Bố cục các công trình trong khu sản xuất của Xí nghiệp công nghiệp

Khu sản xuất bao gồm các xưởng sản xuất chính, xưởng sản xuất phụ và xưởng phụ trợ (cung cấp dụng cụ làm việc, sửa chữa cơ điện…) giữ vai trò quyết định trong việc tạo ra thành phẩm của Xí nghiệp công nghiệp (XNCN). Khu sản xuất thường có quy mô lớn, chiếm 60% -70% diện tích xây dựng chung và thường chiếm vị trí trung tâm của khu đất xây dựng. Quy hoạch bố cục khu sản xuất có ảnh hưởng quyết định đến quy hoạch bố cục chung của toàn bộ XNCN, vì vậy bố cục khu sản xuất thường cũng là bố cục của XNCN. Tất cả các phân khu chức năng còn lại với chức năng khác nhau nhưng đều thực hiện nhiệm vụ hỗ trợ, phục vụ cho các công trình sản xuất, đặc biệt là công trình sản xuất chính, do vậy trên mặt bằng tổng thể XNCN chúng được bố trí xoay quanh khu sản xuất. Về mặt kiến trúc, chúng là phông, tô điểm, hoàn chỉnh thêm bố cục hình khối, đường nét của các công trình sản xuất để tạo nên hình ảnh tổng thể XNCN.

Các dạng bố cục công trình trong khu sản xuất.

1.Bố cục dạng trung tâm

  • Bố cục trung tâm dạng một công trình.

Trong các XNCN hiện đại, đặc biệt là ở xứ ôn đới và hàn đới, do thực hiện hợp khối tới mức tối đa nên khu sản xuất chỉ còn một công trình, thậm chí các công trình như hành chính, điều hành, phục vụ công cộng, kho tàng, gara ôtô, nồi hơi sử dụng điện cũng được hợp khối với nhà sản xuất. Đây là các XNCN nhẹ không thải ra độc hại hoặc không đáng kể. Trong dạng bố cục này không gian sản xuất chính nằm ở trung tâm còn không gian sản xuất phụ hoặc các công trình khác bố trí xung quanh (nằm trong cùng không gian với nhà sản xuất chính hoặc nằm liền kề phía ngoài tường bao của nhà sản xuất chính. Loại bố cục này thường gặp ở các XNCN có khu đất tương đối vuông vức, mật độ xây dựng cao.

Nhà máy rượu vang Bodegas Potia – Tây Ban Nha do KTS Norman Foster và công sự xây dựng năm 2010. Trên cơ sở đặc điểm sản xuất rượu vang tác giả thiết kế nhà máy gồm 3 khối hướng tâm phù hợp với 3 giai đoạn sản xuất. Khối trung tâm bố trí bộ phận điều khiển và kiểm soát quy trình sản xuất
  • Bố cục trung tâm dạng nhiều công trình.

Trong các XNCN lớn có nhiều công trình thường là công trình sản xuất chính bố trí ở trung tâm các công trình sản xuất phụ thậm chí cả nhà hành chính, điều hành, kỹ thuật, kho tàng bố trí xung quanh (liên hệ bởi các nhà cầu hoặc tách rời với nhà sản xuất chính). Bố cục dạng này có các XNCN như dệt may, nhiệt điện, điện nguyên tử, xí nghiệp thực phẩm…

Nhà máy sản xuất ô tô Transparent, Dresden CHLB Đức

2. Bố cục dạng tuyến

Trong bố cục dạng tuyến, toàn bộ các công trình sản xuất chính, phụ thậm chí cả kho tàng và một số công trình khác được sắp xếp thành một hàng chạy dài liên tục hoặc phân đoạn. Tùy theo đặc điểm của khu đất và khả năng hợp khối của các công trình sản xuất, tuyến có thể song song hoặc vuông góc với trục đường chính đi qua phía trước XNCN. Trường hợp thứ nhất còn gọi là bố cục theo bề mặt, trường hợp thứ 2 bố cục theo chiều sâu. Trong dạng bố cục theo tuyến, các công trình sản xuất được hợp khối cần phải thống nhất các thông số về chiều rộng, chiều cao, hình thức kiến trúc, kết cấu chịu lực, kết cấu bao che để tạo thành công trình lớn có tính thống nhất cao, hiện đại, có sức truyền cảm mạnh

Trường hợp công trình sản xuất hướng theo chiều sâu (vuông góc với trục đường chính đi qua phía trước XNCN) đầu hồi nhà có thể hướng ra phía cổng chính, do vậy cần thiết kế nhà sản xuất kết hợp với các công trình của khu trước nhà máy như nhà hành chính, điều hành, nhà ăn, hội trường,… nhằm tạo nên sự hài hòa, sinh động của quần thể kiến trúc XNCN

Mặt bằng tổng thể Nhà máy Nước khoáng AonNi – Chilê

3. Bố cục theo dãy

Nhà máy rượu vang Cheval – KTS Christian de Portzamparc xây dựng năm 2011. Công trình có bố cục dạng tuyến mái và toàn bộ mặt bằng được phủ bằng cây xanh hòa quyện với cánh đồng nho

Trong những XNCN có nhiều công trình đơn vị, thí dụ: XN sợi dệt, XN may, nhà máy cơ khí,… người ta bố trí các công trình theo hàng (dãy) có thể là 2 hàng hoặc 3 hàng dạng ô bàn cờ (thẳng hàng theo cả chiều dọc và chiều ngang), hoặc bố trí so le nhau (chiều dọc các công trình thẳng hàng nhưng theo phương ngang các công trình đứng so le nhau). Cũng tương tự như giải pháp bố cục theo tuyến, khi bố trí các công trình theo nhiều hàng, để giảm tới mức tối đa lượng bức xạ mặt trời vào nhà, hướng tốt nhất đối với các dãy công trình vẫn là Bắc – Nam. Tuy nhiên, nếu hướng gió chủ đạo về mùa hè vuông góc, hoặc tạo trục vuông góc với bề mặt đón gió của công trình 1 góc α ≤ 30o chỉ có thể phù hợp với các giải pháp bố trí công trình so le nhau. Nhưng thực tế, trong quy hoạch tổng mặt bằng XNCN, việc bố trí các công trình so le sẽ rất khó tổ chức mạng lưới giao thông vận chuyển hàng hóa cũng như mạng lưới đường ống kỹ thuật đặt ngầm, do vậy người ta thường chọn giải pháp quy hoạch dạng ô bàn cờ. Trong trường hợp này, để đảm bảo thông thoáng tốt nhất cho các công trình, cần xác định hướng gió chủ đạo thổi vào các hàng (dãy) và khoảng cách giữa các hàng (dãy). Theo nguyên tắc khí động học, khi gió thổi tới một vật chắn sẽ tạo thành khu vực quẩn gió và lặng gió ở ngay cạnh nó và sau nó. Nếu công trình nằm trong khu vực quẩn gió và lặng gió, việc thông thoáng tự nhiên cho công trình sẽ không tốt, nhất là với công trình công nghiệp thường có thải ra nhiệt thừa, hơi nước, bụi, các khí độc hại sẽ gây ra hậu quả xấu cho môi trường trong XNCN.

Nhà máy Kéo sợi và dệt may KCN Đồng Văn Hà Nam

Bằng thực nghiệm trên mô hình người ta đã xác định được khu vực gió quẩn và lặng gió phụ thuộc vào các yếu tố:

Hình dáng mặt bằng công trình và hướng gió thổi: Hình dáng công trình phức tạp cùng với hướng gió khác nhau sẽ tạo nên đường bao của vùng quẩn gió, lặng gió khác nhau.

Kích thước hình học của công trình:

  • Chiều dài công trình: Công trình càng dài thì khu vực lặng gió càng lớn nhưng cũng không tăng theo hàm số bậc nhất mà khi chiều dài tăng 3 lần thì chiều rộng khu vực lặng gió chỉ tăng lên 1,5 lần.
  • Chiều rộng (độ dầy) của công trình: Với chiều dài, chiều cao như nhau, bề rộng (độ dầy) của công trình càng nhỏ thì khu lặng gió càng lớn.
  • Chiều cao của công trình: Công trình càng cao thì vùng lặng gió càng lớn, tuy nhiên nó không tăng theo hàm bậc nhất.

Hướng gió thổi vào công trình: Hướng gió thổi vuông góc với bề mặt đón gió của công trình sẽ tạo nên vùng lặng gió lớn nhất, vùng lặng gió nằm ở phía sau của công trình sẽ nhỏ dần khi góc của hướng gió tạo với bề mặt đón gió của công trình giảm dần.

Khoảng cách giữa 2 đầu hồi công trình trong cùng một dãy và đứng cạnh nhau: Khoảng cách này có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái thông gió thâm nhập vào các dãy phía sau. Chọn khoảng cách giữa hai đầu hồi công trình chủ yếu phụ thuộc vào độ dày (chiều rộng) công trình, có thể lấy bằng 1-1,5 độ dày công trình.

Nhà máy sản xuất vật liệu Vinacomplex

Qua các phân tích trên và kiểm định trên mô hình thực nghiệm cho thấy:

  • Khi bố trí công trình theo các hàng (dãy) với các khoảng cách khác nhau, nếu hướng gió thổi vào công trình nghiêng môt góc từ 30-45o, điều kiện thông gió tự nhiên sẽ tốt hơn trường hợp hướng gió thổi nghiêng một góc nhỏ hơn hay vuông góc với bề mặt đón gió của công trình.
  • Thông thường thì khoảng cách giữa các hàng (dãy) càng lớn, điều kiện thông gió của các công trình trong tổng mặt bằng XNCN càng tốt hơn. Tuy nhiên, khi hướng gió thổi vào công trình càng nghiêng tiến gần đến trùng với trục dọc của bề mặt đón gió của công trình, nếu tăng khoảng cách giữa các hàng (dãy) cũng không tác động đáng kể tới việc cải thiện thông gió tự nhiên cho công trình.
  • Trong điều kiện khoảng cách giữa các hàng (dãy) công trình cứ tiếp tục tăng thì tốc độ gió thổi vào các dãy công trình cũng dần tăng tiến tới gần bằng nhau.
  • Khi hướng gió thổi vào công trình với góc từ 30-45o và tỉ lệ khoảng cách l giữa các hàng với chiều cao công trình đứng trước gió là h với tỉ lệ l/h= 1,5-2, hiệu quả thông gió sẽ rất tốt. Nếu l/h >2 sự khác biệt về hiệu quả thông gió là rất ít.
    Tổng hợp các điều kiện trên đối với quy hoạch tổng mặt bằng XNCN theo dạng ô bàn cờ, ta nên chọn hướng các hàng (dãy) của công trình là hướng Nam hoặc ghé Đông Nam một góc ≤15o so với trục Bắc Nam, khoảng cách l/h= 1,5, và hướng gió chủ đạo tạo với trục vuông góc với bề mặt đón gió của công trình một góc α=30- 45o là hợp lý, thỏa mãn cả yêu cầu thông gió và yêu cầu giảm tới mức tối đa lượng bức xạ mặt trời tác động vào công trình. Mặt khác, tường bao của các công trình nằm ở dãy đầu hướng gió cần tăng cường mở của sổ ở cả phía trước và phía sau tạo điều kiện hút gió mạnh xuyên qua công trình, loại bỏ hoặc hạn chế tới mức tối đa vùng lặng gió phía sau làm ảnh hưởng tới lượng gió thổi tới bề mặt đón gió của các công trình nằm ở dãy phía sau.

4. Bố cục tạo sân trong

Nhà máy L’oreal Paris – KTS Valode & Pistre xây dựng 1991
  • Dạng bố cục này chủ yếu được áp dụng trong các nhà máy có quy mô nhỏ, có khả năng hợp khối cao, không thải ra bụi, độc hại, không sử dụng đường sắt hoặc tại khu đất nằm trong đô thị có 3 hoặc 4 phía là trục đường cần đảm bảo hình khối, đường nét kiến trúc có tính thẩm mỹ cao cho các đường phố. Sân trong thuộc dạng bố cục này có 2 loại:
  • Sân trong khép kín: Khi yêu cầu của công nghệ hoặc quy hoạch không cho phép nối liền tất cả các công trình trong XNCN mà chỉ cho phép 3 phía sân có nhà xưởng nối liền nhau, chiều sâu của sân phải lớn hơn chiều rộng của sân (khi đó mới được coi là sân trong). Cách bố trí này tạo nên mặt bằng nhà xưởng có hình chữ U hoặc E, cạnh hở của sân phải hướng về hướng gió chủ đạo về mùa hè và trục dọc (đi qua cạnh hở) của sân phải tạo với hướng gió một góc α <45o. Chiều ngang của sân (L) phải đảm bảo: L ≥ (H1 + H2) và L ≥ 15m. (H1, H2 – chiều cao của 2 nhà đứng đối diện trong sân). Nếu các nhà xưởng không thải ra các chất độc hại chiều rộng (L) của sân cho phép giảm tới 12m.
  • Sân trong khép kín: Là sân cả 4 phía có nhà xưởng nối liền nhau. Khi xây dựng sân trong khép kín phải đảm bảo các yêu cầu: Các công trình bao quanh không thải ra các chất độc hại. Chiều rộng của sân không nhỏ hơn chiều cao ngôi nhà cao nhất đứng cạnh sân và phải ≥ 18m. Phải mở hành lang qua nhà đúng ở phía hướng gió chủ đạo về mùa hè để thông vào sân với chiều rộng ≥ 4m, chiều cao ≥4,5m để thông thoáng và khi có hỏa hoạn xe cứu hỏa có thể vào trong sân.

Dạng bố cục tạo sân trong cũng áp dụng với khu đất rộng chỉ có một trục đường đi qua phía trước khu đất xây dựng, các công trình có thể bố trí đối xứng nhau qua trục đường nằm giữa khu đất xây dựng và nối với trục đường đi qua phía trước XNCN, cũng có thể là hành lang dưới mái che (bố cục dạng xương cá) hoặc bố trí so le cài răng lược – sân trong xen lẫn với nhà xưởng

5. Bố cục tự do, phân tán

Nhà máy Lắp ô tô của hãng M.claren tại Working Surey – London – Anh (2009 – 2011) KTS Norman Foster
Công trình tận dụng điều kiện tự nhiên, đường cong của công trình hòa nhập với đường cong của địa hình.

Do đặc thù của dây chuyền công nghệ hoặc do hình dáng, địa hình, địa chất,.. của khu đất xây dựng không cho phép bố trí các công trình sản xuất theo các dạng bố cục như đã nêu ở trên mà bố trí tự do trên khu đất xây dựng. Cũng có thể do ý tưởng của KTS muốn phá vỡ tính đơn điệu tạo nên nét độc đáo, đặc sắc cho công trình mình thiết kế nên chọn bố cục tự do. Dù với bất kỳ lý do nào, bố cục tự do vẫn phải đảm bảo hợp lý về mặt công năng, tận dụng được các điều kiện thuận lợi của tự nhiên, kinh tế, chất lượng thẩm mỹ của mặt bằng tổng thể, của hình khối, đường nét kiến trúc từng công trình và toàn bộ quần thể kiến trúc XNCN. Cần tránh các khuynh hướng:

  • Bố cục tự do tùy tiện tức là thấy chỗ đất nào trống là bố trí công trình, không có ý tưởng nhất quán từ đầu trong bố cục các công trình trên tổng mặt bằng.
  • Cố gò ép để tạo nên bố cục tự do gây phức tạp, bất hợp lý cho vận hành của dây chuyền công nghệ, phức tạp cho việc tổ chức mạng lưới giao thông và công trình kỹ thuật, lộn xộn trong tổ hợp hình khối đường nét kiên trúc của tổng thể XNCN.

PGS.TS.NGƯT Lương Bá Chấn – TS.KTS Nguyễn Tiến Bửu
Khoa Kiến trúc Đại học Kinh Doanh & Công Nghệ Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 05-2016)