淺談核化工廠房建筑設(shè)計
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【摘要】核化工廠房平面布置過程中，不斷了解各專業(yè)工作原理及系統(tǒng)流程，合理劃分功能分區(qū)，就近集中布置各專業(yè)用房，減少各專業(yè)之間相互干擾，減少公共服務(wù)面積;同時優(yōu)化精簡工作流線與疏散流線，設(shè)立核心交通樞紐，擴大樓電梯的服務(wù)面積，減少公共交通面積;此外充分利用各專業(yè)用房冗余面積，設(shè)置應(yīng)急疏散、設(shè)備檢修、工具備件等輔助功能用房，既方便了各專業(yè)設(shè)備管線布置，又簡化了廠房體量，節(jié)約造價，縮短建設(shè)周期。
【關(guān)鍵詞】核化工廠;廠房布局;建筑設(shè)計
一、項目概況
該設(shè)施位于中國西北某廠，主要功能為溶劑及氮氧化物回收，屬于核化工廠房中的輔助工藝廠房，具有如下特點。
(一)國撥資金項目。核化工項目因其自身特殊性及敏感性，絕大部分項目的建造運營經(jīng)費均由國防科工局撥付，節(jié)約每一分錢便成為設(shè)計、建造、運營等每個階段的首要任務(wù)，對于設(shè)計者來講，努力做到性價比最優(yōu)便顯得尤為重要。
(二)原創(chuàng)示范項目。本設(shè)施是我國首個放射性溶劑精餾及氮氧化物回收的突破性廠房，帶有示范性、原創(chuàng)性、標(biāo)志性的創(chuàng)新意義。其主要任務(wù)是對廠區(qū)產(chǎn)生的污溶劑進(jìn)行精餾回收以及回收蒸發(fā)過程產(chǎn)生的氮氧化物，可滿足廠區(qū)正常運行一年的污溶劑及氮氧化物的回收及重復(fù)利用。設(shè)計過程中，流程的優(yōu)化、布局的合理、流線的便捷等不僅僅影響著最終生產(chǎn)能力的實現(xiàn)，今后的核燃料后處理項目有著足夠的參考借鑒價值。盡可能做到布局合理、造價節(jié)約、運行低廉也就成了設(shè)計者義不容辭的義務(wù)。
(三)配套加急項目。本設(shè)施從設(shè)計周期到施工周期都相對比較緊湊，設(shè)計過程既要為功能考慮，也要為施工調(diào)試著想，設(shè)計上的體量簡化，既可以為國家節(jié)省造價，又可以縮短建設(shè)周期，加快調(diào)試進(jìn)度。基于上述條件限制，本設(shè)施設(shè)計伊始，就被賦予精簡體量、節(jié)約造價、縮短工期的隱性任務(wù)。設(shè)計過程中，流程的簡化、布局的合理、流線的便捷等都直接影響著最終目標(biāo)的實現(xiàn)，因此，不斷了解各專業(yè)工作原理及系統(tǒng)流程，合理劃分功能分區(qū)，就近集中布置各專業(yè)用房，設(shè)立核心交通樞紐，充分利用各專業(yè)用房冗余面積，既方便了各專業(yè)設(shè)備管線布置，又簡化了廠房體量，節(jié)約造價，縮短建設(shè)周期，加快施工調(diào)試的進(jìn)度。為中試廠完善配套能力建設(shè)工程的展開提供良好的條件，并為后續(xù)核化工項目的建設(shè)完善提供良好的借鑒。
二、設(shè)計過程分析
本設(shè)施設(shè)計有兩套工藝系統(tǒng)，污溶劑精餾以及氮氧化物回收。兩套系統(tǒng)相對獨立又相互依存。設(shè)計過程中，綜合運用集中與分散相結(jié)合、分區(qū)與體塊相結(jié)合、流動與共存相結(jié)合等多種布局手法，在生產(chǎn)流程、輔助流程、人員操作流程上重點著手，力求在滿足功能需求的前提下面積最小，性能最優(yōu)。
(一)劃定功能分區(qū)。功能分區(qū)的劃定，既方便了兩套工藝系統(tǒng)的有序展開，又為各輔助系統(tǒng)的布置提供了便利。在經(jīng)過多次的方案討論之后，兩套相對獨立的工藝系統(tǒng)分區(qū)域布置，各自對應(yīng)的輔助用房也逐漸清晰，功能分區(qū)初步劃定。在此基礎(chǔ)上，兩套系統(tǒng)共用的輔助用房就近居中布置，分系統(tǒng)輔助用房根據(jù)系統(tǒng)流程盡量就近布置，同時考慮結(jié)構(gòu)計算需要，滿足各專業(yè)用房面積的前提下充分利用冗余面積，根據(jù)系統(tǒng)排布難易程度合理布置房間次序，在與各專業(yè)密切溝通，了解各專業(yè)系統(tǒng)流程之后，劃定最終的功能分區(qū)。進(jìn)而將各專業(yè)用房依次排布進(jìn)對應(yīng)的功能分區(qū)，廠房的平面布局便初步確定。功能分區(qū)的劃定，可以在很大程度上方便各專業(yè)之間依照系統(tǒng)排布就近布置各自系統(tǒng)用房，減少各專業(yè)之間管線彼此交叉產(chǎn)生的面積浪費，同時在功能分區(qū)內(nèi)部協(xié)調(diào)各專業(yè)之間的用房矛盾，也可以減少對其他無關(guān)專業(yè)的影響，加快設(shè)計進(jìn)度。此外，功能分區(qū)劃定過程中融入了各專業(yè)之間的接換，限定了分區(qū)面積，一定程度上壓縮了各專業(yè)所需的獨立檢修操作空間，變獨立為共用，各專業(yè)之間根據(jù)自身系統(tǒng)特點及需求共用檢修操作空間。功能空間的多元化，為廠房體量的優(yōu)化奠定了良好的基礎(chǔ)。
(二)體塊式布局。體塊式布局，將各專業(yè)用房呈體塊式豎向布置。核化工廠房因工藝系統(tǒng)及設(shè)備需要，層高均相對較高，少占地多占天的體塊式布局方式便成為節(jié)約成本造價的又一有效手法。設(shè)計過程中，工藝系統(tǒng)及設(shè)備的豎向展開也為輔助用房的豎向布置提供了便利。各專業(yè)用房可以根據(jù)工藝流程及接口需要在各個標(biāo)高與工藝設(shè)備對接，就近布置的專業(yè)用房與分層對接的管線，簡化了各系統(tǒng)流程，縮短了管線長度，避免了管線之間過多的互相交叉，可以在很大程度上減少公共服務(wù)的面積。與此同時，體塊式布局方式將各專業(yè)獨立的內(nèi)部系統(tǒng)用房布置在同一體塊內(nèi)，同一專業(yè)內(nèi)部的管線接口等在自己體塊內(nèi)解決，各專業(yè)體塊之間盡量減少互相干擾，減少管線互穿造成的公共區(qū)域面積。以通風(fēng)專業(yè)為例，風(fēng)機房的體量往往都是工藝系統(tǒng)之外的面積大戶，風(fēng)管的體積在各類管線中也是處于霸主地位。設(shè)計過程中，將通風(fēng)專業(yè)用房布置在同一體塊范圍內(nèi)，減少大體積風(fēng)管對其他專業(yè)的影響，公共區(qū)域的面積也會相應(yīng)減小。體塊與體塊之間僅存在必要的對外接口，其余管線均內(nèi)部解決，減少交叉，減少干擾，同時，功能相近用房可合并到統(tǒng)一體塊，分標(biāo)高布置相關(guān)設(shè)備，管線走向等也可同時設(shè)置，將公共區(qū)域的管線進(jìn)行分類，同時排布，共享走線區(qū)域，以達(dá)到節(jié)約公共服務(wù)面積的目的。
(三)設(shè)計核心交通樞紐。核心交通樞紐的設(shè)置，其初衷是擴大樓電梯的服務(wù)面積，減少公共交通區(qū)域的面積。在實際設(shè)計過程中，核心交通樞紐的設(shè)置，不僅僅在人員流線上發(fā)揮了方便快捷的聯(lián)通作用，還為管線的豎向過渡及生產(chǎn)流線的完善提供了便利。核心交通樞紐的設(shè)置，可以極大地縮短人員流線，保證巡檢及操作人員很便捷地到廠房任一區(qū)域，也可以縮短意外事故工況下的疏散距離，用于交通組織的公共服務(wù)面積也就相應(yīng)減少。同時，在人員流線簡化的同時，部分公共服務(wù)的管線也跟隨交通樞紐的設(shè)置豎向布置，在每層展開布置的時候也會相應(yīng)縮短，對于部分送排風(fēng)、照明、報警控制、消防滅火的管線也有一個不小的節(jié)約。考慮到核化工廠房輻射分區(qū)的特殊性，橙區(qū)、綠區(qū)、白區(qū)均相對集中布置，全額分區(qū)內(nèi)均獨立設(shè)置豎向交通樞紐，并根據(jù)操作需求及使用頻率等相應(yīng)調(diào)整設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并在滿足規(guī)范要求的情況下，橙區(qū)交通樞紐分別設(shè)置有專用的疏散樞紐及工作聯(lián)系樞紐，綠區(qū)、白區(qū)設(shè)置共用的交通樞紐。各個交通樞紐的設(shè)計，均在規(guī)范要求的前提下將服務(wù)面積擴展至最大，以減少不必要的交通服務(wù)面積。
(四)廠房體量簡化。廠房體量的簡化，就在于充分利用冗余面積及層高，就地布置一些控制柜、檢測箱、工具間等用房，將廠房體量規(guī)整化，以達(dá)到各專業(yè)功能的同時實現(xiàn)。同時，在建筑高度上盡量減少不必要的服務(wù)面積，頂層檢修平臺由原先的經(jīng)由交通樞紐進(jìn)出，簡化流線之后，設(shè)置專用的檢修梯供進(jìn)出之用。同時由于部分用房正常維修需要吊車輔助，采取局部抬高層高的方式，以方便結(jié)構(gòu)計算及施工組織。為進(jìn)一步壓縮造價，經(jīng)與工藝專業(yè)溝通，氮氧化物回收工段因整體流程有設(shè)備密封，且整體劑量不超過橙區(qū)限值，將吸收塔頂部樓板取消，與檢修平臺共用頂板，造價節(jié)約方面做到精細(xì)化、合理化、突破化設(shè)計。廠房的體量在經(jīng)過層層緊湊式布局之后，也最終呈現(xiàn)出規(guī)整有秩的整體形態(tài)，對于設(shè)備布置、結(jié)構(gòu)計算、施工組織均有不同程度的便利，做到布局優(yōu)化的同時，為各個階段的順利開展也提供了便利。
三、設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)
(一)設(shè)計理念的交流。理念先行是每一個設(shè)計從業(yè)者的基本素養(yǎng)，核島及核化工設(shè)計工作尤為如此。設(shè)計理念的確立，對于一個項目的設(shè)計過程，都有著方向性的指導(dǎo)意義。方案的好壞、功能的優(yōu)劣、效能的高低，歸根結(jié)底都取決于設(shè)計者的設(shè)計理念。設(shè)計理念的交流，將每個設(shè)計者的理念去粕存優(yōu)，不斷將優(yōu)秀的設(shè)計理念灌輸給每一個設(shè)計者，在今后每一個廠房的設(shè)計工作中，共同學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步，共同優(yōu)化。
(二)設(shè)計手法的推廣。在建筑設(shè)計領(lǐng)域，存在著眾多的設(shè)計手法，其在公共建筑、民用建筑以及工業(yè)建筑領(lǐng)域均可以保持互通。建筑布局的設(shè)計手法，在建筑設(shè)計領(lǐng)域無異于滄海一粟，其手法通用性更是無可厚非。具體到核電項目及后處理廠房，其工藝及輔助系統(tǒng)組成均與本設(shè)施類似，主工藝確定核心工藝流程，輔助及配合系統(tǒng)根據(jù)需要在主工藝系統(tǒng)周圍布置，平面布局手法可以通用。分區(qū)式布局、體塊式設(shè)計、體量式完善，在今后核化工廠房及核電廠房設(shè)計中，均可根據(jù)具體設(shè)計對象選取或者組合相應(yīng)的設(shè)計手法，以達(dá)到性價比最優(yōu)的設(shè)計成果，保證實用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性。
(三)設(shè)計方案的適用。本設(shè)施是我國首個放射性溶劑精餾及氮氧化物回收的突破性廠房，是核燃料后處理項目不可或缺的功能組成，其功能布局及設(shè)計形式在今后的后處理廠項目設(shè)計中，都有借鑒參考意義，也為今后后處理項目的設(shè)計提供一個強有力的鋪墊。
作者：李園園 單位：中國核電工程有限公司