以性能為基礎的某大型高架倉庫消防安全評估

●王竟萱

(廊坊市消防支隊，河北廊坊 065000)

(本欄責任編輯、校對 李 蕾)

0 引言

隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化進程的逐步加快，倉儲業(yè)也朝著大面積、大空間的方向發(fā)展。各類高架倉庫、物流倉庫等大型倉儲建筑大量產生，隨著其規(guī)模的日益擴大，防火設計的難度也越來越大。我國現(xiàn)行的《建筑防火設計規(guī)范》［1］對高架倉庫設計的規(guī)定，已遠遠不能滿足現(xiàn)代高架倉庫的防火安全。由于沒有相應的規(guī)范和方法作為指導，我國大部分高架倉庫在防火設計上存在一定問題，有必要進行研究。

1 高架倉庫的火災特點

高架倉庫又稱為立體倉庫，是指貨架高度超過7．0 m且機械化操作或自動化控制的貨架倉庫［2］。高架倉庫由倉庫建筑、高層貨架、堆垛機、輸送機等外圍設備和自動控制裝置、信息傳輸裝置、計算機等裝置組成，可實現(xiàn)倉庫作業(yè)的全面自動化，生產效率和空間利用率高。由于貨物儲存的特殊性，高架倉庫存在以下火災危險性［3］:(1)貨架高大且密集導致火災隱患較多，火災荷載大，即使是難燃或不燃物品其包裝也是可燃的。(2)火源較多，包括電氣線路故障、焊接、加熱系統(tǒng)故障、設備起火、相鄰建筑物失火、人為放火等。(3)結構復雜，物資疏散和火災撲救困難。自動化高架倉庫貨架之間巷道比較狹窄，一般只有1．2 m左右，一旦發(fā)生火災，撲救十分困難。(4)火災損失嚴重。高架倉庫存儲物資量大，火災發(fā)生后在很短時間內就可將其燒毀，造成巨大的經(jīng)濟損失。

2 某高架倉庫概況

某項目一期主體建筑高架倉庫建筑占地面積為20 278．5 m2，總建筑面積 22 956．5 m2，建筑高度23．9 m(室外地面至檐口)，建筑地上1層，局部2層。建筑結構形式為鋼框架與排架結構，局部屋頂為DECK板澆混凝土屋面，建筑耐火等級為二級。

倉庫內存放物品為派類、口香糖類、餅干類和膨化類食品，儲存周期小于7天。倉庫內設置的貨架共8層，每層貨物層高為2．2～2．4 m(不含消防空間)，總高度為20．75 m。因此本倉庫屬于丙類2項物品高架儲存?zhèn)}庫，共分5個防火分區(qū):高架庫區(qū)為防火分區(qū)1，分區(qū)面積10 487．2 m2;入貨準備區(qū)為防火分區(qū)2，分區(qū)面積4 263．6 m2;出庫準備區(qū)為防火分區(qū)3，分區(qū)面積3 401．8 m2;PPI包裝區(qū)為防火分區(qū)4，分區(qū)面積2 042．8 m2;二層辦公室及機房為防火分區(qū)5，分區(qū)面積937．7 m2。防火分區(qū)劃分如圖1所示。其中高架倉庫區(qū)又劃分為6個倉庫，每個倉庫之間采用輕鋼龍骨三層雙面防火石膏板內填防火巖棉輕質防火墻分隔，耐火時間4 h，連通庫房間的防火卷簾門設置水噴霧系統(tǒng)，水噴霧用水量0．3 m3·m-1·h-1，火災延續(xù)時間 3 h。

圖1 高架倉庫防火分區(qū)示意圖

由于標準模塊化設計方式和物流運營需求，該項目消防設計難以完全滿足現(xiàn)行規(guī)范對于庫房防火分區(qū)面積和占地面積的規(guī)定，其消防設計的主要問題為:(1)《建筑設計防火規(guī)范》第3．3．2條和第3．3．3條規(guī)定:對于儲存丙2類物品的單層倉庫建筑，每個防火分區(qū)最大允許建筑面積為1 500 m2;當設有自動滅火系統(tǒng)時，每個防火分區(qū)允許最大建筑面積為3 000 m2。該高架倉庫建筑共分為5個防火分區(qū)，其中高架庫區(qū)面積為10 487．2 m2;入貨準備區(qū)面積為4 263．6 m2;出庫準備區(qū)面積為3 401．8 m2，這3個防火分區(qū)面積超出規(guī)范要求。(2)《建筑設計防火規(guī)范》第3．3．2 條和第 3．3．3 條規(guī)定:對于儲存丙2類物品的單層倉庫建筑，每座建筑最大允許占地面積為6 000 m2;當設有自動滅火系統(tǒng)時，每座倉庫最大允許占地面積為12 000 m2。該高架倉庫建筑占地面積為21 230 m2，單座倉庫占地面積也超出了規(guī)范要求。

本著安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理的原則，本倉庫將采用以性能化為基礎的消防設計理念和方法，對消防設計方案進行分析和安全評估，使得制定的解決方案能更好地滿足本倉庫的消防要求。對高架倉庫火災危險源、火災煙氣流動規(guī)律、疏散進行分析，結合現(xiàn)行國家規(guī)范及國外權威文獻資料，分析論證本倉庫各消防系統(tǒng)設計合理性，提出對策方案，以保證消防安全目標的實現(xiàn)。

3 火災場景設計

本倉庫主要儲存食品，全部由紙箱包裝儲存，其火災荷載較大，在分析最大火災規(guī)模時，為了研究最不利情況下倉庫的火災場景，參照NFPA提供的一些倉庫貨物燃燒試驗的數(shù)據(jù)(見表1)，保守按超快速火考慮，取α=0．187 6 kW·s-2。上海市工程建設規(guī)范《建筑防排煙技術規(guī)程》中吸收和總結了國外關于噴淋作用下火災熱釋放速率大小的研究成果，給出設有噴淋的倉庫最大熱釋放速率可達4 MW，本倉庫設定熱釋放速率為4 MW。

表1 NFPA倉庫貨物燃燒數(shù)據(jù)

在區(qū)域火災危險性分析的基礎上，選擇可能對人員疏散安全造成不利影響，或可能導致火災大范圍蔓延的典型區(qū)域作為火災場景，具體火災場景設置見表2，火源位置如圖2、圖3所示。

表2 火災場景設置情況一覽表

圖2 一號倉庫火源示意圖

圖3 二號倉庫火源示意圖

4 模擬結果分析

4．1 煙氣流動的場模擬

火災時倉庫內到達危險狀態(tài)的判據(jù)見表3。

表3 人員疏散安全判據(jù)指標

本倉庫以《建筑設計防火規(guī)范》、上海市工程建設規(guī)范《民用建筑防排煙技術規(guī)程》等為依據(jù)進行煙氣控制系統(tǒng)的初步設計，然后利用FDS軟件對火災發(fā)展過程及煙氣控制過程進行數(shù)值模擬計算，驗證初步設計能夠達到的煙氣控制效果，并及時對初步設計的煙氣控制系統(tǒng)及其參數(shù)值進行調整以滿足設計要求，并確定最終的煙氣控制系統(tǒng)設計方案及其設計參數(shù)值。模擬結果包括煙氣流動情況、能見度、溫度、CO濃度等，下面以火災場景1溫度模擬結果為例進行介紹，如圖4～圖7所示。

圖4 300 s溫度分布圖

圖5 600 s溫度分布圖

圖6 900 s溫度分布圖

圖7 1 200 s溫度分布圖

以距離火源遠端疏散門和走道的相關參數(shù)作為判據(jù)，經(jīng)過對各火災場景的模擬分析，得出:倉庫發(fā)生火災時，在臨界高度3．9 m處，危險到達時間大于1 200 s。

4．2 人員疏散設計分析

疏散設計分析，即根據(jù)設定的人員類型和數(shù)量，對疏散人員疏散所需時間的分析。疏散時間包括疏散開始時間(tstart)和疏散行動時間(taction)兩部分，即:tescape=tstart+taction。

疏散開始時間包括火災探測時間和疏散準備時間。倉庫中工作人員熟悉工作環(huán)境，經(jīng)培訓上崗，對火災時疏散路徑較為熟悉，因此疏散準備時間保守定為120 s，火災探測時間定為60 s，則疏散開始時間(tstart)為 180 s。

疏散行動時間ttravel按下式進行計算:

式中，l為步行最大距離，m;v為步行速度，m·s-1。

一個庫區(qū)同時在庫房內的工人人數(shù)為33人，考慮2倍以上安全系數(shù)，則同時在庫區(qū)的人數(shù)為66人。由于人員較少，疏散時不會在出口附近出現(xiàn)人員滯留現(xiàn)象。疏散速度取0．66 m·s-1，計算得到可能出現(xiàn)的最長疏散行動時間為287 s。對疏散行動時間取1．5倍安全系數(shù)，則疏散時間最長為610．5 s。

由火災煙氣流動模擬結果和人員疏散模擬結果可以得出，在消防系統(tǒng)正常啟動情況下，當前的建筑設計和消防系統(tǒng)設計，可以將火災限定在一定規(guī)模，并確保人員安全。

5 結論

本文介紹了某高架倉庫建筑消防設計基本情況，提出了以性能為基礎的消防設計評估方法，結合該倉庫的具體情況進行了火災場景設計。經(jīng)過對各火災場景的火災煙氣流動模擬分析，得出:庫房發(fā)生火災時危險到達的時間大于1 200 s。同時利用經(jīng)驗公式計算了火災時倉庫內人員疏散所需的時間，發(fā)現(xiàn):在消防設施正常啟動的條件下，倉庫現(xiàn)有的安全措施能夠保證火災時人員的安全疏散。

結合相關規(guī)范的要求具體問題具體分析，該工程的消防問題作為一種特例處理是可行的，這也符合“從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，正確處理倉儲和安全、重點和一般的關系，積極采用行之有效的先進防火技術”的原則，既能體現(xiàn)出消防規(guī)范適應生產實際情況，又能反映出消防技術的發(fā)展水平［4］。

［1］GB 50016-2006，建筑設計防火規(guī)范［S］．

［2］徐亮，張和平，楊昀，等．某高架倉庫火災危險性評估［J］．中國科學技術大學學報，2005，35(4):570-575．

［3］高源．高架倉庫防火設計探究［J］．現(xiàn)代商業(yè)，2011，(23):266-267．

［4］劉躍紅．大型潔凈廠房防火若干問題的探討［J］．消防科學與技術，2007，26(6):636-640．