高架倉庫自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的中外標(biāo)準(zhǔn)淺析

王昊， 王琳璐

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑設(shè)計(jì)院， 北京100013；2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建研科技股份有限公司， 北京100013）

高架倉庫指的是貨架高度大于7 m 且采用機(jī)械化操作或自動(dòng)化控制的貨架倉庫， 具有火災(zāi)隱患多、火勢蔓延快、 火災(zāi)破壞重、 撲救難度大的特點(diǎn)［1］；我國GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）規(guī)定可燃、 難燃物品高架倉庫應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)， 自動(dòng)噴淋系統(tǒng)是保護(hù)倉庫最可靠的自動(dòng)滅火系統(tǒng)［2-3］。 隨著外資企業(yè)數(shù)量的增多， 倉庫消防設(shè)計(jì)同時(shí)執(zhí)行境外標(biāo)準(zhǔn)的情況越來越普遍［4］。 本文從工程設(shè)計(jì)角度， 對國標(biāo)GB 50084—2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》）和英國標(biāo)準(zhǔn)BS EN 12845、 美國消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 13、 美國FM Global DS 進(jìn)行比較討論， 并介紹一些典型工程的設(shè)計(jì)情況， 供同類型的工程參考。

1 高架倉庫火災(zāi)危險(xiǎn)等級

倉庫的火災(zāi)危險(xiǎn)等級劃分， 最重要的因素是火災(zāi)荷載（貨物）的燃燒性質(zhì)、 分布狀況。 各國標(biāo)準(zhǔn)均在前部章節(jié)劃分自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置場所的火災(zāi)危險(xiǎn)等級。

1.1 各國標(biāo)準(zhǔn)中火災(zāi)危險(xiǎn)等級的劃分

我國《噴規(guī)》對倉庫自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)置場所分為3 個(gè)火災(zāi)危險(xiǎn)等級， 即Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ級倉庫，該危險(xiǎn)等級的劃分， 參考了NFPA 13 將貨品劃分為4 類加上塑料橡膠類的分類， 在一定程度上進(jìn)行了簡化。 FM DS 0801 將可燃物的危險(xiǎn)等級劃分為4類加發(fā)泡塑料類， 其中第4 類即為非發(fā)泡塑料， 同時(shí)第4 類和發(fā)泡塑料類還根據(jù)不同包裝形式做了進(jìn)一步區(qū)分。 BS EN 12845 首先將貨物根據(jù)燃燒性和存放狀態(tài)劃分為4 級， 當(dāng)貨物的儲(chǔ)放高度未達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)， 可視作中危險(xiǎn)級， 但超出高度規(guī)定時(shí)， 4 個(gè)級別的貨物則對應(yīng)到4 類儲(chǔ)存危險(xiǎn)等級。

《噴規(guī)》在條文中并未對常見貨物的火災(zāi)危險(xiǎn)等級劃分作直接規(guī)定， 而是借鑒了NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)的劃分情況， 與后者相似的是， FM DS 0801 數(shù)據(jù)冊、BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)均為常見貨物直接指定了火災(zāi)危險(xiǎn)等級。 但BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)有一點(diǎn)與美國標(biāo)準(zhǔn)不同， 即在劃分火災(zāi)危險(xiǎn)等級時(shí)考慮了貨品的具體種類和存放狀態(tài)。 以瓦楞紙箱為例， 當(dāng)紙箱壓平存放時(shí)， 劃為2 級； 當(dāng)紙箱打卷水平存放時(shí)， 劃為3級； 當(dāng)紙箱打卷豎向堆放時(shí)， 劃為4 級。 這樣的劃分提前將貨物的狀態(tài)納入了危險(xiǎn)等級， 該標(biāo)準(zhǔn)在約束各類場所的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)參數(shù)時(shí)則不再考慮這一因素， 而美國標(biāo)準(zhǔn)則把該因素放在確定自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)參數(shù)時(shí)， 與貨架形式等因素同時(shí)考慮。

1.2 混合貨物倉庫的火災(zāi)危險(xiǎn)等級

在各國標(biāo)準(zhǔn)中， 儲(chǔ)存塑料類貨物的倉庫均為火災(zāi)危險(xiǎn)等級的最危險(xiǎn)級別， 依據(jù)《噴規(guī)》劃分， 為倉庫危險(xiǎn)Ⅲ級， 在實(shí)際工程中， 關(guān)于含有塑料制品貨物倉庫的危險(xiǎn)等級， 在何種情況下劃分為“倉庫危險(xiǎn)Ⅰ級、 Ⅱ級場所中混雜儲(chǔ)存?zhèn)}庫危險(xiǎn)Ⅲ級場所物品”是常見爭議問題。

以北京市某儀器制造企業(yè)成品倉庫為例， 該企業(yè)產(chǎn)品為金屬物品， 由瓦楞紙外包裝盒內(nèi)襯海綿（聚氨酯）填充。 依據(jù)GB 50016—2014（2018 版）第3.1.3 條及第3.1.5 條， 該貨品采用了可燃固體包裝， 但當(dāng)包裝重量占比不超過25% 時(shí)， 仍屬于火災(zāi)危險(xiǎn)性戊類。 在進(jìn)行自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，按“倉庫危險(xiǎn)Ⅰ級、 Ⅱ級場所中混雜儲(chǔ)存?zhèn)}庫危險(xiǎn)Ⅲ級場所物品”場所選擇參數(shù)。 該企業(yè)由境外保險(xiǎn)公司承保， 保險(xiǎn)公司安全評估指出其噴淋系統(tǒng)不達(dá)標(biāo)。 依據(jù)NFPA 13， 當(dāng)A 組塑料的體積占比超過25% 或重量占比超過15% 時(shí)， 即劃分為A 組塑料危險(xiǎn)等級（Group A Plastic）。

再以華東地區(qū)某物流企業(yè)機(jī)場貨運(yùn)周轉(zhuǎn)倉庫為例， 該倉庫在進(jìn)行FM 項(xiàng)目咨詢階段， 即被認(rèn)定為儲(chǔ)存發(fā)泡塑料危險(xiǎn)等級場所， 原因是快遞包裹普遍使用塑料氣泡膜。 依據(jù)FM DS 0801， 當(dāng)發(fā)泡塑料的體積占比超過10% 且呈外包圍狀時(shí)， 即劃分為發(fā)泡塑料危險(xiǎn)等級（EP）。

與境外標(biāo)準(zhǔn)相比， 我國《噴規(guī)》未明確規(guī)定混合材料貨物， 特別是采用了塑料類包裝貨物的火災(zāi)危險(xiǎn)等級。 導(dǎo)致部分場所的危險(xiǎn)等級在工程可研、 設(shè)計(jì)階段被低估， 為消防設(shè)施設(shè)置不足埋下隱患。

2 貨架形式

貨架是高架倉庫的基本構(gòu)成， 貨架的高度、 通道間距、 層板尺寸與通透性是影響貨物燃燒和自動(dòng)滅火系統(tǒng)效果的重要因素。

2.1 貨架高度與貨架內(nèi)噴頭

當(dāng)高架倉庫的貨架層數(shù)較多時(shí)， 位于倉庫頂板下灑水噴頭（以下簡稱“頂部噴淋”）的保護(hù)效果受到影響［5-6］， 國內(nèi)有研究表明， 這種情況下增大頂部噴淋的噴水強(qiáng)度、 加大水滴粒徑對抑火有正向作用［7］，但過大的噴水強(qiáng)度往往意味著更大的消防流量， 且增大頂部噴淋噴水強(qiáng)度對于貨架高度增加存在邊際效應(yīng)， 各國標(biāo)準(zhǔn)都允許采用設(shè)置貨架內(nèi)噴頭的方式， 減小頂部噴頭的水量或?qū)崿F(xiàn)更高的貨架高度。貨架高度并非判斷是否設(shè)置貨架內(nèi)噴頭的唯一條件， 本節(jié)僅討論因貨架高度而需要設(shè)置貨架內(nèi)噴頭的情況。

我國《噴規(guī)》中， 倉庫危險(xiǎn)Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ級場所中7.5 m 以上貨架高度， 即給出了貨架內(nèi)噴頭的設(shè)置規(guī)定。 NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定塑料類場所3 m 以上貨架高度可采用貨架內(nèi)噴頭。 FM DS 0809 數(shù)據(jù)冊規(guī)定貨架高度超過一定數(shù)值或希望降低消防供水流量時(shí)，可采用貨架內(nèi)噴頭。 BS EN 12845 規(guī)定當(dāng)采用多排貨架或貨架高度超過一定數(shù)值時(shí)， 采用貨架內(nèi)噴頭。

從各國規(guī)范的指導(dǎo)性來看， BS EN 12845 約束貨架內(nèi)噴頭的目的僅在于提升貨架規(guī)模， 即提高貨架的高度或密度； 而2 部美國標(biāo)準(zhǔn)還將該措施作為降低頂部噴淋噴水強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)措施， 當(dāng)采用了貨架內(nèi)噴頭時(shí)， NFPA 13 建議的場所危險(xiǎn)等級下降1 個(gè)等級； 但需要說明的是， 采用貨架內(nèi)噴頭降低頂部噴淋系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度， 在標(biāo)準(zhǔn)中僅適用于高度在6.1 m 以下的貨架。

以北京市某汽車配件制造企業(yè)生產(chǎn)車間中間倉庫為例， 該倉庫存放車間使用的原材料， 為箱裝非發(fā)泡塑料， 雙排貨架， 貨架高度3.5 m。 依據(jù)《噴規(guī)》， 可采用24.5 L／（min·m2）噴水強(qiáng)度的頂部噴淋系統(tǒng)， 或采用12 L／（min·m2）噴水強(qiáng)度的頂部噴淋系統(tǒng)加上一層貨架內(nèi)噴頭， 2 種系統(tǒng)的頂部噴淋系統(tǒng)作用面積均為200 m2。 依據(jù)NFPA 13， 可采用16.3 L／（min·m2）噴水強(qiáng)度的頂部噴淋系統(tǒng)， 或采用7.3 L／（min·m2）噴水強(qiáng)度的頂部噴淋系統(tǒng)加上一層貨架內(nèi)噴頭， 2 種系統(tǒng)的頂部噴淋系統(tǒng)作用面積均為232 m2。 由此可見我國標(biāo)準(zhǔn)略微嚴(yán)格。

2.2 貨架平面布置

貨架平面布置的2 個(gè)參數(shù)影響自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)置， 即通道間距、 貨架平面尺寸。

中美兩國標(biāo)準(zhǔn)中均使用了單排、 雙排、 多排貨架的概念， 分隔貨架的通道間距是區(qū)分單排和多排的標(biāo)志， 而BS EN 12845 則直接將通道的寬度作為確定場所危險(xiǎn)等級的條件。 我國《噴規(guī)》規(guī)定通道的最小寬度應(yīng)為1.1 m， 單排貨架的寬度不大于1.8 m， 否則將被視為雙排或多排貨架［8］； 這一規(guī)定與NFPA 13 相同， 但NFPA 13 對于一些場所還將通道寬度達(dá)到1.2 m、 2.4 m 作為系統(tǒng)參數(shù)的判斷條件； 而BS EN 12845 則規(guī)定單排貨架通道的寬度需達(dá)到2.4 m。

從各國標(biāo)準(zhǔn)對貨架的約束來看， 英國標(biāo)準(zhǔn)對“單排貨架”的限制更嚴(yán)格， 這是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)在規(guī)定自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)， 對單排、 雙排和多排貨架有比較明顯的區(qū)分， 而中美兩國標(biāo)準(zhǔn)在這一點(diǎn)區(qū)分不明顯。

2.3 貨架層板

貨架層板的形式影響著火災(zāi)時(shí)貨物的供氧助燃以及自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)發(fā)揮作用， 因此層板的形式與自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)置高度相關(guān)。

我國《噴規(guī)》規(guī)定設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)保護(hù)的貨架倉庫， 貨架應(yīng)采用鋼制， 并應(yīng)采用通透層板， 層板通透部分的面積不小于層板總面積的50%（安裝貨架內(nèi)置噴頭的上方層板為實(shí)層隔板除外）。 BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)定義了“柵條層板”的概念， 同時(shí)要求采用柵條層板時(shí)， 須在每一層層板下方設(shè)置貨架內(nèi)噴頭。 而NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)要求高度3.7 m 以內(nèi)的貨架可以采用柵條層板， 否則須采用通透層板， 其通透率要求同樣為不低于50%， 是中、 英標(biāo)準(zhǔn)的折中。與中、 美標(biāo)準(zhǔn)相比， BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)對層板的形式更為寬容， 允許通過加強(qiáng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的手段實(shí)現(xiàn)一定高度的貨架， 并使用豐富的層板形態(tài)。

以香港特區(qū)某物流倉庫為例， 該倉庫采用自動(dòng)化立體集裝箱貨架系統(tǒng)， 高度約為21 m， 層板為滾軸臺(tái)， 實(shí)際通透率不高于35%， 層間高度為1.5 ～3.5 m 不等。 該倉庫自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)置執(zhí)行BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)， 逐層設(shè)置貨架內(nèi)噴頭。 這樣的應(yīng)用場景， 在我國《噴規(guī)》中還得不到支撐。

另外， 我國《噴規(guī)》將封閉層板貨架視為堆垛儲(chǔ)物的規(guī)定與境外標(biāo)準(zhǔn)差異較大。 境外標(biāo)準(zhǔn)在定義貨架時(shí)， 始終伴隨著“排煙通道”的概念， 即便采用封閉層板貨架， 但貨物間仍可能存在間距， 因此燃燒狀態(tài)與堆垛貨物是存在差別的。

3 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)參數(shù)

高架倉庫的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)， 主要涉及倉庫頂部噴淋系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度、 作用面積， 貨架內(nèi)噴頭噴水強(qiáng)度、 間距、 動(dòng)作數(shù)量， 以及系統(tǒng)作用時(shí)間［9］，其中頂部噴淋系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度是最重要的參數(shù)。

3.1 頂部噴淋系統(tǒng)的基本參數(shù)

在約束頂部噴淋系統(tǒng)基本參數(shù)上， 各國標(biāo)準(zhǔn)都把倉庫火災(zāi)危險(xiǎn)等級、 貨架形式、 儲(chǔ)貨高度、 最大凈空高度這4 個(gè)要素作為判斷條件。 我國《噴規(guī)》與BS EN 12845 標(biāo)準(zhǔn)采用的體系相似， 即由上述4 個(gè)因素對應(yīng)規(guī)定需采用的噴水強(qiáng)度以及作用面積。NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)則對應(yīng)上述4 個(gè)因素， 分別建議了“設(shè)計(jì)曲線”， 即噴水強(qiáng)度和作用面積的組合； 另外， NFPA 標(biāo)準(zhǔn)在此處還將噴頭溫度級別納入考慮， 若采用高溫級噴頭， 則設(shè)計(jì)曲線低， 意味著消防需水量減少。

同一工程依據(jù)各國標(biāo)準(zhǔn)選擇的系統(tǒng)參數(shù)差異明顯， 以北京市某圖書出版企業(yè)倉庫為例， 該倉庫存放貨物為圖書， 采用多排貨架， 貨架高度20.15 m，最大凈空高度23.20 m。 依據(jù)各國標(biāo)準(zhǔn)確定的噴淋系統(tǒng)參數(shù)如表1 所示。

表1 某圖書高架倉庫噴淋系統(tǒng)參數(shù)Tab. 1 Sprinkler system parameters of a high rack book warehouse

3.2 倉庫型特殊應(yīng)用噴頭

控火型噴頭（CMSA）是一種針對倉庫火災(zāi)保護(hù)的特殊應(yīng)用噴頭， 其最大優(yōu)勢是大幅度降低了噴頭的工作壓力［10］。 FM DS 在2010 年將CMSA 噴頭表述替換為倉庫型噴頭， FM DS 0809 數(shù)據(jù)冊采用如下判斷條件， 對采用倉庫型噴頭的噴淋系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行約束： 倉庫火災(zāi)危險(xiǎn)等級、 貨架形式、 儲(chǔ)貨高度、 凈空高度4 個(gè)倉庫因素， 以及4 個(gè)噴頭特性因素： 噴頭的K 系數(shù)、 直立或下垂形式、 響應(yīng)時(shí)間、溫度級別。 而參數(shù)規(guī)定為“動(dòng)作噴頭數(shù)量與噴頭最小工作壓力”。 相對而言， 采用普通響應(yīng)-下垂型-大流量-高溫級噴頭， 有利于減少消防需水量。

NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)和我國《噴規(guī)》在采用倉庫型噴頭的噴淋系統(tǒng)參數(shù)和判斷條件方面與FM DS 相似，在以下3 個(gè)方面有所不同： ①我國《噴規(guī)》對于采用倉庫型噴頭的干式噴淋系統(tǒng)未作規(guī)定， 意味著采用該類型噴頭時(shí)須采用濕式系統(tǒng)； ②噴頭溫度等級在《噴規(guī)》中未作為判斷條件， 而在NFPA 13 標(biāo)準(zhǔn)中，高溫級噴頭被建議使用于干式系統(tǒng)； ③在《噴規(guī)》和NFPA 13 標(biāo) 準(zhǔn) 中 有ESFR 噴 頭 的 相 關(guān) 條 文［11］， 因此， 噴頭響應(yīng)時(shí)間均未作為倉庫型噴頭系統(tǒng)參數(shù)的判斷條件。

對于高度超過12 m 的高架倉庫， 我國《噴規(guī)》未對倉庫型噴頭的使用作出規(guī)定， 且國標(biāo)圖集19S910《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中建議： 當(dāng)貨架高度過高時(shí)， 不宜采用頂部倉庫型噴頭＋設(shè)置貨架內(nèi)噴頭的形式， 這限制了倉庫型特殊應(yīng)用噴頭的使用。 以浙江省某美資啤酒制造企業(yè)成品倉庫為例，該倉庫存放貨物為箱裝啤酒， 采用多排貨架， 貨架高度16.5 m。 依據(jù)《噴規(guī)》按倉庫危險(xiǎn)I 級設(shè)置普通頂部噴淋加貨架內(nèi)噴淋系統(tǒng)， 頂部噴淋系統(tǒng)噴水強(qiáng)度為18 L／（min·m2）， 作用面積為200 m2； 同時(shí)設(shè)置5 層貨架內(nèi)噴頭， 按動(dòng)作14 只考慮， 計(jì)算消防流量約為134 L／s。 后來該企業(yè)引入FM 認(rèn)證， 建議按2 類貨物采用倉庫型噴頭系統(tǒng)， 頂部噴淋使用直立型K240 噴頭， 動(dòng)作數(shù)量15 只， 工作壓力0.1 MPa， 貨架內(nèi)采用K115 噴頭， 按動(dòng)作10 只考慮，計(jì)算消防流量約為120 L／s。

4 結(jié)語

各國標(biāo)準(zhǔn)對于高架倉庫自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的條文體系龐大， 本文僅討論了其中的個(gè)別問題。 我國《噴規(guī)》 具有條文約束簡明、 尺度較為嚴(yán)格的特點(diǎn)；英、 美標(biāo)準(zhǔn)中各類概念的界定更加細(xì)化， 所規(guī)定的參數(shù)具有更豐富的應(yīng)用場景， 即在部分系統(tǒng)的設(shè)置上提供替代措施。

隨著近幾年火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬工具的成熟， FM DS 數(shù)據(jù)冊更新的信息量明顯增大。 期待我國標(biāo)準(zhǔn)也能夠在應(yīng)用場景方面做細(xì)分和擴(kuò)展， 以便于指導(dǎo)高架倉庫的自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)置， 保障此類場所的消防安全。