芻議機械工業廠區的建筑防火設計

張華毓，許崇崴

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

隨著我國機械制造業的飛速發展與進步，機械工業廠區（以下簡稱“廠區”）的規模日益擴大；同時伴隨著建設周期縮短、標準提高、規范更新等多種因素，決定了廠區的建筑設計，尤其是防火設計的難度和復雜性不斷提高。 對于廠區的建筑防火設計，既往經驗逐漸不適用于新項目，建筑師應當進行技術總結和反思。 筆者從親歷項目中選取了某新建叉車廠區進行分析總結，其規模和復雜性更適合展示廠區防火設計的難點要點。

2 機械工業廠區的建筑防火設計難點

2.1 占地面積大、單體數量多

廠區的組成包含廠前區、生產區、輔助區[1]。

本文以某叉車廠區為例，該廠區占地面積約21.87 萬m2，總建筑面積約13 萬m2；有23 個子項，以及地面停車場（342個車位）、非機動車棚、廣場和試車場。 其中，建筑面積最大的聯合廠房約10.5 萬m2，廠區綜合樓約1.4 萬m2。 廠區總平面圖如圖1 所示。

圖1 總平面圖

2.2 廠區的建筑類別多

廠前區：即廠區的前段區域，是服務于廠區的行政辦公和生活服務的綜合區域；生產區：主要是生產車間、聯合廠房；輔助區：各種庫房和堆場、動力區。

本案例的廠前區包括：綜合樓、接待中心、展示塔、廣場、停車場、非機動車棚。

生產區包括：聯合廠房、研發車間、生產車間。

輔助區包括：倉庫、危廢庫、垃圾站，開閉所，消防泵房，試車場，地磅。

其他：圍墻、大門、自行車棚。

2.3 工藝流程多

以聯合廠房為例，生產內容是工業車輛，生產工藝是叉車成形、裝配、焊接、存儲（中間倉庫）及涂裝（封閉工藝），主要生產原材料及產品均為不燃燒體，不同工段生產的火災危險性不同。

2.4 火災危險性類別多

根據物質的火災危險性特征，如易燃易爆、可燃、難燃、不燃等，生產和儲存物品的火災危險性分為甲、乙、丙、丁、戊類。本工程涉及了丙、丁、戊類3 種車間和甲、乙、丙類3 種倉庫。

2.5 防火設計的難度大

由于廠區火災的后果嚴重、甚至發生爆炸，因此，防火設計更需要注意“防”——即防止火災發生，并減少火災發生后的損失。 以本案為例，同時存在不同火災危險性的單體，其防火設計的內容必然不具備重復性， 可見廠區的建筑防火設計是一項復雜工作，需要設計人具有更強的綜合素質。

3 廠區防火設計的對策

目前，我國的防火規范編制思路是處方式[2]，因此，實際工作也采用處方式防火設計——在已知建筑各項參數的情況下，按照防火規范來逐項核對、選用對應的設計措施。

基于處方式的思路， 廠區的建筑防火設計分為4 項：防火定性（火災危險性，耐火等級和耐火極限，防爆設計，平面布置，安全疏散）、總平面（消防車道，消防救援）、防火構造（防火墻，防火門窗，外保溫）、消防設施（消火栓，防排煙）。該順序可作為防火專篇的編制思路。 本文結合案例，介紹防火設計的要點。

4 防火定性

工業建筑設計的流程類似軟件開發的瀑布式（waterfall model），設計流程是單向推進的。 為了避免定性錯誤造成各專業返工，則需要在項目初期就重視防火定性。 建筑專業需要抽絲剝繭，盡量做到準確無誤。

4.1 火災危險性分類

4.1.1 生產的火災危險性

確定生產車間的火災危險性 “應根據生產中使用或生產的物質性質”來劃分[3]。建筑師應詳細了解工藝流程，以明確火災危險性。 需要注意的情況有兩種：（1）由于廠區的工藝流程多，某環節的工藝專業可能缺位，此時建筑師應發揮主觀積極性，如查閱專業論文并文字記錄，作為后續的工作依據；（2）生產車間可能使用少量的丙類油，如工業車輛需加油以及清潔，雖然火災風險小，但是建筑師要注意合理規避風險。

4.1.2 儲存的火災危險性

容易被忽略的兩個問題：

1）當同一座倉庫或倉庫的任一防火分區內儲存不同火災危險性物品時， 倉庫或防火分區的火災危險性應按火災危險性最大的物品確定。

2） 環境和包裝材料可能改變火災危險性。 GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（以下簡稱《防火規范》）條文3.1.5，存放產品的包裝箱、塑料膜等可燃物品：丁、戊類儲存物品倉庫的火災危險性， 當可燃包裝重量大于物品本身重量1／4 或可燃包裝體積大于物品本身體積的1／2 時，應按丙類確定。 如木托盤、木箱，塑料泡沫箱、塑料膜等。

4.1.3 鍋爐房、水泵房、變電所的火災危險性

工業廠區的配套站房應明確火災危險性， 如鍋爐房、水泵房、變電所，若按民用建筑執行不合邏輯，也不應模糊處理。 確定站房的火災危險性涉及多個規范規定，下文詳述定性依據。

1）鍋爐房：GB 50041—2020《鍋爐房設計標準》第15.1 土建小節，鍋爐房建筑的鍋爐間屬于丁類生產廠房，燃氣調壓間及氣瓶專用間屬于甲類生產廠房，燃氣調壓間、燃氣計量間按甲類車間。 當丁類與甲類合并建造時，應整體按甲類生產廠房定性。 第15.1.2 條，鍋爐房要做防爆設計，泄壓面積按照建筑占地面積的10%計算。 設計中常用的泄壓部位是輕質屋面和易泄壓的外窗。

2）水泵房按戊類廠房定性，依據是《防火規范》的表3.1.1；也可按照民用公共建筑。

3）變電所：依據GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》，氣體或干式變壓器室的火災危險性類別為丁類；依據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》（2018 年版），對干式變壓器室的火災危險性分類沒有明確規定，第3.1.1 條將油浸變壓器室的火災危險性類別定為丙類；依據住建部《關于對室內變電站防火設計問題的復函》（建規字 〔2018〕4 號）、《關于220V 附建式變電站防火設計問題的復函》（建規字〔2019〕2 號）等，變壓器室的火災危險性類別宜為丙類。 因此，筆者建議以住建部的復函為最終依據， 確定變電所的火災危險性為丙類。

4.1.4 輔房

除生產車間，廠區中不具有生產或倉儲功能的建筑，如研發實驗、管理辦公、食堂、浴室等輔助企業生產的建筑，在工程中習慣稱為“輔房”。顯然“輔房”的防火分類并不相同。以本案的聯合廠房為例，其面積超過10 萬m2，在車間內按需分散布置了10 處面積較小的輔房，用作辦公、會議、衛生間等，這類輔房屬于車間的一部分，性質按工業建筑；在聯合廠房的南側貼建了1.4 萬m2的3 層輔房，稱之“綜合樓”，其功能包含展廳、培訓中心、行政辦公和生活服務，定性為民用建筑，在總圖單列子項。 本案的“研制車間”與聯合廠房類似，也包括車間和貼建的3 層輔房；研制車間的功能是車輛的測試及檢驗，其輔房僅供本車間使用，與生產關系緊密；該輔房在總圖不單列子項，不影響研制車間的工業建筑性質，但在節能與防火設計上按民用建筑。

4.2 耐火等級和耐火極限

本文案例的各單體的耐火等級均為二級。 建筑構件的耐火極限，按《防火規范》的表3.2.1 執行，同時應當仔細閱讀3.2的其他條文。 容易被忽略的條文有3.2.1，3.2.9，3.2.10，3.2.15。

車間的結構形式為門式剛架，屬常規做法。 鋼構件本身的耐火時間僅15 min，因此，要做防火處理，通常是表面噴涂防火涂料。按防火機理分類[4]，防火涂料有膨脹型和非膨脹型。根據GB 51249—2017《建筑鋼結構防火技術規范》4.1.3 要求“設計耐火極限大于1.50 h 的構件，不宜選用膨脹型防火涂料。 防火涂料與防腐涂料應相容、匹配”。

4.3 防爆設計

廠區需做防爆設計的包括鍋爐房、危化品庫等，工業建筑的屋面和墻面常用壓型鋼板作為圍護結構，因此，泄壓面積較易滿足。 需要注意的是，泄壓口的設置應避開道路。

4.4 平面布置

由于篇幅所限，本節主要講以下幾個易錯點。

4.4.1 防火分區

同一廠房或倉庫允許存在不同火災危險性類別， 建筑整體的火災危險性分類應按火災危險性最大的防火分區或樓層確定；防火分區的最大允許建筑面積，根據該防火分區的實際火災危險性類別確定。

4.4.2 中間倉庫

中間倉庫的設置是為滿足連續生產而設置， 不能作為常規倉庫，否則應獨立設置。 設置中間倉庫不改變廠房的火災危險性類別，其占地面積、防火間距仍按廠房的相關要求確定。

規范對中間倉庫的要求內容較少，也未限制其面積，建議設計人員從嚴設計。 例如，中間倉庫的占地面積、投影面積不超過同類別倉庫的占地面積要求；靠外墻設置的中間倉庫，建議盡量執行倉庫與其他建筑的防火間距。

4.4.3 操作平臺、檢修平臺

當使用人數少于10 人時，平臺的面積可不計入所在防火分區的建筑面積內。

4.4.4 倉庫

生產庫房不應布置在車間辦公樓內。

防火規范規定甲類倉庫的占地面積不得超過180m2/750m2。與大尺度的生產車間相比，這一點容易被忽視。

4.4.5 輔房

廠區辦公樓內存在人員密集的房間， 如會議室、 多功能廳、活動室、餐廳、淋浴間、更衣室等，但是，辦公樓并不是人員密集場所。

服務于車間的少量輔房，如辦公室、會議室、衛生間、更衣室等，雖設置在車間內，但應盡量從嚴執行公共建筑的標準。 對于丁、戊類廠房和戊類倉庫的辦公休息室，雖然規范未要求進行防火分隔，但是筆者建議相對獨立布置，并采用鋼筋混凝土框架結構和填充砌塊墻，既能提高防火標準，也能提高辦公環境。

4.5 安全疏散

車間疏散不能按規范的最低要求考慮， 而是盡量保證每個方向都有2 個疏散出口。 雖然機加工廠房的人員少、地面也有劃線的人行通道，看似疏散難度小，但實際上車間的設備多且大，在緊急疏散時則變成障礙物。

車間內的輔房應盡量靠外墻或外門， 保證人員及時從外門或本房間外窗疏散。

廠區辦公樓的安全疏散常出現極端情況。 這是因為機械行業的業主習慣把辦公樓與廠房貼建，且二者長度接近，導致辦公樓如同橫過來的摩天大樓——本文案例的綜合樓， 其長度215 m。因此，在前期就必須考慮安全疏散方案，尤其是分析大空間的疏散、人員密集房間的疏散等方面。

5 其他注意事項

5.1 總平面

1）廠區各單體在總平面的關系包括獨立建造、貼鄰建造、合建、附設等。 為便于讀圖人理解，建議附上示意圖。

2）注意考察場地現狀。 例如，《防火規范》第10.2.1 條，關于35 kV 架空電力線與丙類液體儲罐的間距要求。 廠區一般不作地庫而是地面停車場， 注意停車場與廠房和民用建筑的間距最低6 m（GB 50067—2014《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》）。

5.2 防排煙

丁類生產車間＞5 000 m2要設計排煙。利用高窗排煙的面積有限且需開窗機，因此，常用屋頂天窗來自然排煙、立面外窗作為補風。 屋頂天窗增加荷載和造價，并做消防聯動。

廠區辦公樓由于和車間貼建且長度極端， 必然出現需要排煙的內走道和房間。 由于防排煙涉及立面造型、暖通專業和造價，因此，應在前期統籌安排。

5.3 防火設計專篇

防火設計專篇的編制思路應按處方式——以防火規范的章節順序作為依據，逐條對應，并對照當地審查要點進行補充。

建筑防火設計專篇應起到統領作用， 以便讀圖人員完整理解項目。 例如，專篇的總平面除明確消防車道、消防救援，也應總述消控室、消防水箱間等滅火設施的位置，并與其他專業圖紙保持一致。

處方式防火設計的彈性有限，當出現特殊情況時，也需要借助性能化防火設計的思路， 即以安全為導向來思考設計策略。 設計人應在熟悉現行規范的前提下，靈活轉變設計思路。

6 結語

本文以機械工業廠區的建筑防火設計為主題， 分析了設計難點，總結了設計對策及要點，并提出處理方式和性能化結合的思路。