浅谈工业总图运输设计与节约用地周磊

浅谈工业总图运输设计与节约用地周磊

周磊

中船第九设计研究院工程有限公司上海市200063

摘要：工业化的迅速发展，使人民对现代化工业区的厂区规划以及设计要求越来越高，具体体现在厂区的功能布局、纵向发展、空间顺序以及符合法律法规等方面。一份优秀的厂区规划设计可以指导甚至决定一个现代化工业厂区的后续发展，使厂区的发展更加现代化，确保其紧跟时代发展的潮流。本文简介了现代化工业厂区总图的规划和设计，从不同的设计方向对其进行了简单分析和阐述，旨在为相关工作者提供借鉴和参考。

关键词：工业总图；运输设计；节约用地

引言

在现代工工业厂区规划与设计应紧跟工业化时代潮流，厂区的规划与设计中不能够仅仅只关注工业化的发展，还应该有工业发展与生态环境保护和谐共存、协调均衡的可持续发展观念无论厂区的规模大小，都应该有适合自己的厂区设计和规划，真正做到具体明细、科学有据、针对性强、发展的可持续性、本文以我国北方某城市集中供热工程热源厂为例，论述在工业化厂区的规划设计中应做出具有针对性强、科学合理规划的重要性，以及发展工业与兼顾生态环境的必要性。

1工业总图运输设计

1.1总平面设计

总平面设计是指：在满足使用功能要求的条件下，结合场地的自然条件，合理确定建设场地内各种建构筑物、交通运输线路、工程管线、绿化等设施的平面位置，并使其在空间上妥切组合，在时间上适当的衔接，在费用上节省，在环境上舒适安全，成为统一的协调的有机整体。根据服务对象的不同，总平面设计可以分为：工业企业总平面设计与民用建筑总平面设计两大类。

1.2总平面设计原则

依据批准的可行性研究报告以及上级文件进行设计；符合当地城市规划或工业区规划；总平面布置应紧凑合理；总平面布置应节约用地；改扩建厂应合理利用原有设施，尽量减少现有工程对原有生产的影响；分期建设企业应合理处理远近关系；为企业开展综合利用工作创造条件：采用多种运输方式，缩短运输距离；总平面布置应进行多方案比选[1]。

总平面设计的一般要求为：符合工艺流程，顺畅连续短捷；满足运输要求，运费能耗最小；布置紧凑合理，节约建设用地；利用自然条件，因地制宜布置；注意方位朝向，满足通风采光；满足卫生要求，有利环境保护；符合防护间距，确保生产安全；适应生产弹性，合理预留发展；适应山区地形，灵活多样布置：符合特殊工程地质条件下总平面布置的要求。

1.3总平面设计基本步骤

1.3.1企业组成要素分析与功能分区：分析企业系统的各组成要素，并按照功能分区的思想将生产性质相同、功能作用相近、工艺联系密切的要素组成功能区块；

1.3.2确定总平面系统布置方案：以满足工艺流程、结合场地自然条件为基本出发点，兼顾总平面设计的其它要求，将功能区块组合成总平面系统布置方案；

1.3.3区块内的详细布置：按照总平面系统布置方案，在各功能区块内详细布置各要素的位置，并不断调整改进，最终形成工业企业的总平面图。工业企业总平面设计的主要目的，是为了获得最佳的总平面布置系统，使企业系统的总体效益最优，而不是谋求某个车间或某个建筑物的位置最佳。因此必须认识到：总平面设计的第二个基本步骤—确定总平面系统布置方案乃是整个总平面设计的关键步骤。其它两个步骤都是从属于这个关键步骤的：企业组成要素分析与功能分区是为确定总平面系统布置方案创造前提条件；区块内的详细布置则是以确定的总平面系统布置方案为依据的。

综上所述，如何做好总平面系统布置方案是总图设计学者最为重要的研究内容之一。这就要求在进行总平面系统的布置设计时，需要定量与定性地分析所有影响总平面系统布置定位的因素，妥善地处理它们之间的相互关系，通过系统、科学地分析论证，寻求总平面系统的最优布置方案。

2总平面设计其它优化理论方法探讨

2.1建立数学规划模型，优化总平面设计方案

2.1.1总体思路

针对总平面设计的某一项或几项内容建立数学规划模型，并用运筹学中最优化方法在可行域内求解这个规划模型，运用得到的模型最优解作为总平面设计的某种依据，实现设计方案与设计过程的优化。

2.2.2基本步骤

I选择数学规划类型

数学规划方法的内容主要包括线性规划、非线性规划、动态规划、多目标规划、几何规划等。对以上的不同数学规划，其模型构造与求解的难度是不断增加的。我们在此选择非线性规划模型作为研究手段。

这是因为：大部分实际问题不能为简单的线性规划所表述；而构造非线性规划模型不仅可以很好地反映实际问题，而且己经开发出了许多求解这类模型的方法，不会出现其它一些规划模型只能建立表达式而无法求解的尴尬局面。

II构造目标函数

非线性规划的目标函数应是因变量关于自变量的表达式，并要求表达式的值（目标函数值）达到最小或最大。对于总平面设计，可以假设与工艺流程有关的各车间厂房的连通度与可达性为自变量，通过对这两个自变量进行数学计算（可以是任何线性以外的运算）形成目标函数。而后求目标函数的最大值，即可以体现“工艺流程顺畅短捷”的总平面设计原则。

III确定约束条件

对于实际问题，选取的自变量大都有合理的取值范围，这就形成了非线性规划模型的约束条件。在总平面设计中，处于工艺流程上的各车间之间的可达性应越大越好，可达性的不断增加势必又会要求车间厂房不断接近。这种接近一旦超出一定的限度，就会与防护间距的要求发生矛盾。因此，如采用可达性作为自变量，就要设定其“必须大于等于规范规定的防护距离”的约束条件。并将约束条件标准化，得到优化总平面设计方案的有约束非线性规划模型的一般形式。如下式：

式中：C，K为设定的常数。常数通常指总图设计规范中要求确定的数值。如建筑防火安全间距、厂区通道控制宽度等。

2.2开发仿真程序，优化总平面设计方案

2.2.1总体思路

应用计算机技术对于总平面设计的某些方面进行仿真，将总平面布置的结果通过数字化技术虚拟地反映在电脑屏幕上。在给定判别条件的情况下，这种仿真可不断循环往复，并且在达到我们预期的优化设计目标时终止。其主要目的是以计算机人工智能代替设计师完成简单的重复过程，从而减少人员工作量，节约人力、物力和财力。

2.2.2基本步骤

I采集基础要素

通过测量、统计、调查、实验等方法，得到与优化目标相关的大量基础性要素。

II基础要素正规化计算机能够处理的数据是规则的、程序化的数据，应将步骤i）中采集的基础要素通过正规化手段转化为计算机易于识别的数学符号。

III建立仿真设计程序

寻求能够体现总平面设计某方面“基础要素*设计成果”全过程的算法，运用计算机语言将算法编译成可操作的程序软件。这是仿真的核心与关键所在。iv）成果仿真展现

将正规化数据输入应用程序，经过分析处理后，在输出端可以得到一个虚拟的总平面设计成果。这个成果的表现形式可以是显示在屏幕上的数字，亦可以是自动生成的图形、图表或三维立体模型。

2.2.3反复调整确定最优化模拟成果及其基础要素

反复进行步骤I至III的模拟过程N次。根据总平面设计经验，反复调整方案的过程不应少于2次，故N?（1次设计+2次调整）=3。每次采集不同的基础要素录入系统，就会在输出端得出N个不同的虚拟设计成果。将它们分别代入总平面布置方案评价模型，得到其对应的评价值。在这一组评价值中通过择优选取，确定其中最优化的模拟成果，而后再以这一成果反推其对应的基础要素，作为指导实际设计的依据。

2.3研究成果及其服务指向

对总平面设计过程进行仿真，关键是要研发一套实现总平面设计从“基础要素，设计成果”全过程仿真的计算机应用程序软件。这正是我们所期望的研究成果。通过这一成果，可以运用人工智能替代工程师们迅速完成传统设计方法中“先以随机获得的基础要素进行全套设计，而后又要不断调整多次”的简单重复过程，使得经过仿真处理后取得的设计基础要素，直接指向优化的设计方案。可以说，这项研究对于总平面设计的服务指向在于设计方案调整过程的简化。

2.3实现总平面优化设计

2.3.1总体思路

通过建立实景模拟系统进行总平面设计，即对建构筑物、运输设施、工程管线等运用样片（或模型）进行模拟布置，以每次模拟布置的方案分别计算评价指标并运用评价模型进行综合评价，以每次评价值为导向进行总平面设计的调整和优化，从而不断提高评价值，优化设计方案。

2.3.2基本步骤

开展总平面设计实景模型系统的创制与研究，拟按照图1所示技术路线逐步进行。

2.3.3研究成果及其服务指向

通过对工业企业系统各组成要件在设计平台上的实景微缩模型化，建成能够对各类工业企业总平面设计方案进行优化与评价的实景模拟平台系统设施。建成的实景模拟系统将成为我国总平面设计优化及评价的研究平台。

其服务指向在于：从直观、可视、形象化的角度丰富总平面设计与评价的理论研究方法。采用国际上流行的系统布置设计方法将使我国总平面设计理论与国际接轨，以此有效提升总平面设计的水平，推动总图专业的发展。

4节约用地策略

4.1布置的设计

工业用地本来就占地面积广，所以为了节约用地，在工业工厂用地的划分上，应该尽可能的将工业用地所需要的土地规模实现最小化这不是将工厂的规模缩小，而是在现有的工作生产可以有条不紊的开展上，合理的设计工厂的规模，尽可能的减少闲置的土地，比如说可以将工厂的厂房与厂房之间的规模设计的距离近一此，在尽可能紧凑的基础上实现合理的设计，可通过以下途径来实现。[2]

4.1.1厂房结构忌不规则

厂房结构如果不规则，就会导致土地闲置，造成土地资源的浪费，所以在建筑的结构设计中，应该紧跟时代的步伐，实时有效的将各种先进的设计兀素合理的应用到建筑设计的方案上，以达到节约土地资源的目的。

图1建立总平面设计实景模拟系统的技术路线示意图

4.1.2建筑物之间的间距设计

在工厂建筑物的间距设计的时候需要注意到的方面主要有：安全措施的设计上，比如防火设计，防噪音污染等等，在这方面的设计上需要因地制宜，根据当地的地形做出更加有保障的设计，为从事工业生产的工作者的生命安全降低威胁；管道设计，由十工业生产的模式规范，单一，所以在工业生产的管道设计上，应该合理利一学的利用地下的设计，紧密的设计，管道之间若距离太近，可以进行共用支架的模式，从各方面最大程度上节约土地资源；布置运送路线，工厂的生产货物的运输，主要是通过铁路的运输来实现的，这此道路的设计也需要占用土地资源，因此在进行货物运送线路的设计中，调节各方面条件的影响因素，减少因货物运输产生的用地需求。

4.1.3厂房的合并

为了节约土地资源，工业厂房在设计上要实现规范一致的要求，这是为节省资源考虑，厂房合并可以很大程度上增加土地资源的利用率，在厂房的合并模式上，有水平的朝向合并和竖直朝向合并两个选择，在用地方面，可以将厂房进行合并，这样能够将厂房的内部空间扩大，还能够实现对空余土地的利用，更能够节约土地资源。

4.2建筑的方位

厂房的方位也是工业生产建设中需要考虑到的因素之一，在建筑方位的问题上，需要考虑的方面有以下儿点：

4.2.1通过街道的方向来确定建筑物的方位。建筑物的方位如果满足在道路中心线的竖直或者水平方向上，就可以节省土地资源。

4.2.2在有高压过道的方位，需要将建筑物的方位设置在相适应的位置上，将两条线之间的夹角合理利用。

4.2.3对多种设计方案进行对比，在考虑到各方面的制约因素下，选择出最优质的设计方案。

结束语

总之，对现代化的厂区规划和设计来说，要使其紧跟时代的脚步，还要确保其厂内自动化的控制水平以及辅助设施的配置等，做好工厂给排水、节能设计以及绿化布置等设计，是现代化工厂设计的必然要求。在进行厂区规划和设计时，要注意对人员安全、经济效益以及环境保护的平衡发展，使得厂区与生态环境得到平衡发展，促使厂区响应国家政策，走可持续发展之路。在满足厂区自身发展要求的前提下，最大程度的协调其与城市建设以及人们生活生产的关系。

参考文献：

[1]郑羽.运用总图设计合理利用土地[J].化学工程与装备，2013，（09）：175-176.

[2]毛瑞家，王全玲.现代化工业厂区总图规划与设计探析[J].化工管理，2013，（20）：11-12