化工厂房改扩建设计中常见问题与探讨

2024-05-31王晓霞

上海化工 2024年1期

王晓霞

江苏中圣高科技产业有限公司（江苏南京 210009）

随着业务的不断发展和规模的不断扩大，很多化工企业开始对原有厂房进行改扩建，以更新生产装置，提升产品附加值和经济效益。化工厂房在生产期间会涉及多种化学材料，这些材料具有易燃易爆的特点，一旦发生火灾，甚至会产生毒气，严重危及人员生命及财产安全。另外，在化工厂房设计及建设中，若生产设备挡住安全通道，一旦发生火灾，将难以控制过火面积，严重影响灭火救援工作。因此，在化工厂房改扩建设计中要高度重视消防安全问题，合理优化消防设计方案，并做好消防安全审核及验收工作。

1 项目概述

某化工厂房原建筑面积为3 621 m2，共2 层（局部为5 层），高度是46.5 m，钢筋混凝土框架结构，火灾危险性为乙类，建筑物的抗震设防烈度为7 度，0.15 g，耐火等级为一级，占地48 m×40 m。因扩大产品规模，在原有生产线的基础上增加6 条生产线，需要扩大厂房面积。原厂房建筑面积、防火分区、安全疏散不能满足GB 50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》及GB 55037—2022《建筑防火通用规范》的要求，所以进行改扩建设计。相比于其他行业，化工厂房改扩建项目建设面临更多、更突出的不安全因素及事故隐患，设计中会遇到更多复杂问题，必须在设计环节就全面考虑并进行有效处理，优化消防设计，有效防控消防安全问题，做好消防安全设计及验收等工作，在最大程度上避免发生安全生产事故。

2 常见设计问题与解决对策

2.1 厂房火灾危险性类别复核

工业建筑厂房的火灾危险性类别是否改变是工业建筑设计的第一要领。只有在确定火灾危险性类别之后，才可以确定厂房最低耐火等级、最大防火分区面积、最远安全逃生距离、安全出口及位置等一系列防火设计要素[1]。本项目原厂房火灾危险性为乙级，根据工艺条件，扩建后火灾危险性仍为乙级。火灾危险性的确定为下一步工作打下基础，无论改建后厂房的火灾类别是否发生变化，危险性是升高还是降低，均需要及时与业主及工艺专业沟通，并根据规范要求调整防火分区面积、安全逃生距离及安全出口等。

2.2 资料收集及现场勘察

在进入设计之前，需要业主提供建筑物现状完整版图纸，作为改扩建的设计依据。

改扩建施工图资料与建筑物现状通常存在一定差异，原因包括：企业以往自行变更、拆除后未对技术资料进行及时存档及留底；施工时未对变更材料或现场联络单进行收集和保管，且未在竣工图中体现；受制于施工时的技术和管理水平，图纸初始表达存在技术性问题等。这种情况不仅直接影响建筑设计工作，由于建筑图作为其他专业输入条件和设计依据，也间接影响其他专业后续设计工作[1]。在这种情况下，建筑师需要去现场踏勘核实，找到缺失的资料或与现场实际不一致的地方并标识出来；在没有参考图纸的极端情况下，通过实地测量将数据补全，再绘制CAD 图纸。这样不仅可以保证输入资料的可靠性和现场一致性，更为后续工作提效打下良好的基础。

2.3 确定平面布局方案

在房屋改扩建前期，总图专业将对原生产设备的总体规划图和有关地形图进行汇总、整理，并进行实地调研，对生产设备的布置地点、车间生产所用材料的性质和防火风险进行了解，同时在满足规范的前提下，根据布置图画出工厂可扩展的范围。原厂房为乙类厂房，根据GB 50160—2008（2018年版）《石油化工企业设计防火标准》中表4.2.12 或GB 50016—2014（2018年版）中表3.4.1 与周边装置的最小防火间距，绘制出可建区域。但要注意在该改扩建项目设计过程中，厂房的火灾危险性是否发生变化，如果火灾危险性由乙类升级为甲类，可能会导致原来满足规范要求的防火间距现在却不能达到设计规范要求。因此，在建筑设计过程中，总图专业要与土建、工艺等专业的人员进行沟通，制定出一套行之有效的安全设施设计和处置措施。例如，工艺重新调整布局、降低火灾危险性类别或建筑外墙设置防火墙、防火门窗等措施，以达到规范要求。

2.4 耐火等级

建筑物的火灾危险性类别确定后，通常根据GB 50016—2014（2018年版）、GB 55037—2022 及改建后的建筑面积、建筑高度来确定建筑物的最低耐火等级。例如，单层的甲、乙类厂房耐火等级不低于二级，但小于300 m2的厂房耐火等级不低于三级；高层厂房和高层仓库耐火等级不低于二级，但厂房高度大于50 m 或仓库高度大于32 m 时，耐火等级不应低于一级。本项目原为二层乙类厂房，最低耐火极限二级即可，但扩建后建筑高度为52.7 m，最低耐火等级要求由原来的二级改为一级。

建筑物的耐火等级确定后，可参照GB 50016—2014（2018年版）中表3.2.1 找出构件对应的燃烧性能及耐火极限，根据耐火极限选用不同材质、不同厚度的构件。同时，要复核原有建筑物构件的耐火极限是否满足扩建后的耐火等级要求。需要注意一些特殊情况，例如甲、乙类厂房和甲、乙、丙仓库内防火墙，耐火极限不是3.0 h，而是不低于4.0 h，并且下方承重构件的耐火等级不能低于防火墙的耐火极限。

2.5 防火分区问题

当原工厂符合消防区划规定时，由于消防风险、楼层高度和耐火等级等原因，其最大容许建筑面积将发生变化。比如，耐火等级为二级的乙类多层房，扩建后为乙类高层厂房，防火分区由原来的3 000 m2变更为1 500 m2。除了要保证扩建区域的防火分区满足规范要求，还需要复核原有建筑分隔是否满足该要求，如不满足，需要采取增设防火墙、安全出口、喷淋系统等措施。

2.6 安全疏散问题

该化工厂房在改扩建设计期间还要重点考虑安全疏散问题，尤其要重视新老装置衔接部位的安全疏散设计，优化疏散距离，疏散出口、竖向交通及疏散通道设置等。

（1）消防出口和消防标识设计

在该工厂中，逃生通道与作业、巡视的走廊是同一条，而一座规模较大的工厂中有多排设备，因此，需要一条可以直接通往密闭楼梯口或外部的逃生通道，并在安全出口位置安装紧急照明和逃生标识。在设计疏散出口的过程中，要保证新厂房和旧厂房之间的疏散安全畅通，旧厂房的疏散出口保持畅通。本项目新老厂房相邻层高存在错层问题时，要在考虑层高差基础上进行连通疏散通道的设置。如果高差不超过0.5 m，主要设置坡道连接；如果错层高差比较大，需设计楼梯间，以分别疏散不同楼层人员。

（2）疏散楼梯及安全疏散口设计

对于火灾救援通道及竖向疏散通道，主要设置楼梯间，同时，应充分考虑建筑物的层数、高度、使用性质、邻近建筑物的楼梯间和人员出口等因素，对符合消防规定的人员进行合理设计，以便更好地实现人员的安全撤离。另外，要根据消防规定对楼梯井的形式进行适当的选取，包括室外楼梯、防烟楼梯间、封闭楼梯间等。像甲、乙类容易发生爆炸危险的厂房，进入楼梯间前要设置抗爆前室，且面积不宜小于6 m2。抗爆前室面朝爆炸危险区的墙应为抗爆墙，墙上设置的门应为抗爆门。疏散楼梯间要具有较好的自然通风或机械通风，并主要设置在防火分区或楼层两端外墙部位，以便人员能够双向疏散[2]。对于阶梯间的垂直状况，要将其设置成相同的空间并确保上下贯通，在各个楼层之间防止发生错位变化，并禁止在楼梯井内敷设甲类、乙类和丙类流体管线。对于甲、乙、丙级多层工厂和高层建筑，需要设置户外楼梯或密闭楼梯井。若高层厂房任意层的人数在10 人以上或者高度大于32 m，需设室外疏散楼梯或防烟楼梯间；若单多层厂房属于丁类或戊类，可将敞开楼梯视作疏散楼梯。

安全疏散口设计中，主要采取分散布局策略，根据GB 50016—2014（2018年版）表3.7.4 中的最长疏散距离，明确安全出口设置量。值得注意的是，厂房所有防火分区中，每个分区的各楼层至少设置两个安全疏散出口，而且紧挨着的两个安全出口所保持的最近边缘水平间距需不小于5 m。对于面积较小的防火分区，可参考GB 55037—2022 中7.2.1，满足要求的情况下可设一个疏散口。

2.7 结构构件的影响

改建过程中，建筑师要与结构专业保持沟通，在保证建筑方案满足规范及工艺要求的前提下，还要保证结构的可实施性。新老结构的衔接处设缝时，需重视变形缝的设计，其宽度要与结构设置的变形缝保持一致。

2.8 构造要求

在最后绘制施工图的过程中，还要考虑构造要求。首先是安全性构造，例如防火墙不能穿越甲、乙、丙类管线，穿越防火墙的其他管线需要设防火封堵；如果防火墙周边的屋面或墙面的耐火极限不满足要求，防火墙需要突出墙面或屋面一定长度。其次是功能性构造，如新老结构中设置的屋面缝和外墙缝要考虑防水保温，对缝内保温材料的燃烧性也有相应要求（不低于B1）。楼面缝、内墙缝主要考虑表面美观，缝内需设置阻火带，保温材料视实际情况而定。楼面缝除了美观之外，还要满足楼面承重的需要。