以性能為基礎(chǔ)的某大型高架倉(cāng)庫(kù)消防安全評(píng)估

●王竟萱

(廊坊市消防支隊(duì)，河北廊坊 065000)

(本欄責(zé)任編輯、校對(duì) 李 蕾)

0 引言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的逐步加快，倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)也朝著大面積、大空間的方向發(fā)展。各類高架倉(cāng)庫(kù)、物流倉(cāng)庫(kù)等大型倉(cāng)儲(chǔ)建筑大量產(chǎn)生，隨著其規(guī)模的日益擴(kuò)大，防火設(shè)計(jì)的難度也越來越大。我國(guó)現(xiàn)行的《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］對(duì)高架倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)的規(guī)定，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代高架倉(cāng)庫(kù)的防火安全。由于沒有相應(yīng)的規(guī)范和方法作為指導(dǎo)，我國(guó)大部分高架倉(cāng)庫(kù)在防火設(shè)計(jì)上存在一定問題，有必要進(jìn)行研究。

1 高架倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)特點(diǎn)

高架倉(cāng)庫(kù)又稱為立體倉(cāng)庫(kù)，是指貨架高度超過7．0 m且機(jī)械化操作或自動(dòng)化控制的貨架倉(cāng)庫(kù)［2］。高架倉(cāng)庫(kù)由倉(cāng)庫(kù)建筑、高層貨架、堆垛機(jī)、輸送機(jī)等外圍設(shè)備和自動(dòng)控制裝置、信息傳輸裝置、計(jì)算機(jī)等裝置組成，可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)的全面自動(dòng)化，生產(chǎn)效率和空間利用率高。由于貨物儲(chǔ)存的特殊性，高架倉(cāng)庫(kù)存在以下火災(zāi)危險(xiǎn)性［3］:(1)貨架高大且密集導(dǎo)致火災(zāi)隱患較多，火災(zāi)荷載大，即使是難燃或不燃物品其包裝也是可燃的。(2)火源較多，包括電氣線路故障、焊接、加熱系統(tǒng)故障、設(shè)備起火、相鄰建筑物失火、人為放火等。(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物資疏散和火災(zāi)撲救困難。自動(dòng)化高架倉(cāng)庫(kù)貨架之間巷道比較狹窄，一般只有1．2 m左右，一旦發(fā)生火災(zāi)，撲救十分困難。(4)火災(zāi)損失嚴(yán)重。高架倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)物資量大，火災(zāi)發(fā)生后在很短時(shí)間內(nèi)就可將其燒毀，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 某高架倉(cāng)庫(kù)概況

某項(xiàng)目一期主體建筑高架倉(cāng)庫(kù)建筑占地面積為20 278．5 m2，總建筑面積 22 956．5 m2，建筑高度23．9 m(室外地面至檐口)，建筑地上1層，局部2層。建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼框架與排架結(jié)構(gòu)，局部屋頂為DECK板澆混凝土屋面，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)。

倉(cāng)庫(kù)內(nèi)存放物品為派類、口香糖類、餅干類和膨化類食品，儲(chǔ)存周期小于7天。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)置的貨架共8層，每層貨物層高為2．2～2．4 m(不含消防空間)，總高度為20．75 m。因此本倉(cāng)庫(kù)屬于丙類2項(xiàng)物品高架儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，共分5個(gè)防火分區(qū):高架庫(kù)區(qū)為防火分區(qū)1，分區(qū)面積10 487．2 m2;入貨準(zhǔn)備區(qū)為防火分區(qū)2，分區(qū)面積4 263．6 m2;出庫(kù)準(zhǔn)備區(qū)為防火分區(qū)3，分區(qū)面積3 401．8 m2;PPI包裝區(qū)為防火分區(qū)4，分區(qū)面積2 042．8 m2;二層辦公室及機(jī)房為防火分區(qū)5，分區(qū)面積937．7 m2。防火分區(qū)劃分如圖1所示。其中高架倉(cāng)庫(kù)區(qū)又劃分為6個(gè)倉(cāng)庫(kù)，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)之間采用輕鋼龍骨三層雙面防火石膏板內(nèi)填防火巖棉輕質(zhì)防火墻分隔，耐火時(shí)間4 h，連通庫(kù)房間的防火卷簾門設(shè)置水噴霧系統(tǒng)，水噴霧用水量0．3 m3·m-1·h-1，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間 3 h。

圖1 高架倉(cāng)庫(kù)防火分區(qū)示意圖

由于標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)方式和物流運(yùn)營(yíng)需求，該項(xiàng)目消防設(shè)計(jì)難以完全滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于庫(kù)房防火分區(qū)面積和占地面積的規(guī)定，其消防設(shè)計(jì)的主要問題為:(1)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3．3．2條和第3．3．3條規(guī)定:對(duì)于儲(chǔ)存丙2類物品的單層倉(cāng)庫(kù)建筑，每個(gè)防火分區(qū)最大允許建筑面積為1 500 m2;當(dāng)設(shè)有自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)防火分區(qū)允許最大建筑面積為3 000 m2。該高架倉(cāng)庫(kù)建筑共分為5個(gè)防火分區(qū)，其中高架庫(kù)區(qū)面積為10 487．2 m2;入貨準(zhǔn)備區(qū)面積為4 263．6 m2;出庫(kù)準(zhǔn)備區(qū)面積為3 401．8 m2，這3個(gè)防火分區(qū)面積超出規(guī)范要求。(2)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第3．3．2 條和第 3．3．3 條規(guī)定:對(duì)于儲(chǔ)存丙2類物品的單層倉(cāng)庫(kù)建筑，每座建筑最大允許占地面積為6 000 m2;當(dāng)設(shè)有自動(dòng)滅火系統(tǒng)時(shí)，每座倉(cāng)庫(kù)最大允許占地面積為12 000 m2。該高架倉(cāng)庫(kù)建筑占地面積為21 230 m2，單座倉(cāng)庫(kù)占地面積也超出了規(guī)范要求。

本著安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，本倉(cāng)庫(kù)將采用以性能化為基礎(chǔ)的消防設(shè)計(jì)理念和方法，對(duì)消防設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和安全評(píng)估，使得制定的解決方案能更好地滿足本倉(cāng)庫(kù)的消防要求。對(duì)高架倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)危險(xiǎn)源、火災(zāi)煙氣流動(dòng)規(guī)律、疏散進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范及國(guó)外權(quán)威文獻(xiàn)資料，分析論證本倉(cāng)庫(kù)各消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性，提出對(duì)策方案，以保證消防安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

本倉(cāng)庫(kù)主要儲(chǔ)存食品，全部由紙箱包裝儲(chǔ)存，其火災(zāi)荷載較大，在分析最大火災(zāi)規(guī)模時(shí)，為了研究最不利情況下倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)場(chǎng)景，參照NFPA提供的一些倉(cāng)庫(kù)貨物燃燒試驗(yàn)的數(shù)據(jù)(見表1)，保守按超快速火考慮，取α=0．187 6 kW·s-2。上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》中吸收和總結(jié)了國(guó)外關(guān)于噴淋作用下火災(zāi)熱釋放速率大小的研究成果，給出設(shè)有噴淋的倉(cāng)庫(kù)最大熱釋放速率可達(dá)4 MW，本倉(cāng)庫(kù)設(shè)定熱釋放速率為4 MW。

表1 NFPA倉(cāng)庫(kù)貨物燃燒數(shù)據(jù)

在區(qū)域火災(zāi)危險(xiǎn)性分析的基礎(chǔ)上，選擇可能對(duì)人員疏散安全造成不利影響，或可能導(dǎo)致火災(zāi)大范圍蔓延的典型區(qū)域作為火災(zāi)場(chǎng)景，具體火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置見表2，火源位置如圖2、圖3所示。

表2 火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)置情況一覽表

圖2 一號(hào)倉(cāng)庫(kù)火源示意圖

圖3 二號(hào)倉(cāng)庫(kù)火源示意圖

4 模擬結(jié)果分析

4．1 煙氣流動(dòng)的場(chǎng)模擬

火災(zāi)時(shí)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)到達(dá)危險(xiǎn)狀態(tài)的判據(jù)見表3。

表3 人員疏散安全判據(jù)指標(biāo)

本倉(cāng)庫(kù)以《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、上海市工程建設(shè)規(guī)范《民用建筑防排煙技術(shù)規(guī)程》等為依據(jù)進(jìn)行煙氣控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，然后利用FDS軟件對(duì)火災(zāi)發(fā)展過程及煙氣控制過程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，驗(yàn)證初步設(shè)計(jì)能夠達(dá)到的煙氣控制效果，并及時(shí)對(duì)初步設(shè)計(jì)的煙氣控制系統(tǒng)及其參數(shù)值進(jìn)行調(diào)整以滿足設(shè)計(jì)要求，并確定最終的煙氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及其設(shè)計(jì)參數(shù)值。模擬結(jié)果包括煙氣流動(dòng)情況、能見度、溫度、CO濃度等，下面以火災(zāi)場(chǎng)景1溫度模擬結(jié)果為例進(jìn)行介紹，如圖4～圖7所示。

圖4 300 s溫度分布圖

圖5 600 s溫度分布圖

圖6 900 s溫度分布圖

圖7 1 200 s溫度分布圖

以距離火源遠(yuǎn)端疏散門和走道的相關(guān)參數(shù)作為判據(jù)，經(jīng)過對(duì)各火災(zāi)場(chǎng)景的模擬分析，得出:倉(cāng)庫(kù)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，在臨界高度3．9 m處，危險(xiǎn)到達(dá)時(shí)間大于1 200 s。

4．2 人員疏散設(shè)計(jì)分析

疏散設(shè)計(jì)分析，即根據(jù)設(shè)定的人員類型和數(shù)量，對(duì)疏散人員疏散所需時(shí)間的分析。疏散時(shí)間包括疏散開始時(shí)間(tstart)和疏散行動(dòng)時(shí)間(taction)兩部分，即:tescape=tstart+taction。

疏散開始時(shí)間包括火災(zāi)探測(cè)時(shí)間和疏散準(zhǔn)備時(shí)間。倉(cāng)庫(kù)中工作人員熟悉工作環(huán)境，經(jīng)培訓(xùn)上崗，對(duì)火災(zāi)時(shí)疏散路徑較為熟悉，因此疏散準(zhǔn)備時(shí)間保守定為120 s，火災(zāi)探測(cè)時(shí)間定為60 s，則疏散開始時(shí)間(tstart)為 180 s。

疏散行動(dòng)時(shí)間ttravel按下式進(jìn)行計(jì)算:

式中，l為步行最大距離，m;v為步行速度，m·s-1。

一個(gè)庫(kù)區(qū)同時(shí)在庫(kù)房?jī)?nèi)的工人人數(shù)為33人，考慮2倍以上安全系數(shù)，則同時(shí)在庫(kù)區(qū)的人數(shù)為66人。由于人員較少，疏散時(shí)不會(huì)在出口附近出現(xiàn)人員滯留現(xiàn)象。疏散速度取0．66 m·s-1，計(jì)算得到可能出現(xiàn)的最長(zhǎng)疏散行動(dòng)時(shí)間為287 s。對(duì)疏散行動(dòng)時(shí)間取1．5倍安全系數(shù)，則疏散時(shí)間最長(zhǎng)為610．5 s。

由火災(zāi)煙氣流動(dòng)模擬結(jié)果和人員疏散模擬結(jié)果可以得出，在消防系統(tǒng)正常啟動(dòng)情況下，當(dāng)前的建筑設(shè)計(jì)和消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以將火災(zāi)限定在一定規(guī)模，并確保人員安全。

5 結(jié)論

本文介紹了某高架倉(cāng)庫(kù)建筑消防設(shè)計(jì)基本情況，提出了以性能為基礎(chǔ)的消防設(shè)計(jì)評(píng)估方法，結(jié)合該倉(cāng)庫(kù)的具體情況進(jìn)行了火災(zāi)場(chǎng)景設(shè)計(jì)。經(jīng)過對(duì)各火災(zāi)場(chǎng)景的火災(zāi)煙氣流動(dòng)模擬分析，得出:庫(kù)房發(fā)生火災(zāi)時(shí)危險(xiǎn)到達(dá)的時(shí)間大于1 200 s。同時(shí)利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算了火災(zāi)時(shí)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)人員疏散所需的時(shí)間，發(fā)現(xiàn):在消防設(shè)施正常啟動(dòng)的條件下，倉(cāng)庫(kù)現(xiàn)有的安全措施能夠保證火災(zāi)時(shí)人員的安全疏散。

結(jié)合相關(guān)規(guī)范的要求具體問題具體分析，該工程的消防問題作為一種特例處理是可行的，這也符合“從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，正確處理倉(cāng)儲(chǔ)和安全、重點(diǎn)和一般的關(guān)系，積極采用行之有效的先進(jìn)防火技術(shù)”的原則，既能體現(xiàn)出消防規(guī)范適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際情況，又能反映出消防技術(shù)的發(fā)展水平［4］。

［1］GB 50016-2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］．

［2］徐亮，張和平，楊昀，等．某高架倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估［J］．中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35(4):570-575．

［3］高源．高架倉(cāng)庫(kù)防火設(shè)計(jì)探究［J］．現(xiàn)代商業(yè)，2011，(23):266-267．

［4］劉躍紅．大型潔凈廠房防火若干問題的探討［J］．消防科學(xué)與技術(shù)，2007，26(6):636-640．