淺析自動化高架立體庫的消防設計

蔡毓蓉

（西圖建筑工程（上海）有限公司，上海 200051）

1 概述

立體庫也稱為高架庫或高架倉庫，一般采用幾層多至幾十層高的貨架存儲單元，用物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉庫。

自動化立體庫（AS/RS）一般由高層貨架、巷道堆垛機、輸送機、控制系統和計算機管理系統等構成，可以在計算機系統控制下完成單元貨物的自動存取作業。由于立體倉庫有很高的空間利用率，強大的入出庫能力，便于企業實現現代化管理，所以得到了非常廣泛的運用。

自動化立體庫存儲的貨物種類多樣，高度密集，貨物間通道小且安裝有輸送機系統，一旦著火后，火災的蔓延快，消防隊員撲救困難，增加了滅火的難度，對消防設計也提出的更高的要求。

筆者從下面一個典型的立體倉庫來分析消防系統的設計。

該倉庫建筑物長96 m，寬18.5 m，高度21 m，由單、雙排貨架組成。一個貨物單元空間寬0.9 m，深1.3 m，高度1.2 m。單層貨架層高1.5 m，11 層貨架，貨架總高約18.3 m，貨物是制藥業固體和液體的原輔材料、紙箱包裝的片劑藥品和玻璃瓶包裝的液體制劑，還有少量紙盒、PVC、鋁箔等包裝材料。消防設計需要滿足國標和國外保險公司的要求。

2 噴淋系統設計

首先是噴淋設計，按照自動噴水滅火系統設計規范（GB50084—2001）第5.0.5 條、第5.0.6 條、第5.0.7條，該倉庫屬于倉庫危險級II 級，符合第5.0.6 條規定的倉庫，當使用自動噴水滅火系統時，宜采用早期抑制快速響應(ESFR)噴頭，也可采用屋面下的普通噴頭加貨架內噴頭。由于該倉庫的最大凈空高度和最大儲物高度都超過了規范要求，按照第5.0.7 條，需要增加貨架內噴頭。自地面每隔4 m 高度設置一層貨架內噴頭。選用K80 噴頭工作壓力不小于0.2 MPa，K115 噴頭壓力不小于0.1 MPa。貨架內噴頭間距在2 ～ 3 m之間。貨架內計算噴頭數14 個[1]。

FM 保險公司對倉庫噴淋的設計有如下要求：

（1）混合倉庫按照火災危險性最大的存儲物確定危險等級，該倉庫按照紙箱內裝非發泡塑料考慮。

（2）目前，FM 認可的屋面下噴頭K 取值范圍是K160 至K360。本項目屋面下噴頭采用ESFR K200 下垂型快速響應噴頭，噴頭間距2.4 ～ 3.0 m，按照12 個噴頭開放，最小工作壓力0.35 MPa 設計。

（3）貨架內采用K115 快速響應噴頭。噴頭需安裝在貨物與貨物間的空隙處（即煙氣上升的通道，后簡稱通道）。噴頭中心距離通道中心線的水平距離不超過75mm（不能偏離通道以免影響集熱）[2]。

（4）紙箱內裝非發泡塑料類型的倉庫，兩層貨架內噴頭的垂直距離最大可達6 m（國標規定所有類型的倉庫統一為4 m）。最上層貨架內噴頭到貨物頂部的最大距離為3 m[2-3]。

（5）貨架內噴頭按同時打開14 個計算。

（6）單排貨架的貨架噴頭可在每個通道內布置（如圖1），噴頭間距0.6～2.4 m；或者在每兩個通道內布置（如圖2），噴頭間距離控制在1.2 ～ 3.0 m[2]。

（7）雙排貨架的深度不超過2.7 m，(或者貨架深度2.7 ～3.6 m 并且屋面凈高不超過9 m)，貨架內噴頭可按圖3 布置，噴頭距離0.6 ～ 2.4 m；也可以按照圖4布置，噴頭間距可擴大到1.2～3.0 m[2]。

（8）雙排貨架深度超過2.7 m，并且屋面凈高超過9 m，則需要在靠走廊面增設噴頭，貨架內噴頭如按圖5 布置，噴頭距離0.6～2.4 m[2]。

根據以上比較，可以看到主要區別在于：

（1）保險公司對于噴頭K 系數的取值有明確的要求。高架倉庫屋面板下應采用K160 或以上的噴頭保護，本項目要求采用ESFR K200 早期抑制快速響應噴頭保護屋面鋼結構，輔助最上層貨物滅火以及降低火災對屋面的影響。我們的噴淋規范則是要求滿足倉庫相應的噴淋強度和作用面積，如套用噴淋規范表5.0.5-3倉庫危險級II 級，儲物高度4.5 m，噴水強度15 L/min·m2，作用面積280 m2，噴頭間距3 m，最不利點壓力0.1 MPa 計算，則噴頭的K 值至少也要達到K160，結論與FM 標準是一致的。

圖1 單排貨架貨架內噴頭布置（一）

圖2 單排貨架貨架內噴頭布置（二）

圖3 雙排貨架貨架內噴頭布置（一）

圖4 雙排貨架貨架內噴頭布置（二）

圖5 雙排貨架貨架內噴頭布置（三）

（2）按照FM 的標準，貨架內噴頭根據貨架不同的高度和深度，間距選擇范圍較大（在0.6～3 m 之間），甚至可以縮小到1 m 以下。本項目可以在每個通道內布置噴頭（間距1 m）；也可以每兩個通道布置噴頭（間距2.1 m），且豎向噴頭交錯排列。國標的規定比較簡單，統一為2～3 m，我們的消防部門曾經提出如果噴頭間距太小，一個噴頭的開放會影響臨近噴頭的啟動，對此保險公司的解釋是在實際滅火中，噴頭間隔開放的現象是十分普遍的，噴頭的密集布置有利于在任何一點著火及時啟動噴頭。筆者認為這種噴頭布置有它的優點，能夠在有貨架內噴頭的這個平面上形成一張密集的保護網，減少火災向上蔓延的趨勢。同時，FM 還規 定兩層貨架內噴頭的豎向間距可以擴大到6 m，而國標是4 m。綜上所述，按照FM 的規定需要布置更多的貨架內噴頭，保護是得到了加強，但同時也增加了工程造價，設計要兼顧經濟性和合理性，這里需要尋求一個平衡點。筆者認為FM 對于貨架內噴頭布置的分類比較詳細，且有多種方案可供選擇，給設計工作提供了靈活性，這方面是值得肯定的。

（3）FM 規定噴頭必須置于貨物之間的煙氣通道處，并且安裝集熱罩，使噴頭更快感應到快速上升的煙氣和熱氣，及時打開。國標對于噴頭的設置位置沒有明確規定，當地消防局也認可噴頭安裝于貨物的正上方。筆者認為FM 的考慮更加合理，有效的集熱是噴頭及時打開的前提。

介于國標和保險公司的要求有所沖突，貨架內噴頭進行了調整，最后得到了消防局和保險公司雙方的認可，該項目最后的噴頭布置如6 所示。最上一層貨架內噴頭密布，間距1.0 m；而其余貨架內噴頭水平間隔一個通道布置，間距2.1 m，豎向貨架內噴頭交錯排列，這樣基本滿足國標，最上一層密布的噴頭目的在于減少貨架內火災對于鋼結構屋面的影響。

3 消火栓系統設計

圖6 貨架內噴頭剖面圖

接下來討論一下消火栓的布置。倉庫的平面布置如圖8 所示。一般情況下消火栓布置在室內，火災時供消防隊員取用。但如前面所提，立體庫內貨物間通道寬度有限，而且通道上有輸送機系統，地面上有導軌，日常都是無人的自動化運作，實際火災時消防隊員很難進入，并且鋼貨架在受熱后還有變形和傾倒的危險，所以不具備進入滅火的條件。故該倉庫的消火栓設計在建筑物外，貼外墻安裝，每個消火栓旁設逃生門，火災時可手動開啟。滅火以自動噴水滅火系統為主，消火栓為輔。在火災得到控制后消防隊員取用室外的消火栓，通過門或救援窗往室內噴水滅火，撲滅零星余火。

圖7 消火栓布置圖

4 小結

在和保險公司的交流中，與他們分享了對于該類建筑物消防設計的理念，值得我們借鑒：

FM 的試驗中一個成功的滅火有幾點要素：①如用ESFR 噴頭，通常火災能夠控制在4 個噴頭環圍的區域內，而12 個噴頭的設計參數是控制在二個環圍的區域，并增加了安全系數；②在倉庫滅火中，應盡量避免火災越過走道，蔓延到過道另一側的貨架上，所以有時需要在臨走道處增加噴頭，阻隔火災穿越走道；③在一排貨架內，火災的蔓延左右各不超過6 m；④貨架結構不能坍塌，貨架應用該螺栓固定在地面上，貨架設計應考慮貨物吸水后的總重量；⑤屋面鋼結構不能超過屈服強度。

縱觀FM 對于設計的要求，不同類型的火災，消防有不同的目的，有滅火也有控制火災，如上述可燃物密集的立體庫，噴淋系統的設計不全在于完全滅火，而是能夠有效地控火，即使裝有ESFR 早期抑制噴頭加貨架內噴頭，也需要消防隊員最終參與撲滅火災。

FM 的設計數據表對于不同的貨物、貨架形式、貨架高度都有詳細的分類，噴頭的布置也可有多種形式可供選擇。這些噴頭的布置經過了大量FM 工廠試驗的驗證，所以在工程實踐中具有一定的指導意義，也給設計提供了更多的空間和靈活性。

國內對于高架立體庫的設計，目前參照的是自動噴水滅火系統設計規范，規范制定了噴淋設計的原則性規定和通用要求，條文簡明扼要，隨著規范的更新升版，筆者建議也可以借鑒NFPA 和國外保險公司的一些標準，將規范編寫得更加細致，涵蓋面更廣，但也不贊同照搬照抄，規范要符合國情，集實用性和經濟性為一體，使我國的規范體系更加完善。

噴淋設計是高架倉庫消防設計中非常重要的一個部分，設計人員應充分考慮立體火災的特點，所設計的消防設施在高架立體庫火災時應能充分發揮作用，使火災處于有效可控狀態，人員財產損失降低到最小。

[1] GB50084—2001, 自動噴水滅火系統設計規范(2005 版)[S].

[2] FM Global Property Loss Prevention Data Sheet 8-9: Storage of Class 1,2,3,4 and Plastic Commodities[J]. July, 2011

[3] NFPA 13 Standard for Installation of Sprinkler Systems 2010 Edition[S].