唐山港曹妃甸港區(qū)某煤碼頭堆場封閉大棚設(shè)計

張 偉，井一涵，賴雄燕

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220）

1 項目概況

該項目是唐山港曹妃甸港區(qū)某煤碼頭工程煤炭裝船泊位的配套設(shè)施，堆場陸域?qū)挾?70 m，東西長度約1 400 m，共布置8 條煤炭堆場。設(shè)計年裝船能力為5 000 萬t（圖1）。

圖1 項目實景照片

堆場環(huán)保大棚建設(shè)的封閉大棚工程總建筑面積約11.9 萬m2，工程從東往西依次分為5 個建設(shè)單元，每座大棚面積約2.38 萬m2，長228.5 m，跨度103 m，高41.5 m，主體采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，外圍護采用單層彩鋼板和采光板。料棚之間設(shè)10 m 防火間距，防火間距處采用防風(fēng)抑塵網(wǎng)遮蔽補強，最大程度減少煤塵外泄，保證防塵效果。

2 總平面布置

本項目煤炭堆場布置在碼頭岸線后方，堆場陸域?qū)挾?70 m，長度約為1 400 m，布置8 條17 m高煤炭堆場，其中南側(cè)6 條堆場為露天堆場，堆場周圈建設(shè)約2 767 m 防風(fēng)網(wǎng)進行防護；北側(cè)兩條堆場建設(shè)條形封閉大棚，大棚結(jié)構(gòu)軸線寬度103 m，長度1 181.5 m。整體形成防風(fēng)網(wǎng)+封閉大棚的全堆場環(huán)保建設(shè)布置方案，總平面布置如圖2。

圖2 堆場總平面圖（紅色為防風(fēng)網(wǎng)）

3 工藝布置

封閉大棚主要對煤碼頭工程BDQ2 作業(yè)線的2條堆場進行封閉防塵，其限界尺度主要根據(jù)堆取機械和工藝作業(yè)的要求確定（圖3），具體建設(shè)限界尺度如下：

圖3 堆取料機工藝布置圖

1）封閉大棚的內(nèi)部凈尺寸不小于98.4 m，封閉大棚兩側(cè)為消防通道，消防通道寬度為4 m，凈空應(yīng)大于4.0 m。封閉大棚順堆場方向的縱向尺寸為1 181.5 m。

2）封閉大棚內(nèi)的堆取料機工藝對大棚的結(jié)構(gòu)尺寸要求是：堆取料機作業(yè)過程中，其主體的最高點距軌頂高度為30.5 m。堆取料機作業(yè)過程中，其大臂的斗輪回轉(zhuǎn)中心距軌頂18.5 m，斗輪外輪廓直徑10.5 m。取料機作業(yè)過程中，其配重最高點距軌頂為25 m。

3）相關(guān)要求參見堆取料機工藝布置圖。

4 建筑設(shè)計

堆場環(huán)保大棚建設(shè)是2018 年在對全國涉及煤炭環(huán)保設(shè)施的建筑形式、結(jié)構(gòu)方案、環(huán)保措施等進行了多方面調(diào)研，收集了大量的技術(shù)資料條件下開始方案設(shè)計，項目方案設(shè)計打破國內(nèi)已建港口封閉大棚大部分為不大于12 000 m2的中型存儲型物流建筑規(guī)模，封閉大棚方案設(shè)計目標(biāo)改為創(chuàng)新的既滿足環(huán)保又符合消防要求的大型存儲型物流建筑。該方案設(shè)計功能按照《物流建筑設(shè)計規(guī)范》確定為大型普通存儲型物流建筑；防火設(shè)計按照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》確定為丙2 類存儲型物流建筑，單個料棚最大占地不大于24 000 m2，設(shè)有自動水滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；棚內(nèi)防火分區(qū)最大面積不超過6 000 m2，防火分區(qū)之間采用防火隔離帶替代傳統(tǒng)的防火墻，既保證了防火間距，又滿足了堆取料機連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)要求（圖4）。

圖4 封閉大棚防火分區(qū)示意圖

項目共建設(shè) 5 座封閉大棚，總建筑面積119 178.4 m，分別為1#棚至5#棚。1#棚為山墻端封閉大棚，建筑面積 23 848.2m，外形尺寸為228.65 m×104.3 m；2#～5#棚為標(biāo)準(zhǔn)段封閉大棚，建筑面積均為23 832.55 m，外形尺寸為228.5 m×104.3 m；建筑最高點為41.5 m。大棚按照丙類存儲型物流建筑設(shè)計，耐火等級均為一級，棚內(nèi)設(shè)置自動水滅火系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，每座棚內(nèi)部均分為4 個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)面積均不大于6 000 m。防火分區(qū)與防火分區(qū)之間采用防火隔離帶分隔，橫向防火隔離帶采用軌道梁基礎(chǔ)物理分隔，縱向防火隔離帶采用不小于12 m 的消防車回車場，防火隔離范圍內(nèi)不放置與工藝設(shè)備無關(guān)的物品，且應(yīng)采取防止堆放占用的措施。防火分區(qū)的設(shè)置與劃分符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第3.3.1 條和3.3.10條，防火隔離帶的設(shè)置要求滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第4.5.1 條。建筑排煙采用在頂部設(shè)置易熔采光帶進行自然排煙，滿足《物流建筑設(shè)計規(guī)范》第15.7.2 條的要求，采光帶兼顧消防救援窗滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第7.2.4 條的相關(guān)要求。大棚內(nèi)側(cè)兩邊設(shè)置消防巡視通道與內(nèi)部消防回車場聯(lián)通，且與大棚外部環(huán)形消防車道貫通。大棚內(nèi)每個防火分區(qū)的安全出口均不少于2 個，滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第3.8 條疏散的相關(guān)要求。

封閉大棚1.2 m 以下為清水混凝土坎墻，1.2 m以上采用0.6 m 厚單層壓型鋼板，采光帶采用1.2厚無燃燒熔滴物的采光板。網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)的連桿、連接球及主受力構(gòu)件刷涂薄涂型防火涂料，耐火極限不小于1.50 h，滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》第3.2.1條。鋼結(jié)構(gòu)防火刷涂應(yīng)滿足《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》GB51249-2017 的相關(guān)要求。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計

封閉大棚結(jié)構(gòu)采用正放四角錐三心圓柱面雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式（圖5），基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是典型的三維結(jié)構(gòu)，利用合理的拱軸線曲面可使結(jié)構(gòu)受力均勻，節(jié)約鋼材，具有較大的剛度，結(jié)構(gòu)變形小，整體穩(wěn)定性高，抗震性能好。設(shè)計采用細小的桿件組成很大的空間，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的桿件和球可以在工廠預(yù)制，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，綜合經(jīng)濟指標(biāo)較好，重量較輕施工簡單，速度快，適應(yīng)采用各種條件下的施工工藝。但桿件和節(jié)點幾何尺寸的偏差以及曲面的改變，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、整體穩(wěn)定和施工影響較大。為了減少初始缺陷，設(shè)計對于桿件和節(jié)點的加工精度提出了比較高的要求。

圖5 封閉大棚計算簡圖

大棚采用結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的正放四角錐三心圓柱面雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺寸大約為4.3 m×4.56 m，網(wǎng)殼厚度為3.3 m，桿件管材采用無縫鋼管，各桿件連接采用螺栓球節(jié)點，凈跨度103 m，最高點凈高37.6 m，單個棚長度為228 m。主要結(jié)構(gòu)材料：混凝土強度等級選用F150 C40；鋼筋主要采用熱軋HPB300 級、HPB400 級鋼筋；鋼材采用Q235B 和Q345B，鋼管選用Q235B 高頻焊管或熱軋無縫管，鋼球材質(zhì)為45 號鋼；螺栓采用高強螺栓。

6 配套設(shè)施設(shè)計

1）給排水消防設(shè)計

封閉大棚消防采用消防炮自動水滅火系統(tǒng)和消火栓系統(tǒng)，封閉大棚為大空間建筑物，建筑物跨度大，單層高度較高，普通消火栓不能滿足消防的要求。因此本工程采用自動消防炮系統(tǒng)進行滅火，大棚內(nèi)設(shè)置54 套自動消防炮，兩套消防炮同時工作，單側(cè)設(shè)置27 臺，每臺流量40 L/S，射程不小于60 m，額定工作壓力0.8 MPa。

自動消防水炮系統(tǒng)具有以可燃物燃燒時（包括陰燃）輻射的紅（紫）外線及可見光為探測對象，在對被監(jiān)控的三維空間內(nèi)的火源進行三次探測：三維空間內(nèi)無縫隙探測報警（I 次探測確認）、三維空間水平掃描定位確認(II 次探測確認)、三維空間垂直掃描定位確認(III 次探測確認)。經(jīng)三次三維定位確認后，使滅火劑準(zhǔn)確無誤的噴射在火源的根部，自動噴射滅火。

室內(nèi)消火栓在大棚兩側(cè)及軌道梁兩側(cè)布置室內(nèi)防凍型消火栓，布置間距為20 m 布置滿足2 支消防水槍的2 股充實水柱同時到達。室外主要消防設(shè)施為已建室外地下式消火栓，每個消火栓均設(shè)有DN100 和DN65 的栓口各1 個，每個室外消火栓的用水量為10～15 L/s。

2）電氣設(shè)計

封閉大棚供電消防負荷等級為一級負荷，其它負荷等級為三級負荷。用電設(shè)備主要為消防炮、電動閥、管線電伴熱、大棚照明等。大棚照明采用頂部均勻設(shè)置的高壓鈉燈光照明燈具，平均照度不低于10 LX。接地系統(tǒng)采用TN-S 系統(tǒng)，保護接地及防雷接地的接地電阻不大于4 歐姆。

控制系統(tǒng)設(shè)有消防炮控制系統(tǒng)和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。消防炮系統(tǒng)可通過燃燒時（包括隱燃）輻射的紅（紫）外線及可見光為探測對象，在被監(jiān)控的三維空間內(nèi)全方位探測掃描、準(zhǔn)確定位、自動噴射滅火，將火源滅于萌芽狀態(tài)。

7 效益分析

7.1 環(huán)保效益

1）根據(jù)華能唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭工程風(fēng)洞試驗結(jié)論，煤炭堆場設(shè)置防風(fēng)網(wǎng)+封閉大棚抑風(fēng)抑塵效果明顯，結(jié)合濕法除塵完全可達到抑塵率90 %以上。本項目建設(shè)后將堆場北側(cè)兩條堆場進行封閉，可將封閉棚堆場的抑塵率提高至99 %左右。

2）項目實施后，根據(jù)《華能唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭工程竣工環(huán)境保護驗收調(diào)查報告》（公示版）結(jié)論，大氣污染物排放應(yīng)符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996 無組織排放的周界外濃度最高值不超過1.0 mg/m3的要求，通過調(diào)查報告結(jié)論顯示，場外連續(xù)三天檢測實際結(jié)果最大值不超過0.5 mg/m3，遠優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查報告結(jié)論的TSP、PM10 污染物排放濃度較環(huán)評期降低75 %。

7.2 經(jīng)濟效益

封閉大棚項目投資概算約1.8 億元。根據(jù)建設(shè)單位近1 年來的運營及維護成本統(tǒng)計，封閉大棚主要費用分為：灑水除塵費、照明費、檢測試運轉(zhuǎn)費、監(jiān)測費和維護成本費。其中檢測試運轉(zhuǎn)費、監(jiān)測費和維護成本費為料棚實際增加成本，年統(tǒng)計費用約為40 萬元。通過簡單的靜態(tài)投資回收對比分析，封閉大棚設(shè)計年周轉(zhuǎn)1 250 萬t 統(tǒng)計，結(jié)合行業(yè)征收環(huán)境稅標(biāo)準(zhǔn)0.8 元/t 收費，年可節(jié)省環(huán)境稅約1 000 萬元，減去維護成本，投資回收期約20 年。

7.3 社會效益

該工程是首個通過環(huán)保消防雙驗收的港口大型封閉大棚項目，工程的成功實施是在規(guī)范規(guī)定和工程實際應(yīng)用下取得主管部門及業(yè)主單位的認可，對以后同類工程有一定的技術(shù)推廣借鑒意義。隨著國家對環(huán)保要求的逐漸提高，將來會成為煤碼頭的主要環(huán)保措施，環(huán)保抑塵效果明顯，能全面改善港口煤碼頭作業(yè)區(qū)空氣質(zhì)量。項目的大力推廣，既可實現(xiàn)生產(chǎn)的金山銀山，又可保證環(huán)保的碧水藍天，是一個利國利民的建設(shè)項目。

8 結(jié)語

封閉大棚可適用于通用碼頭煤堆場、專業(yè)化碼頭堆場有效替代現(xiàn)階段防風(fēng)網(wǎng)抑塵的環(huán)保設(shè)施，控制粉塵污染效果明顯，能極大改善和保護環(huán)境，環(huán)境效益特別顯著，可使企業(yè)每年免繳大額排污費。隨著煤碼頭建設(shè)環(huán)保要求的提高，封閉大棚建設(shè)也將是項目通過環(huán)保驗收的必要條件，封閉大棚環(huán)保方案將會成為煤碼頭的主要環(huán)保措施。