通线路占地,进而节约工程用地。重庆某铝厂原自然地表高差高达40 m,竖向设计采用平坡式加台阶式相结合的方式,设有五层台阶,高差2～10 m,主要生产车间集中布置在两个台阶,辅助车间因地制宜的布置在小台阶上。开挖产生的石料作为建筑基材充分利用,既解决了高差大的平面问题,又使布局紧凑顺畅,并节约了外购材料费用,一举多得。贵州某铝厂设计将排洪沟敷设在厂内道路下方,兼做雨水管道,在降低投资的同时,还减少了排洪沟在场外敷设的征地。不同边坡的处理方式占地不同,如图2所示。

图2 不同边坡处理方式占地对比

9)土方工程

土方工程设计直接影响厂区的占地面积,设计追求厂内土方平衡,无需新征用地进行场外弃土、借土,实现土方仅在场地内部调配,便可以节约用地。但目前多数项目由于地形条件、征地条件、外部运输路况等诸多因素制约,设计时很难实现土方平衡,需要根据实际情况具体分析论证,因地制宜,利用科学的计算数据对比,最终得到接近平衡的土方数据,实现最优的土石方调配,进而最大限度的节约用地。

3 结 语

铝厂总图设计涉及的专业层面广,受到影响的因素较多,因此设计过程中不可控因素层出不穷。条件有利的厂址、适宜的竖向、平衡的土方、合理的工艺选型及生产流程,不仅有利于生产、管理方便,更对节约基础投资、降低吨产品的生产成本以及节约用地都起到了重要的作用[9]。实践证明,总图设计综合性强,在与工艺、建筑、结构、机械、给排水、热力供暖、电力电信等专业的密切配合下,立足专业的角度,不仅有助于工艺过程的改革创新,更有利于提高建设用地利用强度。