□張韡

自動化立體倉庫是采用自動化控制技術(shù)、實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助管理貨物的自動儲運(yùn)的無人高架倉庫，其具有先進(jìn)的儲運(yùn)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對貨物的單元化集裝、大容量貯存和貨物儲運(yùn)的機(jī)電一體化動態(tài)管理。

隨著港口經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，自動化立體倉庫以其占地面積小、儲存量大等特點(diǎn)，作為港口碼頭中轉(zhuǎn)倉庫在未來將得到更加廣泛的應(yīng)用。

一、自動化立體倉庫火災(zāi)特點(diǎn)

（一）火災(zāi)隱患多。作為港口中轉(zhuǎn)倉庫使用的自動化立體倉庫儲存的大多是可燃物品，如紙張、橡膠制品、外包裝為可燃物品的機(jī)電配件等。此外，高架倉庫自動化程度的提高，電器設(shè)備增加，極有可能出現(xiàn)電氣短路火花、機(jī)械設(shè)備故障火花等。

（二）火勢蔓延迅速、燃燒猛烈。自動化立體倉庫的貨架一般在中間設(shè)置為雙排，靠外墻邊設(shè)置為單排。貨格根據(jù)貨箱的大小而設(shè)置，貨箱間留有一定的空隙。起火后，火焰便通過豎向和水平縫隙迅速擴(kuò)展，很快穿到屋頂，火勢迅速蔓延，而且倉庫內(nèi)單位面積貯存的物品是普通倉庫的5～10倍，其貨物的集中堆放，會使燃燒強(qiáng)度大大增加，火勢更猛烈。

（三）火災(zāi)破壞力度大。自動化立體倉庫的貨架一般采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。鋼材在溫度200℃以內(nèi)強(qiáng)度變化不大；溫度到達(dá)250℃時，其材料極限強(qiáng)度局部提高；溫度超過300℃后，屈服點(diǎn)出現(xiàn)，極限強(qiáng)度急劇下降；一般在600℃時已完全喪失支撐能力。而一般固體在燃燒時，火焰溫度可達(dá)700℃。為了搶救物資和撲滅火災(zāi)，要求構(gòu)筑物具有一定的耐火能力即耐火極限；此外在高溫時，鋼貨架遇水冷卻會產(chǎn)生變形，嚴(yán)重時導(dǎo)致貨架倒塌。據(jù)介紹，國外高架倉庫發(fā)生火災(zāi)后，一般在10多分鐘后貨架和庫房屋頂即全部倒塌。

（四）人工撲救難度大。自動化立體倉庫為提高使用率、減少占地面積，不斷向高空發(fā)展，一般壓力的消火栓已無力將水槍的充實(shí)水柱壓送到立體倉庫的建筑高度。同時，由于倉庫的建筑物空間規(guī)模也越來越大，貨架與墻壁之間的距離、貨架與貨架之間的距離卻又要求設(shè)計至最小程度，所以自動化立體倉庫具有貨架高、巷道窄、無人工作等防火特點(diǎn)。一旦發(fā)生火災(zāi)，進(jìn)入庫內(nèi)滅火將十分困難。此外，一些高架倉庫采用了無窗的設(shè)計方式，空調(diào)系統(tǒng)有助于火勢蔓延，照明不能保證，因此消防滅火更困難。

（五）損失嚴(yán)重。自動化立體倉庫內(nèi)儲存著高密度貨物，有昂貴的自動搬運(yùn)、倉儲設(shè)備以及外圍建筑物，一旦發(fā)生火災(zāi)將會在很短的時間內(nèi)燒毀大批物資，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

二、工程實(shí)例及消火栓系統(tǒng)的設(shè)計

以一座單層鋼結(jié)構(gòu)高架倉庫為例，該倉庫建筑面積為6 000 m2，最大凈空高度為17.5 m，最大儲物高度為16 m，耐火等級為二級，儲存物品火災(zāi)危險性為丙類，鋼質(zhì)貨架采用通透層板 （層板中通透部分的面積層板的60%）。

該倉庫與目前港口同類倉庫相比具有體積大、自動化程度高等特點(diǎn)。通過對其滅火系統(tǒng)的分析，有助于探討此類碼頭中轉(zhuǎn)倉庫的室內(nèi)消防用水量的計算、自動噴水系統(tǒng)的方案選擇及系統(tǒng)設(shè)計。

（一）室外消火栓系統(tǒng)。根據(jù) 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第8.2.2條規(guī)定，本工程室外消防用水量不應(yīng)小于45 L／s。室外消防給水管網(wǎng)布置成環(huán)狀，由市政不同管段引入兩根DN300的給水管，共設(shè)6個地上式消火栓，沿環(huán)狀消防車道均勻布置。

（二）室內(nèi)消火栓系統(tǒng)。根據(jù) 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第8.4.1條規(guī)定，室內(nèi)消火栓用水量不應(yīng)小于10 L／s，同時使用水槍數(shù)量為2支，每支水槍的最小出水量不應(yīng)小于5 L／s。高架貨架的貨物最高擺放高度為16 m，水槍的傾斜角度為45°時，水槍傾斜射流的滅火示意圖如下：

經(jīng)計算，水槍的傾斜角為45°時所需的直流水槍充實(shí)水柱長度為：

水槍噴口口徑為19 mm時，消火栓栓口壓力大于0．5 MPa，因此水槍的傾斜角度可按60°計算。

充實(shí)水柱長度可取18 m，消火栓栓口壓力為0.43 MPa，流量為8.2 L／s。因此，本建筑的室內(nèi)消火栓用水量應(yīng)為16.4 L／s。為安全起見，室內(nèi)消火栓用水量采用17 L／s。

由此可以看出，消火栓給水系統(tǒng)直接參與自動化立體倉庫內(nèi)的滅火是十分困難的。其主要原因是自動化立體倉庫內(nèi)采用的是高空間、窄通道的布置形式，且火災(zāi)時煙霧、照明條件等都不利于滅火人員的進(jìn)入，且無法達(dá)到必須的充實(shí)水柱。因此，自動化立體倉庫內(nèi)消火栓僅作為一種補(bǔ)充設(shè)施，而主要應(yīng)由自動噴水滅火系統(tǒng)實(shí)施滅火效能。

（三）室內(nèi)消防給水設(shè)施。屋頂設(shè)置18 m3消防水箱提供火災(zāi)初期用水，同時為室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)穩(wěn)壓，設(shè)室內(nèi)消火栓、噴灑穩(wěn)壓設(shè)備各一套。

該倉庫地下設(shè)消防水泵房，泵房內(nèi)設(shè)消防水池，為室內(nèi)消火栓及噴灑系統(tǒng)供水。泵房內(nèi)設(shè)自動滅火系統(tǒng)加壓泵及室內(nèi)消火栓系統(tǒng)加壓泵。

三、自動噴水滅火系統(tǒng)方案選擇

（一）雨淋系統(tǒng)。根據(jù) 《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》第4．2．5條規(guī)定，室內(nèi)凈空高度超過本規(guī)范6．1.1條的規(guī)定 （即采用快速響應(yīng)早期抑制噴頭的倉庫，室內(nèi)最大凈空高度為12 m），且必須迅速撲救初期火災(zāi)的，應(yīng)采用雨淋系統(tǒng)。

5.0.4條中規(guī)定，雨淋系統(tǒng)中每個雨淋閥控制的噴水面積不宜大于本規(guī)范表5.0.1中的作用面積，但是5.0.1條為 “民用建筑和工業(yè)廠房”的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，且表中凈空高度小于等于8 m，而本建筑為倉庫且凈空高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8 m，是否可以參照5.0.1條關(guān)于作用面積的規(guī)定？如果可以的話，單個雨淋閥控制的作用面積為160 m2，本倉庫建筑面積為6 000 m2，根據(jù)規(guī)范則需要安裝38個雨淋閥。安裝如此大量的雨淋閥無論是在建設(shè)成本還是在日常維護(hù)管理方面都是不利的。另外，何種建筑屬于必須迅速撲救初期火災(zāi)的建筑，規(guī)范中并未明確規(guī)定。同時，考慮到初期火災(zāi)幾個噴頭噴水即可滅火，而雨淋系統(tǒng)一經(jīng)開啟，大量開式噴頭同時動作，其水漬損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閉式系統(tǒng)。

（二）ESFR與貨架內(nèi)噴頭相結(jié)合的自動滅火系統(tǒng)。為應(yīng)對高架倉庫火災(zāi)的挑戰(zhàn)，美國FM實(shí)驗(yàn)室于20世紀(jì)80年代末完成了 “快速響應(yīng)，早期抑制” （ESFR）自動噴水滅火技術(shù)的研究開發(fā)，并到了國際消防界的認(rèn)同。在過去十幾年里間，ESFR噴頭在大空間、貨物堆積高以及火災(zāi)荷載大的特殊場所得到了廣泛使用。因此該倉庫屋面頂板下噴頭選用ESFR噴頭，根據(jù)早期抑制快速響應(yīng)噴頭自動噴水滅火系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用濕式系統(tǒng)。

但是該倉庫的最大凈空高度 （17.5 m）及最大儲物高度 （16 m）已經(jīng)超出了ESFR噴頭可以保護(hù)的最大高度，因此在自地面起4 m高度處設(shè)置一層多排貨架內(nèi)置噴頭，對頂層噴頭滅火能力進(jìn)行補(bǔ)充，貨架內(nèi)置噴頭選用快速響應(yīng)噴頭，如貨架內(nèi)置噴頭上方有孔洞、縫隙，則應(yīng)在噴頭上方安裝集熱擋水板。

1.自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計

（1）該倉庫按倉庫危險等級Ⅱ級設(shè)計，屋面下設(shè)置流量系數(shù)為K＝360的ESFR噴頭。噴頭布置間距不大于3.0 m且不小于2.4 m，屋面噴頭的流量按下式計算：

Q—噴頭流量 （L／s）

P—噴頭工作壓力 （MP）

K—噴頭流量系數(shù)

（2）貨架內(nèi)置噴頭選用快速響應(yīng)噴頭，流量系數(shù)K=115，噴頭工作壓力不應(yīng)小于0.10 MP，為使噴頭的出水充分作用于著火范圍，貨架內(nèi)置噴頭的安裝可采用45°下噴的形式，噴頭布置間距不小于2.0 m不大于3.0 m，貨架內(nèi)置噴頭流量為：

（3）自動噴水滅火系統(tǒng)用水量。根據(jù) “噴規(guī)” 9．1．5、 9．1．6， 當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)有不同類型系統(tǒng)或不同危險等級的場所時，系統(tǒng)的設(shè)計流量，應(yīng)按其設(shè)計流量的最大值確定。因此，自動噴水系統(tǒng)的設(shè)計用水量，應(yīng)為12只K＝360的ESFR噴頭出水量與8只貨架內(nèi)置噴頭出水量之和的最大值：

2.自動噴水滅火系統(tǒng)壓力的確定及報警閥組的設(shè)置

由于K＝360的快速響應(yīng)早期抑制噴頭的最低工作壓力為0．30 MPa，而作為貨架內(nèi)置噴頭K＝115的快速響應(yīng)噴頭的最低工作壓力為0．10 MPa，因此供水系統(tǒng)需根據(jù)壓力不同進(jìn)行分壓供水，并分別設(shè)置報警閥組，自動噴水滅火系統(tǒng)水泵供水壓力按最不利點(diǎn)的快速響應(yīng)早期抑制噴頭壓力設(shè)計，而安裝快速響應(yīng)噴頭的管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)減壓閥組減壓后供水。由于該自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計流量大、管路長，為減少管網(wǎng)最遠(yuǎn)與最近作用面積因管網(wǎng)阻力而產(chǎn)生的壓力差，保證壓力均恒，因此應(yīng)適當(dāng)放大供水主干管管徑，同時為便于日常維護(hù)管理，報警閥組集中設(shè)置在地下消防水泵房內(nèi)。

四、結(jié)語

對采用ESFR與貨架內(nèi)置噴頭相結(jié)合的自動滅火系統(tǒng)的自動化立體倉庫的設(shè)計還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

1.作為碼頭中轉(zhuǎn)倉庫的自動化立體倉庫，大部分庫房內(nèi)無采暖系統(tǒng)，而ESFR噴頭要求快速響應(yīng)，只能用濕式系統(tǒng)，因此，庫房內(nèi)消防給水管道應(yīng)采用電伴熱加橡塑保溫或添加防凍液 （丙二醇）防止水在管道中冰凍，由于丙二醇本身具有可燃性，其含量限制在50%以內(nèi)。

2.庫房由于堆放貨物較多，一旦有火警，濃煙難于擴(kuò)散，通常應(yīng)設(shè)防排煙系統(tǒng)，但采用ESFR噴頭系統(tǒng)的場所設(shè)置了防排煙系統(tǒng)可能會導(dǎo)致初期火災(zāi)煙熱氣流被過早抽走，影響噴頭動作速度。因此排煙系統(tǒng)應(yīng)在噴頭動作后啟動，即滅火后將煙排掉，故防排煙系統(tǒng)宜采用手動控制。