物流配送中心性能化防火設(shè)計(jì)研究

●王祁為

(太原市消防支隊(duì),山西 太原 030024)

物流配送中心是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,以加速商品流通和創(chuàng)造規(guī)模效益為核心,以商品代理和配送為主要功能,集商流、物流、信息流于一體的現(xiàn)代綜合流通機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代物流的概念已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我國原有倉儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)暮?jiǎn)單范疇。在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工、包裝、配送、信息等物流要素的支持下,向著更加系統(tǒng)化、綜合化、科技化的方向發(fā)展,是商業(yè)儲(chǔ)運(yùn)企業(yè)發(fā)展的方向之一。

從近年來出現(xiàn)的一些物流配送中心建筑看,處理的貨物一般有食品飲料、家用電器、日常品、機(jī)電產(chǎn)品及電子產(chǎn)品等,主要為可燃固體。貨物的流轉(zhuǎn)速度快,在物流配送中心建筑內(nèi)滯留時(shí)間短,主要是為周邊區(qū)域提供第三方物流服務(wù)。由于流轉(zhuǎn)和功能需要,所需裝卸、分揀、儲(chǔ)存等作業(yè)面積大,多為機(jī)械化操作,建筑規(guī)模大。與傳統(tǒng)的倉庫相比,物流配送中心建筑在存儲(chǔ)、運(yùn)行和管理等方面均存在一定差異?，F(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對(duì)倉庫的防火要求已不完全適應(yīng)物流配送中心的防火設(shè)計(jì),對(duì)其進(jìn)行性能化防火設(shè)計(jì)研究,使之既滿足建設(shè)需要,又滿足消防安全要求,則十分必要。

1 工程實(shí)例

某在建物流配送中心,分常溫區(qū)及低溫區(qū)兩部分,中間局部相連。其中倉庫常溫區(qū)建筑占地面積約為 26 787m2,首層倉儲(chǔ)區(qū)共分為三個(gè)防火分區(qū),建筑面積分別為 11 684m2,11 692m2和 3 411m2。

按 GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定,本項(xiàng)目中常溫區(qū)儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類,耐火等級(jí)為二級(jí),倉庫內(nèi)安裝有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng),其最大允許占地面積為12 000m2,每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積為3 000m2。由于當(dāng)前倉庫常溫區(qū)為滿足存取容量和存取工藝需要,占地面積和防火分區(qū)面積均超出了《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定。從消防安全角度出發(fā),應(yīng)該嚴(yán)格控制占地面積和防火分區(qū)面積,但如此一來,又無法滿足使用需要。因此需要進(jìn)行性能化防火設(shè)計(jì),以保證物流中心的消防安全。

2 火災(zāi)發(fā)展模型

火災(zāi)熱釋放速率(HRR)隨時(shí)間的變化關(guān)系常用t2模型的方法來表示,見下式。

其中,Q為火源的熱釋放速率,kW;α為火災(zāi)增長速率,kW·s-2;t為時(shí)間,s。

不同的可燃物火災(zāi)增長指數(shù)不同,根據(jù) α的不同可將火災(zāi)發(fā)展分為：慢速火、中速火、快速火和超快速火。物流配送中心內(nèi)物品種類比較多,存在諸多不確定因素,保守考慮火源為快速火,其火災(zāi)增長系數(shù) α=0.046 89kW·s-2。

3 火災(zāi)蔓延的安全間隔

美國國家消防協(xié)會(huì)(National Fire Protection Association,簡(jiǎn)稱NFPA)對(duì)不同材料的點(diǎn)燃的臨界輻射通量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明：對(duì)易燃物、一般可燃物以及難燃材料其輻射熱通量分別不得超過 10、20和 40kW·m-2,見表 1。當(dāng)可燃物種類難以界定時(shí),可根據(jù)最不利原則,保守地選取易燃物的臨界輻射量 10kW·m-2為臨界引燃值。

表1 可燃物被引燃難易程度的粗略分類

倉庫內(nèi)某一列貨架起火后,會(huì)通過熱輻射將相鄰的貨架列引燃,引燃所需要的時(shí)間可以通過以下方法計(jì)算。根據(jù)火災(zāi)動(dòng)力學(xué)原理,距火源中心距離為 R處所受到的火源熱輻射和火源熱釋放速率的關(guān)系可由下式表示：

式中,Q為火源熱釋放速率,kW;R為距火源中心的距離,m(R=r+L,r為火源等效半徑,m;L為可燃物邊界與火源的距離,m);q″為產(chǎn)生輻射引燃的最小熱流值,kW·m-2。

根據(jù)本項(xiàng)目物流配送中心內(nèi)貨架間的擺放距離,確定相鄰可燃物與火源中心的距離 R,如圖1。

圖1 倉庫內(nèi)貨架間位置關(guān)系示意圖

3.1 相連兩個(gè)貨架間的影響

貨架托盤寬度為 1.1m,兩列貨架之間的距離為 0.2m,因此當(dāng)一列貨架起火后,其火源中心距相鄰貨架列的距離為0.55+0.2=0.75m。將其代入上述公式,計(jì)算得到引燃相鄰貨架列時(shí)火源熱釋放速率為 212kW,當(dāng)火災(zāi)以快速t2火發(fā)展時(shí),起火時(shí)間為 67s時(shí)達(dá)到此規(guī)模。

3.2 間隔走道的兩組貨架間的影響

假設(shè)火源中心為相鄰貨架的中間,兩組貨架中間的走道為3.6m,其火源中心距相鄰的另一組貨架的距離為 0.1+1.1+3.6=4.8m。將其代入上述公式,計(jì)算得到引燃相鄰另一組貨架時(shí)火源熱釋放速率為 8.685 9MW,當(dāng)火災(zāi)以快速 t2火發(fā)展時(shí),起火時(shí)間為 430s時(shí)達(dá)到此規(guī)模。

根據(jù)以上火災(zāi)發(fā)生時(shí)熱輻射引燃相鄰可燃物的分析可知,以目前的貨架擺放距離,火災(zāi)向相連貨架蔓延的時(shí)間為火災(zāi)發(fā)生 67s時(shí),火災(zāi)向相隔走道的另一組貨架蔓延的時(shí)間為火災(zāi)發(fā)生后 430s。當(dāng)設(shè)有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí),一般當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到 300kW時(shí)探測(cè)器便可以探知火災(zāi),快速火的熱釋放速率發(fā)展到 300kW的時(shí)間為 79s。在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的作用下,一方面會(huì)降低高溫?zé)煔獾臏囟?同時(shí)可以將相鄰貨架淋濕,使之更加難以被引燃。由于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間大于火災(zāi)在相鄰貨架間的蔓延時(shí)間,小于向另一組貨架的蔓延時(shí)間,因此,經(jīng)粗略估計(jì),當(dāng)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)有效時(shí),兩組貨架間 3.6m寬的走道可以阻止火災(zāi)蔓延至另一組貨架。

參考《民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》(DGJ08-88-2000)對(duì)倉庫火源功率的規(guī)定,選取火源的最大熱釋放速率：無噴淋或噴淋失效時(shí)取 20MW;當(dāng)設(shè)置了普通響應(yīng)噴頭或快速響應(yīng)噴頭,且自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)正常動(dòng)作時(shí),火災(zāi)的最大熱釋放速率分別為 4MW和 2.4MW。保守地以 10kW·m-2作為判定相鄰可燃物被引燃的臨界熱通量標(biāo)準(zhǔn),則根據(jù)式(2)計(jì)算,可得防止火災(zāi)蔓延的安全間隔,見表 2。

表2 設(shè)定火源防止火災(zāi)蔓延的安全間隔

4 火災(zāi)蔓延的數(shù)值模擬

本文采用NIST(美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院)開發(fā)的火災(zāi)模擬軟件FDS對(duì)該物流配送中心的火災(zāi)情況進(jìn)行模擬。

4.1 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置

由于本項(xiàng)目中儲(chǔ)存區(qū)中央處貨物密集,工作人員少,火災(zāi)發(fā)生后可能不會(huì)被迅速察覺,因此火災(zāi)危險(xiǎn)性最大;而且兩個(gè)防火分區(qū)內(nèi)貨架擺放形式、火災(zāi)荷載、貨物類型等基本相同,因此本文選擇了其中一個(gè)防火分區(qū),火源位置在其中間部位,計(jì)算機(jī)模擬不同火源功率和高度的幾種工況,具體場(chǎng)景設(shè)置見表 3。

表3 火災(zāi)場(chǎng)景匯總表

4.2 建立模型

根據(jù)建筑實(shí)際尺寸和貨架位置建立建筑模型,在火源附近區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為 0.2m×0.2m×0.2m,其他區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為 1m×1m×1m。整體模型如圖 2所示。

圖2 FDS建立的建筑模型

4.3 模擬結(jié)果

記錄火源周圍貨物邊界受到的熱輻射通量,圖3、圖 4、圖5分別為場(chǎng)景 A、場(chǎng)景 B、場(chǎng)景 C中火源周圍貨物受到的熱輻射分布云圖。從圖中可以看出,當(dāng)火災(zāi)功率為 20MW時(shí),火源對(duì)兩側(cè)貨物的熱輻射在484s時(shí)開始超過10kW·m-2,隨著火災(zāi)熱釋放速率的增長,其值仍會(huì)升高;當(dāng)火源功率為 4MW時(shí),在模擬時(shí)間 900s內(nèi)火源對(duì)兩側(cè)貨物的熱輻射值未超過臨界引燃值 10kW·m-2,僅為 5kW·m-2左右;當(dāng)火源功率為2.4MW時(shí),火源對(duì)兩側(cè)貨物的熱輻射值同樣未超過10kW· m-2。

5 結(jié)果分析

圖3 場(chǎng)景 A貨架受到的熱輻射分布云圖,484s

圖4 場(chǎng)景B貨架受到的熱輻射分布云圖,900s

圖5 場(chǎng)景C貨架受到的熱輻射分布云圖,900s

將火源假想為點(diǎn)火源后,通過公式計(jì)算,當(dāng)火源最大熱釋放速率分別為 20MW、4MW和 2.4MW時(shí),距離火源 3.6m的位置處所受到的熱輻射通量分別為 40.9kW·m-2、8.2 kW·m-2、4.9kW·m-2。只有當(dāng)火源的最大熱釋放速率為20MW,即未設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)失效的情況下,火源對(duì)距離 3.6m位置處的熱輻射高于臨界引燃值10 kW·m-2。根據(jù)計(jì)算,火源最大熱釋放速率分別為20MW、4MW和 2.4MW時(shí),防止火災(zāi)蔓延的安全間隔分別為7.3m、3.3m和 2.5m。

根據(jù)火災(zāi)模擬的結(jié)果,火源最大熱釋放速率為 20MW時(shí),距離火源 3.6m的位置處所受到的熱輻射超過 10 kW·m-2,火災(zāi)會(huì)在貨架之間蔓延;而當(dāng)火源最大熱釋放速率分別為 4MW和 2.4MW時(shí),距離火源 3.6m的位置處所受到的熱輻射分別不超過 5kW·m-2和 3.5kW·m-2,火災(zāi)不會(huì)越過走道在貨架之間蔓延,結(jié)果與計(jì)算結(jié)果大致相符。

6 結(jié)論與展望

當(dāng)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)有效作用時(shí),能夠阻止火災(zāi)在貨架間的橫向蔓延,可以有效地保護(hù)高架倉庫。本文采用的研究方法可用于物流配送中心的性能化防火設(shè)計(jì),作為防火分區(qū)內(nèi)隔離帶的設(shè)計(jì)參考依據(jù)。布置于貨架間及倉庫頂端噴淋系統(tǒng)的可靠性有待于更多的火災(zāi)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,并提供可靠的技術(shù)支持。

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