工業廠房改革的幾點傾向

李 楠 山西省建筑設計研究院有限公司

1 前言

老舊工業廠房都普遍存在于每個城市之中，在改造的整個過程中，存在大量的風險因素。工業建筑為了不斷滿足現代化工業的生產，必須更新工藝技術，提高工業廠房的技術要求。

工業廠房是工業生產經營活動的場所，一直是基于實用性和滿足生產要求而設計建造。然而，隨著社會的快速發展，人們的建筑理念和產業結構發生較大變化，工業廠房的建造也發生了很大變化?？梢哉f，工業廠房的設計被賦予了更多的科技和人文思想，成為工業廠房領域的一大變革。

2 工業廠房概述

工業廠房是為了進行生產活動而建造的建筑物，指直接用于生產或為生產配套的各種房屋，包括主要車間、輔助用房及附屬設施用房。凡工業、交通運輸、商業、建筑業以及科研、學校等單位中的廠房都應包括在內。工業廠房除用于生產的車間，還包括其附屬建筑物。

工業廠房大致可分為：①一般性生產廠房：正常環境下生產的廠房。②爆炸和火災危險性生產廠房：正常生產或儲存有爆炸和火災危險物的廠房。③處在惡劣環境下的生產廠房：多塵、潮濕、高溫或有蒸汽、振動、煙霧、酸堿腐蝕性氣體或物質、有輻射性物質的生產廠房。

3 改革屋蓋材料

單層工業廠房建筑中，預制混凝土折線形屋架、梯形屋面梁、矩形天窗架和大型屋面板等屋蓋構件在我國基建史上曾發揮了積極作用，但隨著時代的進步，這些傳統構件將逐漸暴露出更多的缺點及不適應性。

（1）通用圖通用性差，主要是指目前各屋蓋承重構件通用圖及它們間存在的協調性差、匯率低、靈活性小等問題。

例如，混凝土屋架、鋼屋架和混凝土單雙坡屋梁等主要承重件有兩種形式：折線形、梯形，六種屋面坡度（1/5、1/6、1/8、1/10、1/12、1/15等）及十一種端部高 度（550mm、600mm、900mm、1100mm、1200mm、1600mm、1700mm、1800mm、1900mm、2200mm、2400mm），這僅限于帶有卷材的大型屋面板的尾蓋系列，若包括非卷材屋面，則屋面坡度及端部高度尺寸類型會更多。由此可見，在一棟跨度不等的兩跨以上普通廠房中，根據跨度大小選擇上述構件必然會產生不協調、無序的建筑物。

上述構件不僅互不協調，而且不可能互換。例如，當使用鋼屋架代替鋼筋混凝土屋架時，甚至不同鋼筋混凝土屋架相互調換時，在很大程度上，其屋面板、挑檐架、挑檐板、檐溝板、天溝板、天窗架等都必須不同程度地更換。甚至混凝土天窗架由于其支座坡度的限制，不能在任何鋼筋混凝土屋架或屋梁上使用。因此，不能認為這些構件是互換率高的通用構件。

（2）近年來暴露出的一個問題是通用構件適應性小。特別突出的是鋼筋混凝土構件，屬于預制屋蓋體系，該體系在我國的出現和發展離不開預制廠、場地和一定機具。顯然，若滿足這些條件，則是一家大型建筑公司。也就是說，只有幾十家冶金化工系統的大公司和當地規模較大的公司能滿足這些條件，這些公司只有在戰線大、周期長的基建基地才能批量生產及采用各種預制構件，才能充分發揮預制鋼筋混凝土構件體系的優勢。然而，除少數大型重點項目外，目前，我國基建特點是戰線小、周期短、區域分散，尤其是眾多中小建筑公司的施工，因而一些預制構件的推廣受到了影響。

近年來，由于基建面大，土地短缺，特別是施工用地的缺乏，使預制場地的尋找更加困難，尤其是鋼筋混凝土屋架預制問題。

①大部分鋼筋混凝土屋架是在現場預制，雖然疊合生產也占據了較大場地，但在一定條件下也必須與預制柱競爭。因此，在有限的施工場地中，預制柱生產場地應優先考慮，若預制屋架遠離現場，則需一定運輸機械及道路。②屋架現場預制時間根據施工組織確定，一般來說，不太可能提前預制，在勞動力與設備安排很難平衡，受季節影響，冬季施工成本高，雨季施工進度必然會推遲。③屋架預制工序多，模板消耗大，勞動量大，機械化程度低，制作周期長，大型廠房預制屋架的制作周期可達半年以上。

（3）關于綜合經濟效益問題。其內容較廣泛，除構件材料數量外，還包括構件制作、運輸和安裝過程中占用的機具成本、人工成本和場地租賃成本等。此外，還應包括建筑施工周期長短與價值關系，如提前半年交付，其價值為車間半年生產創造的價值和半年施工人力、機具的再創造價值。在過去，主要使用構件材料消耗來衡量方案是否經濟，這似乎不科學。即使單純用材料消耗來看待問題，也不能忽視其他構件及建筑的整體設計。

實際上，廠房屋蓋材料量只是整個廠房的一小部分。若對廠房地上承重結構分類，可大致分為三大系統：柱、吊車梁和屋蓋。在中型全鋼結構廠房中，柱子系統的用鋼量最大，約占40%甚至更多，吊車梁和屋蓋系統分別約占30%。為節約鋼材，大力發展了鋼筋混凝土及預應力混凝土結構，采用預制混凝土柱及吊車梁代替鋼結構，節約了大量鋼材。其中，柱子系統可降低鋼材消耗量約70%，吊車梁系統可降低鋼材消耗量約75%～80%。即使在預制板重蓋工況下，當預應力混凝土屋架取代鋼屋架時，屋蓋系統的用鋼量也只能減少約1/3，僅占總用鋼量的9%左右。

以上是對目前混凝土屋蓋預制構件的分析，盡管這種屋蓋存在許多問題，但不能一概否定。對一些地區和廠房而言，當條件合適時，它仍是一種節省設計工作量的成熟系統。然而，對一些大中型廠房來說，正是由于混凝土屋蓋存在上述問題，才采用鋼屋架或鋼結構屋蓋體系來代替。

采用鋼屋架時，一般選用鍍鋅壓型鋼板、鋁合金壓型鋼板或彩涂壓型鋼板屋面。近年來，鍍鋅壓型鋼板和鋁合金壓型鋼板都是繼進口產品后試制或小批量生產的，各種彩涂壓型鋼板為進口產品。這些屋面承重結構材料用量根據工廠規模和屋蓋結構布局而有所不同，耗鋼量約為40kg/m2～60kg/m2。

選擇鋼屋架后，輕型屋蓋系統在建筑布局上非常靈活，使廠房能理想地滿足功能要求；可改變建筑物造型，使其多樣化；可根據功能和建筑要求選擇所需的屋面輪廓及坡度，并可配置理想的天窗或通風器。例如，為使輪廓簡潔、結構簡單、減少落水，可采用單坡屋面。為減少建筑空間、建筑風荷載，便于施工及維護，當采用長尺壓型鋼板或帶密封條短尺壓型鋼板時，可選擇坡度小于等于1/20的小坡度屋面；為改善車間的小氣候條件，可根據車間的散熱特征及對天然照度要求，布置縱、橫向或其他形狀的各種通風器、天窗或采光帶（罩）等。

4 改進通風器或天窗布置和形式

通風器或天窗布置及其自身形式不僅是屋蓋及廠房建筑形式的重要組成部分，也是工業建筑領域備受爭議的科研課題之一。20世紀50～60年代，縱向矩形天窗占主導地位，下沉式天窗在60年代中期至70年代末得到普及；自20世紀70年代末以來，采用橫向天窗。

4.1 關于通風器或天窗的布置

設置通風器或采光天窗旨在增加廠房排氣量或天然照度。因此，通風器或采光口的位置及尺寸應根據廠房的建筑特征、散熱狀態、氣流走向、天然照度分布等具體情況布置。若只看國外通風器，現在流行的天窗，而不考慮具體情況，就會造成大量浪費。

例如，一些通風器由于其位置與熱源和氣流走向不兼容而不能常年排氣甚至進氣；某些通風器的排氣量遠低于可進入通風器水平喉口的余熱量，導致余熱回流，甚至從其他未預料到的洞口排出。又如，一些縱向矩形采光天窗只能增加距工作面幾米遠的內隔墻或側窗處的照度，但對照度低的工作區域無幫助，這種設計不僅不合理，而且較浪費。

因此，縱、橫向或其他形狀的通風器及天窗，在其功能方面有其自身的適用范圍，不能一概肯定或否定。除功能要求外，通風器或天窗的布置方案最終應根據建筑物的總平面布置和建筑結構的復簡度確定。如采用混凝土屋蓋，設置下沉式天窗時，常見的問題是構件類型多，結構復雜，屋面排水困難，部分構件受力不合理等。在這種情況下，無論天窗性能如何，不能被視為一種合理的方案。又如，原來使用一段縱向通風器可解決跨度小、散熱量小的單跨廠房排氣問題，但為追求時尚而選擇多排橫向通風器，這實在無必要。

4.2 通風器或天窗斷面形式及構造

為評價某種通風器或天窗質量，除空氣動力測試、實測和理論計算外，還需到現場調查實際使用情況。（1）天窗扇損壞嚴重，甚至脫落。部分高溫車間投產僅十幾年，超過1/3的天窗扇就會傾斜、扭曲、脫落，窗扇損壞包括中懸窗及上懸窗，上懸窗損壞更為嚴重。（2）玻璃被嚴重污染和損壞。許多車間的天窗玻璃呈深淺不同的灰、黃、褐色，有些甚至變成黑色，許多透光率低于0.1。玻璃破損或脫落屢見不鮮。（3）天窗扇啟閉設施故障也是一種常見現象。無論是簡單的轉軸、撐鉤還是手動開關器，都有不同程度的故障，嚴重時根本無法轉動。

上述問題主要發生在長期運行的熱車間，與長期不維修密切相關。針對以上問題，對通風器或天窗提出以下改進措施。（1）為構造簡單，構件受力合理，通風器和天窗應與屋架分開設置，即最好將天窗架放在屋架上。（2）為保持建筑配件完整性，減少維修工作量，應盡量選用不調節的專用通風器。（3）為提高采光效果，上部采光盡量采用玻璃鋼采光帶（罩）。

5 逐漸改變墻體材料

多年來，工業廠房的墻體以磚墻和混凝土墻板為主，混凝土墻板有各種保溫及非保溫的大型板和帶混凝土擦條的豎向布置小板。近年來，加氣混凝土板和其他商用板的使用更加方便，施工單位制作的預制混凝土墻板由于混凝土屋蓋等預制場地等問題，往往碰壁。事實上，影響混凝土墻板的推廣還有以下幾種原因。

（1）板類型太多。主要是非6m山墻壁柱山墻板、山墻上部板（屋架部位的梯形板）、轉角板等。

（2）接縫很難處理。非保溫墻板的板縫無論處理與否，都經常發生雨水滲漏，保溫墻板的板縫處理是一個難點。當施工質量稍差時，冷橋仍然存在。

（3）立面效果差。這不是因墻板建筑效果不好，而是因板的生產質量低，如缺棱少角、凸凹不平、水泥品種不同、顏色不同等。另外，安裝時橫縫不平，豎縫不直。

然而，在條件允許情況下，各種混凝土墻板仍是我國廠房墻體的常規材料。但對大柱距，特別是當地基條件惡劣、打深樁并需擴大柱網尺寸時，這種厚型墻體無用武之地，因此，必須選擇輕鋼擦條的輕質墻體。

近年來，我國試制或小批量生產了部分玻璃鋼波紋板及鋁合金壓型板，這是一種很好的輕質墻體材料，但受產量低、價格高的制約，無法推廣。然而，在條件適宜的大型廠房中，仍是一種較理想的外墻材料。

廠房最理想的外墻材料應為彩涂壓型鋼板，彩涂壓型鋼板作外墻最突出的特點，除不受邊柱柱距限制外，其建筑立面設計靈活，色彩變化大，很少褪色。與金屬窗、玻璃鋼波紋板相協調，可組合成任何要求的立面及色彩（在產品色彩范圍內）。

另外，由于彩色壓型鋼板涂層耐腐蝕性強，采用螺釘固定，安裝后除機械損傷外，一般很少維修，耐久性強，就安裝速度而言，是其他墻體無法比擬的。因此，這種輕質墻體材料在我國得到廣泛發展。

6 給排水及消防設計

改造中，給排水設計主要需要查閱原有給排水系統管線形式，特別是屋面排水形式，牽涉到了綜合管線的問題，需要仔細復核。消防設計是消防安全的第一關，也是最重要的一關，關系到人身安全和財產安全，工業廠房的情況較復雜，不同行業各有特點，工藝設置相差甚遠。這就需要與工藝專業緊密配合，深入了解工藝流程，確定設計標準以及規范。

因為是改造項目，就涉及所要改造的區域與原有廠房的消防對接問題，新改造的區域性質是否有變化，是否影響了原有的防火分區，如果有影響，就要重新論一下可行性，以及選擇合理的消防形式，比如：氣體滅火、自然排煙、室內消火栓等。

7 結束語

對工業廠房改造注入商業及文化藝術活力，賦予其新的生命內涵，使之成為第三產業和創意產業的載體的做法，也是激活城市可持續發展的一條途徑。如何科學合理的改造工業廠房，將會是一項關系到國家財政投資、城市發展以及建筑風格發展的重要課題。我們對這一城市規劃新理念還可以進一步思考和探索。