某高架立體倉庫消防設計的探討

林橋喜

1 工程概況

某智能物流倉儲項目，總建筑面積約為4.2萬m2，共5棟單體建筑：1#、4#、5#為倉庫，2#、3#為多層員工宿舍及食堂。其中1#倉庫最高（本文以1#倉庫進行重點設計分析），占地面積約為4800m2，建筑高度23.9m，共1層，建筑體積約為11.5萬m3；功能為托盤立庫儲藏區，梁下高度23.15m，貨架總高度22.4m，每層貨架高1.7m，共12層貨架，背靠背貨架間距0.5m，中間設置自動堆垛機的貨架間距1.7m，總共16排貨架。

此項目業主為某室外運動品牌，倉庫主要存放鞋、包等室外運動用品，根據《建筑設計防火規范》（GB50016-2014，以下簡稱“建規”）及新“噴規”中附錄A，確定此倉庫火災危險分類為丙類，火災危險等級為倉庫危險級II級。

2 消火栓系統設計

2.1 室外消火栓系統

根據《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014，以下簡稱“消水規”）中表3.3.2及表3.6.2可查得室外消火栓設計流量為45L/S，火災延續時間為3h，室外消防用水量為486m3。根據業主提供資料，本工程只有一路市政進水，故室外消防用水量存儲于地下室的消防水池內，室外消防供水管網布置成環狀，由室外消火栓泵（一用一備）供水。室外消火栓沿建筑周邊按規范布置。

2.2 室內消火栓系統

根據“消水規”中表3.5.2及表3.6.2可查得室內消火栓設計流量為25L/S，火災延續時間為3h，室內消火栓用水量為270m3。系統由室內消火栓泵（一用一備）供水，按規范要求室內消火栓應滿足2股充實水柱同時到達任何部位。

大空間的倉庫，室內消火栓箱布置是一難題，因能安裝消火栓箱的位置受限，倉庫中間位置往往很難滿足兩股水柱同時到達；此高架立體倉庫問題更是麻煩。同時，高架立體倉庫在布置消火栓箱時還要考慮貨架阻擋的問題，因室內消火栓箱內消防水帶長度不宜超過25m，如果在倉庫中間位置發生火災，在滅火撲救時消防隊員無法橫穿過那一排排超長且放滿物品的貨架。如果從貨架的兩端通過貨架間間距進去，那么水帶長度加上充實水柱也達不到著火點位置。因背靠背的貨架間距只有0.5m，無法安裝消火栓箱，設置自動堆垛機的貨架間距雖有1.7m，但如果在此間距設置消火栓箱會影響堆垛機的運行也是不允許的。這種情況下，需要在消火栓箱的附近的貨架間留出一通道，讓消防員能夠到達中間位置。具體做法有兩種：一種方法是這些的貨架不能全部連一起，要分段擺放留出通道，因這些貨架有二十幾米高，分段擺放會減少很多貨位，工藝及業主方面均難以同意。另一種方法是這些貨架還是連在一起，在消火栓箱附近的最底層一格貨架留出一半位置作為通道，這樣貨位就不會減少很多；這種方法需要與工藝配合，根據貨架排數測算出消火栓箱距離中間位置的距離后確定通道的位置。最后我們采取的是后一種做法。

3 自動噴水滅火系統設計

圖1 預留通道示意圖

自動化高架立體倉庫需要的工作人員數量比傳統倉庫大為減少，發生火災后不易被人發現，故自動噴水滅火系統成為此類倉庫最為直接有效的保護措施。下面就重點對自動噴水滅火系統進行分析。

3.1 確定系統流量

倉庫的自動噴水滅火系統流量的確定是關鍵。系統流量由噴水強度、作用面積、持續噴水時間確定。如果倉庫的最大凈空高度≤9.0m及最大儲物高度≤7.5m，以上參數可根據“噴規”中第5.0.4條規定確定。

3.1.1 頂板下灑水噴頭

本項目的1#倉庫，最大凈空高度（室內地面到屋脊處的垂直距離為24.15m）23.15m，貨架高度22.4m，每層貨架1.7m，共12層貨架，超過了“噴規”中第5.0.4條的規定。所以本倉庫的頂板下噴頭的噴水強度、作用面積等不能從“噴規”第5.0.4條表格中直接選取。但是“噴規”第5.0.4條中表5.0.4-1、表5.0.4-2、表5.0.4-3下方的注中均分別明確了倉庫危險級I級、II級、III級的倉庫在設置貨架內置灑水噴頭的前提下頂板下灑水噴頭的噴水強度、作用面積、及持續噴水時間。

設置了貨架內置灑水噴頭的倉庫，頂板下灑水噴頭的基本參數如表1。

表1

3.1.2 貨架內置灑水噴頭

根據“噴規”第9.1.6條，“設置貨架內置灑水噴頭的倉庫，頂板下灑水噴頭與貨架內置灑水噴頭應分別計算設計流量，并應按其設計流量之和確定系統的設計流量”。所以確定了頂板下灑水噴頭參數流量，還需要確定貨架內置灑水噴頭的參數流量。

根據“噴規”第5.0.5條及第5.0.6條，可采用早期抑制快速響應噴頭（ESFR噴頭）的最大凈空高度限定在13.5m，最大儲物高度限定為12.0m；可采用倉庫型特殊應用噴頭的的最大凈空高度限定在12.0m，最大儲物高度限定為10.5m，因本1#倉庫最大凈空高度及最大儲物高度均超過了以上的限定范圍，故本1#倉庫不采用ESFR噴頭及倉庫型特殊應用噴頭。根據“噴規”第5.0.8條，本1#倉庫需設置貨架內置灑水噴頭，內置灑水噴頭自地面起每3.0m設置一層，貨架內置灑水噴頭層數超過2層時，同時開放灑水噴頭數量為14個，計算流量應按最頂層2層且每層開放灑水噴頭數按7個確定。因考慮倉庫的噴水強度及噴頭的工作壓力問題，故本1#倉庫選用K=115的噴頭，工作壓力不小于0.1MPa。因貨架內置噴頭與頂板下噴頭屬同一防火隔間，其持續噴水時間可與頂板下噴頭持續噴水時間相同，亦為2h。

3.1.3 綜上可確定本項目1#高架立體倉庫自動噴水系統的設計流量

K115噴頭流量：q=K=115L/min=1.916L/s系統設計流量：q=1.3×（14×1.916+20×200÷60）=122L/s（1.3為流量不均勻系數） 設計用水量：122×2×3.6=878m3。

3.2 噴頭的布置

3.2.1 貨架內置噴頭

根據“噴規”第5.0.8條，倉庫危險級I級、II級場所應在自地面起每3.0m設置一層貨架內置灑水噴頭，且最高層貨架內置灑水噴頭與儲物頂部的距離不超過3.0m；設置2層及以上貨架內置灑水噴頭時，灑水噴頭應交錯布置；灑水噴頭間距不應小于2m不應大于3m。因本1#倉庫單層貨架高1.7m，共12層，若按2層貨架設一層噴頭，則每層噴頭間距將會超過3m，故本倉庫按照規范需要設置12層貨架內置灑水噴頭，布置示意圖詳見圖2。

圖2 貨架內置灑水噴頭平面布置示意圖

3.2.2 頂板下噴頭

上述提到本1#倉庫采用K=115，工作壓力為0.1MPa的貨架內置噴頭，所以可定頂板下噴頭最不利點工作壓力為0.1MPa。因倉庫危險II級的倉庫頂板下噴頭強度為不低于20L/（min·m2），作用面積不小于200m2，所以可確定噴水流量為4000L/min。根據采用不同K值的噴頭，可確定在最不利工作壓力0.1MPa的情況下200m2作用面積里頭的噴頭個數，詳見表2。

表2

所以可以看出當采用K=80，200m2內需要布置50個噴頭，噴頭布置過于密集。故本1#倉庫頂板下噴頭亦采用K=115的噴頭。

3.3 貨架內置灑水噴頭供水管的安裝位置

為了避免儲物進出貨架時對下垂型噴頭的誤撞，貨架內置噴頭可采用直立型，這樣也比較容易滿足噴頭濺水盤與頂板的距離應為75～150mm的規范要求；為了盡量不占用儲物的存放高度，供水橫干管則安裝在貨架外邊緣（即背靠背貨架和非自動堆垛機運行通道的那側），每個貨架內置灑水噴頭可由DN32的供水支管接入。同時根據“噴規”第7.1.9條，濺水盤與其下部儲物頂面的垂直距離不應小于150mm，所以儲物的高度需要與工藝配合，不能太高導致不能滿足150mm的要求。

圖3 貨架內置灑水噴頭供水管安裝示意圖

上述提到單個貨架內置灑水噴頭的流量為1.916L/S，水流速度按經濟流速3m/s計算，配水支管控制的噴頭數量如表3。

表3

考慮到貨架外邊緣安裝噴淋供水管比較困難，所以盡量控制噴淋管的管徑大小，根據工藝和貨架內位置單根噴淋供水立管一般不大于DN100，控制的的橫干管宜為DN65，這樣對應控制的噴頭為6個。

3.4 水流指示器和消防排水要求

根據“噴規”第6.3.2條，倉庫頂板下灑水噴頭與貨架內置灑水噴頭應分別設置水流指示器，在管道的布置上應充分考慮。同時因倉庫內噴水強度大，持續噴水時間長，為了避免不必要的水漬損失和增加建筑荷載，所以倉庫內需要設置消防排水措施，排水能力應滿足消防流量要求。

4 結論

（1）一般倉庫面積比較大，在布置消火栓時比較容易忽略堆垛貨物或貨架帶來的阻擋影響，在消火栓安裝位置比較局限的情況下，倉庫的中間位置2股水柱比較難以到達，需要考慮消防員的滅火通道。

（2）“噴規”按不同倉庫危險級列出了噴水系統設計基本參數，設計選型更方便；“噴規”比較清楚的明確了不同倉庫危險級在需要設置貨架內置灑水噴頭的情況下，頂板下噴頭的噴水強度、作用面積、持續噴水時間。

（3）“噴規”新增加了倉庫型特殊應用噴頭，當最大凈空高度在9～12m時，可采用此噴頭；在9～13.5m時可采用ESFR噴頭；高度超過13.5m時采用標準覆蓋面積噴頭+貨架內置灑水噴頭的形式。

（4）“噴規”第5.0.8條對貨架內置灑水噴頭自地面起每層設置的高度由原來的4m改為3m，直接增加了貨架內置灑水噴頭的安裝層數。可根據倉庫儲物的種類與工藝方面配合單層貨架的高度，以避免設置過多層數的貨架內置噴頭。

（5）考慮噴淋管的重量與管徑有直接關系，貨架內置灑水噴頭供水橫干管及供水立管的安裝需要與工藝配合考慮貨架的荷載及安裝位置，在各條件允許下再確定供水管的管徑。