高層物流倉庫消防給排水系統設計與優化研究

摘要：

本文以丙2類高層物流倉庫為例，詳細介紹了其消防系統和給排水系統的設計及優化。在自動噴淋系統方面，針對常溫庫和冷庫不同特點分別設置了相應的系統，探討了噴淋管道的布置方式。在消火栓系統中，針對倉庫難以滿足規范要求的情況，提出了三種解決方法并分析其利弊。屋面采用虹吸雨水系統，卸貨平臺不同區域設置重力雨水系統、地漏以及排水溝等設施，對一層卸貨區下沉區域的雨水重力排放與壓力排放方式進行優化。

關鍵詞：高層物流倉庫；自動噴淋系統；消火栓系統；雨水排放；消防給水系統

作者簡介：

李湖法（1986— ），男，漢族，浙江臺州人，本科，工程師，研究方向：建筑給排水設計。

一、項目概況

本項目的物流倉庫為丙2類高層倉庫，如圖1所示。該建筑是五層鋼框架結構，一層至四層層高為9.4m，五層層高為9.8m，平面尺寸為236m×67m，建筑高度為49.90m，占地面積為15853.13m2，建筑面積為87522.07m2。物流倉庫的各層南側設置了30m寬的卸貨平臺，東側和西側設置了旋轉坡道，平時用作貨車通道，火災時作為消防車通道。

二、自動噴淋系統

物流倉庫中通常存放大量的貨物，一旦發生火災，火勢很容易迅速蔓延，損失巨大。自動噴淋系統能夠在火災初期快速響應，有效控制火勢。自動噴淋系統可以在一定程度上保護貨物的安全，降低經濟損失。同時，減少火災對倉庫結構的破壞。物流倉庫設有4℃常溫庫和0℃以下冷庫，儲存物品的火災危險性為倉庫危險級Ⅱ級。常溫庫一層至四層最大凈空高度為9.25m，五層最大凈空高度為10.65m，最大儲物高度均為7.5m，設有單雙排貨架。冷庫最大凈空高度為7.5m，最大儲物高度為6m，設有單雙排貨架。對于非高層倉庫的0℃以下冷庫，規范中未要求必須設置自動噴淋系統，由于本項目物流倉庫屬于高層倉庫，常溫庫和冷庫都設置了自動噴淋系統。

常溫庫采用設置早期抑制快速響應噴頭的濕式自動噴淋系統，貨架采用鋼制貨架，并采用通透率大于50%的層板。噴水強度按照《噴規》表5.0.5，倉庫危險級為Ⅱ級設計，采用K202的下垂型早期抑制快速響應（Early Suppression Fast Response，ESFR）噴頭，最不利噴頭工作壓力為0.5Mpa，可同時開啟12個噴頭。由于倉庫高度接近50m，加上噴頭工作壓力為0.5Mpa，經過計算得出，噴淋水泵揚程需要超過150m。配水管道的工作壓力大于1.20Mpa，系統需要進行分區，過高的系統壓力增加了管道破裂、連接處泄漏的風險。出于以上考慮，我們將噴頭換成K242的下垂型ESFR噴頭，最不利噴頭壓力為0.35Mpa。噴淋管網采用格柵狀布置，通過兆龍消防計算軟件多次計算并優化管徑，將噴淋水泵揚程降低為130m，避免了系統工作壓力過高的問題。另外，消防泵房盡量靠近倉庫布置，減少室外管網的長度，減少管網損失。原來的系統工作壓力超過1.60MPa，需要采用無縫鋼管，優化后系統的工作壓力小于1.60MPa，可采用加厚鋼管，節省了造價。

冷庫采用充氣雙聯鎖預作用系統，噴水強度參照《噴規》表5.0.4-2，倉庫危險級為Ⅱ級設計，噴水強度為24L/min.m2，作用面積為2801.3m2。因為冷庫內安裝了噴淋管道，普通的冷庫板難以滿足抗震支吊架的安裝要求，所以噴淋管道布置在冷庫板上方，噴頭采用干式下垂型噴頭，這是目前設計中常用的布置方式，如圖2所示。這種布置方式的最大缺點是冷庫板上要開很多孔用于噴頭安裝，安裝噴頭后再進行密封，難免會跑冷，影響保溫效果。筆者曾參與一個FM認證的項目，保險公司要求噴淋管道布置在冷庫內，采用直立型噴頭。噴淋管道利用貨架立柱或橫梁作為支撐，無貨架的區域管道在樓板下吊掛，盡可能減少冷庫板開孔。貨架公司制作貨架和布置貨架時，充分考慮噴淋管道的布置和荷載，此做法通過了保險公司和國內施工驗收，是否滿足抗震要求值得商榷。報警閥組應盡量靠近冷庫，優化管道布置，盡量減小管徑和大管徑管道長度，控制管網容積。

《物流建筑設計規范》GB51157-2016第15.3.2條第6款規定，樓層貨物運輸通道內應設置消火栓和自動滅火設施，南面卸貨平臺區域設置自動噴淋系統。室外管道需要考慮防凍，自動噴淋系統優先采用預作用系統，由于卸貨區最大凈空高度9.2m，不適用預作用系統，采用濕式系統加電伴熱的方式防凍。噴水強度參照《噴規》表5.0.1，采用高大凈空設計，噴水強度為15L/min.m2，作用面積為160m2。ESFR優先采用下垂型噴頭，避免受管道阻擋影響控火，滅火效果更好。下垂型ESFR噴頭安裝時會受到梁的影響，通常采用鵝頸彎的方式安裝。本項目采用了全新的甲殼框架結構系統，甲殼梁對梁上開洞要求低，二層至五層靠近樓板處開洞，支管緊貼樓板安裝，屋面支管安裝在檁條和屋面板之間，兩種安裝方式可保證噴頭距樓板的高度不大于360mm，省去了鵝頸彎，也不占用梁下空間。支管設計在檁條和屋面板之間安裝時，應提前和結構專業人員確認，避免現場安裝空間不夠。下垂型ESFR噴淋支管現場安裝圖如圖3所示。

三、消火栓系統

物流倉庫內設置了室內消火栓，卸貨平臺區域設置了室內消火栓和室外消火栓，室內消火栓箱內應設置消防軟管卷盤。常溫庫采用濕式消火栓系統，冷庫和卸貨平臺區域采用干式消火栓系統。卸貨平臺五層高度為36.3m，由于室外消火栓系統需要較高的設計壓力，故室外消火栓與室內消火栓合用消火栓水泵，從而減少泵組的數量。

《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014規定，室內消火栓的布置應滿足同一平面有2支消防水槍的2股充實水柱同時達到任何部位的要求。由于貨架阻擋，很難滿足規范要求，設計中常用的解決方法有以下三種。第一層貨架留出幾個貨位用于放置消火栓；取消幾個貨架，留出位置用于放置消火栓；第一層貨架留出一條人行通道，利用兩端墻面上的消火栓提供保護。以上三種方案雖然滿足了規范的要求，但犧牲了一些貨位。由于設計時沒有規范支持，本項目采用了第1種方法。《倉庫防火技術規程》TCECS 1405-2023第3.0.5條規定，倉庫應根據建筑規模設置消火栓系統。自動化倉庫倉儲區域應在出入口和貨架可拆卸的通道處設置消火栓，貨架內部可不設置消火栓。該規程的發布使得之后的設計有據可依，具體布置方式仍需與當地消防救援部門溝通確定，希望相關規范更新時能夠細化消火栓的布置方式。

四、給排水系統

物流倉庫的給水系統主要包括生活用水、沖洗用水和洗眼器用水等系統。物流倉庫的每層叉車充電區都設有洗眼器和排水地漏，洗眼器排水與沖洗排水并非直接排入室外管網，而是先排入一層的集水坑，經收集后采用臨時泵提升并外運處理。冷庫的沖融霜排水、地面排水管應設置水封。

物流倉庫采用鋼屋面，屋面面積大，采用虹吸雨水系統。卸貨平臺五層采用重力雨水系統，雨水斗局部下凹處理，上部設置承重型格柵蓋板，防止雜物進入。卸貨平臺二層至四層的排水主要來源于地面沖洗水以及少量的飄雨，因此采用大流量的地漏。旋轉坡道內側設置排水溝，每層排水溝內靠柱邊設置雨水斗。在坡道入口處設置排水溝，用于排除雨水斗未能及時收集的雨水。一層卸貨區下沉區域的雨水排水通常有兩種做法。第一種是重力排放至下游雨水檢查井，該方式投資成本較低且后期維護相對簡單，有積水風險。第二種是設集水坑和提升泵加壓排放，該方式雖無積水風險，但前期投資成本和后期運行、維護成本較高。本項目采用了實用新型專利《一體化雨水調蓄加壓設施》，將兩種方法結合使用，減少了室外土建工程量，可以最大程度減少雨水提升泵的啟動次數，節約能耗。雨水通過排水溝收集后進入井室二，降雨量較小時，雨水通過拍門進入井室一，重力排至下游雨水管網。當雨量超過重力排放能力時，拍門自動關閉，雨水通過溢流堰進入井室三，壓力排至下游雨水管網，如圖4所示。

結語

高層物流倉庫與單層、多層倉庫以及高架立體倉庫有許多共同之處，也存在一些特殊的地方。消防給水系統是保障倉庫消防安全的核心設施，合理設計至關重要，其維護管理的重要性也不容忽視，以確保在火災時系統能夠正常運作。隨著物聯網技術的迅速發展，其與消防給水系統整合，實現了對消防系統的智慧化管理，包括實時監控、數據分析、故障診斷、遠程報警等功能，減輕了人工檢查的負擔，降低了管理成本并提高了系統的可靠性。自動化倉庫中物聯網消防給水系統能夠與視頻監控、門禁控制等其他智能系統集成，共同構建起一個全方位的智慧安防網絡，是倉庫消防安全管理的未來發展趨勢。

參考文獻

GB51157-2016，物流建筑設計規范.中國建筑工業出版社，2016.

GB50974-2014，消防給水及消火栓系統技術規范.中國計劃出版社，2014.

TCECS1405-2023，倉庫防火技術規程.中國計劃出版社，2023.