山東某輪胎廠一體型自動化立體倉庫的消防設計分析

徐宇同

摘 要：本文以山東某輪胎廠一體型自動化立體倉庫的實際工程為列，從室外消火栓系統、室內消火栓系統、閉式噴淋系統、水幕系統等消防設計方面進行了詳細介紹，并分析了GB50084-2001（2005年版）與GB50084-2017，兩版《自動噴水滅火系統設計規范》針對本工程設計的差異。

關鍵詞：自動化立體倉庫;早期抑制快速響應噴頭;貨架內置噴頭;水幕系統;室內消火栓系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.111

0 前言

一體型自動化立體倉庫是由立體貨架、有軌巷道堆垛機、出入庫托盤輸送機系統、尺寸檢測條碼閱讀系統、通訊系統、自動控制系統、計算機監控系統、計算機管理系統以及其他如電線電纜橋架配電柜、托盤、調節平臺、鋼結構平臺等輔助設備組成的復雜的自動化系統。一體型自動化立體倉庫實現了物料的密集存儲、提高了空間利用率，通過計算機系統的管理和物料的自動化搬運，使倉庫成為企業物聯網建設的一個重要的環節。

一體型自動化立體倉庫中，高層貨架和建筑是同一整體，同步施工建設，高層貨架兼為建筑的支撐構件，倉庫內部不再另行設計柱、梁。高層貨架頂部鋪設屋面，貨架也起屋架作用，可一定程度節省自動化立體倉庫的工程造價，是一種永久性設施。

1 工程概況

本工程位于山東省棗莊市嶧城區，為某輪胎廠內擴建工程，儲存成品輪胎，火災危險性為丙類倉庫，耐火等級為二級，主要結構類型為鋼排架結構。建筑基地面積為15074.05m2，總建筑面積17635.04m2，建筑高度32.1m。貨架儲存區共四個防火分區，單個防火分區面積為3000m2，作業區為一個防火分區，防火分區面積為5545m2，總共為五個防火分區，貨架儲存區為一層，作業區為二層。廠區內已建消防水池及泵房無法滿足自動化立體倉庫的消防水量和壓力要求，在自動化立體倉庫西側新建地下消防水池及泵房。

2 室外消火栓系統設計

自動化立體倉庫位于廠區西南角，緊鄰市政道路，從西側市政道路引入一根DN200室外消防給水管，沿消防車道布置成環狀，室外消火栓按間距不超過120米，距水泵接合器間距不超過40m設置。本工程建筑體積>50000m3，室外消火栓設計流量為45L/s，火災延續時間為3小時，消防水池需存儲486m3室外消防水量。消防泵房內設置一用一備室外消火栓水泵（Q=45L/s，P=0.44MPa，N=37kW），水泵出水管與室外消火栓管線連成環狀。

3 室內消火栓系統設計

室內消火栓系統采用臨時高壓消防給水系統，消火栓系統不分區，水平干管與豎向立管構成環狀。室內消火栓設計流量為40L/s，火災延續時間為3小時，消防水池需存儲432m3室內消防水量。消防泵房內設置一用一備室內消火栓水泵（Q=40L/s，P=0.68MPa，N=45kW），室外沿消防車道在自動化立體倉庫周圍均勻設置地下式水泵接合器DN100*4。室內消火栓的布置按同一平面內2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位的要求設置，消火栓栓口動壓取0.35MPa，消防水槍充實水柱按13m計算。作業區的室內消火栓，采用落地型帶消防卷盤及滅火器組合式消防柜。因甲方要求，貨架儲存區內設置的室內消火栓不得占用貨架內儲存貨柜，貨架儲存區僅在貨架間有軌巷道處存在消火栓設置空間，若采用立式消防柜則會對貨物的存取和堆垛機的運行產生影響，故在有軌巷道內設置地下消火栓箱。關于貨架儲存區消火栓的設置筆者認為有待商榷，按照現行的《建筑設計防火規范》GB50016-2014、《物流建筑設計規范》GB51157-2016、《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014的要求，倉庫內室內消火栓的設置需保證有2支消防水槍的2股充實水柱同時到達任何部位，但是自動化立體倉庫有其特殊性，自動化立體倉庫的火災特點為：火災隱患多，火勢蔓延迅速、燃燒猛烈，火災破壞力度大，火災撲救難度大，火災損失嚴重[6]。鋼材在達到600℃時，其強度下降75%～80%，已完全喪失支撐能力。而一般固體在燃燒時，火焰溫度達700℃的時間不到15min。如果上部噴淋不及時噴水降溫，待鋼貨架達到高溫狀態時再遇水冷卻則會起反作用，加速變形造成倒塌。根據國外高架倉庫發生火災后的調查，一般在10min以后，貨架和庫房屋頂全部倒塌[7-9]。消防隊從接警到出警時間為1min，消防法規定，城市消防站的設計以5min到達轄區邊沿為準，消防隊到達火災現場的理論值為6min以內，再加上人員發現火災報警的時間及道路擁堵等時間，待消防隊到達后，火災實際發生時間可能已經過去了10min～15min，此時的火災情況有四種：（1）噴淋系統及時啟動，火災得到一定程度的控制，火場內情況不明，消防隊員突入火場啟用有軌巷道邊的消火栓存在一定的安全隱患。（2）噴淋系統及時啟動，但火災未得控制，貨架倉庫未坍塌，此時貨架倉庫有坍塌風險，消防隊員采用室外消火栓和消防車滅火，消防隊員不應進入庫區，軌巷道邊的消火栓未得使用。（3）噴淋系統未及時啟動，貨架倉庫隨時可能坍塌，消防隊員不應進入庫區，軌巷道邊的消火栓未得使用。（4）噴淋系統已啟動或未及時啟動，貨架倉庫已坍塌，軌巷道邊的消火栓未得使用。由此可見，自動化立體倉庫的初期火災主要依靠噴淋系統滅火，貨架儲存區內設置室內消火栓意義不大，筆者建議消防規范的編制部門應針對自動化立體倉庫的特殊性，單獨編制專業規范或新增自動化立體倉庫的適應性條文，使設計、審查及業主三方都有法可依。

4 閉式噴淋系統

本工程施工圖設計于2016年11月，參照的《自動噴水滅火系統設計規范》為GB50084-2001（2015年版），火災危險等級為倉庫危險級Ⅲ級，儲存物品為輪胎，貨架共15層，建筑總高度32.1m。

4.1 閉式噴淋流量及噴頭的選擇

因自動化立體倉庫高度為32.1m，遠超“噴規”5.0.5條中有關貨架儲物Ⅲ級倉庫中最高高度7.5m的適用要求，故按“噴規”5.0.6條最大凈空高度13.5m設計。貨架儲存區頂部采用K360下垂型早期抑制快速響應噴頭，噴頭的最大間距為3m，作用面積內開放的噴頭數為12只，噴頭的最低工作壓力為0.30MPa，持續噴水時間1小時，經水力計算頂部噴淋流量為154.6L/s。

按“噴規”5.0.7條，貨架儲物倉庫的最大儲物高度超過規范規定時，在地面起每4米高度處設置一層貨架內置噴頭，貨架內共設置8層貨架內置下垂型噴頭，取噴頭的流量系數K=80，噴頭的最大間距為3m，最小間距為2m，最低工作壓力為0.20MPa，貨架內同時開發噴頭數為14只，持續噴水時間1小時。貨架內置噴頭的上方的層間隔板為實層板，貨架內置噴頭采用預制型集熱擋水板（直徑400mm），經水力計算貨架內置噴頭噴淋流量為34.3L/s。

閉式噴淋總用水量按190L/s計，持續噴水時間1小時，消防泵房儲存684m3閉式噴淋水量，消防泵房內設置三用一備閉式噴淋水泵（Q=65L/s，P=1.07MPa，N=110kW）。室外設置13套地下式水泵接合器與噴淋管道相連。在自動化立體倉庫北側設置兩個報警閥組間，存放濕式報警閥ZSFZ-200型5組，ZSFZ-150型28組。

4.2 貨架儲存區閉式噴淋管線的布置

貨架儲存區頂部設置K360噴頭，噴淋管線采用環狀管網，供水干管管徑為DN200，支管管徑為DN100，噴頭間最大間距為3m，具體布置方式詳圖5。

貨架內置噴頭管線為豎向環網布置，自報警閥組引DN150的噴淋管線至貨架頂部布置成環狀，在環網中按貨架的具體排布形式引出DN80的立管布置于兩排貨架空隙間，在貨架底部用DN150管線將DN80立管連成環網。貨架內置噴頭沿上層隔板底部敷設，為避免噴淋支管妨礙貨架內物料存取，伸入貨架的支管管徑采用DN25，并控制支管管徑小于等于DN50。

4.3 新“噴規”對本工程閉式噴淋系統的影響分析

新“噴規”5.0.5條倉庫及類似場所采用早期抑制快速響應噴頭時的要求中，新增了噴頭的設置方式和噴頭的最小間距要求，最大凈空高度13.5m的噴頭流量系數由原K360改為K363，噴頭的最低工作壓力由原0.30MPa改為0.35MPa，作用面積內開放的噴頭數仍為12只，經水力計算，頂部噴淋流量由原154.6L/s增加為168.4L/s。新“噴規”中新增了5.0.6條倉庫及類似場所采用特殊應用噴頭時，濕式噴淋的設計參數。當采用特殊噴頭和早期抑制快速響應噴頭時，在其允許最大凈空高度內，可不設置貨架內置噴頭。對于貨架內置噴頭的布置，新“噴規”細化不同倉庫危險級貨架內置噴頭設置的層高，倉庫危險Ⅰ級、Ⅱ級場所應在自地面每3.0ms設置一層貨架內置灑水噴頭，倉庫危險Ⅲ級場所應在自地面每1.5m～3.0m設置一層貨架內置灑水噴頭，且最高貨架內置灑水噴頭與儲物頂部的距離不應超過3.0m，本工程的單個貨架儲物高度約為2m，相當于每層貨架均需設置貨架內置噴頭。新“噴規”貨架內置灑水噴頭的數量仍為14只，明確了灑水噴頭應交錯布置，流量確定應按最頂層和次頂層各開發7只噴頭計算，并對貨架內擋水板的設置形式提出了具體要求，擋水板應為正方向或圓形金屬板，周圍彎邊的下沿宜與灑水噴頭的濺水盤平齊，其平面面積不宜小于0.12m2。

5 水幕系統

貨架儲存區與作業區運用滾筒輸送機傳送物料，使得在貨架儲存區與作業區一、二層連接洞口處設置防火分隔水幕，洞口寬2m，每層洞口24個，二層洞口高度為9.8m。另自動化立體倉庫通過設置于二層連廊上的滾筒輸送機，將成品其他生產車間的成品輪胎運行至此，連廊洞口亦需設置防火分隔水幕，洞口寬3.9m，高2.8m。水幕系統采用開式K115灑水噴頭，雙排布置，噴頭間距2.4m，噴水強度2L/s·m，火災持續時間為4小時，經水力計算水幕系統用水量為151.8L/s取160L/s，消防泵房儲存2304m3水幕系統水量，消防泵房內設置兩用一備水幕水泵（Q=80L/s，P=0.74MPa，N=110kW）。室外設置11套地下式水泵接合器與水幕管道相連，倉庫北側報警閥組間內設置5組雨淋閥。

6 泵房水池、屋頂消防水箱設計

新建的消防水池總有效容積為3906m3，因總有效容積大于500m3，分為兩座能獨立使用的消防水池，單座消防水池有效容積為1953m3。消防水池儲存3小時室內、外消火栓水量，1小時閉式噴淋水量，4小時防火分隔水幕水量，消防水量計算詳表1。

消防泵房內水泵間距按《消防給水及消火栓系統技術規范》5.5.2條要求，水泵電動機容量小于等于55kW時，間距取1m，水泵電動機容量大于55kW，小于255kW時，間距取1.2m。泵房內另設置屋頂消防水箱補水泵供給屋頂消防水箱，消防水箱補水泵啟停采用液位控制，消防泵房內水泵參數詳表2。屋頂消防水箱有效容積18m3，設置于自動化立體倉庫屋面，箱底標高33.6m，除室外消火栓穩壓設備設置于消防泵房內，其余各系統消防穩壓設備均設置于屋面消防水箱平臺處。屋頂穩壓設備參數詳表3。

7 結語

一體型自動化立體倉庫本身貨架形式復雜，火災危險性大，滅火救援困難，主要滅火設施應以噴淋滅火系統為主，關于貨架儲存區室內消火栓的設置，各相關規范無細化規定，實際設計和使用困難，利用率不高，筆者認為可否將整個貨架儲存區當做一個整體設備考慮，貨架儲存區內不設置室內消火栓，增設室外消火栓，并利用噴淋系統滅火。本文結合山東某輪胎廠一體型自動化立體倉庫的工程實例，簡明闡述了各消防系統的參數設計，對比了新舊“噴規”的設計差異，建議進一步完善一體型自動化立體倉庫的消防設計標準。

參考文獻：

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