淺談工業企業場地豎向設計的重要性

高永強

摘 要：豎向設計是工程設計中一個重要的有機組成部分，它與規劃設計、總平面布置密切聯系而不可分割。在用地范圍大、地形起伏較大的場地上，功能分區、路網及其設施位置的布置符合總體布局的要求下，除須滿足規劃設計要求的平面布局關系外，還受到豎向高程關系的影響。其設計合理與否，直接影響到工程基建投資、施工進度、運營成本、環境、安全等周多方面因素。本文首先從理論出發，簡述豎向設計的內容，深入剖析影響豎向設計的各個因素，如：工藝流程、運輸，土石方工程量、場地排雨水、豎向防護等等。然后，再結合首黔工程的實際例子，詳細介紹豎向設計過程中，如何綜合平衡豎向設計的各方面影響因素，權衡主次，提出一個比較合理的豎向設計理念，以此說明豎向設計的復雜性。同時，通過豎向設計實例，得出工程量的數據，從側面說明豎向設計的重要性。

關鍵詞：工業企業豎向設計；重要性；豎向設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.013

豎向設計亦稱豎向規劃，是工程設計中一個重要的有機組成部分，它與工業企業總體規劃、總平面布置密切聯系而不可分割。在用地范圍大、地形起伏較大的場地上，功能分區、路網及其設施位置的布置符合總體布局的要求下，除須滿足規劃設計要求的平面布局關系外，還受到豎向高程的影響。所以，在考慮規劃場地的地形利用和改造時，必須兼顧總體平面和豎向的使用功能要求，統一考慮和處理規劃設計與實施過程中的各種矛盾與問題，才能保證場地建設與使用的合理性、經濟性。其設計合理與否，直接影響到工程基建投資、施工進度、運營成本、環境保護、安全等周多方面。

隨著工業企業設備大型化、集約化的發展，工業企業對建設用地要求也隨之增高。設計場地是不可能全都處在理想的用地大小及地勢平坦的地段，建設用地往往不能滿足建、構筑物對場地布置的要求。在場地設計過程中必須進行場地的豎向設計，尤其是地形起伏較大，高差較大的建設場地，必須結合總平面布置，將場地地形進行豎直方向的調整，充分利用和合理改造自然地形，合理進行豎向設計，確定設計標高，使之滿足建設項目的使用功能要求，成為適宜工程建設的建筑場地。

豎向設計的基本任務是利用和改造建設用地的原有地形，具體包括以下幾方面：

（1）正確處理平面與豎向設計的關系；

（2）選擇合理的場地豎向布置形式，進行場地地面的豎向設計；

（3）確定合理的場地平土標高和建筑物室內外地坪高差，場地內的鐵路、道路標高和坡度；

（4）組織地面排水系統，保證地面排水通暢，不積水。

（5）安排場地的土方工程.計算土石方填、挖方量，使土方總量最小，填、挖方接近平衡，達不到平衡時選定取土或棄土地點。

（6）進行有關工程構筑物（擋土墻、邊坡）與排水構筑物（排水溝、排洪溝、截洪溝等）的具體設計。

下面，本文將根據首黔工程的具體實例，結合自身在本工程設計過程中的體會，詳細介紹豎向設計的必要性及重要性。

1 工程簡介

首黔工程位于貴州省西部六盤水市南部盤縣境內的雞場坪鄉，屬貴州、云南、廣西三省結合部。東北距貴陽市215km（直線距離，下同），北距六盤水市72km，西南距昆明市220 km，南距盤縣縣城33km，東南距南寧市518km、距防城港615km。

廠址地形屬丘陵地，土地大多數為旱地，少部分為水田。區域高程整體趨勢為東、北部較高，且山包林立、山體大多為石質山體、西、南部較低，場地較為開闊、平坦。場地自然標高最高約為1912m，最低約為1763m，最大高差達149m。

2 建設規模及主要工藝裝備

2.1 建設規模

根據貴州省“十一、五”國民經濟及社會發展規劃綱要，為優化工業區域布局，貴州首黔資源開發有限公司擬在六盤水市盤縣雞場坪鄉規劃建設“煤（焦、化）-鋼-電”一體化循環經濟型工業基地，年產軋材100萬t/a。

2.2 主要工藝裝備

原料場：燃料總儲量約為880萬噸/年。其中煉焦煤650萬噸/年，鐵礦粉148萬噸/年、焦炭約80萬t/a；

焦化：采用SG60-2003型6m頂裝焦爐8×55孔，年產400萬t焦炭；

球團：建設1座?5.4×35m回轉窯，配套1臺B4.5×45m鏈篦機和1臺85m2環冷機，年產球團礦147.4萬噸；

直接還原鐵：2X50萬t/a直接還原爐，年產量100萬t/a；

電爐煉鋼：1臺DRI熔化冶煉電爐+1臺合金及不銹鋼冶煉電爐（70t）+1臺AOD爐+1臺VOD爐，年產連鑄坯100萬t；

軋鋼：建設精品高速線材生產線1條，設計年產量46萬噸；建設精品棒材生產線1條，設計年產量50萬噸； 總計96萬噸軋材規模。

3 總平面布置

根據工藝流程、自然地形地貌及廠址周邊的交通、供電、供水等外部條件，將一步200萬t/a焦化、二步200萬t/a焦化、原料場、球團，直接還原鐵和煉鋼、軋鋼由西北至東南依次布置；將鐵路站場布置在球團東側，全廠最低處，以利于鐵路線路接軌。具體位置見圖1。

工程占地最長約3100m，最寬約1060m，總占地約260萬㎡，折合約3900畝。

4 豎向布置

4.1 豎向設計影響因素

4.1.1 總平面布置與豎向設計的關系

豎向設計和總平面設計是統一體的兩個方面，它們密切聯系、相輔相成、不可分割。合理的總圖運輸設計不僅取決于總平面設計，而且與豎向設計的關系極大。在做總平面設計時必須考慮到豎向設計要基本合理，在做豎向設計時，反過來對總平面設計進行檢驗。如果二者不協調，還需對總平面設計做必要的調整。

4.1.2 滿足工藝流程的要求

在工業企業總圖運輸設計中，工藝流程合理、順暢，是總圖運輸設計的一個前提。在首黔100萬t/a鋼鐵廠總體規劃中，工藝流程選擇，往往決定了場地大小，總平面布置及采用的運輸方式。工藝流程的要求對豎向布置影響重大，因而在豎向布置時，必須予以考慮。如從大流程考慮：首黔100萬t/a鋼鐵廠總體規劃按照煉鐵工藝流程不同布置兩個方案，一個是長流程方案（即高爐+轉爐方案），另一個是短流程方案（即直接還原鐵+電爐方案）。這兩個方案就僅在占地上比較，短流程比常規流程就少征地40萬㎡，折合約600畝，同時，護坡、擋墻及土方的量就相應的少很多，豎向工程節省很多工程投資；從小流程考慮：比如說焦化區域內，冷凝鼓風與焦爐本體之間不宜設置高差等。這些都是工藝流程對豎向設計的影響。

4.1.3 運輸條件

（1）鐵路運輸。首黔工程鐵路接軌站位于廠址北側的松河車站，松河車站接軌標高為1669.00m。已委托鐵二院設計了一條鐵路專用線，該專用線長全7.62km，最大縱坡22‰，最大高差102m，牽引定數3900t，設計能力330萬t/a，投資約4.8億。 按照鐵路專用線最大爬坡能力計算，鐵路最高爬到1771.00m標高。

（2）道路運輸。考慮到各臺階之間的道路運輸，按照《廠礦道路設計規范》要求，相鄰臺階之間的高差不宜過大，否則，造成道路坡度過大，影響行車安全。首黔工程基本考慮相鄰臺階之間高差小于10m，以利于道路運輸。

4.1.4 考慮廠區地形及地質條件

由于建設場地為丘陵地，且地形高差較大，場地自然標高最高約為1912m，最低約為1763m，地形總體走向北高南低，在滿足工藝流程合理的前提下，將一步200萬t/a焦化、二步200萬t/a焦化、原料場、球團，直接還原鐵和煉鋼、軋鋼由西北至東南依次布置。同時，根據廠址的地質條件，考慮將焦爐本體、球團主廠房、直接還原鐵、電爐車間及軋鋼布置在挖方地段，減少地基處理費用。

4.1.5 土方工程

在場地豎向設計中，土石方工程量是一個重要影響因素。土石方總量的大小及填挖方平衡直接影響工程基建投資。如首黔工程按照總平面布置及填挖平衡的要求，土、石方工程量總計為：2200萬m3，其中：填土方工程量為1150萬m3，挖土方工程量1050萬m3。按照貴州當地的填方15元，挖土、石方30元計算，大約需4.875億元，這還不考慮爆破、運距及填方的強夯等因素。

4.1.6 場地雨排水

首黔工程廠址位于貴州省盤縣，年平均降雨量達1400.2mm，屬降雨較為集中的地區，場地豎向設計好壞，直接關系到雨水是否能夠順利、有序的排出場外，間接影響到建構筑物的安全。

4.1.7 場地防護工程

相鄰臺階之間的連接，需設置自然放坡、護坡或擋土墻。從占地角度看，自然放坡最大，護坡次之，擋土墻最小；從工程投資角度看，自然放坡最小，護坡次之，擋土墻最大。所以，在豎向設計時，要綜合考慮，選擇一個適合本工程的一個場地防護方式。

4.1.8 建構筑物基礎埋深

一般大中型鋼鐵廠主要生產車間的建構筑物基礎埋深一般為3-5m，有時設備基礎達到4-6m。場地標高的確定，直接關系到基礎埋設深度及基建投資，所以，在標高確定時，需考慮此因素。

4.2 豎向設計及主要工程量

4.2.1 豎向設計

（1）功能分區，確定臺階范圍。為便于企業管理和更好的組織生產，為減少生產過程中的相互干擾和影響，以便創造良好的工作環境，按照生產性質相近，聯系緊密的建、構筑物布置在一個臺階上的原則，將礦石料場、煤料場及混勻料場，布置在一個平臺上；按照圍繞主要車間為其服務的輔助設施布置在一個臺階上的原則，將一步焦化及其輔助設施、二步焦化及其輔助設施分別布置在兩個臺階上；按照鐵-鋼-軋之間的聯系，將直接還原鐵、電爐車間及軋鋼車間布置在一個臺階上；根據鐵路的接軌條件，將鐵路站場布置一個臺階上。工程共分五個臺階。

（2）平土標高確定及土方平衡。由于建設場地為丘陵地，且地形坡向沒有規律，場地自然標高最高約為1912m，最低約為1763m，從外部接入的鐵路專用線至廠址標高約為1771m，同時考慮冶金生產工藝流程的合理性，本項目豎向布置擬采用混合布置形式，即臺階式與平坡式相結合。平土方式采用連續式和重點式相結合的平土方式。

第一臺階平土標高為1800m（一步焦化區域）；

第二臺階平土標高為1780m（二步焦化區域）；

第三臺階平土標高為1783m（綜合料場區域）；

第四臺階平土標高為1781m（球團區及直還鐵區域）；

第五臺階平土標高為1771m（鐵路站場區域）；

（下轉第103頁）

（上接第17頁）

經初步計算，本項目土、石方工程量總計為：2200萬m3，其中：填土方工程量為1150萬m3，挖土方工程量1050萬m3。考慮到基槽余土及松散系數的影響，土方基本平衡。

（3）場地排雨水。本工程場地雨水采用有組織的排水明溝排水方式。雨水通過場地自然排水收集至各臺階沿道路兩側的，經支溝匯集至各個臺階的次干溝，通過設在廠區東側設置一條主干溝匯集后，排入廠區東南側的河谷中。排水溝總長約17.6km，其中主干溝長約3.5km，次干溝長約4.1km，支溝長約10.0km。

（4）場地防護。廠區臺階之間連接，主要采取方格型漿砌片石截水骨架內鋪草皮護坡的形式，護坡坡比為1：1，護坡總面積為25萬㎡。局部地段，因用地緊張，需設置擋土墻，擋土墻采用M7.5水泥砂漿MU30毛石砌筑。擋土墻長約600m，平均高度6.0m。

4.2.2 主要工程量表（見表1）

5 結束語

通過上述理論分析和實例介紹，豎向設計考慮因素眾多，不僅要考慮總平面布置、工藝流程、運輸條件、廠區地形地質、水文、土石方量、場地雨排水及防護工程等因素，還要考慮施工進度、運營成本、防洪、安全、消防等多種因素。首黔工程地形復雜、地質差、土方工程量和場地防護工程大、施工難度大。豎向基建投資就達5.19億元。所以，豎向設計的好壞，直接影響到工程基建投資、施工進度、運營成本、環境保護、安全等周多方面。

參考文獻：

[1]傅永新主編.鋼鐵廠總圖運輸設計手冊[M].冶金工業出版社，1996.

[2]《鋼鐵企業總圖運輸設計規范》，GB50603-2010[S].