家居自動化立體庫的工程設(shè)計實踐

侯俊鋒

【摘要】家居制造企業(yè)作為傳統(tǒng)的勞動密集型企業(yè)，產(chǎn)品尺寸較大，耗費大量人力物力，物流運輸效率低。通過自動化立體庫的設(shè)計，實現(xiàn)生產(chǎn)端、倉儲端、物流轉(zhuǎn)運端的自動化，從而大大提高了生產(chǎn)、倉儲、轉(zhuǎn)運效率。

【關(guān)鍵詞】家居行業(yè);自動化立體庫;工程設(shè)計;生產(chǎn)效率

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

近幾年來，隨著電商的興起，電商的自動化倉庫如雨后春筍般興起，如京東、阿里巴巴頭部等頭部企業(yè)紛紛自建自動化物流倉庫，物流效率提升很快。目前，家居制造行業(yè)也漸漸興起了建設(shè)自動化立體庫的風(fēng)氣，筆者有幸參與了顧家家居的黃岡基地工程設(shè)計全過程，其中自動化立體庫的設(shè)計是筆者作為項目負責(zé)人參與的。筆者就以本項目為例，將家居制造企業(yè)的立體庫設(shè)計全過程展示出來，供大家在工程實踐中參考。

筆者將本項目的設(shè)計，分為前期參觀調(diào)研篇、工程規(guī)劃方案篇、工程施工圖設(shè)計篇，基本涵蓋了設(shè)計的各個階段節(jié)點，大家可以更清晰得看到工程設(shè)計的全過程。

1、前期參觀調(diào)研篇

本項目前期調(diào)研啟動于2018年8月，由于當(dāng)時家居行業(yè)已經(jīng)建成或者在建的實際項目并不多，故業(yè)主方對立體庫的設(shè)計也比較謹慎，業(yè)主和設(shè)計單位一起從考察物流裝備機械設(shè)計單位開始，然后考察其完成的實際項目，基本上對各個行業(yè)的自動化倉有了比較直觀的了解。首先考察的是北京起重運輸機械設(shè)計院有限公司，北起院作為國內(nèi)著名物流裝備系統(tǒng)集成商及著名物流設(shè)備供應(yīng)商，是中國物流倉儲技術(shù)的先驅(qū)，業(yè)主方內(nèi)工程管理崗、物流管理崗、設(shè)計院三方和北起院就物流流線、物流分區(qū)、立體庫的合理尺寸、防火分區(qū)等問題深入交流，隨后參觀了北起院主持建設(shè)的北京泰格醫(yī)藥的自動化物流庫，該庫分揀區(qū)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多層建筑，立體庫為單個防火分區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，運輸?shù)漠a(chǎn)品主要為標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)藥包裝件;第二站，是考察合肥井松智能科技有限公司主持建造的南京利德東方橡塑科技有限公司立體庫項目，該庫分揀區(qū)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)多層建筑，立體庫為單個防火分區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，運輸?shù)漠a(chǎn)品主要為標(biāo)準(zhǔn)的塑料散件。

通過參觀調(diào)研，大致對立體庫的分揀區(qū)及庫區(qū)的流線、機械設(shè)備主要運行方式有了直觀的了解;通過對分揀區(qū)及庫區(qū)內(nèi)部設(shè)備的布置，如噴淋、進風(fēng)、排煙等詳細記錄，對后面的方案布置大致有了方向。大部分設(shè)計單位對這種新型的立體庫了解不多，通過實地考察，可以迅速獲得工程設(shè)計的第一手資料，是一種非?？茖W(xué)實用的設(shè)計方法。

2、工程規(guī)劃方案篇

首先立體庫的物流方案是由顧家家居的物流專業(yè)根據(jù)4個生產(chǎn)廠房的位置，設(shè)置了4個獨立的立體庫，確定了大致的物流流線;單個立體庫的設(shè)計，顧家家居的物流專業(yè)和機械設(shè)計的廠家，首先根據(jù)需要堆載的貨物量，計算出貨架的數(shù)量及貨架的高度，再根據(jù)單庫防火分區(qū)的最大面積，結(jié)合結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)，設(shè)計出單庫的長寬及高度，設(shè)計單位主要配合核準(zhǔn)單庫的最大占地面積和每個防火分區(qū)的面積及與周邊建筑的防火間距等。

就本項目而言，設(shè)計時首先核實立體庫內(nèi)的儲存物品為可燃固體，屬于丙2類，對應(yīng)的單層倉庫的最大占地面積允許做到6000平方米，每個防火分區(qū)面積最大允許面積1500平方米，倉庫內(nèi)設(shè)置了自動滅火系統(tǒng)后，最大允許占地面積和防火分區(qū)的面積都可以翻倍。業(yè)主由于存儲需求量比較大，設(shè)計的立體庫占地面積和防火分區(qū)面積都按照上限設(shè)計，占地12000平方米，分為4個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)3000平方米，這樣子就確定了立體庫的大致面積，再根據(jù)單庫內(nèi)貨架的尺寸及堆垛機的操作尺寸，確定了單庫的面寬尺寸為27米，柱網(wǎng)尺寸與面寬一致，進深方向為9米跨距，立體庫總尺寸：寬度為108米，長度為110米;為立體庫配套的分揀車間，主要功能為立體庫出貨的貨物分揀處理，然后用貨運電梯傳送到1層，由貨車運走。分揀車間的柱網(wǎng)及標(biāo)準(zhǔn)層尺寸由物流自動化廠家根據(jù)傳送帶的布局及機器人托盤的運行軌跡確定，首層貨車月臺由顧家家居的物流專業(yè)根據(jù)實際的貨車尺寸，確定車位位置及尺寸和月臺尺寸。

總的來說，方案階段業(yè)主單位介入較深。首先業(yè)主單位之前已經(jīng)在浙江杭州和嘉興建有生產(chǎn)基地，相關(guān)的工程經(jīng)驗積累較多，故在前期方案階段對設(shè)計院的指引很準(zhǔn)確。另外業(yè)主單位深耕家居行業(yè)將近40年，積累的家居行業(yè)人才多，工程管理、物流管理、工藝設(shè)計等崗位專業(yè)性較強，在方案階段即與設(shè)計院積極對接，少走了很多彎路。同時，自動立體庫的設(shè)計需要配合的物流設(shè)備供應(yīng)商，業(yè)主也提供給了設(shè)計院。方案設(shè)計的過程，大家各司其職，相互配合，出來的方案后期改動很少，大大節(jié)省了設(shè)計周期。

3、工程施工圖設(shè)計篇

方案設(shè)計的成果比較深入，施工圖的設(shè)計也相對較快。但是在各個專業(yè)配合過程中也碰到不少的困難，本篇就設(shè)計中的主要問題加以羅列。

3.1建筑專業(yè)

建筑專業(yè)首先碰到的問題就是消防標(biāo)準(zhǔn)的問題，分揀車間貼臨立體庫布置，立體庫為32.5米高的單層建筑，消防屬于高于24米的單層建筑;而分揀車間為23.25米的4層建筑，消防屬于24米以內(nèi)的多層建筑，兩棟樓貼臨布置后，立體庫是否還可以按照執(zhí)行單層建筑的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行？經(jīng)咨詢圖審專家及消防專家后確認，如果立體庫和分揀車間相鄰的墻體采用防火墻，且滿足貼臨布置的相關(guān)規(guī)范要求，立體庫和分揀車間可以按照各自獨立的消防標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

具體到立體庫本身，最大的問題各個防火分區(qū)的防火墻問題，由于采用的是鋼結(jié)構(gòu)，縱向鋼柱之間有柱間支撐，結(jié)構(gòu)也要求盡量采用輕質(zhì)材料，采用傳統(tǒng)的200厚加氣混凝土砌塊，砌塊的高厚比太大不穩(wěn)定，容重太大，碰到有柱間支撐的位置也無法砌筑;另外建筑設(shè)計防火規(guī)范3.2.9條“甲、乙類廠房和甲、乙、丙類倉庫內(nèi)的防火墻，其耐火極限不應(yīng)低于4小時”，選用普通的輕鋼龍骨隔墻無法滿足4小時的耐火極限，最后從07J905-1《防火建筑構(gòu)造（一）》中，找到了一種合適的構(gòu)造，既滿足輕質(zhì)的要求，也滿足耐火極限的要求，構(gòu)造層次為：12MM纖維增強硅酸鹽板+100MM厚巖棉+12MM纖維增強硅酸鹽板，耐火極限為4小時。

其次，立體庫由于長110米寬107米，尺寸很大，屋頂?shù)呐潘彩且粋€大問題。由于采用鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面，最小坡度為5%，如果屋面找坡道數(shù)太少，匯水面積太大，屋面起坡的高度太高，屋面的女兒墻需要做的很高。最后權(quán)衡利弊，結(jié)合結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)，采用27米柱跨雙坡，一共4道屋脊5道排水溝，這樣子結(jié)構(gòu)的起坡高度可以控制在0.7米以內(nèi)，屋頂女兒墻的高度可以控制在合理的高度范圍內(nèi)。由于排水溝較多，為避免屋面排水管對立體庫內(nèi)貨架的影響，屋面排水采用虹吸式。

3.2結(jié)構(gòu)專業(yè)

立體庫內(nèi)的結(jié)構(gòu)分為3個層次，主體土建結(jié)構(gòu)、自動化傳送帶的鋼平臺結(jié)構(gòu)、鋼貨架的結(jié)構(gòu)。其中前兩者為土建設(shè)計院設(shè)計，結(jié)構(gòu)需要脫開;鋼貨架則由物流設(shè)備設(shè)計制造單位負責(zé)。

由于立體庫的主要堆貨的載體是貨架，貨架高度高達32米，因此對結(jié)構(gòu)地面的平整度要求很嚴格，除要求結(jié)構(gòu)一次成型外，平整度要求為千分之一，結(jié)合黃岡當(dāng)?shù)氐慕ú那闆r，地面做法為：1.素土夯實2.300厚麻料回填壓實，壓實系數(shù)≥0.92 3、80厚碎石墊層4、90厚C15混凝土墊層5、鋼筋砼地面。

另外立體庫屬于高架倉庫，土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是倉庫本身需求的鋼柱、鋼梁、鋼屋架，外墻的維護結(jié)構(gòu)由于和主體結(jié)構(gòu)是脫開的，需要2次設(shè)計抗風(fēng)柱、金屬外幕墻、金屬屋面等，這都需要幕墻專業(yè)配合設(shè)計。

3.3給排水專業(yè)

給排水專業(yè)的主要問題是立體庫的高度過高，噴淋保護的高度達到了29.75米，遠超18米，已經(jīng)超過了《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017）第4.2.7和4.2.8條的要求，目前現(xiàn)行的國家規(guī)范，已無法指導(dǎo)本項目立體庫的消防給水設(shè)計。后經(jīng)過院內(nèi)專業(yè)設(shè)計評審，針對立體庫貨架區(qū)域提出如下做法：

（1）本項目立體庫自動噴淋按倉庫危險II級，噴水強度取20（L/min.m2），作用面積取200 m2，持續(xù)時間按2小時（按規(guī)范表5.0.4-2定），頂板下噴淋流量為86.7L/s;多層貨架內(nèi)設(shè)K=115的灑水噴頭，取14個噴頭開放計算，貨架內(nèi)置噴頭流量為32.2L/s，頂噴加上貨架內(nèi)置噴頭設(shè)計流量取120L/s。

（2）貨架及通道凈高大于18m區(qū)域，在屋面下方設(shè)置倉庫型特殊應(yīng)用噴頭，貨架分層設(shè)置灑水噴頭，貨架間的通道，在距地面3m高處，靠貨架立柱設(shè)置側(cè)噴噴頭（帶集熱罩）

通過上述處理措施，本項目給排水圖紙在圖審和消防審查中順利通過。

3.4暖通專業(yè)

暖通專業(yè)根據(jù)規(guī)范要求，立體庫每個防煙分區(qū)1500平方米，屋頂需要設(shè)置不小于34平米的電動排煙窗，電動排煙窗均勻設(shè)置;屋頂設(shè)置不小于地面面積10%的可溶性采光帶。

根據(jù)這個要求，建筑專業(yè)在立體庫屋頂上基本上每跨都開了電動排煙窗和采光帶，并根據(jù)相關(guān)廠家的建議，統(tǒng)一采用了8Mx3M的尺寸。為滿足屋頂雨水的順利下泄，采用長邊垂直屋頂脊線的布局方式。

需要注意的是，由于屋頂?shù)拈_洞太多，如果采用常規(guī)鋁鎂錳金屬屋面，則與玻璃材質(zhì)的排煙窗和塑料材質(zhì)的采光帶的搭接就非常關(guān)鍵，受熱脹冷縮系數(shù)的影響，這些部位沒辦法完全密封，屋頂容易漏水，對立體庫內(nèi)貨值較高的家居貨物影響很大。建議屋頂采用柔性防水屋面，如PVC卷材屋面或者TPO卷材屋面。

3.5電氣專業(yè)

電氣專業(yè)是所有專業(yè)中突出問題較少的專業(yè)。基本按照常規(guī)設(shè)置變電站、配電間、強弱電井即可。

3.6幕墻專業(yè)

幕墻專業(yè)在立體庫設(shè)計中，主要包括立體庫外墻抗風(fēng)柱、外表皮金屬幕墻、輕質(zhì)防火隔墻安裝節(jié)點、屋頂金屬屋面、分揀車間首層金屬雨棚的設(shè)計，可以說是設(shè)計中的重要一環(huán)。

由于立體庫屬于鋼結(jié)構(gòu)建筑，除常規(guī)土建專業(yè)外，幕墻專業(yè)扮演重要角色。大部分與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的節(jié)點詳圖，均需要幕墻專業(yè)的深化。

總的來說，家居制造行業(yè)目前都處于變革之中，傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品物流方式依靠人力拖貨，物流效率低下，與目前電子下單快速物流的趨勢格格不入，因此家居行業(yè)的自動化立體庫的建設(shè)勢在必行。

目前，家居行業(yè)自動立體庫的設(shè)計和建造目前在國內(nèi)也較少，相關(guān)的工程案例和設(shè)計規(guī)范可以參考的較少，需要設(shè)計單位、業(yè)主方、物流設(shè)備設(shè)計制造單位一起通力合作，結(jié)合業(yè)主實際工程需求，才能把自動立體庫的設(shè)計做深做細，呈現(xiàn)出來的設(shè)計成果才是業(yè)主方真正需要的。

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