气承式膜结构在大型储煤场封闭应用中的消防查验技术研究*

尚明 朱立立

中成空间（深圳）智能技术有限公司 广东 深圳 518000

1 概况

1.1 基本情况

图1 唐山港京唐港区封闭条形仓鸟瞰图

唐山港京唐港区36#～40#煤炭泊位拟建的充气膜条形仓，气膜封闭条形仓长1130m，跨度130m，高55m，条形仓建筑面积约147381.47m2，气膜封闭条形仓下部采用钢筋混凝土结构，上部采用气承式膜结构，膜材采用PVDF白色膜材，防火等级为B1级，膜材外部采用斜向网格钢缆系统作为主要承力件，固定在挡煤墙顶部基础，将力均匀传递并分摊到挡煤墙并传递到基础上。斜向网格钢缆系统也保证了气膜建筑在纵横两个方向的刚度，保证了膜结构建筑稳定性和膜材使用寿命。

1.2 工艺说明

气膜条形仓内设有两台堆取料机，作业时采用远程操控和自动化作业相结合，实现堆取料机无人操作，作业时每台堆取料机配备一名巡视人员。清货底作业时采用一至两台装载机配合堆取料机取料[1]。

2 主要消防安全问题

本工程采用新技术进行设计，气膜仓具有无梁柱结构、空间高大、建设速度快等特点。但与此同时消防设计存在较多难点，主要体现在以下几个方面。

2.1 建筑类别、设计依据及总平面布置

2.1.1 建筑类别。由于本工程属于煤炭仓储工程，采用气承式膜结构作为外围护结构，其特点又区别于房屋建筑，其火灾区别于常规仓库或工业建筑，因此将按照特殊仓储构筑物对其进行特殊消防设计，采取针对性防火措施。

2.1.2 设计依据。考虑本工程的特殊性，其平面布局、防火间距等参照《建筑设计防火规范》GB50016进行设计。

本工程气膜内煤堆之间的分隔设计，参考《火力发电厂与变电站设计防火标准》中有关防火分区的要求进行设计，各消防系统设计执行国家、地方相关消防系统设计规范。

现行设计规范未涵盖或无法执行现行防火设计规范的部分需要进行特殊消防设计并进行论证分析。

2.1.3 总平面布局。本工程北侧挡墙距离T5皮带转运楼26.1m，距离1#新建电气室27.7m；南侧挡墙距原5#变电所61.2m，距T8皮带转运楼120m；东侧距原防风抑尘网12.4m，满足防火间距的要求。

根据堆场实际和储量需要，本工程设计为长条形封闭堆场，气膜四周外部均有消防通道，气膜料场室内四周设有消防通道。

本项目港区道路均可作为消防车通道，可满足30t消防汽车作业时通行。

防火分隔区

本工程气膜内煤堆之间的分隔设计，参考《火力发电厂与变电站设计防火标准》中有关防火分区的要求进行设计，共划分为12个防火分隔区，每个防火分隔区面积不大于10000m2。

因本工程属于码头后方堆场，室内主要堆存煤炭，且室内有斗轮堆取料作业，设置防火卷帘及分隔水幕存在困难，参考《火力发电厂与变电站设计防火标准》GB 50229，相邻防火分隔区之间设宽度10m的通道，防止分隔区间火灾蔓延[2]。

3 消防设计难点及解决思路

3.1 现状说明及解决思路

3.1.1 现状说明。本工程外围护采用单层PVDF膜材，属于B1级难燃材料，不能满足防火规范中相关建筑构件（梁、屋顶承重构件、屋面板等）耐火极限要求，耐火等级无法定级。

3.1.2 解决思路。通过分析煤堆的火灾危险性、分析煤堆火灾对气承膜的热辐射作用、探究煤堆自燃情况等，同时分析气膜结构坍塌风险，根据研究结果，制定针对性的防火、灭火方案。

3.2 防排烟系统设计难点及解决思路

3.2.1 现状说明。本工程采用气膜作为顶部结构，建筑高度达到55m，其内部蓄烟空间较大。由于本工程储存物品为煤炭，不同煤种发烟特性不同。本工程作业时采用远程操控和自动化作业相结合，整个工程内室内作业人员较少，综合考虑本工程空间特点、人员特点以及煤炭着火后产烟特点，拟利用室内高大净空作为蓄烟空间，利用条形仓内的通风系统作为灾后的排烟系统，其可行性需要进行论证分析。

3.2.2 解决思路。由于本工程属特殊仓储工程，在考虑防排烟系统设计时，将着重分析煤堆火灾对气膜的热辐射作用及在应急状态下通风排烟时膜体在钢索、膜的自重和外部荷载作用下高度降低的速率和时间，研究人员逃生的预警判定标准或可以安全驻留的时间。

因此本工程排烟设计除了考虑人员疏散外，还将考虑消防救援与灾后事故通风。本工程利用气膜的通风系统实施应急排烟处置。核算通风量及补风量，判断排烟方式是否可行。并且将进一步通过火灾工程学的方法，搭建计算模型，通过数值模拟分析，综合考虑膜体坍塌情况及烟气下沉情况，研究人员安全逃生的时间以及消防人员的救援时间[3]。

3.3 灭火系统设计难点及解决思路

3.3.1 现状说明。本工程改造前为露天港口煤炭泊位工程，工程周围设有室外消火栓系统，采用膜结构封闭，如何设计其室内灭火系统需要进行论证分析。

3.3.2 解决思路。根据项目前期特殊性消防评审意见，本工程不建议设置消防炮灭火系统和室外消火栓系统，可以设置室内消火栓系统和粉尘浓度检测和通风与降尘设施。

本工程膜内选用手提式磷酸铵盐灭火器（MF/ABC5），保护半径不大于15m，其中疏散门及人员通道门附近均设置1具。

3.4 消防救援难点及解决思路

3.4.1 现状说明。本工程采用膜结构作为煤场的围护结构，一旦煤堆起火，如何灭火及展开消防救援是本工程一个重大难题。

通过以往煤堆起火的经验可知，煤堆的自燃起火部位多位于表层以下，煤堆一旦起火，很难采用传统的灭火方式将其熄灭，特别是水在高温下会与煤炭反应产生水煤气，具有中毒风险，再者，膜结构被烧破等可能存在整体垮塌风险，将对消防救援人员的生命安全造成一定的威胁。

3.4.2 解决思路。有关于消防救援的方案，在煤堆不同起火阶段通过不同的方式进行救援，并根据膜体坍塌、烟层下降时间，制定人员进入膜内救援的基本原则。

以上表明，直接喷水灭火方式不适用于煤堆的灭火处理，需探索针对性的灭火救援方式。针对煤的燃烧特性，本文提出了“报警-接警-救援”等一系列的灭火救援措施[4]。

3.4.2.1 当煤场出现以下情况时，应进行报警处置：通过现场人员监测、监控系统及视频图像系统，当发现煤堆温度超过阈值或有轻微火情出现时，首先将信号传递给中控室及消防管理部门，判断条件是否报警。当火情严重时，现场人员可直接拨打119。

3.4.2.2 在消防管理部门人员接到警报后，应按照以下程序进行接警处置：

接到警报后，应立即向消防应急指挥部报告，并通知小组人员和消防队启动应急预案。

当火情形势达到需要出动消防队时，报唐山港消防三中队出警，中队可在3min内抵达火灾现场进行处置。

唐山港消防三中队在抵达现场后迅速判断火情，以决定是否需要继续增加消防救援力量，在救火过程中随时根据需要向唐山港救援大队求援。

应急消防救援队到场后，及时清点人员和物资（煤炭）情况，查清有无人员被困，及时报告给指挥人员[5]。

3.4.2.3 在消防救援人员抵达火灾现场后，应按照以下程序进行救援处置：

考虑到本工程现场消防的救援条件，室内消火栓应保证水量充足，不通过消防车进行补水取水，消防救援人员应通过工程的疏散门、气密门进入内部救援。

灭火救援应首先对条形仓屋面结构体系进行侦查辨识，应根据火势与场所空间高度的关系，空间的跨度，根据煤自燃的过程的顺序，在不同的起火阶段，应采取不同的救援措施。

当煤堆温度刚超过防控阈值60℃时（煤特性控制温度），应及时通过室内消火栓，在煤堆未燃烧之前进行降温处理。

由于煤堆开始燃烧时，传统的喷水可能会造成扬尘等不利的影响，因此本工程采用机械倒垛的方式进行灭火救援[6]。

3.4.2.4 当煤堆开始燃烧时，消防救援人员应综合考虑现场烟气、气膜坍塌的情况，决定是否进入现场救援。

本工程考虑当同时满足以下4点要求时，救援人员可通过本工程的汽车通道或应急门、密闭门等进入膜内进行救援：

排气阀开启时间不超过20min；

烟层未发生明显沉降；

一氧化碳浓度未达到危险阈值；

膜体未发生破裂。

情况特殊需进入膜内时，救援人员可通过视频监控、报警系统等，查看现场火灾情况，再决定是否进入进行救援灭火。

进入膜内灭火的消防救援人员应理清撤退路线再实施灭火作业，同时注意观察站位上方的响动，并在收到预警后迅速撤离。

消防救援人员进入膜内后，为防止火灾增长对救援人员造成伤害，应有明确的预警撤离指令，出现以下2种情况时，应立即撤离火灾现场[7]：

气承式膜结构表面发生破裂；

气承膜结构的结构构件，例如拉索、支座等节点部位发生脱开或者断裂。

4 结束语

本文结合唐山港京唐港区36-40号煤炭泊位气膜条形仓消防安全问题，论文从项目概况、消防存在的安全问题、消防设计难点及解决思路等几个方面阐述了特殊性消防解决方案。气承式膜结构在储煤场封闭的应用越来越广泛，消防安全是气承式膜结构在煤炭行业关注的焦点，未来，随着行业的不断发展，气膜在消防安全领域有更成熟、统一的设计查验标准，膜结构技术应用会更加成熟、规范，有利于整个气膜行业的健康发展。