国土空间规划体系下化工行业总图设计发展趋势

化工行业总图设计是我国化工建设项目的重要组成部分，需要符合国土空间规划管控要求，应做到选址科学、技术先进、节约用地、安全环保，设计质量的高低对化工建设项目的用地面积、生产能耗、人员安全和工程费用等方面有较大影响。

国土是建设项目的空间载体，国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，是各类开发建设活动的基本依据，包括总体规划、详细规划和相关专项规划。目前，我国已建立国土空间规划体系，将主体功能区规划、土地利用规划、城乡规划等空间规划整合为国土空间规划。本文将探讨在最新国土空间规划体系下的化工行业总图设计，以期为化工行业总图设计专业人员提供参考。

以规划引领经济社会发展，是治国理政的重要方式，是中国特色社会主义发展模式的重要体现。新中国成立以来，各级各类空间规划在促进国土空间合理利用方面发挥了重要作用，但也存在各个规划之间相互协调不够、相互矛盾等问题。为从体制机制上解决这些问题，2020年国家建立国土空间规划制度，并形成“多规合一 、多审合一”的国土空间政策法规保障体系。

国土空间规划是一个多学科交叉的综合学科，需要经济、地理、交通、社会、历史、文化等多学科知识的支撑，强调生态优先、绿色发展、节约优先的规划设计理念，是以开展资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价为基础，统筹划定各类管控界限，如生态保护红线、永久基本农田保护红线、城镇开发边界等，将原建设项目选址意见书、原建设项目用地预审意见合并为建设项目用地预审与选址意见书，将建设用地规划许可、用地批准书和划拨决定书合并为建设用地规划许可证，实现“多证合一”，为简化投资审批手续、优化营商环境创造了良好条件。同时，以自然资源调查数据为基础，应用全国统一的测绘基准和测绘系统，整合各类空间数据，利用先进的信息化手段来构建全国统一的空间基础信息平台，形成全国统一的“国土空间一张图”，以保证国土空间规划的实施和监管方面更加科学。

总图设计在我国已有超过半个世纪的发展历史，总图设计源于1952年鞍山钢铁公司改造时成立了鞍钢设计院，并根据当时苏联专家的建议，在鞍钢设计院内设置了总图专业。此后，随着新中国开展的大量基础设施建设活动，1956年我国从莫斯科建筑工程学院引进了总图专业。总图设计是依据国土空间规划管控和建设项目的具体要求，基于厂内外的现状条件，在遵循国家有关法律法规和技术标准的基础上，通过科学合理地进行厂址选择、总平面规划、功能分区、人流与物流的组织、竖向设计、道路设计、管线综合设计等，在工程项目建设用地红线内，确定工厂生产装置、各类设施之间相对关系和空间位置的设计活动。

总图设计是建设项目规划设计中的重要组成部分之一，具有较强综合性，是一个多学科交叉的综合学科，需要国土空间规划、化工工艺、管道布置、电气自控、给水排水、道路运输、财务经济、安全环保、节能减排等多学科知识的支撑，总图设计的优劣对工程项目的影响很大，优秀的总图设计对工程项目的建设投资、生产运营和未来发展会产生积极作用，对整个工程建设活动和工程项目的全生命周期都将产生深远的影响，因此，总图设计工程师要有强烈的社会责任感，做出经得起历史和实践检验的总图设计成果。

2021年3月12日国家公布的《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中指出：坚持生态优先、绿色发展，推进资源总量管理、科学配置、全面节约、循环利用，壮大节能环保、清洁生产、清洁能源等产业。2022年10月16日发布的“党的二十大报告”中指出：推动能源清洁低碳高效利用，推进工业、建筑、交通等领域清洁低碳转型，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，确保能源安全，提升战略性资源供应保障能力，推动战略性新兴产业融合集群发展。国土空间规划是国民经济和社会发展规划顺利完成的重要途径，是落实国家战略目标实现的必要手段，国家大型化工项目的建设实施将助力我国经济高质量发展，而总图设计在大型化工项目编制项目前期咨询成果文件和工程设计阶段发挥着重要作用。

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，“贫油、少气、富煤”的自然资源禀赋条件决定了我国以煤为主的能源消费结构，现代煤化工产业促进石化行业原料多元化发展，为国家能源安全提供战略支撑，为石油安全提供应急保障。现代煤化工产业布局是按照国家重大战略和区域协调发展的总体战略部署，满足区域生态环境分区管控等要求，强调国土空间规划引导、集聚发展，空间布局和用地结构需根据资源环境禀赋和承载能力确定，新建煤制烯烃、煤制乙二醇等用水量较大的项目应向煤水资源丰富、环境容量较好地区布局。

大型煤化工是以煤为原料，采用科学的工艺路线来生产乙烯、丙烯以及芳烃等烯烃产品，在进行总图设计中，需统筹考虑区域资源供给、区域交通条件、工程地质、环境容量、产业基础等因素，结合全国主体功能区规划以及大型煤矿位置，按照生态优先、绿色发展的要求，实现总平面布置功能分区合理、工艺流程便捷、安全环保等设计目标，其中，总图设计中所采用的X、Y坐标系统对煤化工工程项目的设计、施工至关重要，需注意总图设计采用的坐标系统和高程基准需要与国土空间规划坐标系统相一致。

2000国家大地坐标系是我国自主建立、适应现代空间技术发展趋势的地心坐标系统，国土空间规划采用了国家统一的测绘基准和测绘系统，统一采用2000国家大地坐标系和1985国家高程基准作为空间定位基础。当前，在全国多地煤化工项目的总图设计工作中，部分项目所使用的地形图测绘成果仍采用“1980 西安坐标系”“1954年北京坐标系”及其他“地方坐标系”，因坐标系统与国土空间规划坐标系统不一致，给项目的前期规划报批、后期施工放线、竣工验收带来一定的困难，因此，总图设计工程师需配合测绘部门进行坐标系统转换，其中，1954北京坐标系下的数据，应先转换为1980西安坐标系后，再转换为2000国家大地坐标系；1980西安坐标系可直接转为2000国家大地坐标系。经转换后，煤化工总图设计所采用的坐标系统将与国土空间规划“一张图”相一致，有利于煤化工工程项目的顺利实施。

1980西安坐标系矢量数据转换技术流程如图1所示。

图1 1980西安坐标系矢量数据转换技术流程图

近年来，随着科技进步，对于大型石油化工项目来说，炼油化工一体化、装置大型化的设计理念已成为总图设计的最主要特点。与传统的石油化工项目用地分散式布局相比较，总图一体化设计产生了规模效应，用地更为集约，更有利于节能减排，且可大幅降低工程造价。

某大型石油化工项目，总占地面积约1400 ha，主管廊宽度22m，全厂总运输量约9000万t/a，总图布置上，充分考虑炼化一体化的特点，按功能分区，厂区总体上分为炼油区和化工区，将HDPE、LLDPE和PP的产品库房一体化集中布置在化工区，将炼油区和化工区的合成气单元整合布置在炼油区，将化工区罐区与炼油区罐区整合布置在化工区，以便于原料和产品的装车和卸车，将消防、维修设施布置在炼油区和化工区之间，实现了共建共享，对于炼油和化工区各装置互供的液体物料中间罐区实行统一规划设计，集中设置炼油与化工液体产品储存和装卸设施，便于统一管理，避免重复设置，大大降低了建设投资和运营成本，强化联合和集中布置，炼油和化工物料互为供需，装置互相关联，平面布置紧凑并节约土地，公用工程和辅助设施实现共建共享，达到了优化配置和资源利用最大化的效果，提高了能源使用效率，并考虑企业未来发展需求，总图规划设计中厂区用地适度“留白”，最终，总图设计成果实现了资源配置一体化、炼油-芳烃-乙烯布置一体化、配套设施设计一体化、物料传输一体化、预留用地一体化的设计目标。

随着全球工业化进程的加快，二氧化碳的大量排放导致全球气候变暖。如何有效解决碳排放问题已成为全球的研究热点，二氧化碳捕集封存（Carbon Captureand Storage, CCS）技术的应用可有效改善碳排放问题。目前，CCS 项目在解决碳排放问题上有着较好的工业前景，为响应国家“碳达峰”“碳中和”的政策要求，我国多地正在筹建有不同规模的CCS 项目。

CCS项目总图设计应重点关注二氧化碳注入井与周边设施的安全距离。某大型CCS项目，通过二氧化碳捕集装置，将某厂低温甲醇洗装置每年产生的380万t二氧化碳进行捕集压缩后，由管道输送至无人区，并以超临界压力注入地下永久封存（封存深度2500m）。在总图设计中，某二氧化碳注入井位于某厂高架火炬1.58kw/㎡～3.20 kw/㎡的火炬辐射热半径范围内，因目前国家尚未出台二氧化碳注入井与周边设施安全间距的有关标准规范，为做到设计本质安全，总图设计工程师参照执行了石油化工、石油天然气等有关标准，并结合二氧化碳注入压力较高的实际情况，将二氧化碳注入井与高架火炬之间的安全间距按90m控制，考虑辐射热对二氧化碳注入井的地上附属设施（监测间、一体化控制柜）的影响，提出了“应对井口地上附属设施采取防辐射热措施”等安全措施的要求，以达到CCS项目工程总图设计的本质安全目的。

LNG(Liquefied Natural Gas,液化天然气 )作为清洁、高效的能源，是我国能源消费结构的重要组成部分，2023年11月30日在国务院发布的《空气质量持续改善行动计划》中指出: 优化能源结构，加速能源清洁低碳高效发展，大力发展新能源和清洁能源，持续增加天然气生产供应，扎实推进产业、能源、交通绿色低碳转型。在国家追寻低碳、绿色发展的时代，天然气已经发展成为一次能源结构中最为重要、不可替代的清洁能源。目前，我国天然气已基本形成“就地消化、西气东输，北气南运、海气上岸”的格局，国家层面对LNG等清洁能源的利用从政策引导上是鼓励的，LNG不仅可以大大降低能源消耗对环境的污染，而且对优化地区能源结构、改善城市的生态环境、提高城市发展的环境承载能力具有重要作用。对LNG工程总图设计来说，关键点在于对项目用地的集约和高效利用，处理好错综复杂的厂内外关系，为工厂的安全、稳定、长周期、满负荷运行创造有利条件。

某大型LNG工程，LNG年总周转量约700万t，在进行总图设计过程中，按功能分区，将厂区分为工艺装置区、LNG储罐区（由1座罐容20万m³预应力混凝土罐，9座罐容22万m³薄膜罐组成）、火炬区、公用工程及辅助生产区、槽车装车区、外输计量区、行政办公及生活服务区、海水取排水区、码头区等，总平面布置密切结合安全评价报告、HAZOP分析结论、环境影响评价报告、厂区爆炸危险区划分及蒸汽云扩散模拟计算结果，严格控制重要设施的设计安全间距，主要体现在重点控制接收站与相邻工厂间距、内部工艺设施、储罐之间的安全间距。因LNG泄漏汽化后，体积增大约600倍且扩散性强，依据安全评价报告中模拟计算得出的不同容积、不同罐型的收集池池火辐射热强度，确定了LNG站场内布置的最小防火间距，并考虑人员密集场所、建（构）筑物等允许接受的辐射热强度。此外，在确定场地初平标高时，考虑了厂区内道路、铺砌的结构层厚度，初平标高低于场地竖向设计标高0.3m左右，以避免重复开挖场地，且节省土方工程量。在总平面布置过程中，考虑LNG储罐体量和荷载较大，结构设计采用大直径的钻孔灌注桩，总图工程师结合该项目的岩土工程勘察报告，将LNG储罐区布置在工程地质承载力相对较高的区域，实现了降低桩基工程造价和有利于储罐地基安全的双重目标。

近年来，国家能源结构发生重大变化，国家大力推动可再生能源的发展，推动氢能等清洁能源高效利用，加快新能源、绿色环保等产业发展，促进经济社会发展全面绿色转型。氢能属于国家《产业结构调整指导目录（2024年本）》中鼓励类项目，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。我国高度重视氢能开发和利用，相继出台《氢能产业发展中长期规划（2021—2035）》《十四五现代能源体系规划》《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》等相关鼓励政策，国家引导并鼓励发展氢能产业，目前，全国多地争相布局氢能项目。

某特大型氢能产业项目，项目用地为戈壁滩荒漠地，总图占地约260ha，总投资约7亿元，是以风力发电、光伏发电产生的电能和水为原料，通过电解水制氢装置制取氢气，氢气与氮气在催化剂的作用下生产液氨产品。在总图设计中，充分考虑风力、光伏发电的用地空间位置和公用工程依托条件，合理确定制氢、合成氨厂区位置。用地布局上，以电解水制氢装置用地为纽带，建立了新能源发电与化工产品绿色生产的空间联系，实现了新能源发电就地消纳，同时也为我国部分地区新能源发电外送不畅，就地消纳能力不足的现状寻找到良好的替代解决方案，实现跨行业协同减碳，助力“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”国家战略目标的实现。

氢能项目设计采用的标准直接关系到工程造价的高低，在某大型水电解制氢的工程设计中，因该项目用地位于化工园区内，且厂区独立设置，在项目可研阶段，全厂总平面布置防火间距执行石化行业有关国家标准，导致项目用地较大，投资偏高。2020年2月26日中共中央办公厅国务院办公厅印发《关于全面加强危险化学品安全生产工作的意见》中指出：整合化工、石化和化学制药等安全生产标准，解决标准不一致问题，建立健全危险化学品安全生产标准体系，完善化工和涉及危险化学品的工程设计、施工和验收标准。在满足国家有关安全生产政策的前提下，在该项目工程设计过程中，总图工程师对项目设计采标进行优化调整，遵照有关氢能国家标准的适用范围，总平面布置防火间距计划执行氢能产业有关国家标准，以使项目用地得以大幅缩减，且土方、边坡挡墙、地基处理、工程管线、管廊等工程量大幅减少，降低工程造价。

碳中和是人类应对全球气候变化达成的共识，在国土空间规划政策法规制度体系的保障下，未来我国的能源结构将发展成为以氢能等清洁能源为主，天然气、石油、煤炭为辅的新格局。能源结构调整给化工行业总图设计专业人员带来了新的挑战，不仅要掌握化工行业总图设计知识体系，更要跨行业学习新的设计理念、设计方法，更需注重生态优先、节约集约用地，以适应化工行业发展的新形势。