對港口自動化立體倉庫滅火系統設置的分析

□張韡

自動化立體倉庫是采用自動化控制技術、實現計算機輔助管理貨物的自動儲運的無人高架倉庫，其具有先進的儲運設備，可實現對貨物的單元化集裝、大容量貯存和貨物儲運的機電一體化動態管理。

隨著港口經濟的飛速發展，自動化立體倉庫以其占地面積小、儲存量大等特點，作為港口碼頭中轉倉庫在未來將得到更加廣泛的應用。

一、自動化立體倉庫火災特點

（一）火災隱患多。作為港口中轉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電配件等。此外，高架倉庫自動化程度的提高，電器設備增加，極有可能出現電氣短路火花、機械設備故障火花等。

（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置為雙排，靠外墻邊設置為單排。貨格根據貨箱的大小而設置，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展，很快穿到屋頂，火勢迅速蔓延，而且倉庫內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，會使燃燒強度大大增加，火勢更猛烈。

（三）火災破壞力度大。自動化立體倉庫的貨架一般采用鋼質結構。鋼材在溫度200℃以內強度變化不大；溫度到達250℃時，其材料極限強度局部提高；溫度超過300℃后，屈服點出現，極限強度急劇下降；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700℃。為了搶救物資和撲滅火災，要求構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生變形，嚴重時導致貨架倒塌。據介紹，國外高架倉庫發生火災后，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，不斷向高空發展，一般壓力的消火栓已無力將水槍的充實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。一旦發生火災，進入庫內滅火將十分困難。此外，一些高架倉庫采用了無窗的設計方式，空調系統有助于火勢蔓延，照明不能保證，因此消防滅火更困難。

（五）損失嚴重。自動化立體倉庫內儲存著高密度貨物，有昂貴的自動搬運、倉儲設備以及外圍建筑物，一旦發生火災將會在很短的時間內燒毀大批物資，造成巨大的經濟損失。

二、工程實例及消火栓系統的設計

以一座單層鋼結構高架倉庫為例，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，儲存物品火災危險性為丙類，鋼質貨架采用通透層板 （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。通過對其滅火系統的分析，有助于探討此類碼頭中轉倉庫的室內消防用水量的計算、自動噴水系統的方案選擇及系統設計。

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

（二）室內消火栓系統。根據 《建筑設計防火規范》第8.4.1條規定，室內消火栓用水量不應小于10 L／s，同時使用水槍數量為2支，每支水槍的最小出水量不應小于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：

經計算，水槍的傾斜角為45°時所需的直流水槍充實水柱長度為：

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，本建筑的室內消火栓用水量應為16.4 L／s。為安全起見，室內消火栓用水量采用17 L／s。

由此可以看出，消火栓給水系統直接參與自動化立體倉庫內的滅火是十分困難的。其主要原因是自動化立體倉庫內采用的是高空間、窄通道的布置形式，且火災時煙霧、照明條件等都不利于滅火人員的進入，且無法達到必須的充實水柱。因此，自動化立體倉庫內消火栓僅作為一種補充設施，而主要應由自動噴水滅火系統實施滅火效能。

（三）室內消防給水設施。屋頂設置18 m3消防水箱提供火災初期用水，同時為室內消火栓系統、自動滅火系統穩壓，設室內消火栓、噴灑穩壓設備各一套。

該倉庫地下設消防水泵房，泵房內設消防水池，為室內消火栓及噴灑系統供水。泵房內設自動滅火系統加壓泵及室內消火栓系統加壓泵。

三、自動噴水滅火系統方案選擇

（一）雨淋系統。根據 《自動噴水滅火系統設計規范》第4．2．5條規定，室內凈空高度超過本規范6．1.1條的規定 （即采用快速響應早期抑制噴頭的倉庫，室內最大凈空高度為12 m），且必須迅速撲救初期火災的，應采用雨淋系統。

5.0.4條中規定，雨淋系統中每個雨淋閥控制的噴水面積不宜大于本規范表5.0.1中的作用面積，但是5.0.1條為 “民用建筑和工業廠房”的系統設計參數，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遠大于8 m，是否可以參照5.0.1條關于作用面積的規定？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，根據規范則需要安裝38個雨淋閥。安裝如此大量的雨淋閥無論是在建設成本還是在日常維護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的建筑，規范中并未明確規定。同時，考慮到初期火災幾個噴頭噴水即可滅火，而雨淋系統一經開啟，大量開式噴頭同時動作，其水漬損失遠遠大于閉式系統。

（二）ESFR與貨架內噴頭相結合的自動滅火系統。為應對高架倉庫火災的挑戰，美國FM實驗室于20世紀80年代末完成了 “快速響應，早期抑制” （ESFR）自動噴水滅火技術的研究開發，并到了國際消防界的認同。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，根據早期抑制快速響應噴頭自動噴水滅火系統的特點，采用濕式系統。

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

1.自動噴水滅火系統的設計

（1）該倉庫按倉庫危險等級Ⅱ級設計，屋面下設置流量系數為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

（2）貨架內置噴頭選用快速響應噴頭，流量系數K=115，噴頭工作壓力不應小于0.10 MP，為使噴頭的出水充分作用于著火范圍，貨架內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，貨架內置噴頭流量為：

（3）自動噴水滅火系統用水量。根據 “噴規” 9．1．5、 9．1．6， 當建筑內設有不同類型系統或不同危險等級的場所時，系統的設計流量，應按其設計流量的最大值確定。因此，自動噴水系統的設計用水量，應為12只K＝360的ESFR噴頭出水量與8只貨架內置噴頭出水量之和的最大值：

2.自動噴水滅火系統壓力的確定及報警閥組的設置

由于K＝360的快速響應早期抑制噴頭的最低工作壓力為0．30 MPa，而作為貨架內置噴頭K＝115的快速響應噴頭的最低工作壓力為0．10 MPa，因此供水系統需根據壓力不同進行分壓供水，并分別設置報警閥組，自動噴水滅火系統水泵供水壓力按最不利點的快速響應早期抑制噴頭壓力設計，而安裝快速響應噴頭的管網系統應經減壓閥組減壓后供水。由于該自動噴水滅火系統設計流量大、管路長，為減少管網最遠與最近作用面積因管網阻力而產生的壓力差，保證壓力均恒，因此應適當放大供水主干管管徑，同時為便于日常維護管理，報警閥組集中設置在地下消防水泵房內。

四、結語

對采用ESFR與貨架內置噴頭相結合的自動滅火系統的自動化立體倉庫的設計還應注意以下兩點：

1.作為碼頭中轉倉庫的自動化立體倉庫，大部分庫房內無采暖系統，而ESFR噴頭要求快速響應，只能用濕式系統，因此，庫房內消防給水管道應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。

2.庫房由于堆放貨物較多，一旦有火警，濃煙難于擴散，通常應設防排煙系統，但采用ESFR噴頭系統的場所設置了防排煙系統可能會導致初期火災煙熱氣流被過早抽走，影響噴頭動作速度。因此排煙系統應在噴頭動作后啟動，即滅火后將煙排掉，故防排煙系統宜采用手動控制。