氣承式膜結構在大型儲煤場封閉應用中的消防查驗技術研究*

尚明 朱立立

中成空間（深圳）智能技術有限公司 廣東 深圳 518000

1 概況

1.1 基本情況

圖1 唐山港京唐港區封閉條形倉鳥瞰圖

唐山港京唐港區36#～40#煤炭泊位擬建的充氣膜條形倉，氣膜封閉條形倉長1130m，跨度130m，高55m，條形倉建筑面積約147381.47m2，氣膜封閉條形倉下部采用鋼筋混凝土結構，上部采用氣承式膜結構，膜材采用PVDF白色膜材，防火等級為B1級，膜材外部采用斜向網格鋼纜系統作為主要承力件，固定在擋煤墻頂部基礎，將力均勻傳遞并分攤到擋煤墻并傳遞到基礎上。斜向網格鋼纜系統也保證了氣膜建筑在縱橫兩個方向的剛度，保證了膜結構建筑穩定性和膜材使用壽命。

1.2 工藝說明

氣膜條形倉內設有兩臺堆取料機，作業時采用遠程操控和自動化作業相結合，實現堆取料機無人操作，作業時每臺堆取料機配備一名巡視人員。清貨底作業時采用一至兩臺裝載機配合堆取料機取料[1]。

2 主要消防安全問題

本工程采用新技術進行設計，氣膜倉具有無梁柱結構、空間高大、建設速度快等特點。但與此同時消防設計存在較多難點，主要體現在以下幾個方面。

2.1 建筑類別、設計依據及總平面布置

2.1.1 建筑類別。由于本工程屬于煤炭倉儲工程，采用氣承式膜結構作為外圍護結構，其特點又區別于房屋建筑，其火災區別于常規倉庫或工業建筑，因此將按照特殊倉儲構筑物對其進行特殊消防設計，采取針對性防火措施。

2.1.2 設計依據。考慮本工程的特殊性，其平面布局、防火間距等參照《建筑設計防火規范》GB50016進行設計。

本工程氣膜內煤堆之間的分隔設計，參考《火力發電廠與變電站設計防火標準》中有關防火分區的要求進行設計，各消防系統設計執行國家、地方相關消防系統設計規范。

現行設計規范未涵蓋或無法執行現行防火設計規范的部分需要進行特殊消防設計并進行論證分析。

2.1.3 總平面布局。本工程北側擋墻距離T5皮帶轉運樓26.1m，距離1#新建電氣室27.7m；南側擋墻距原5#變電所61.2m，距T8皮帶轉運樓120m；東側距原防風抑塵網12.4m，滿足防火間距的要求。

根據堆場實際和儲量需要，本工程設計為長條形封閉堆場，氣膜四周外部均有消防通道，氣膜料場室內四周設有消防通道。

本項目港區道路均可作為消防車通道，可滿足30t消防汽車作業時通行。

防火分隔區

本工程氣膜內煤堆之間的分隔設計，參考《火力發電廠與變電站設計防火標準》中有關防火分區的要求進行設計，共劃分為12個防火分隔區，每個防火分隔區面積不大于10000m2。

因本工程屬于碼頭后方堆場，室內主要堆存煤炭，且室內有斗輪堆取料作業，設置防火卷簾及分隔水幕存在困難，參考《火力發電廠與變電站設計防火標準》GB 50229，相鄰防火分隔區之間設寬度10m的通道，防止分隔區間火災蔓延[2]。

3 消防設計難點及解決思路

3.1 現狀說明及解決思路

3.1.1 現狀說明。本工程外圍護采用單層PVDF膜材，屬于B1級難燃材料，不能滿足防火規范中相關建筑構件（梁、屋頂承重構件、屋面板等）耐火極限要求，耐火等級無法定級。

3.1.2 解決思路。通過分析煤堆的火災危險性、分析煤堆火災對氣承膜的熱輻射作用、探究煤堆自燃情況等，同時分析氣膜結構坍塌風險，根據研究結果，制定針對性的防火、滅火方案。

3.2 防排煙系統設計難點及解決思路

3.2.1 現狀說明。本工程采用氣膜作為頂部結構，建筑高度達到55m，其內部蓄煙空間較大。由于本工程儲存物品為煤炭，不同煤種發煙特性不同。本工程作業時采用遠程操控和自動化作業相結合，整個工程內室內作業人員較少，綜合考慮本工程空間特點、人員特點以及煤炭著火后產煙特點，擬利用室內高大凈空作為蓄煙空間，利用條形倉內的通風系統作為災后的排煙系統，其可行性需要進行論證分析。

3.2.2 解決思路。由于本工程屬特殊倉儲工程，在考慮防排煙系統設計時，將著重分析煤堆火災對氣膜的熱輻射作用及在應急狀態下通風排煙時膜體在鋼索、膜的自重和外部荷載作用下高度降低的速率和時間，研究人員逃生的預警判定標準或可以安全駐留的時間。

因此本工程排煙設計除了考慮人員疏散外，還將考慮消防救援與災后事故通風。本工程利用氣膜的通風系統實施應急排煙處置。核算通風量及補風量，判斷排煙方式是否可行。并且將進一步通過火災工程學的方法，搭建計算模型，通過數值模擬分析，綜合考慮膜體坍塌情況及煙氣下沉情況，研究人員安全逃生的時間以及消防人員的救援時間[3]。

3.3 滅火系統設計難點及解決思路

3.3.1 現狀說明。本工程改造前為露天港口煤炭泊位工程，工程周圍設有室外消火栓系統，采用膜結構封閉，如何設計其室內滅火系統需要進行論證分析。

3.3.2 解決思路。根據項目前期特殊性消防評審意見，本工程不建議設置消防炮滅火系統和室外消火栓系統，可以設置室內消火栓系統和粉塵濃度檢測和通風與降塵設施。

本工程膜內選用手提式磷酸銨鹽滅火器（MF/ABC5），保護半徑不大于15m，其中疏散門及人員通道門附近均設置1具。

3.4 消防救援難點及解決思路

3.4.1 現狀說明。本工程采用膜結構作為煤場的圍護結構，一旦煤堆起火，如何滅火及展開消防救援是本工程一個重大難題。

通過以往煤堆起火的經驗可知，煤堆的自燃起火部位多位于表層以下，煤堆一旦起火，很難采用傳統的滅火方式將其熄滅，特別是水在高溫下會與煤炭反應產生水煤氣，具有中毒風險，再者，膜結構被燒破等可能存在整體垮塌風險，將對消防救援人員的生命安全造成一定的威脅。

3.4.2 解決思路。有關于消防救援的方案，在煤堆不同起火階段通過不同的方式進行救援，并根據膜體坍塌、煙層下降時間，制定人員進入膜內救援的基本原則。

以上表明，直接噴水滅火方式不適用于煤堆的滅火處理，需探索針對性的滅火救援方式。針對煤的燃燒特性，本文提出了“報警-接警-救援”等一系列的滅火救援措施[4]。

3.4.2.1 當煤場出現以下情況時，應進行報警處置：通過現場人員監測、監控系統及視頻圖像系統，當發現煤堆溫度超過閾值或有輕微火情出現時，首先將信號傳遞給中控室及消防管理部門，判斷條件是否報警。當火情嚴重時，現場人員可直接撥打119。

3.4.2.2 在消防管理部門人員接到警報后，應按照以下程序進行接警處置：

接到警報后，應立即向消防應急指揮部報告，并通知小組人員和消防隊啟動應急預案。

當火情形勢達到需要出動消防隊時，報唐山港消防三中隊出警，中隊可在3min內抵達火災現場進行處置。

唐山港消防三中隊在抵達現場后迅速判斷火情，以決定是否需要繼續增加消防救援力量，在救火過程中隨時根據需要向唐山港救援大隊求援。

應急消防救援隊到場后，及時清點人員和物資（煤炭）情況，查清有無人員被困，及時報告給指揮人員[5]。

3.4.2.3 在消防救援人員抵達火災現場后，應按照以下程序進行救援處置：

考慮到本工程現場消防的救援條件，室內消火栓應保證水量充足，不通過消防車進行補水取水，消防救援人員應通過工程的疏散門、氣密門進入內部救援。

滅火救援應首先對條形倉屋面結構體系進行偵查辨識，應根據火勢與場所空間高度的關系，空間的跨度，根據煤自燃的過程的順序，在不同的起火階段，應采取不同的救援措施。

當煤堆溫度剛超過防控閾值60℃時（煤特性控制溫度），應及時通過室內消火栓，在煤堆未燃燒之前進行降溫處理。

由于煤堆開始燃燒時，傳統的噴水可能會造成揚塵等不利的影響，因此本工程采用機械倒垛的方式進行滅火救援[6]。

3.4.2.4 當煤堆開始燃燒時，消防救援人員應綜合考慮現場煙氣、氣膜坍塌的情況，決定是否進入現場救援。

本工程考慮當同時滿足以下4點要求時，救援人員可通過本工程的汽車通道或應急門、密閉門等進入膜內進行救援：

排氣閥開啟時間不超過20min；

煙層未發生明顯沉降；

一氧化碳濃度未達到危險閾值；

膜體未發生破裂。

情況特殊需進入膜內時，救援人員可通過視頻監控、報警系統等，查看現場火災情況，再決定是否進入進行救援滅火。

進入膜內滅火的消防救援人員應理清撤退路線再實施滅火作業，同時注意觀察站位上方的響動，并在收到預警后迅速撤離。

消防救援人員進入膜內后，為防止火災增長對救援人員造成傷害，應有明確的預警撤離指令，出現以下2種情況時，應立即撤離火災現場[7]：

氣承式膜結構表面發生破裂；

氣承膜結構的結構構件，例如拉索、支座等節點部位發生脫開或者斷裂。

4 結束語

本文結合唐山港京唐港區36-40號煤炭泊位氣膜條形倉消防安全問題，論文從項目概況、消防存在的安全問題、消防設計難點及解決思路等幾個方面闡述了特殊性消防解決方案。氣承式膜結構在儲煤場封閉的應用越來越廣泛，消防安全是氣承式膜結構在煤炭行業關注的焦點，未來，隨著行業的不斷發展，氣膜在消防安全領域有更成熟、統一的設計查驗標準，膜結構技術應用會更加成熟、規范，有利于整個氣膜行業的健康發展。