山东某轮胎厂一体型自动化立体仓库的消防设计分析

徐宇同

摘 要：本文以山东某轮胎厂一体型自动化立体仓库的实际工程为列，从室外消火栓系统、室内消火栓系统、闭式喷淋系统、水幕系统等消防设计方面进行了详细介绍，并分析了GB50084-2001（2005年版）与GB50084-2017，两版《自动喷水灭火系统设计规范》针对本工程设计的差異。

关键词：自动化立体仓库;早期抑制快速响应喷头;货架内置喷头;水幕系统;室内消火栓系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.111

0 前言

一体型自动化立体仓库是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。一体型自动化立体仓库实现了物料的密集存储、提高了空间利用率，通过计算机系统的管理和物料的自动化搬运，使仓库成为企业物联网建设的一个重要的环节。

一体型自动化立体仓库中，高层货架和建筑是同一整体，同步施工建设，高层货架兼为建筑的支撑构件，仓库内部不再另行设计柱、梁。高层货架顶部铺设屋面，货架也起屋架作用，可一定程度节省自动化立体仓库的工程造价，是一种永久性设施。

1 工程概况

本工程位于山东省枣庄市峄城区，为某轮胎厂内扩建工程，储存成品轮胎，火灾危险性为丙类仓库，耐火等级为二级，主要结构类型为钢排架结构。建筑基地面积为15074.05m2，总建筑面积17635.04m2，建筑高度32.1m。货架储存区共四个防火分区，单个防火分区面积为3000m2，作业区为一个防火分区，防火分区面积为5545m2，总共为五个防火分区，货架储存区为一层，作业区为二层。厂区内已建消防水池及泵房无法满足自动化立体仓库的消防水量和压力要求，在自动化立体仓库西侧新建地下消防水池及泵房。

2 室外消火栓系统设计

自动化立体仓库位于厂区西南角，紧邻市政道路，从西侧市政道路引入一根DN200室外消防给水管，沿消防车道布置成环状，室外消火栓按间距不超过120米，距水泵接合器间距不超过40m设置。本工程建筑体积>50000m3，室外消火栓设计流量为45L/s，火灾延续时间为3小时，消防水池需存储486m3室外消防水量。消防泵房内设置一用一备室外消火栓水泵（Q=45L/s，P=0.44MPa，N=37kW），水泵出水管与室外消火栓管线连成环状。

3 室内消火栓系统设计

室内消火栓系统采用临时高压消防给水系统，消火栓系统不分区，水平干管与竖向立管构成环状。室内消火栓设计流量为40L/s，火灾延续时间为3小时，消防水池需存储432m3室内消防水量。消防泵房内设置一用一备室内消火栓水泵（Q=40L/s，P=0.68MPa，N=45kW），室外沿消防车道在自动化立体仓库周围均匀设置地下式水泵接合器DN100*4。室内消火栓的布置按同一平面内2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位的要求设置，消火栓栓口动压取0.35MPa，消防水枪充实水柱按13m计算。作业区的室内消火栓，采用落地型带消防卷盘及灭火器组合式消防柜。因甲方要求，货架储存区内设置的室内消火栓不得占用货架内储存货柜，货架储存区仅在货架间有轨巷道处存在消火栓设置空间，若采用立式消防柜则会对货物的存取和堆垛机的运行产生影响，故在有轨巷道内设置地下消火栓箱。关于货架储存区消火栓的设置笔者认为有待商榷，按照现行的《建筑设计防火规范》GB50016-2014、《物流建筑设计规范》GB51157-2016、《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014的要求，仓库内室内消火栓的设置需保证有2支消防水枪的2股充实水柱同时到达任何部位，但是自动化立体仓库有其特殊性，自动化立体仓库的火灾特点为：火灾隐患多，火势蔓延迅速、燃烧猛烈，火灾破坏力度大，火灾扑救难度大，火灾损失严重[6]。钢材在达到600℃时，其强度下降75%～80%，已完全丧失支撑能力。而一般固体在燃烧时，火焰温度达700℃的时间不到15min。如果上部喷淋不及时喷水降温，待钢货架达到高温状态时再遇水冷却则会起反作用，加速变形造成倒塌。根据国外高架仓库发生火灾后的调查，一般在10min以后，货架和库房屋顶全部倒塌[7-9]。消防队从接警到出警时间为1min，消防法规定，城市消防站的设计以5min到达辖区边沿为准，消防队到达火灾现场的理论值为6min以内，再加上人员发现火灾报警的时间及道路拥堵等时间，待消防队到达后，火灾实际发生时间可能已经过去了10min～15min，此时的火灾情况有四种：（1）喷淋系统及时启动，火灾得到一定程度的控制，火场内情况不明，消防队员突入火场启用有轨巷道边的消火栓存在一定的安全隐患。（2）喷淋系统及时启动，但火灾未得控制，货架仓库未坍塌，此时货架仓库有坍塌风险，消防队员采用室外消火栓和消防车灭火，消防队员不应进入库区，轨巷道边的消火栓未得使用。（3）喷淋系统未及时启动，货架仓库随时可能坍塌，消防队员不应进入库区，轨巷道边的消火栓未得使用。（4）喷淋系统已启动或未及时启动，货架仓库已坍塌，轨巷道边的消火栓未得使用。由此可见，自动化立体仓库的初期火灾主要依靠喷淋系统灭火，货架储存区内设置室内消火栓意义不大，笔者建议消防规范的编制部门应针对自动化立体仓库的特殊性，单独编制专业规范或新增自动化立体仓库的适应性条文，使设计、审查及业主三方都有法可依。

4 闭式喷淋系统

本工程施工图设计于2016年11月，参照的《自动喷水灭火系统设计规范》为GB50084-2001（2015年版），火灾危险等级为仓库危险级Ⅲ级，储存物品为轮胎，货架共15层，建筑总高度32.1m。

4.1 闭式喷淋流量及喷头的选择

因自动化立体仓库高度为32.1m，远超“喷规”5.0.5条中有关货架储物Ⅲ级仓库中最高高度7.5m的适用要求，故按“喷规”5.0.6条最大净空高度13.5m设计。货架储存区顶部采用K360下垂型早期抑制快速响应喷头，喷头的最大间距为3m，作用面积内开放的喷头数为12只，喷头的最低工作压力为0.30MPa，持续喷水时间1小时，经水力计算顶部喷淋流量为154.6L/s。

按“喷规”5.0.7条，货架储物仓库的最大储物高度超过规范规定时，在地面起每4米高度处设置一层货架内置喷头，货架内共设置8层货架内置下垂型喷头，取喷头的流量系数K=80，喷头的最大间距为3m，最小间距为2m，最低工作压力为0.20MPa，货架内同时开发喷头数为14只，持续喷水时间1小时。货架内置喷头的上方的层间隔板为实层板，货架内置喷头采用预制型集热挡水板（直径400mm），经水力计算货架内置喷头喷淋流量为34.3L/s。

闭式喷淋总用水量按190L/s计，持续喷水时间1小时，消防泵房储存684m3闭式喷淋水量，消防泵房内设置三用一备闭式喷淋水泵（Q=65L/s，P=1.07MPa，N=110kW）。室外设置13套地下式水泵接合器与喷淋管道相连。在自动化立体仓库北侧设置两个报警阀组间，存放湿式报警阀ZSFZ-200型5组，ZSFZ-150型28组。

4.2 货架储存区闭式喷淋管线的布置

货架储存区顶部设置K360喷头，喷淋管线采用环状管网，供水干管管径为DN200，支管管径为DN100，喷头间最大间距为3m，具体布置方式详图5。

货架内置喷头管线为竖向环网布置，自报警阀组引DN150的喷淋管线至货架顶部布置成环状，在环网中按货架的具体排布形式引出DN80的立管布置于两排货架空隙间，在货架底部用DN150管线将DN80立管连成环网。货架内置喷头沿上层隔板底部敷设，为避免喷淋支管妨碍货架内物料存取，伸入货架的支管管径采用DN25，并控制支管管径小于等于DN50。

4.3 新“喷规”对本工程闭式喷淋系统的影响分析

新“喷规”5.0.5条仓库及类似场所采用早期抑制快速响应喷头时的要求中，新增了喷头的设置方式和喷头的最小间距要求，最大净空高度13.5m的喷头流量系数由原K360改为K363，喷头的最低工作压力由原0.30MPa改为0.35MPa，作用面积内开放的喷头数仍为12只，经水力计算，顶部喷淋流量由原154.6L/s增加为168.4L/s。新“喷规”中新增了5.0.6条仓库及类似场所采用特殊应用喷头时，湿式喷淋的设计参数。当采用特殊喷头和早期抑制快速响应喷头时，在其允许最大净空高度内，可不设置货架内置喷头。对于货架内置喷头的布置，新“喷规”细化不同仓库危险级货架内置喷头设置的层高，仓库危险Ⅰ级、Ⅱ级场所应在自地面每3.0ms设置一层货架内置洒水喷头，仓库危险Ⅲ级场所应在自地面每1.5m～3.0m设置一层货架内置洒水喷头，且最高货架内置洒水喷头与储物顶部的距离不应超过3.0m，本工程的单个货架储物高度约为2m，相当于每层货架均需设置货架内置喷头。新“喷规”货架内置洒水喷头的数量仍为14只，明确了洒水喷头应交错布置，流量确定应按最顶层和次顶层各开发7只喷头计算，并对货架内挡水板的设置形式提出了具体要求，挡水板应为正方向或圆形金属板，周围弯边的下沿宜与洒水喷头的溅水盘平齐，其平面面积不宜小于0.12m2。

5 水幕系统

货架储存区与作业区运用滚筒输送机传送物料，使得在货架储存区与作业区一、二层连接洞口处设置防火分隔水幕，洞口宽2m，每层洞口24个，二层洞口高度为9.8m。另自动化立体仓库通过设置于二层连廊上的滚筒输送机，将成品其他生产车间的成品轮胎运行至此，连廊洞口亦需设置防火分隔水幕，洞口宽3.9m，高2.8m。水幕系统采用开式K115洒水喷头，双排布置，喷头间距2.4m，喷水强度2L/s·m，火灾持续时间为4小时，经水力计算水幕系统用水量为151.8L/s取160L/s，消防泵房储存2304m3水幕系统水量，消防泵房内设置两用一备水幕水泵（Q=80L/s，P=0.74MPa，N=110kW）。室外设置11套地下式水泵接合器与水幕管道相连，仓库北侧报警阀组间内设置5组雨淋阀。

6 泵房水池、屋顶消防水箱设计

新建的消防水池总有效容积为3906m3，因总有效容积大于500m3，分为两座能独立使用的消防水池，单座消防水池有效容积为1953m3。消防水池储存3小时室内、外消火栓水量，1小时闭式喷淋水量，4小时防火分隔水幕水量，消防水量计算详表1。

消防泵房内水泵间距按《消防给水及消火栓系统技术规范》5.5.2条要求，水泵电动机容量小于等于55kW时，间距取1m，水泵电动机容量大于55kW，小于255kW時，间距取1.2m。泵房内另设置屋顶消防水箱补水泵供给屋顶消防水箱，消防水箱补水泵启停采用液位控制，消防泵房内水泵参数详表2。屋顶消防水箱有效容积18m3，设置于自动化立体仓库屋面，箱底标高33.6m，除室外消火栓稳压设备设置于消防泵房内，其余各系统消防稳压设备均设置于屋面消防水箱平台处。屋顶稳压设备参数详表3。

7 结语

一体型自动化立体仓库本身货架形式复杂，火灾危险性大，灭火救援困难，主要灭火设施应以喷淋灭火系统为主，关于货架储存区室内消火栓的设置，各相关规范无细化规定，实际设计和使用困难，利用率不高，笔者认为可否将整个货架储存区当做一个整体设备考虑，货架储存区内不设置室内消火栓，增设室外消火栓，并利用喷淋系统灭火。本文结合山东某轮胎厂一体型自动化立体仓库的工程实例，简明阐述了各消防系统的参数设计，对比了新旧“喷规”的设计差异，建议进一步完善一体型自动化立体仓库的消防设计标准。

参考文献：

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[2]GB50974-2014消防给水及消火栓系统技术规范[S].

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