建筑設計與現代燃氣企業(yè)氣質的塑造

摘 要

摘要：提出了工業(yè)建筑以人為本的設計理念。以某煤層氣液化工程的建筑設計為例，提出了能夠體現現代化燃氣企業(yè)氣質的建筑形象與建筑環(huán)境的營造方法。關鍵詞：燃氣廠站；天然氣液化廠
摘要：提出了工業(yè)建筑以人為本的設計理念。以某煤層氣液化工程的建筑設計為例，提出了能夠體現現代化燃氣企業(yè)氣質的建筑形象與建筑環(huán)境的營造方法。
關鍵詞：燃氣廠站；天然氣液化廠；現代燃氣企業(yè)；建筑設計；建筑環(huán)境
Building Design and Shaping of Modern Gas Enterprise Style
ZHANG Kai
Abstract：The people-oriented design concept of industrial buildings is proposed. Taking building design of a coal-bed methane liquefaction project for example，the method for creating a building image
and a building environment which can reflect modernized gas enterprise style is put forward.
Key words：gas station；natural gas liquefaction plant；modern gas enterprise；building design；building environment
1 概述
   燃氣廠站是城鎮(zhèn)燃氣系統(tǒng)的生產性工業(yè)場所，是燃氣企業(yè)生產與企業(yè)形象的雙重載體。但長期以來，由于設計人員按照傳統(tǒng)的“建筑服從工藝”的思想，把燃氣廠站看作是單純的生產場所，對其美學特征予以忽視，缺乏對生產及附屬管理建筑等設施的人文關懷，于是各地出現了很多火柴盒式建筑，外觀單調、呆板，千篇一律，造成廠站的整體工作環(huán)境較差。
   近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，綜合國力的增強，城市環(huán)境的改善，人們環(huán)保意識的提高，工業(yè)建筑設計正從以往的單純以生產設備為中心朝著以人為本的方向發(fā)展。工業(yè)建筑的人性化設計，注重人對空間環(huán)境的體驗和感受，創(chuàng)造方便、安全、健康、舒適的工作環(huán)境，以提高員工的工作效率，這一理念愈來愈受到人們的重視。工業(yè)建筑作為一個企業(yè)外觀形象的重要窗口，反映一個企業(yè)的精神面貌和企業(yè)文化，因此越來越被企業(yè)所重視。
    山西晉城煤層氣液化工程(一期)正是在以人為本、考慮人與環(huán)境、人與建筑、人與機器和諧共生，充分展現企業(yè)的現代化特質與文化底蘊的思想指導下進行設計的。
2 項目背景
    山西晉城煤層氣液化工程由山西港華煤層氣有限公司興建，該公司由香港中華煤氣有限公司與山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司共同投資成立。
    山西晉城煤層氣液化工程利用山西豐富的煤層氣資源，采用混合制冷劑循環(huán)制冷(MRC)工藝將煤層氣液化，生產液化天然氣(LNG)，供應全國各地需要LNG資源的城市。該工程合理地利用了資源，有效地調整能源結構，還可消除當地煤礦瓦斯爆炸的隱患，因此是一個很好的節(jié)能環(huán)保項目，經濟效益也十分可觀。
    該項目一期工程煤層氣處理量為25×104m3/d，日產LNG量為181t/d。煤層氣液化工藝采用了先進的混合制冷劑循環(huán)制冷(MRC)液化工藝流程，整套液化流程的參數設計、工藝裝置選擇全部國產化。廠內采用1座(預留2座)4500m3低溫常壓儲罐(工作壓力為15kPa)進行LNG的儲存，該儲罐是目前國內同類儲罐中體積最大的國產雙金屬層低溫常壓儲罐。該廠在總圖設計時首次采用了4500m3儲罐LNG蒸氣云熱輻射模型對儲罐泄漏的影響范圍進行安全評價計算，為設計規(guī)范的編制、安全評價的計算模型開辟了新路。廠內所選用的原料氣壓縮機為排氣壓力高、流量大的防爆設備。由于國內尚無大型隔爆電機的生產能力，為解決防爆問題，我們通過廠房建筑設計，有效地解決了設備增安型通風要求，還解決了設備抗振減噪等要求，為業(yè)主節(jié)省了資金，達到了良好的效果。
    該項目一期工程于2007年開工，2008年投產。項目投產后產出的LNG成品各項技術指標完全達到設計要求，項目經濟效益十分可觀，并為當地帶來了很好的環(huán)境效益和社會效益。
3 總體構思
    ① 合理的布局滿足生產功能需要
    自古以來，建筑的式樣和類型各不相同，其原因盡管很多，但是一個不可否認的事實是：功能在其中無疑起著相當重要的作用[1]。
    煤層氣液化廠首先是一個工業(yè)企業(yè)，因此在設計中必須以生產工藝要求為前提，保證各項生產、管理及其他配套使用功能分區(qū)的合理性。
    本工程主要包括由礦區(qū)至液化廠的輸氣管道，液化廠的預處理裝置、液化裝置、配套的附屬設施以及LNG儲存和外運設施。主要工藝流程包括原料煤層氣的輸入、壓縮、凈化、液化、儲存及運輸等。
    在建筑總體布局上，以滿足工藝流程為前提，根據液化廠地形、風向、進出道路等自然條件和安全防火及環(huán)境要求，合理確定廠區(qū)進出口，盡量避免人流與物流相互干擾，合理確定建構筑物間距和朝向，爭取自然采光和自然通風，充分利用自然能源。合理確定廠內功能分區(qū)，與很多燃氣廠站一樣，本廠內按功能分為生產區(qū)和輔助區(qū)。生產區(qū)又包括工藝裝置區(qū)、儲運區(qū)。生產區(qū)建筑布局主要以滿足生產工藝要求為原則。輔助區(qū)位于整個廠區(qū)南部，建筑布局比較集中，自成一體。
    在建筑單體設計上，對各建筑物所承載的功能進行詳細分析，在充分滿足生產使用的前提下，主要以解決生產與環(huán)境、建筑功能與形式的矛盾為切入點，將不利因素進行轉化，而解決問題的手段又恰恰成為形成建筑獨特風格的一個重要因素。
    ② 塑造形象與現代化標志性建筑
    建筑性格特征所表現的是建筑物的個性。每一幢建筑物由于功能性質不同，地形及環(huán)境條件不同，設計者的意圖和構思不同，因而具有自己獨特的形式和特點[1]。
    山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司與香港中華煤氣有限公司均是知名大企業(yè)，基于此，我們認為必須塑造出一種現代化的建筑形象才能與企業(yè)的氣質相匹配；作為我國最大的煤層氣液化項目之一，其建筑應該具有一定的標志性特點；建筑必須體現出時代精神，甚至有一定的超前性，充分展示當代工業(yè)建筑的特色。
    ③ 生態(tài)及經濟性原則
    綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，是21世紀永恒的主題，也是我們在建筑設計中必須始終貫徹的方針。
    本地塊具有山地地形特點，地形起伏較大，建筑物的布局盡量考慮這種地勢特點，巧妙利用高差，既節(jié)省了土方開挖量，又使建筑本身體現出高低錯落之美，增加了場地豎向景觀的層次變化。
    在設計中盡量使用較經濟的常規(guī)建材，并在建筑造型及構件設計上做到標準化、模塊化，以便于與規(guī)范相適應，并節(jié)省建設造價，縮短建設期。
4 建筑設計
    “建筑是凝固的音樂”，通過建筑形體和高低錯落有致的變化，賦予建筑物美的內涵，使人們得到的不僅是功能的需求，而且是一種美的享受。我們在液化廠建筑設計中始終圍繞這一思想來勾畫廠區(qū)的建筑。廠區(qū)內生產區(qū)主要建筑物為壓縮機房、生產輔助用房、總變配電室、分變配電室及LNG充裝臺罩棚等。壓縮機房位于整個廠區(qū)的中央，是廠區(qū)最大也是最突出的建筑。生產輔助用房、總變配電室及分變配電室位于場地的西部，面積相對較小，在風格上與壓縮機房相統(tǒng)一。儲運區(qū)位于場地的東側，包括儲罐區(qū)及LNG充裝臺罩棚。輔助區(qū)主要建筑為綜合樓。綜合樓位于場地的南部靠中央位置，緊鄰廠區(qū)的主入口。廠區(qū)整體鳥瞰圖見圖1。
    ① 綜合樓
    a. 功能布局
綜合樓首層布置主控制中心，主控制中心是液化廠的重要組成部分，該中心作為全廠生產及安全的監(jiān)視和控制中心，將安裝分散控制系統(tǒng)(DCS)、緊急停車系統(tǒng)(ESD)及火災和氣體報警及控制系統(tǒng)(FGS)機柜、操作臺、ESD系統(tǒng)的手動操作盤、火警模擬控制盤及電視監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)的系統(tǒng)機柜和監(jiān)視器?？紤]到它的特殊性與重要性，在綜合樓的首層辟出一個獨立的區(qū)域作為主控制中心。主控制中心整體平面尺寸為12m×24.9m，內設調度控制室(12m×11.4m)、機柜間(12m×9m)、UPS電源室(4.5m×6m)、工程師辦公室(4.5m×6m)等?？刂剖?、機柜間、UPS電源室設置防靜電地板。為保證計算機系統(tǒng)的正常運行，這些房間配備空調設備。調度控制室外墻采用落地玻璃窗，室外陽光、綠色得以引入，有效提升了工作環(huán)境的質量。
另外，首層還布置了公司的大會議室以及衛(wèi)生間和茶水間等。二層為公司的辦公區(qū)域，設置了辦公室和復印室等辦公用房。
b. 結構選型
   建筑主體采用鋼筋混凝土框架結構形式。主要柱網尺寸采用6.9m×6.6m，是適合辦公建筑的理想柱網布局。考慮到建筑室內環(huán)境及中央空調，建筑層高為4.2m。
   c. 空間設計
   入口門廳處設立二層高共享空間，共享空間內設有景觀玻璃樓梯直達二層，氣派現代。辦公空間采用多種組合方式：既有獨立的小型辦公室，又有較大空間的開放式辦公區(qū)域，滿足多種辦公模式的要求。
d. 建筑形象
    綜合樓建筑風格簡潔現代，結合總圖采取矩形布局，建筑朝向為南北向，長邊與廠外主要道路平行。建筑體型采用三個不同高度的體塊相間穿插布置，顯得錯落有致。建筑外檐采用帶形熱反射玻璃幕墻與鋁合金金屬幕墻相結合，線條流暢，給人一種十足的現代感。局部安放空調室外機組的屋面采用金屬百葉做圍護結構，既對設備起到了視覺上的遮擋作用，本身又成為外立面不可或缺的重要組成部分，可謂一舉兩得?？v觀整個建筑，本身并不作繁冗裝飾，而是采用豐富的體型、干凈利落的細部刻畫以及協調大方的色彩取勝。而鋁合金金屬幕墻、熱反射玻璃幕墻、鋁合金裝飾百葉這些新材料的運用，又使整個建筑顯得既簡潔明快，又不乏時代感，反映了工業(yè)建筑的精神，現代企業(yè)的氣質也在這里得以彰顯。綜合樓效果圖見圖2。
 
    e. 室內裝修
    本著適用、經濟、美觀的原則，在設計中，我們?yōu)闃I(yè)主提供了一些重要房間的裝修意見，并為二次精裝修提供了規(guī)范性指導意見，以便使建筑物的內外形成統(tǒng)一的風格。
    ② 壓縮機房
    a. 功能布局
    壓縮機房主要包括原料氣壓縮機主廠房、BOG壓縮機房、庫房及其他輔助用房。根據地形特點把原料氣壓縮機主廠房和其他房間設在標高不同的兩個平臺，這樣既滿足TI藝的要求，又合理利用了地形，減少了土方的開挖量。而且使建筑體型顯得更加錯落有致，空間更為豐富。
    b. 結構選型
    建筑主體采用輕鋼結構，各主體鋼構件均涂刷消防部門認定的防火涂料，以解決鋼結構建筑的防火問題。主廠房跨度為24m，柱距間距為6m，總高度為18.3m，這些均以滿足工藝專業(yè)的要求及考慮結構的經濟性、合理性為前提。
    c. 建筑與安全生產及環(huán)境保護的完美結合
    壓縮機房是整個廠區(qū)中體積最大的建筑，也是最主要的生產場所，屬于甲類生產性建筑。
    生產過程中涉及的危險物質主要為煤層氣以及制冷劑。煤層氣的主要成分為甲烷，是易燃、易爆、窒息性氣體，無色無味，比空氣輕，當其與空氣混合達到一定濃度并遇到火源后，就有燃燒、爆炸的危險。因此要求廠房有良好的通風環(huán)境。
    工程中所選用的原料氣壓縮機、制冷劑壓縮機的工作介質均屬易燃、易爆氣體，電動機功率大，國產電動機沒有隔爆型，選為增安型。壓縮機本身噪聲高、振動大。液化工廠生產過程中的主要噪聲源包括：壓縮機、泵運轉時產生的機械振動噪聲，電動機所產生的電磁噪聲，氣體在開停車以及事故放空時所產生的噪聲，高速氣流或兩相流管道所引起的管道振動噪聲，調節(jié)閥引起的噪聲。這些噪聲若不進行治理，高噪聲可能危及操作人員及廠區(qū)內外的環(huán)境。因此，要求廠房有良好的隔聲防噪的特性。
    既要通風良好，保證有一定的通風面積，又要能隔除噪聲，于是矛盾產生了。為適應壓縮機廠房防爆通風、抗振減噪等要求，我們進行了廣泛的調研，決定選用消聲型通風百葉窗外圍護結構作為解決這一問題的突破口。消聲型通風百葉窗是一種新型通風消聲結構，它是一種允許氣流通過，但是可以消除噪聲的窗式結構，由于該結構的材料全部采用優(yōu)質鋁合金，加之特殊的加工工藝，使得消聲型通風百葉窗可以在任何氣候條件下使用，且氣流阻力小，消聲量大，外形美觀，可以兼作裝飾用窗。這恰恰解決了我們面臨的難題。另外，內墻板和屋面吊頂采用吸聲材料，再采用隔聲門窗等措施后，廠界四周均可達到《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲標準》GB 12348—90規(guī)定的Ⅱ類區(qū)標準，達到了環(huán)保的要求。在設計過程中，有關專家對整個設計進行了安全評價工作，認為該工程的安全等級完全滿足國家的相關規(guī)范標準的要求。
    d. 建筑形象
    工業(yè)建筑的新動向大多表現在采用新結構、新技術，體現技術美、結構美和現代美的統(tǒng)一[2]。
    在建筑立面上，我們巧妙利用了消聲型通風百葉窗這種新型建筑構件，采用豎線條的彩色壓型鋼板和消聲型通風百葉窗相間布置的方式。彩鋼板的顏色以公司的企業(yè)文化色藍色為主基調，并在彩度上加以變化，這樣就形成了深藍色彩鋼板、灰色消聲型通風百葉窗、淺藍色彩鋼板相間布置的立面單元，排列開去，整個立面形成了很強的韻律感，建筑顯得非常簡潔明快，本來龐大的體型也顯得輕靈起來。于是，功能與形式在這里得到了完美的結合。壓縮機房效果圖見圖3。
 
   ③ LNG充裝臺罩棚
   液化廠LNG儲存和外運設施包括1座(預留2座)4500m3低溫常壓儲罐、10個對外的LNG槽車充裝臺。
    根據工藝及總圖車流布置要求，要保證LNG槽車行車線路的順暢，同時要滿足槽車大于12m的行車轉彎半徑要求。受現有用地的限制，LNG充裝臺并不是橫平豎直布置，而是每個充裝臺均是錯位布置。如果采用以往常規(guī)的矩形罩棚，則所需面積非常大，不僅顯得笨重單調，而且會使罩棚覆蓋面積大大超過了充裝臺所需的有效遮蔽面積，不能滿足經濟性原則。因此，我們分析了充裝臺布局的特點之后，提出了一個蝴蝶形的罩棚形式，在保證每個充裝臺擁有充分遮蔽面積的前提下使罩棚面積大為減小，而且使整個建筑造型顯得新穎美觀，巧妙地化解了難題。而罩棚頂部點綴的圓形采光天窗，正像蝴蝶的斑點，這樣本來一個體型笨重的設備罩棚變成了一只美麗的藍色蝴蝶，靜靜地落在廠區(qū)。
5 結語
   山西晉城煤層氣液化工程(一期)項目建成投產后運行良好，實現了我們的設計目標。
   通過這個項目，我們體會到當代工業(yè)建筑要在包容工業(yè)生產的同時，體現對人本身的關注，使不良刺激盡量減少。生產越發(fā)展，生產的文明程度越高，建筑環(huán)境的作用就越明顯。良好的廠區(qū)環(huán)境可以樹立企業(yè)形象，增強職工凝聚力，陶冶情操，增進健康，吸引人才，給企業(yè)帶來眾多益處。
   順應時代，不斷研究新時期燃氣廠站的新特點、新模式，在滿足功能的前提下，以人為本，探索創(chuàng)新，創(chuàng)造具有時代精神的燃氣廠站建筑新形象，這是我們當代建筑師的歷史責任。
參考文獻：
[1] 彭一剛.建筑空間組合論(第2版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.
[2] 彭慧，徐爽，崔寶珠.燃煤供熱鍋爐房的建筑設計[J].煤氣與熱力，2006，26(10)：39-41.
 
(本文作者：張凱 中國市政工程華北設計研究總院 天津 300074)