高 歌 (無(wú)錫市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,江蘇 無(wú)錫 214045)
根據(jù)GB50016-2014(2018版)第2.1.5條,高架倉(cāng)庫(kù)是貨架高度大于7m且采用機(jī)械化操作或自動(dòng)化控制的貨架倉(cāng)庫(kù)。
全自動(dòng)化控制的無(wú)人貨架倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部采用單排、雙排和多排貨架存儲(chǔ)貨物。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的貨物全靠自動(dòng)堆垛機(jī)和傳送帶進(jìn)出庫(kù),平時(shí)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)無(wú)人,僅控制室有若干控制人員值班。
倉(cāng)庫(kù)內(nèi)貨架層數(shù)多,貨物數(shù)量大,單個(gè)貨架上的貨物布置緊密,貨架與貨架間的通道寬度小,僅能供堆垛機(jī)運(yùn)動(dòng),而兩條通道之間的貨架則背靠背布置,只留管線(xiàn)布置空間,組成雙排或多排貨架形式。
由于其貨物數(shù)量多且布置緊密,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),火焰極易沿垂直和水平方向快速蔓延,如不能及時(shí)制止火災(zāi)蔓延,將會(huì)造成極其重大的財(cái)產(chǎn)損失。
筆者近日參與了一座丙二類(lèi)紙質(zhì)印刷品自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)(倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)II級(jí))的設(shè)計(jì),負(fù)責(zé)其中的水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,遇到了一些問(wèn)題,也有一些心得和疑惑,希望能與同行交流。
本項(xiàng)目是一座單層丙二類(lèi)自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù),倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)II級(jí)。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)平時(shí)無(wú)人,僅設(shè)一間控制室,有三名值班人員。
倉(cāng)庫(kù)室內(nèi)最大凈高為23.74 m,倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)有雙排和多排貨架,采用鋼制貨架和木制托盤(pán)存儲(chǔ)紙質(zhì)印刷品。貨架層數(shù)為10層,貨架每層間距為2.175m,貨架儲(chǔ)物的總高度為22.65 m。
貨架沿倉(cāng)庫(kù)長(zhǎng)邊平行,兩條雙排貨架靠倉(cāng)庫(kù)兩側(cè)設(shè)置,一條多排貨架設(shè)于倉(cāng)庫(kù)中間,三條貨架之間有兩條自動(dòng)堆垛機(jī)通道。平面布局見(jiàn)圖1。
圖1 項(xiàng)目平面布局
自動(dòng)化高架庫(kù)房的室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)一直是個(gè)難題。GB50974-2014第7.4.6條要求同一平面有兩支消火栓的充實(shí)水柱能夠同時(shí)到達(dá)任何部位。但貨架與貨架之間的通道僅供自動(dòng)堆垛機(jī)工作使用,在其中設(shè)置消火栓和管道會(huì)妨礙堆垛機(jī)工作。很多高架倉(cāng)庫(kù)為了節(jié)約空間,貨架和堆垛機(jī)通道往往緊密設(shè)置,連綿成片,貨架和通道的長(zhǎng)度極長(zhǎng),本項(xiàng)目的貨架長(zhǎng)度有66 m,貨架區(qū)內(nèi)沒(méi)有空間可以設(shè)置消火栓。
由于通道端頭的消火栓無(wú)法保護(hù)到通道中間的貨架,有一種做法是將貨架的最底層去掉一個(gè)貨位,以供消防隊(duì)員持消防水帶穿越,具體布置見(jiàn)圖2。
圖2 貨架內(nèi)消防通道設(shè)置方式
高架庫(kù)房火災(zāi)蔓延速度快,從初期火災(zāi)到轟燃不超過(guò)5-7分鐘,而消防隊(duì)員到達(dá)火場(chǎng)并救援的時(shí)間通常都超過(guò)這個(gè)時(shí)間。如果在消防隊(duì)員到達(dá)前,自動(dòng)滅火系統(tǒng)不能有效控制火勢(shì),室內(nèi)消火栓也將成為擺設(shè)。
高架庫(kù)房?jī)?nèi)通道狹窄,火災(zāi)時(shí)煙氣彌漫,通道上又可能有火焰和雜物的干擾,身穿防火服的消防隊(duì)員要在極短的時(shí)間內(nèi)找到消火栓和預(yù)留通道,這對(duì)于消防隊(duì)員是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
能成為消防通道的首要條件是能有安全的防火分隔,在貨架底部預(yù)留空位形成的通道毫無(wú)疑問(wèn)不能算作安全的消防通道,這種通道在火災(zāi)時(shí)被著火崩塌的貨物堵塞的可能性很高。
本項(xiàng)目庫(kù)房貨架排數(shù)較少,僅需在最外側(cè)貨架底部預(yù)留通道。但某些庫(kù)房貨架排數(shù)很多,消防隊(duì)員往往需要連續(xù)穿越多個(gè)預(yù)留通道才能到達(dá)貨架區(qū)中間。在這過(guò)程中,如果消防隊(duì)員身后貨架崩塌,就會(huì)堵塞預(yù)留通道,導(dǎo)致消防隊(duì)員無(wú)法撤離,消防通道反而變成了死亡陷阱。
《石油化工自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3186-2017)第 10.1.2 條規(guī)定:“庫(kù)房?jī)?nèi)部,庫(kù)房堆垛機(jī)運(yùn)行端部墻體設(shè)置室內(nèi)消火栓,消火栓間距不大于30 m,其他墻體僅在外墻的救援口旁設(shè)置室內(nèi)消火栓?!?/p>
此條規(guī)范明確了在堆垛機(jī)通道中可以不設(shè)消火栓,在條文解釋中亦說(shuō)明了原因:“即使能將部分貨架內(nèi)的下部布置消火栓,也因整個(gè)貨架沒(méi)有耐火保護(hù),加上火災(zāi)時(shí)煙霧、照明都不利于滅火人員使用,消防隊(duì)員也不能深入倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部用消火栓滅火?!?/p>
考慮到預(yù)留通道的危險(xiǎn)性,以及效果未經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),本項(xiàng)目最終沒(méi)有在貨架下預(yù)留通道。
根據(jù)GB50974-2014第7.4.12.1條,栓口動(dòng)壓不應(yīng)超過(guò)50m,超過(guò)70m時(shí)應(yīng)減壓。
本項(xiàng)目室內(nèi)最大凈高達(dá)23.74m,本單體底層消火栓栓口動(dòng)壓約為68m,據(jù)此計(jì)算,當(dāng)著火點(diǎn)位于23.74m時(shí),在栓口動(dòng)壓為68m的情況下,水槍傾角需要達(dá)到 63.6°,栓口流量 9.9L/s,充實(shí)水柱25.4m。此時(shí),一支消火栓槍需要兩名消防隊(duì)員才能抱持。而如果將本項(xiàng)目的栓口壓力減至50m以下,消火栓就無(wú)法撲救高處火災(zāi)。
這種丙類(lèi)自動(dòng)化高架庫(kù)房中的可燃物密集,通道狹窄,消防隊(duì)員進(jìn)入后的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通民用建筑和丙類(lèi)廠房,而且?guī)旆績(jī)?nèi)并無(wú)有爆炸危險(xiǎn)的物品,作為自動(dòng)化的庫(kù)房亦無(wú)人員需要拯救。
當(dāng)消防隊(duì)員到達(dá)時(shí),如果火災(zāi)沒(méi)有被噴淋系統(tǒng)撲滅,已發(fā)生轟燃,消防隊(duì)員再進(jìn)入火場(chǎng)滅火已無(wú)必要;
如果火災(zāi)沒(méi)有控制住,但還沒(méi)發(fā)生轟燃,消防隊(duì)員貿(mào)然進(jìn)入也是一件非常危險(xiǎn)的事情,筆者認(rèn)為火災(zāi)未得到控制時(shí),消防隊(duì)員不應(yīng)該貿(mào)然進(jìn)入此類(lèi)高危險(xiǎn)性庫(kù)房;
如果火災(zāi)已被噴淋系統(tǒng)撲滅,僅余零星余火。此時(shí)消防隊(duì)員可以從容尋找消火栓撲滅余火。消火栓栓口保留較高水壓,以用來(lái)?yè)錅绺咛幱嗷鹗怯斜匾摹?/p>
因此本項(xiàng)目最終未對(duì)室內(nèi)消火栓減壓。
市場(chǎng)上目前有一種消火栓名叫多功能消防水槍?zhuān)鶕?jù)產(chǎn)品介紹,此消防水槍能夠削減部分后坐力,在水壓較高時(shí),仍能供單人使用。但此產(chǎn)品并未在規(guī)范和圖集中出現(xiàn),內(nèi)部結(jié)構(gòu)和削減后坐力的原理不明。因此本項(xiàng)目?jī)H要求在消火栓箱處額外配置備用。
SH/T3186-2017第10.1.5條:“在庫(kù)房堆垛機(jī)運(yùn)行終端,正對(duì)貨架通道位置宜設(shè)置智能消防水炮系統(tǒng)?!惫P者猜測(cè)條文目的是利用智能消防水炮代替室內(nèi)消火栓保護(hù)通道位置。
但貨架通道長(zhǎng)度動(dòng)輒60m以上,水炮的射程并不能覆蓋。即使通道兩頭均設(shè)置,通道內(nèi)一處也只有一支水柱能保護(hù)到。由于水柱不能拐彎,智能水炮也不能保護(hù)到火災(zāi)危險(xiǎn)性最大的貨架。
如果將滅火效果不如噴淋的水炮設(shè)于屋頂,又與屋頂噴淋屬于重復(fù)設(shè)置。
而水炮設(shè)于屋頂時(shí),其保護(hù)范圍中也存在大量死角,如果要消除死角,就需要將水炮布置到貨架下層。但在通道內(nèi)布置水炮會(huì)影響自動(dòng)堆垛機(jī)運(yùn)行,并不能為業(yè)主和高架庫(kù)設(shè)備廠家接受。
水炮布置到貨架下層時(shí),需考慮水炮后坐力對(duì)貨架的影響,要增加抵抗后坐力的設(shè)計(jì),會(huì)增加較多成本。
同時(shí),本項(xiàng)目貨架內(nèi)貨物的重量不大,智能水炮的水柱近距離沖擊力大,在滅火時(shí),有可能將著火的貨物沖擊至其他尚未燃燒的貨架,引燃其他貨物。
因此筆者認(rèn)為智能消防水炮并不適合在自動(dòng)化高架庫(kù)房?jī)?nèi)使用。
本項(xiàng)目的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)為倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)II級(jí),倉(cāng)庫(kù)內(nèi)采用鋼制貨架和木制托盤(pán)存儲(chǔ)紙質(zhì)印刷品。貨架層數(shù)為10層,貨架每層間距為2.175m。最大儲(chǔ)物高度為21.6m。
倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的最大凈空高度和最大儲(chǔ)物高度均超過(guò)了GB50084-2017第5.0.5條的規(guī)定。查閱噴規(guī)第5.0.8條的條文解釋?zhuān)骸耙?guī)范不推薦采用頂板下布置ESFR噴頭+貨架內(nèi)置噴頭的布置方式。當(dāng)最大凈空高度或最大儲(chǔ)物高度超過(guò)表5.0.5 的規(guī)定時(shí),應(yīng)按照本規(guī)范第 5.0.4條和本條的規(guī)定布置?!?/p>
因此,采用貨架方式儲(chǔ)物的倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)I至III級(jí)高大凈空倉(cāng)庫(kù),在最大凈空高度或最大儲(chǔ)物高度超過(guò)表5.0.5規(guī)定時(shí),應(yīng)在頂部和貨架內(nèi)均采用標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積灑水噴頭。
根據(jù)規(guī)范,本項(xiàng)目屋頂噴淋系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度為20L/min·m,作用面積為200m。
某些類(lèi)似項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí),屋頂?shù)膰娏芟到y(tǒng)設(shè)計(jì)流量是如此計(jì)算的:Q=1.3×20×200÷60=87 L/s,系統(tǒng)采用 K=115標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積噴頭,最不利點(diǎn)工作壓力定為0.10 MPa。
筆者認(rèn)為這個(gè)計(jì)算結(jié)果僅是理論數(shù)據(jù),而實(shí)際的噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量與最不利點(diǎn)工作壓力和灑水噴頭布置間距息息相關(guān),設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)根據(jù)實(shí)際的噴淋布置復(fù)核。
當(dāng)噴頭流量系數(shù)為115,且最不利點(diǎn)工作壓力為0.10MPa時(shí),為了滿(mǎn)足最不利點(diǎn)的噴水強(qiáng)度不小于20L/min·m,根據(jù)GB50084-2017第7.1.2條的條文解釋中提供的計(jì)算方式,末端四個(gè)噴頭以正方形布置時(shí),四噴頭圍合面積不能大于 5.75m2,正方形邊長(zhǎng)不能大于 2.4 m,但實(shí)際布置時(shí)很難以保證以2.4m間距來(lái)布置噴頭。
此類(lèi)倉(cāng)庫(kù)的屋頂通常為鋼結(jié)構(gòu)坡屋頂,其中屋脊處應(yīng)設(shè)置一排噴頭。屋頂鋼梁高度較高,參照GB50084-2017第7.2.1條可知,作為障礙物的鋼梁同樣會(huì)影響噴頭布置。這種情況下,很難保證噴頭間距控制在2.4m以?xún)?nèi)。當(dāng)噴頭間距大于 2.4m 時(shí),0.10MPa 的工作壓力是不能夠保證噴水強(qiáng)度的。
從成本角度考慮,噴頭布置間距越小,使用的噴頭和管道就越多,系統(tǒng)造價(jià)就越高。而通過(guò)提高最不利點(diǎn)工作壓力來(lái)滿(mǎn)足噴水強(qiáng)度的話(huà),則可以加大噴頭間距,降低噴頭管道用量。此時(shí)水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程提高不多,對(duì)系統(tǒng)造價(jià)的影響也比較小。因此提高最不利點(diǎn)工作壓力,加大噴頭布置間距是比較經(jīng)濟(jì)的。
本項(xiàng)目的屋頂噴頭采用K=115噴頭,布置見(jiàn)圖3。在這樣的布置方式下,計(jì)算出的噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為91 L/s,大于上述理論計(jì)算值。
圖3 屋面灑水噴頭最不利區(qū)域的布置
在圖3中,值得注意的一點(diǎn)是:最不利點(diǎn)工作壓力為0.1MPa時(shí),雖然按最不利處四噴頭圍合面積計(jì)算出的噴水強(qiáng)度是大于20L/min·m的,但此時(shí)作用面積內(nèi)上游虛線(xiàn)方形框內(nèi),圍合面積較大的四個(gè)噴頭的噴水強(qiáng)度卻小于20L/min·m。
為保證本項(xiàng)目每一處的噴水強(qiáng)度都滿(mǎn)足規(guī)范要求,經(jīng)計(jì)算,將最不利點(diǎn)處的最小工作壓力定為0.16 MPa。
貨架內(nèi)噴淋計(jì)算較為簡(jiǎn)單,根據(jù)規(guī)范,按最高兩層各開(kāi)放7個(gè)噴頭計(jì)算。規(guī)范給了K=80,P=0.2 MPa和K=115,P=0.1 MPa兩種參數(shù)選擇。本項(xiàng)目由于屋頂最不利噴頭處壓力為0.16 MPa,屋頂噴頭與最高層貨架內(nèi)噴頭高差大于4 m,加上業(yè)主有節(jié)約成本的需求,因此采用了 K=80,P=0.2 MPa 的參數(shù)。貨架內(nèi)噴淋設(shè)計(jì)水量乘以1.3系數(shù),最后計(jì)算結(jié)果為35 L/s。
根據(jù)貨架設(shè)備廠商提供的資料,每層貨架并無(wú)實(shí)心隔板,只有三根平行方鋼架,方鋼架上是木制通透托盤(pán),托盤(pán)上才是貨物。自動(dòng)堆垛機(jī)存取貨物時(shí),貨物連同其下的木制托盤(pán)一起被放入或取走。
據(jù)高架庫(kù)設(shè)備廠家介紹,目前的自動(dòng)化庫(kù)房?jī)?nèi)的貨架大部分都是這種結(jié)構(gòu)。貨架中并不存在密閉貨板,而當(dāng)貨物與托盤(pán)被取走時(shí),貨架內(nèi)噴頭上方更是毫無(wú)遮蓋,不能滿(mǎn)足規(guī)范要求。
因此筆者與廠家協(xié)商,在貨架?chē)婎^上方的方鋼架下邊緣增加一塊薄鋼板,鋼板厚度參照擋水板厚度定為1mm,見(jiàn)圖4。此薄鋼板并無(wú)承重作用,僅作為貨架實(shí)心層板,阻擋上方水流對(duì)下方噴頭的影響,防止下方火焰快速上竄至上層貨架,同時(shí)起到積聚煙氣,促使噴頭動(dòng)作的作用。
圖4 貨架內(nèi)噴淋布置剖面圖
如圖1所示,倉(cāng)庫(kù)右側(cè)有一鋼平臺(tái),鋼平臺(tái)標(biāo)高為4.70m,平臺(tái)下為自動(dòng)化設(shè)備和貨物傳送帶,并非儲(chǔ)物區(qū),自動(dòng)化設(shè)備和貨物總高度為3.15m。鋼平臺(tái)下與貨架區(qū)之間并無(wú)分隔墻,與倉(cāng)庫(kù)為同一空間。
考慮到這是倉(cāng)庫(kù)建筑,而傳送帶與其上貨物類(lèi)似于堆垛,筆者將其定為堆垛性質(zhì)的倉(cāng)庫(kù)危險(xiǎn)級(jí)II級(jí)。經(jīng)查噴規(guī)表5.0.4-2 可知,其噴水強(qiáng)度為 8L/min.m,作用面積160m2。
由于鋼平臺(tái)下總面積只有90m2,因此作用面積最終確定為90m2。筆者認(rèn)為鋼平臺(tái)下噴淋的持續(xù)噴水時(shí)間應(yīng)與屋頂噴淋和貨架內(nèi)噴淋保持一致,也定為2小時(shí),最不利點(diǎn)處最小工作壓力0.05 MPa,噴頭流量系數(shù)K=80。經(jīng)理論計(jì)算和實(shí)際布置后的復(fù)核計(jì)算,最終鋼平臺(tái)下噴淋設(shè)計(jì)流量為22 L/s。
此處設(shè)計(jì)遇到的難題是鋼平臺(tái)下噴淋設(shè)計(jì)流量是否需要與屋頂噴淋和貨架內(nèi)噴淋設(shè)計(jì)流量疊加。
根據(jù) GB50974-2014 第 3.6.1 條:“一起火災(zāi)滅火用水量應(yīng)按需要同時(shí)作用的室內(nèi)外消防給水用水量之和計(jì)算?!币簿褪钦f(shuō),是否需要疊加,應(yīng)考慮鋼平臺(tái)下噴淋與其他部位噴淋是否會(huì)同時(shí)作用。
常規(guī)設(shè)計(jì)中,某些障礙物下增設(shè)的噴頭的用水量并不會(huì)與頂板下噴淋用水量疊加,比如寬度大于1.2m的風(fēng)管下增設(shè)的噴頭。
但筆者經(jīng)思考后最終決定疊加水量,理由是鋼平臺(tái)下區(qū)域?qū)挾却?,面積又只有規(guī)范要求的作用面積的56%。同時(shí)此區(qū)域與貨架緊鄰,無(wú)防火分隔,此區(qū)域一旦發(fā)生火災(zāi),很容易蔓延至貨架區(qū)。此區(qū)域和屋頂?shù)膰娏苡盟客瑫r(shí)發(fā)生的可能并不低。
最終本項(xiàng)目噴淋系統(tǒng)總用水量為91+35+22=148 L/s。
本項(xiàng)目的消火栓布置和鋼平臺(tái)下的噴淋布置的規(guī)范依據(jù)均不充分。
高架倉(cāng)庫(kù)的消火栓布置一直是個(gè)難題,在貨架底層去掉一個(gè)貨位形成消防通道是否可行尚未可知。而如果不設(shè)這個(gè)通道,那消火栓布置必然無(wú)法滿(mǎn)足規(guī)范。這個(gè)兩難情況一直困擾著設(shè)計(jì)人員。
由于自動(dòng)化高架庫(kù)房?jī)?nèi)平時(shí)無(wú)人,自動(dòng)堆垛機(jī)通道內(nèi)只有設(shè)備檢修時(shí)才可能有人。筆者認(rèn)為,這種自動(dòng)化庫(kù)房應(yīng)該削弱室內(nèi)消火栓的作用,貨架區(qū)內(nèi)部應(yīng)該允許室內(nèi)消火栓保護(hù)空白的存在,同時(shí)加強(qiáng)噴淋設(shè)計(jì)要求,以自動(dòng)滅火設(shè)施為主。
自動(dòng)高架庫(kù)房?jī)?nèi)自動(dòng)傳送帶和設(shè)備較多,有的庫(kù)房為了充分利用空間,會(huì)將設(shè)備區(qū)分為上下兩層,下層同樣需設(shè)噴淋保護(hù)。但設(shè)備區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)如何定性,如何確定設(shè)計(jì)參數(shù),水量是否應(yīng)該與屋頂噴淋疊加,在規(guī)范上找不到明確依據(jù)。
出于運(yùn)營(yíng)成本的考慮,部分建設(shè)方比較傾向于建設(shè)此類(lèi)高架庫(kù)房。但此類(lèi)倉(cāng)庫(kù)貨架密布,巷道間距較小,整個(gè)防火分區(qū)中可燃物品的密度極高,火災(zāi)時(shí),火焰的水平和豎直蔓延速度都很快。
由于缺少自動(dòng)化高架庫(kù)房的規(guī)范,建筑專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)此類(lèi)庫(kù)房時(shí),參照的都是建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范,因此此類(lèi)庫(kù)房?jī)舾吆鸵?guī)模都很大。
對(duì)于此類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于普通倉(cāng)庫(kù)的高架庫(kù)房,相關(guān)的土建和機(jī)電的消防要求是否應(yīng)比普通倉(cāng)庫(kù)更嚴(yán)格?
我國(guó)目前關(guān)于高架庫(kù)房的全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少,現(xiàn)有的消防能力相對(duì)于此種規(guī)模的高架庫(kù)房來(lái)說(shuō)也偏弱。
雖然SH/T3186-2017可作為參考,但畢竟不是通用規(guī)范,因此希望能有通用的自動(dòng)化高架庫(kù)房規(guī)范。筆者也建議在相關(guān)規(guī)范中對(duì)此類(lèi)高架倉(cāng)庫(kù)的凈高和規(guī)模做出限制,避免此類(lèi)倉(cāng)庫(kù)建筑的凈高和規(guī)模過(guò)大。