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摘要：本文結合某钢铁企业的总体规划设计实例，总结出一套以工程场地分析、两个方向为先导，以两个基本点为控制点，紧紧围绕物流为中心的总图运输方案设计模式，对于高效形成大型钢铁联合企业新建、改扩建项目的总图运输设计方案，具有一定指导意义。
关键词：用地分析；总图运输；设计模式；生产物流
Abstract: this paper in combination with an iron &steel enterprise planning design example, summed up a set of engineering site analysis, two direction as the forerunner, take the two basic points for the control points, closely regarding logistics center for the assembly drawing transportation scheme design patterns, for efficient form large steel joint enterprise new construction, expansion project of the assembly drawing transportation design scheme, which is significant.
Keywords: land analysis; The assembly drawing transportation; Design mode; Production logistics
中图分类号：C29文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国钢铁消费量的剧增和国家产业结构的深入调整，钢企在规模、数量上不断迅速发展壮大的同时，产业结构也得到持续不断优化、升级换代，并逐渐进入到从规模到产量均总体出现过剩的局面，项目数逐渐减少和设计公司不断壮大的矛盾日渐突出，市场竞争日渐加剧。于是，各钢铁行业的工程设计公司纷纷将眼光盯在海外发展中国家的钢铁市场。在新的市场形势、管理理念、资源条件下，各工程设计公司顺应历史的潮流，迎接市场的挑战，积极缩短设计周期，提高工作效率，减少重复劳动，从而降低工程设计成本。而最有效的手段之一就是形成一套行之有效的设计模式，从而实现快速设计。海外工程的高阶段咨询，是受国际钢铁市场、钢铁公司的不同管理理念、厂址内外设计条件影响最大的阶段，可变性、突变性较大。咨询阶段研究整体物流的优化，首当其冲的是总图方案。如何形成一套行之有效的设计模式，快速稳定总图方案，达到事半功倍的效果，是我们当务之急。
1 总图布置的形式及其主要影响因素
1.1总图布置的形式
总图布置形式主要是指钢铁联合企业内各主体功能单元根据各单元工艺流程需要摆放在一起，在满足工艺生产和物料运输需要等条件下形成的一个固有的总平面布置形式。具体分为两大类，（1）根据主体功能单元的位置关系形成的总图布置形式有：人字形布置、斜角成组布置、串联式布置等。（2）按物料流经全厂的流程、形态不同形成的总图布置形式有：“L”形、“U”形、“I”（直线）形等布置形式，这是目前讨论最多以物料流程形态来命名的总图布置型式。“物料流程”主要是指：从原燃料入厂起到成品出厂止，大宗物料、半成品、成品在车间之间、工序之间、生产线之间的物料储存、转化、包装、运输的全过程。
1.2总图布置形式的主要影响因素
海外项目的工程建设咨询阶段，通常不具有独立的厂址选择阶段。但在业主指定建设场地上研究总图方案时，仍需研究国内项目厂址选择阶段、总图布置方案设计阶段需要考虑的诸多影响因素对总图方案的影响。
1）总体布局（规划）阶段考虑的主要因素
符合当地相关城市规划，适应外部物料运输条件，重视卫生防护距离，注意当地风向和朝向，考虑项目施工期及投产后协作条件和当地人力资源条件，合理确定有关配套项目用地（如：循环经济用地等），留有远期发展条件，避免拆迁或影响现有重要设施，统一规划场地开拓工程的各项技术措施，适当考虑施工设施配套用地等。
2）总图布置方案需要考虑的主要问题
总图布置方案需要考虑的主要问题：在总体布局（规划）的基础上，在有关规范、规定的要求指导下，根据工厂规模、生产工艺流程、物料流向、厂内外运输、厂区地形地质、建筑朝向以及预留发展等要求，全面地、因地制宜地规划工厂所有功能设施及其场地上建构筑物、运输线路等。在符合工厂当地的操作习惯、风俗习惯、管理模式条件下，经多方案技术经济比较，择优推荐。
综上所述，在海外项目咨询阶段总图布置方案需要考虑如此众多的因素，如何在这些因素中提出本项目优先考虑的、最重要的设计因素？形成设计模式，从而迅速稳定总图布置形式。
2 总图方案的设计模式研究
总图方案的设计原理：首先要明确项目的规模以及是否分期建设，其次是分析该项目涉及的相关设施或功能单元的主辅作用，辅助作业活动服务于主要作业活动，避免主要作业活动受到干扰和延迟。再次是分析所有相关设施单位的相互关系和相互紧密程度，如何相互作用，是否有定性或定量的关系。然后是确定所有设施单元的空间需求（主要考虑用地需求）。总图方案设计是一个随着时间不断变化的动态过程，也是一个战略规划的过程。随着技术进步和新方法的不断涌现，总图方案规划的方法也在不断改变。
基于多年总图设计经验和上述设计原理，提出如下设计模式：首先对项目厂址和项目设施的场地进行分析，再通过掌握项目的两个基本方向，控制项目的两个基本点，以研究大宗物流短捷、顺直、连续为中心，从而形成一个稳定的总图布置方案。
（1）厂址及其项目设施的用地分析
在项目规模确定的条件下，首先就要分析项目配套相关设施，厂址的用地是否满足项目规模的需要，其用地的长宽方向是否满足项目中主体工艺生产车间布置的基本需要。其次是考虑构成该项目的各主体设施的用地需求，并按物料流程合理分配单元用地面积，再其次则需要考虑项目分期建设，力求首期布置集中、物流短捷，预留用地相对集中以适应市场和技术发展的扩建需求。
（2）掌握两个基本方向
钢铁联合企业或工程项目必然有物料流、能源介质流、信息流、人流等进、出工厂，但对运营成本影响最大的是物料的运输。该处的两个基本方向即指“大宗物料进厂的方向”和“大宗物料出厂的方向”。解决好了大宗物料进出厂顺直、短捷的问题，也就解决了方案设计的主要问题之一。特别是大型钢铁联合企业，它的巨大运输量、运输方式的频繁转换对钢铁企业运营成本的控制显得特别重要。对钢铁企业大宗物料进出厂区的方向、运输方式等问题进行详细的分析，有利于减少基建投资或建成后的运营成本。
（3）控制两个基本点
任何一个工程项目，必然有其主要生产设施、次要生产设施、配套公辅设施。其中主要生产设施是影响项目成功与否的关键，也是项目总图方案设计的重点。控制住重点，其它设施的布置也就水到渠成、迎刃而解。钢铁联合企业的总图布置方案设计，影响最大的关键控制点就是炼铁工程、炼钢连铸工程的总图方案及二者之间的铁水运输方案。解决了它们之间的关系和总图布置形式，并在其前后布置烧结工程、焦化工程、原料场工程、轧钢车间等，形成该联合企业总图布置形式。
（4）以大宗物流短捷、顺直、连续为方案规划的研究中心
物流短捷、顺直、连续，是总图方案设计追求的目标，也是一个企业不断优化物流的目标。它对于减少企业的运输设备种类和数量、降低企业的运输成本和经营成本有着十分重要的作用。特别是大型钢铁联合企业，物流量大，运输设备多，运输方式在物料运输过程中不断变化。因此，总图运输规划就必然要以物流研究为中心，使企业达到物流短捷、顺直、连续的目标，并在项目不断改造升级的过程中具有不断优化的条件，才能不断降低企业的物流成本，不断提升企业的市场竞争力。
3 案例分析
3.1项目简述
某海外钢厂建设规模：22.50×106t/a，分二期4步建设。一期年产钢坯7.50×106t/a，一期+1年产钢坯11.25×106t/a；二期建成7.5×106t/a，二期+1建成11.25×106t/a。预留远期不锈钢约1500×103t/a用地。总体规模约24.00×106t/a。
厂址东临东海，南靠规划热电厂，西与轻工业区隔路相望，北为石化工业区。厂区用地南北宽约3.6 km～4.64km，东西长约2.67km～4.93km，总占地面积约21.43km2（包括生活区和行政区用地面积2.33 km2），工厂生产设施实际用地约19.1 km2。
主要生产设施：原料场工程，烧结工程，炼焦工程，石灰焙烧工程，高炉工程，炼钢连铸工程，系列轧钢工程。次要功能单元有：燃煤发电厂，中央水厂，制氧厂，中央机修厂，中央仓库，煤气柜工程，能源中心，耐火材料车间，循环经济用地，预留设施（钢铁研究中心，不锈钢生产线用地）等。
3.2工程用地分析
1）钢铁厂总体用地分析
根据有关资料测算，考虑长宽的有效利用，初步确定长约4.7km，宽约3.7km，长:宽约为1.27:1，接近于钢铁基地的理想用地长宽的比值（长宽比在1.4:1和1.6:1之间为宜）。从综合性的钢铁联合项目的用地指标分析，当该海外项目完成后，其吨钢用地指标为：0.8m2/吨钢（24.00×106t/a的规模），指标刚好满足《钢铁企业总图运输设计规范》（GB50603-2010）中规定的下限值，指标十分先进。如果扣除耐火材料厂、海边建厂仓储设施用地偏大等因素，其吨钢用地指标更优秀。用地情况详见图1。
图1项目用地情况
2）各主体设施工程用地分析
（1）原料场用地面积约2.5km2。考虑到海上运输受海洋极端气候的影响，适当扩大了该功能单元的用地面积。再综合考虑采取其它适当的设计措施增加物料贮存量，物料贮存天数适当增加是合理的。
（2）根据规划规模需要，配置6台大型烧结机，烧结厂用地面积约0.98 km2。具体设计时通过采取设备大型化和其它设计措施如联合布置等，占地会比这更紧凑，总面积会约小于该数值。
（3）根据规划钢铁联合企业规模需要，焦化厂配置7m大型焦炉，每两座焦炉为一组共六个组合，经济合理，在不考虑精化工设施用地的情况下，占地约1.4 km2。
（4）高炉工程共有高炉6座，每座高炉用地按0.25 km2，共1.5 km2，用地较大。但如将高炉煤气柜、铸铁机、倒罐间等包含在内则是合理的。
（5）炼钢连铸工程，除去预留不锈钢生产线用地外，常规情况下应至少建设3座炼钢连铸车间才有利于生产组织。但本项目最终决定建设两座炼钢连铸车间完成该企业的生产任务。规模决定用地，一二期总面积约1.54 km2。就该吨钢用地指标来分析，是十分先进的。
（6）轧钢工程。原则上轧钢车间和炼钢连铸车间联合布置，在宽度上只要炼钢连铸车间能布置下去，轧钢就应该能布置下去。但对于本项目，因连铸车间后面配的轧线太多，该区域受制约因素的应该是轧钢区域的有效布置。方案估算轧钢区域用地宽度方向与炼钢连铸车间宽度一致，长度方向以最长热轧或厚板车间做为控制指标。轧钢工程用地一二期各约1.4 km2。
通过参考同类型项目或经验估算，各主要设施用地面积和长宽如下表（除注明外均含一、二期）：
表1主要单元用地信息表
单元名称
项目 原料场
工程 烧结工程 炼焦工程 高炉工程 炼钢连铸工程 轧钢区域
面积(km2) 2.5 0.98 1.4 1.5 1.54 1.4
长×宽（km） 2.5×1.0 1.4×0.7 1.4×1.0 1.25×1.2 2.2×0.7 1.27×1.1
吨钢用地面积（m2） 0.11 0.044 0.062 0.067 0.069
备注 一期用地
其它辅助设施就根据主体设施的布置情况，合理调整总图布置和用地情况，以适应总体布置需要。
3.3抓住两个基本方向
1）物料进厂的方向
该海外项目的各种运入物料有洗精煤、动力煤、喷吹煤、无烟煤、块矿、石灰石、铁矿粉、球团、废钢及辅料等。运入物料（干量）总量约：67.61×106t/a。运输量最大的是煤和铁矿粉。详见表2。
表2 物料运入量表（单位：106t/a）
物料名称 洗精煤 动力煤 喷吹煤/无烟煤 块矿 石灰石 铁矿粉 球团 废钢及辅料
一期 6.115 2.780 1.893 2.834 3.290 12.636 1.454 2.811
二期 12.239 5.500 3.790 5.671 6.589 25.288 2.911 5.622
从图1分析可知，该海外项目的大宗原燃料采用水路运输方式进厂。根据航道和码头设计需要，原料从码头南部进厂，基本贮存在原料场，该综合原料场越靠近码头越好。因原料场靠近码头布置，与原料场关系密切的烧结、焦化、炼铁等设施就应该靠近原料场布置，缩短物料运输距离。该种布置型式以原燃料的吨钢货物周转量（运输量与运输距离的积）最小为目标。
2）物料出厂的方向
该海外项目的各种运出物料有钢材、水渣、钢渣等。运出物料（干量）总量约：30.00×106t/a。运输量最大的是各种钢材。运输量详见表3、4。
表3一期物料运出量表（单位：106t/a）
物料名称 高线盘卷 棒材 小方坯/大棒 2030mm冷轧 2250mm热轧卷 3800mm中板 合计
一期+1 1.78 0.78 0.35 2.05 3.10 1.80 9.86
表4二期+1新增物料運出量表（单位：106t/a）
物料名称 1800mm冷轧 1550mm冷轧 1880mm热轧卷 1450mm冷轧 1580mm热轧卷 5000mm中板 型钢 合计
二期+1 1.70 1.45 1.25 0.70 2.90 2.00 1.14 11.14
从图1上分析，该海外项目的大宗运出物料是采用的水路运输出厂。为缩短运输距离，减少二次搬运，减少吨钢运输成本。轧钢区域用地尽量靠近码头北部平行或垂直海边布置为最佳。
3.4控制两个基本点
原料场工程、烧结工程、焦化工程等，在满足原燃料进厂短捷条件下，主要是围绕高炉工程考虑总图布置的。氧气厂、废钢堆场、轧钢工程等，主要是围绕炼钢连铸工程考虑总图布置的。其它公共辅助设施（如中央仓库、中央水处理厂等）也基本上围绕这两个主体设施考虑适当的总图位置。炼铁工程、炼钢连铸工程的总图布置形式和相互关系决定了大型钢铁联合企业总图布置型式。
1）铁水运输方式选择
炼钢连铸工程、炼铁工程之间的铁水运输方式目前大致共有三大类五种运输方式。如下表。
表5铁水运输方式比较
运输方式 铁路运输方式 公路运输方式 过跨车＋吊车运输方式
名称 鱼雷罐或铁水罐铁路运输方式 铁路“一罐制” 常规铁水罐汽车运输铁水的方式 汽车“一罐制” 由炼钢车间的受料跨延长至炼铁区接受铁水 在炼钢和炼铁之间布置一重跨车间作为处理铁水的过渡跨
说明 技术成熟可靠，常规生产运输型式。 技术可靠，有首钢曹妃甸钢厂、鞍凌钢先例。需要总结实际生产经验。 有成功的经验 实际生产经验较少 适用于两个高炉对应于一座炼钢车间的布置型式。 需要总结实际生产经验。
结论 适合各种规模的钢铁企业。 适合各种规模的钢铁企业。 适合中、小型规模的钢铁企业 适合中、小型规模的钢铁企业 适合场地受限、规模确定的钢铁企业 适合场地狭长、规模适中的钢铁联合企业（高炉数量不宜太多）
从该海外钢铁项目的规模和设备大型化的实际情况结合上表分析，它的铁水只能采用铁路运输。
2）炼铁区总图布置
炼铁区的总图布置，需要控制高炉本体、矿焦槽的位置，以物流运输距离最短为原则。稳定了这两个位置，原料、成品的运输方向就基本确定了。其它设施如熱风炉、鼓风机站、净循环水处理设施、浊循环水处理系统、除尘系统、煤气清洗系统等就围绕高炉出铁场根据生产、运输、消防的需要紧凑布置就行了。
该海外项目，铁水采用铁路运输，考虑半岛式总图布置。高炉共有6座，中心距按较小的距离350m考虑，两个相距最远的高炉中心距就是1.75km，这种布置型式铁水运输距离总体上是不合理的。将高炉分成两组沿铁路线两侧布置，铁水小站考虑共用，对应两个或三个炼钢车间，铁水运输距离总体上偏长，这种布置也是不合理的。如果考虑铁水小站分建，再结合烧结、焦化、原料场的位置统一考虑高炉区的总图布置型式，两组高炉对应两个炼钢连铸车间，中间设铁水联络线。该总图方案设想应是十分合理的。
3）炼钢区总图布置
炼钢工程原料进厂的物料主要有铁水、废钢、块矿、铁合金等，出去的物料有连铸坯、钢渣、除尘灰等。废钢需要尽量靠近炼钢连铸工程布置，减少废钢运输距离。炼钢连铸工程必须紧靠高炉工程布置，确保铁水运输距离最短，减少铁水的温降。高炉工程的位置就决定了炼钢连铸工程的位置，原料场的位置决定了散装料仓的方位。鉴于该海外项目炼钢连铸工程产能太大，炼钢水处理和连铸水处理以分建为宜。以炼钢连铸车间为中线，一侧紧靠轧钢车间（确保热装热送），另侧主要考虑其公辅设施布置。
铁水进炼钢车间常用的只有两种方式：平行进炼钢车间方式和垂直进炼钢车间方式，这两种方式都是可行的。这两种进车间的方式就决定了该铁、钢之间的总图布置型式是“L形”或“I形”。再结合原料场、烧结、焦化、轧钢等设施布置情况，就确定了该钢铁联合企业全厂的大宗物流总体布置型式是“L形”或“U形”。如图2和图3所示：
图2“U” 形布置
图3“L” 形布置
3.5以物流研究为中心，以大宗物流短捷、顺畅、连续为目标
大宗物料的物流分析，主要是指：铁前物流分析、铁钢物流分析、钢后物流分析三部分。
1）铁前物流分析比较
通过上面对该海外项目的方案设计，我们基本可以确定它的总图布置型式是 “L形”或“U形”，如图2、图3所示。这两个总图布置型式，其铁前原料场工程、焦化工程、烧结工程、石灰焙烧工程等的总图布置型式基本可以调整到一致。那么，铁前大宗物料的周转量也就基本一致。
2）铁钢物流分析比较
铁钢物流主要比较的是炼铁工程和炼钢工程之间的铁水运输距离。如图3，“L形”总图布置型式的两期铁水运输距离是一致的，以靠炼钢连铸车间最近的高炉中心计算最铁水运输距离约1.3km。如图2，“U形”总图布置形式的两期铁水运输距离是不一致的，以靠炼钢连铸车间最近的高炉中心计算最近铁水运输距离，一期约为1.3km，二期约为2.7km。由此比较，“U形”总图布置型式的铁水运输距离大于“L形”总图布置形式的铁水运输距离。
3）钢后物流分析比较
“L形”总图布置型式，轧钢主要平行码头布置，其成品到码头的运输集中到厂址的北侧，运输线路集中，随着规模的扩大，运输距离越远。初步测算，一期靠码头最近的热轧成品运输距离约0.8km，二期靠码头最近的热轧成品运输距离约1.8km。
“U型”总图布置型式，轧钢系统布置垂直码头，有效利用轧线的长度缩短成品到码头的运输距离，同时，随着规模的扩大，成品的运送距离基本变化不大，而且有多条运输通道通往成品码头。一期热轧成品距离码头距离最近约0.6km，二期热轧成品距离码头距离最近约0.9km。同时，在一定条件下，可以满足成品从轧钢成品仓库直接装运上船，不用进行二次搬运。如此，“U型”总图布置型式的成品运输优于“L形”总图布置型式的成品运输。
4）关注顾客的特殊需要
当地经济开发区为该工程项目提供多项优惠条件（如成品外卖出境的例行海关检查可以到轧钢成品仓库进行），这就为成品直接从轧钢厂成品库装运上船，减少第二次搬运创造了条件，提供了便利。考虑到海洋极端气候、销售策略和市场行情等对钢厂生产的影响，其轧钢成品库可以通过增大储量，各车间长度可以做到1.5km～1.8km。如此，只有“U形”总图布置方案满足上述需求。
4 结论
一个产品型企业的总图方案设计，通过采用以上设计模式进行设计，必定能做出几个符合厂址现状条件的总平面布置形式。再综合考虑其它因素通过方案优化、技术经济比较，从而能够迅速稳定总图。对加快项目的进度、缩短设计周期、节省项目的人力资源会产生重大影响。
参考文献
《设施规划》，（美）汤普金斯（Tompkins.j.）等著；伊俊敏，袁海波等译，北京机械工业出版社，2007.9。
《钢铁厂总图运输设计手册》，中国冶金建设协会组织编写。
《钢铁行业的创新有序可控是持续发展的基础》，中冶集团重庆钢铁设计研究总院，孙建德，2003.3。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：用地分析；总图运输；设计模式；生产物流
Abstract: this paper in combination with an iron &steel enterprise planning design example, summed up a set of engineering site analysis, two direction as the forerunner, take the two basic points for the control points, closely regarding logistics center for the assembly drawing transportation scheme design patterns, for efficient form large steel joint enterprise new construction, expansion project of the assembly drawing transportation design scheme, which is significant.
Keywords: land analysis; The assembly drawing transportation; Design mode; Production logistics
中图分类号：C29文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国钢铁消费量的剧增和国家产业结构的深入调整，钢企在规模、数量上不断迅速发展壮大的同时，产业结构也得到持续不断优化、升级换代，并逐渐进入到从规模到产量均总体出现过剩的局面，项目数逐渐减少和设计公司不断壮大的矛盾日渐突出，市场竞争日渐加剧。于是，各钢铁行业的工程设计公司纷纷将眼光盯在海外发展中国家的钢铁市场。在新的市场形势、管理理念、资源条件下，各工程设计公司顺应历史的潮流，迎接市场的挑战，积极缩短设计周期，提高工作效率，减少重复劳动，从而降低工程设计成本。而最有效的手段之一就是形成一套行之有效的设计模式，从而实现快速设计。海外工程的高阶段咨询，是受国际钢铁市场、钢铁公司的不同管理理念、厂址内外设计条件影响最大的阶段，可变性、突变性较大。咨询阶段研究整体物流的优化，首当其冲的是总图方案。如何形成一套行之有效的设计模式，快速稳定总图方案，达到事半功倍的效果，是我们当务之急。
1 总图布置的形式及其主要影响因素
1.1总图布置的形式
总图布置形式主要是指钢铁联合企业内各主体功能单元根据各单元工艺流程需要摆放在一起，在满足工艺生产和物料运输需要等条件下形成的一个固有的总平面布置形式。具体分为两大类，（1）根据主体功能单元的位置关系形成的总图布置形式有：人字形布置、斜角成组布置、串联式布置等。（2）按物料流经全厂的流程、形态不同形成的总图布置形式有：“L”形、“U”形、“I”（直线）形等布置形式，这是目前讨论最多以物料流程形态来命名的总图布置型式。“物料流程”主要是指：从原燃料入厂起到成品出厂止，大宗物料、半成品、成品在车间之间、工序之间、生产线之间的物料储存、转化、包装、运输的全过程。
1.2总图布置形式的主要影响因素
海外项目的工程建设咨询阶段，通常不具有独立的厂址选择阶段。但在业主指定建设场地上研究总图方案时，仍需研究国内项目厂址选择阶段、总图布置方案设计阶段需要考虑的诸多影响因素对总图方案的影响。
1）总体布局（规划）阶段考虑的主要因素
符合当地相关城市规划，适应外部物料运输条件，重视卫生防护距离，注意当地风向和朝向，考虑项目施工期及投产后协作条件和当地人力资源条件，合理确定有关配套项目用地（如：循环经济用地等），留有远期发展条件，避免拆迁或影响现有重要设施，统一规划场地开拓工程的各项技术措施，适当考虑施工设施配套用地等。
2）总图布置方案需要考虑的主要问题
总图布置方案需要考虑的主要问题：在总体布局（规划）的基础上，在有关规范、规定的要求指导下，根据工厂规模、生产工艺流程、物料流向、厂内外运输、厂区地形地质、建筑朝向以及预留发展等要求，全面地、因地制宜地规划工厂所有功能设施及其场地上建构筑物、运输线路等。在符合工厂当地的操作习惯、风俗习惯、管理模式条件下，经多方案技术经济比较，择优推荐。
综上所述，在海外项目咨询阶段总图布置方案需要考虑如此众多的因素，如何在这些因素中提出本项目优先考虑的、最重要的设计因素？形成设计模式，从而迅速稳定总图布置形式。
2 总图方案的设计模式研究
总图方案的设计原理：首先要明确项目的规模以及是否分期建设，其次是分析该项目涉及的相关设施或功能单元的主辅作用，辅助作业活动服务于主要作业活动，避免主要作业活动受到干扰和延迟。再次是分析所有相关设施单位的相互关系和相互紧密程度，如何相互作用，是否有定性或定量的关系。然后是确定所有设施单元的空间需求（主要考虑用地需求）。总图方案设计是一个随着时间不断变化的动态过程，也是一个战略规划的过程。随着技术进步和新方法的不断涌现，总图方案规划的方法也在不断改变。
基于多年总图设计经验和上述设计原理，提出如下设计模式：首先对项目厂址和项目设施的场地进行分析，再通过掌握项目的两个基本方向，控制项目的两个基本点，以研究大宗物流短捷、顺直、连续为中心，从而形成一个稳定的总图布置方案。
（1）厂址及其项目设施的用地分析
在项目规模确定的条件下，首先就要分析项目配套相关设施，厂址的用地是否满足项目规模的需要，其用地的长宽方向是否满足项目中主体工艺生产车间布置的基本需要。其次是考虑构成该项目的各主体设施的用地需求，并按物料流程合理分配单元用地面积，再其次则需要考虑项目分期建设，力求首期布置集中、物流短捷，预留用地相对集中以适应市场和技术发展的扩建需求。
（2）掌握两个基本方向
钢铁联合企业或工程项目必然有物料流、能源介质流、信息流、人流等进、出工厂，但对运营成本影响最大的是物料的运输。该处的两个基本方向即指“大宗物料进厂的方向”和“大宗物料出厂的方向”。解决好了大宗物料进出厂顺直、短捷的问题，也就解决了方案设计的主要问题之一。特别是大型钢铁联合企业，它的巨大运输量、运输方式的频繁转换对钢铁企业运营成本的控制显得特别重要。对钢铁企业大宗物料进出厂区的方向、运输方式等问题进行详细的分析，有利于减少基建投资或建成后的运营成本。
（3）控制两个基本点
任何一个工程项目，必然有其主要生产设施、次要生产设施、配套公辅设施。其中主要生产设施是影响项目成功与否的关键，也是项目总图方案设计的重点。控制住重点，其它设施的布置也就水到渠成、迎刃而解。钢铁联合企业的总图布置方案设计，影响最大的关键控制点就是炼铁工程、炼钢连铸工程的总图方案及二者之间的铁水运输方案。解决了它们之间的关系和总图布置形式，并在其前后布置烧结工程、焦化工程、原料场工程、轧钢车间等，形成该联合企业总图布置形式。
（4）以大宗物流短捷、顺直、连续为方案规划的研究中心
物流短捷、顺直、连续，是总图方案设计追求的目标，也是一个企业不断优化物流的目标。它对于减少企业的运输设备种类和数量、降低企业的运输成本和经营成本有着十分重要的作用。特别是大型钢铁联合企业，物流量大，运输设备多，运输方式在物料运输过程中不断变化。因此，总图运输规划就必然要以物流研究为中心，使企业达到物流短捷、顺直、连续的目标，并在项目不断改造升级的过程中具有不断优化的条件，才能不断降低企业的物流成本，不断提升企业的市场竞争力。
3 案例分析
3.1项目简述
某海外钢厂建设规模：22.50×106t/a，分二期4步建设。一期年产钢坯7.50×106t/a，一期+1年产钢坯11.25×106t/a；二期建成7.5×106t/a，二期+1建成11.25×106t/a。预留远期不锈钢约1500×103t/a用地。总体规模约24.00×106t/a。
厂址东临东海，南靠规划热电厂，西与轻工业区隔路相望，北为石化工业区。厂区用地南北宽约3.6 km～4.64km，东西长约2.67km～4.93km，总占地面积约21.43km2（包括生活区和行政区用地面积2.33 km2），工厂生产设施实际用地约19.1 km2。
主要生产设施：原料场工程，烧结工程，炼焦工程，石灰焙烧工程，高炉工程，炼钢连铸工程，系列轧钢工程。次要功能单元有：燃煤发电厂，中央水厂，制氧厂，中央机修厂，中央仓库，煤气柜工程，能源中心，耐火材料车间，循环经济用地，预留设施（钢铁研究中心，不锈钢生产线用地）等。
3.2工程用地分析
1）钢铁厂总体用地分析
根据有关资料测算，考虑长宽的有效利用，初步确定长约4.7km，宽约3.7km，长:宽约为1.27:1，接近于钢铁基地的理想用地长宽的比值（长宽比在1.4:1和1.6:1之间为宜）。从综合性的钢铁联合项目的用地指标分析，当该海外项目完成后，其吨钢用地指标为：0.8m2/吨钢（24.00×106t/a的规模），指标刚好满足《钢铁企业总图运输设计规范》（GB50603-2010）中规定的下限值，指标十分先进。如果扣除耐火材料厂、海边建厂仓储设施用地偏大等因素，其吨钢用地指标更优秀。用地情况详见图1。
图1项目用地情况
2）各主体设施工程用地分析
（1）原料场用地面积约2.5km2。考虑到海上运输受海洋极端气候的影响，适当扩大了该功能单元的用地面积。再综合考虑采取其它适当的设计措施增加物料贮存量，物料贮存天数适当增加是合理的。
（2）根据规划规模需要，配置6台大型烧结机，烧结厂用地面积约0.98 km2。具体设计时通过采取设备大型化和其它设计措施如联合布置等，占地会比这更紧凑，总面积会约小于该数值。
（3）根据规划钢铁联合企业规模需要，焦化厂配置7m大型焦炉，每两座焦炉为一组共六个组合，经济合理，在不考虑精化工设施用地的情况下，占地约1.4 km2。
（4）高炉工程共有高炉6座，每座高炉用地按0.25 km2，共1.5 km2，用地较大。但如将高炉煤气柜、铸铁机、倒罐间等包含在内则是合理的。
（5）炼钢连铸工程，除去预留不锈钢生产线用地外，常规情况下应至少建设3座炼钢连铸车间才有利于生产组织。但本项目最终决定建设两座炼钢连铸车间完成该企业的生产任务。规模决定用地，一二期总面积约1.54 km2。就该吨钢用地指标来分析，是十分先进的。
（6）轧钢工程。原则上轧钢车间和炼钢连铸车间联合布置，在宽度上只要炼钢连铸车间能布置下去，轧钢就应该能布置下去。但对于本项目，因连铸车间后面配的轧线太多，该区域受制约因素的应该是轧钢区域的有效布置。方案估算轧钢区域用地宽度方向与炼钢连铸车间宽度一致，长度方向以最长热轧或厚板车间做为控制指标。轧钢工程用地一二期各约1.4 km2。
通过参考同类型项目或经验估算，各主要设施用地面积和长宽如下表（除注明外均含一、二期）：
表1主要单元用地信息表
单元名称
项目 原料场
工程 烧结工程 炼焦工程 高炉工程 炼钢连铸工程 轧钢区域
面积(km2) 2.5 0.98 1.4 1.5 1.54 1.4
长×宽（km） 2.5×1.0 1.4×0.7 1.4×1.0 1.25×1.2 2.2×0.7 1.27×1.1
吨钢用地面积（m2） 0.11 0.044 0.062 0.067 0.069
备注 一期用地
其它辅助设施就根据主体设施的布置情况，合理调整总图布置和用地情况，以适应总体布置需要。
3.3抓住两个基本方向
1）物料进厂的方向
该海外项目的各种运入物料有洗精煤、动力煤、喷吹煤、无烟煤、块矿、石灰石、铁矿粉、球团、废钢及辅料等。运入物料（干量）总量约：67.61×106t/a。运输量最大的是煤和铁矿粉。详见表2。
表2 物料运入量表（单位：106t/a）
物料名称 洗精煤 动力煤 喷吹煤/无烟煤 块矿 石灰石 铁矿粉 球团 废钢及辅料
一期 6.115 2.780 1.893 2.834 3.290 12.636 1.454 2.811
二期 12.239 5.500 3.790 5.671 6.589 25.288 2.911 5.622
从图1分析可知，该海外项目的大宗原燃料采用水路运输方式进厂。根据航道和码头设计需要，原料从码头南部进厂，基本贮存在原料场，该综合原料场越靠近码头越好。因原料场靠近码头布置，与原料场关系密切的烧结、焦化、炼铁等设施就应该靠近原料场布置，缩短物料运输距离。该种布置型式以原燃料的吨钢货物周转量（运输量与运输距离的积）最小为目标。
2）物料出厂的方向
该海外项目的各种运出物料有钢材、水渣、钢渣等。运出物料（干量）总量约：30.00×106t/a。运输量最大的是各种钢材。运输量详见表3、4。
表3一期物料运出量表（单位：106t/a）
物料名称 高线盘卷 棒材 小方坯/大棒 2030mm冷轧 2250mm热轧卷 3800mm中板 合计
一期+1 1.78 0.78 0.35 2.05 3.10 1.80 9.86
表4二期+1新增物料運出量表（单位：106t/a）
物料名称 1800mm冷轧 1550mm冷轧 1880mm热轧卷 1450mm冷轧 1580mm热轧卷 5000mm中板 型钢 合计
二期+1 1.70 1.45 1.25 0.70 2.90 2.00 1.14 11.14
从图1上分析，该海外项目的大宗运出物料是采用的水路运输出厂。为缩短运输距离，减少二次搬运，减少吨钢运输成本。轧钢区域用地尽量靠近码头北部平行或垂直海边布置为最佳。
3.4控制两个基本点
原料场工程、烧结工程、焦化工程等，在满足原燃料进厂短捷条件下，主要是围绕高炉工程考虑总图布置的。氧气厂、废钢堆场、轧钢工程等，主要是围绕炼钢连铸工程考虑总图布置的。其它公共辅助设施（如中央仓库、中央水处理厂等）也基本上围绕这两个主体设施考虑适当的总图位置。炼铁工程、炼钢连铸工程的总图布置形式和相互关系决定了大型钢铁联合企业总图布置型式。
1）铁水运输方式选择
炼钢连铸工程、炼铁工程之间的铁水运输方式目前大致共有三大类五种运输方式。如下表。
表5铁水运输方式比较
运输方式 铁路运输方式 公路运输方式 过跨车＋吊车运输方式
名称 鱼雷罐或铁水罐铁路运输方式 铁路“一罐制” 常规铁水罐汽车运输铁水的方式 汽车“一罐制” 由炼钢车间的受料跨延长至炼铁区接受铁水 在炼钢和炼铁之间布置一重跨车间作为处理铁水的过渡跨
说明 技术成熟可靠，常规生产运输型式。 技术可靠，有首钢曹妃甸钢厂、鞍凌钢先例。需要总结实际生产经验。 有成功的经验 实际生产经验较少 适用于两个高炉对应于一座炼钢车间的布置型式。 需要总结实际生产经验。
结论 适合各种规模的钢铁企业。 适合各种规模的钢铁企业。 适合中、小型规模的钢铁企业 适合中、小型规模的钢铁企业 适合场地受限、规模确定的钢铁企业 适合场地狭长、规模适中的钢铁联合企业（高炉数量不宜太多）
从该海外钢铁项目的规模和设备大型化的实际情况结合上表分析，它的铁水只能采用铁路运输。
2）炼铁区总图布置
炼铁区的总图布置，需要控制高炉本体、矿焦槽的位置，以物流运输距离最短为原则。稳定了这两个位置，原料、成品的运输方向就基本确定了。其它设施如熱风炉、鼓风机站、净循环水处理设施、浊循环水处理系统、除尘系统、煤气清洗系统等就围绕高炉出铁场根据生产、运输、消防的需要紧凑布置就行了。
该海外项目，铁水采用铁路运输，考虑半岛式总图布置。高炉共有6座，中心距按较小的距离350m考虑，两个相距最远的高炉中心距就是1.75km，这种布置型式铁水运输距离总体上是不合理的。将高炉分成两组沿铁路线两侧布置，铁水小站考虑共用，对应两个或三个炼钢车间，铁水运输距离总体上偏长，这种布置也是不合理的。如果考虑铁水小站分建，再结合烧结、焦化、原料场的位置统一考虑高炉区的总图布置型式，两组高炉对应两个炼钢连铸车间，中间设铁水联络线。该总图方案设想应是十分合理的。
3）炼钢区总图布置
炼钢工程原料进厂的物料主要有铁水、废钢、块矿、铁合金等，出去的物料有连铸坯、钢渣、除尘灰等。废钢需要尽量靠近炼钢连铸工程布置，减少废钢运输距离。炼钢连铸工程必须紧靠高炉工程布置，确保铁水运输距离最短，减少铁水的温降。高炉工程的位置就决定了炼钢连铸工程的位置，原料场的位置决定了散装料仓的方位。鉴于该海外项目炼钢连铸工程产能太大，炼钢水处理和连铸水处理以分建为宜。以炼钢连铸车间为中线，一侧紧靠轧钢车间（确保热装热送），另侧主要考虑其公辅设施布置。
铁水进炼钢车间常用的只有两种方式：平行进炼钢车间方式和垂直进炼钢车间方式，这两种方式都是可行的。这两种进车间的方式就决定了该铁、钢之间的总图布置型式是“L形”或“I形”。再结合原料场、烧结、焦化、轧钢等设施布置情况，就确定了该钢铁联合企业全厂的大宗物流总体布置型式是“L形”或“U形”。如图2和图3所示：
图2“U” 形布置
图3“L” 形布置
3.5以物流研究为中心，以大宗物流短捷、顺畅、连续为目标
大宗物料的物流分析，主要是指：铁前物流分析、铁钢物流分析、钢后物流分析三部分。
1）铁前物流分析比较
通过上面对该海外项目的方案设计，我们基本可以确定它的总图布置型式是 “L形”或“U形”，如图2、图3所示。这两个总图布置型式，其铁前原料场工程、焦化工程、烧结工程、石灰焙烧工程等的总图布置型式基本可以调整到一致。那么，铁前大宗物料的周转量也就基本一致。
2）铁钢物流分析比较
铁钢物流主要比较的是炼铁工程和炼钢工程之间的铁水运输距离。如图3，“L形”总图布置型式的两期铁水运输距离是一致的，以靠炼钢连铸车间最近的高炉中心计算最铁水运输距离约1.3km。如图2，“U形”总图布置形式的两期铁水运输距离是不一致的，以靠炼钢连铸车间最近的高炉中心计算最近铁水运输距离，一期约为1.3km，二期约为2.7km。由此比较，“U形”总图布置型式的铁水运输距离大于“L形”总图布置形式的铁水运输距离。
3）钢后物流分析比较
“L形”总图布置型式，轧钢主要平行码头布置，其成品到码头的运输集中到厂址的北侧，运输线路集中，随着规模的扩大，运输距离越远。初步测算，一期靠码头最近的热轧成品运输距离约0.8km，二期靠码头最近的热轧成品运输距离约1.8km。
“U型”总图布置型式，轧钢系统布置垂直码头，有效利用轧线的长度缩短成品到码头的运输距离，同时，随着规模的扩大，成品的运送距离基本变化不大，而且有多条运输通道通往成品码头。一期热轧成品距离码头距离最近约0.6km，二期热轧成品距离码头距离最近约0.9km。同时，在一定条件下，可以满足成品从轧钢成品仓库直接装运上船，不用进行二次搬运。如此，“U型”总图布置型式的成品运输优于“L形”总图布置型式的成品运输。
4）关注顾客的特殊需要
当地经济开发区为该工程项目提供多项优惠条件（如成品外卖出境的例行海关检查可以到轧钢成品仓库进行），这就为成品直接从轧钢厂成品库装运上船，减少第二次搬运创造了条件，提供了便利。考虑到海洋极端气候、销售策略和市场行情等对钢厂生产的影响，其轧钢成品库可以通过增大储量，各车间长度可以做到1.5km～1.8km。如此，只有“U形”总图布置方案满足上述需求。
4 结论
一个产品型企业的总图方案设计，通过采用以上设计模式进行设计，必定能做出几个符合厂址现状条件的总平面布置形式。再综合考虑其它因素通过方案优化、技术经济比较，从而能够迅速稳定总图。对加快项目的进度、缩短设计周期、节省项目的人力资源会产生重大影响。
参考文献
《设施规划》，（美）汤普金斯（Tompkins.j.）等著；伊俊敏，袁海波等译，北京机械工业出版社，2007.9。
《钢铁厂总图运输设计手册》，中国冶金建设协会组织编写。
《钢铁行业的创新有序可控是持续发展的基础》，中冶集团重庆钢铁设计研究总院，孙建德，2003.3。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。