大型電子工業(yè)潔凈廠房防火設計分析

朱成仁

摘要：與普通的建筑物比較，潔凈廠房空間面積大，空間設計復雜，凈空高，造價高，有毒易燃物質(zhì)的儲量大。但由于潔凈廠房的大空間需求，其室內(nèi)的物理空間也很難分割開來，所以其消防安全的設計常常很難達到目前的消防標準，消防系統(tǒng)中有很多的問題。因此，在消防設計中應采取哪些措施防止危險化學品的傳播，并引導人們進行安全撤離，這既是一個值得討論的問題，也是一個迫切需要研究的問題。針對大型潔凈電器工廠采用了防火分區(qū)、安全疏散通道、特殊氣體容器等多種防火措施，采用了防火特性化的設計方案，以減少其火災危險性，提高防火安全性能。

關(guān)鍵詞：大型潔凈工廠；危險物品；特種氣體容器；功能化設計；人員撤離

目前很多世界知名的高科技公司都在中國設立了自己的工廠，并在中國建設了一批IC、LCD、各種電子器件廠。這些企業(yè)的潔凈廠房都比較封閉，有些車間還沒有開窗戶，通風系統(tǒng)對空氣循環(huán)的需求量大，有些車間的生產(chǎn)還會使用特殊易燃易爆、劇毒、化工產(chǎn)品，加之潔凈室的通道又窄又長，因此必須注意防火問題。與傳統(tǒng)的建筑物比較，潔凈廠房的空間面積較大，空間相對密閉，凈空較高，造價較高，有毒易燃物質(zhì)的儲量較大[1]。但由于其對建筑用途的需求，其室內(nèi)的物理空間也很難分割開來，因此其消防安全的設計常常很難達到目前的消防標準，消防設計中的問題很多。因此，如何正確進行防火設計，防止危險化學品的蔓延，引導人員從消防通道安全撤離，既是一個值得討論的問題，也是一個迫切需要研究的問題。

1 大型潔凈廠房防火設計要點

1.1? 開放式辦公室撤離間距

根據(jù)GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規(guī)范》5.3.3條中所述，從內(nèi)部任意一個點到最近的安全通道的直線間距不得大于37.5m[2]。因大型潔凈廠房占地面積大，辦公區(qū)域2、3、4層部分區(qū)域的人員進出通道難以滿足上述規(guī)定，最長疏散距離超過了37.5m。

1.2? 生產(chǎn)區(qū)疏散距離

《建筑設計防火規(guī)范》3.7.4條規(guī)定，廠房任何一個點與最近的安全通道之間的間距不得超過表1所述的范圍[3]。

該工程屬C級高層建筑，耐火級別為一級，1層、2層回風層和3層生產(chǎn)區(qū)最大撤離距離不能超過40m，現(xiàn)實中在一層的核心區(qū)域的最大撤離距離為62m；撤離的間距不能滿足規(guī)范的規(guī)定，其他的都能滿足。

1.3? 一層的安全通道

鑒于該工程的主體結(jié)構(gòu)龐大，使得第一層中部的撤離樓梯不能直接通向戶外，因此，在一層的疏散通道上采用了一個安全的逃生走道，見圖1。

1.4? 通風系統(tǒng)消防閥門的安裝

《建筑設計防火規(guī)范》10.3.12條規(guī)定，通過消防區(qū)域的通氣管必須安裝消防閥門。實際工程中有一些排風管線必須通過消防區(qū)域，但由于工藝技術(shù)要求又不能設置消防閥門，見圖2。

1.5? 一層?；穬Υ婧吞厥鈿怏w供應

《建筑設計防火規(guī)范》3.3.9條規(guī)定，在工廠內(nèi)設置甲類和乙類中間倉時，其儲存的數(shù)量不得超出24h的需要。中間庫房必須緊挨著外壁設置，并使用防火墻及不燃材料與其他部位隔離，且該樓板的防火限值不得小于1.5h[4]。所設計工程案例的原料和制品是硅晶圓，需要使用A、B類化學品和特種氣體（下文稱特種氣體）。按照以上要求，必須對使用A、B類化學品和特種氣體的面積、體積和化學品的總數(shù)量進行計算和分析。

2 防火設計的目標和策略

2.1? 防火設計目標分析

為了驗證防火設計方案是否滿足以上所提到的火災安全指標要求，常使用火災安全工程的模擬計算與分析。人員安全撤離的目的在于發(fā)生火災時，將人員安全地撤離到大樓外部的安全地帶。通常有兩種確認方式：①將項目的具體情況與國內(nèi)現(xiàn)有的防火技術(shù)規(guī)程進行比較；②采用計算機模擬和數(shù)值分析計算確定火災安全性的工程措施。

2.2? 消防安全設計目標判定

影響人員安全撤離的因素有：煙霧層高度、熱輻射、對流熱、能見度等。

2.2.1? 煙霧層高度

火災煙霧中含有一定熱量、膠質(zhì)、有毒物質(zhì)等，嚴重阻礙了廠房內(nèi)部人員的安全撤離和消防員的營救工作。當人員撤離時，煙霧層必須距離人的頭頂上方有一定高度，這樣人們就可以避免煙霧或者被熱煙霧所帶來的熱量影響。本文中所給出的量化判定標準是：在撤離期間，煙霧層必須能夠保證離地2.0m。

2.2.2? 熱輻射

根據(jù)國際權(quán)威組織關(guān)于人類對熱輻射的耐受性試驗發(fā)現(xiàn)，人體對煙氣層等火災環(huán)境的輻射熱的耐受極限為2.50kW/m2，即相當于上部煙氣層的溫度為l80～200℃。

2.2.3? 對流熱

吸入高熱的氣體會引起中暑和灼傷。對呼吸過程中的熱風溫度與人體的忍耐時限進行分析，得到表2相關(guān)數(shù)據(jù)。

表2? 人員對高溫氣體的容忍限度

溫度和濕度條件 ＜60℃，

水分飽和 60℃，

水分含量＜1% 100℃，

水分含量＜1%

耐受時間 ＞30min 12min 1min

2.2.4? 能見度

通過將該項目的具體狀況與上述分析進行比較，假設在發(fā)生火災時，大樓仍能保持下列條件，那么，可以推測出人體是可以承受的：①煙霧層的高度高于身體承受限度的離地2.0m；②熱度、能見度、毒性等不超過人體所能承受的限度，否則就會危害人類健康。

在對建筑物火災安全性評價的實務中，一般都是運用計算機進行火災安全性評價，并運用數(shù)值分析和計算的方式加以檢驗。在進行評價時，必須對被評價廠房的火災風險進行分析，并依據(jù)其危險程度確定合適的防火方案；在此基礎上，利用計算機仿真軟件，對火災環(huán)境中的煙氣、溫度等動態(tài)特性數(shù)值進行計算，得出火災現(xiàn)場的可用疏散時間TASET；然后，在給定的火警環(huán)境中，設置對應的人員安全撤離方案，通過仿真程序，求出應急疏散條件下的必需疏散時間TRSET；最終對比TASET與TRSET的大小。TASET為可用疏散時間，也就是從火災開始到人員疏散到安全區(qū)域的可用疏散時間；TRSET是指必需疏散時間，也就是從起火開始到人員疏散到安全區(qū)域的必需疏散時間。

人員安全疏散分析的性能判定標準為：可用疏散時間TASET必須大于必需疏散時間TRSET。可以假定在設計好的火災環(huán)境，在不危及人身安全的情況下大樓里的所有人都可以撤離到安全地帶。在此基礎上，提出在火災發(fā)展和人員撤離過程中的一般時間參量的變化規(guī)律。

2.3? 防火設計策略

2.3.1? 辦公區(qū)和生產(chǎn)區(qū)的隔離

采用兩層防火墻將辦公室和工廠隔離開來，因為工作區(qū)域和生產(chǎn)車間之間有著完全的、穩(wěn)定的耐火隔離，所以可以將生產(chǎn)區(qū)和辦公區(qū)視為兩個相鄰的單獨的建筑物。辦公區(qū)域總高23.373m，屬于多層辦公樓。

對于2、3、4層不能滿足撤離距離的辦公區(qū)域，不能長期放置辦公桌和椅子。

在辦公場所設置智能緊急逃生指示系統(tǒng)，以保證工作場所中的人員在最短的時間里通過適當?shù)奶由窂竭M行撤離。

2.3.2? 生產(chǎn)區(qū)的安全疏散

該潔凈廠房在生產(chǎn)輔助區(qū)域內(nèi)配置了主要設施，配備了火災警報和消防設施，并且在回風系統(tǒng)中設置了防眩光指數(shù)小于0.01%/m的高靈敏消防預警系統(tǒng)。在廠區(qū)1、2、3層都設有高靈敏的早期火災預警監(jiān)測裝置，按照《電子工廠潔凈廠房設計規(guī)范》的要求，安全撤離的距離為60m。

2.3.3? 一層的疏散通道

該潔凈廠房的職工約200人，其中1、2層約50人，3層約100人。支持區(qū)是為工廠內(nèi)的各類儀器和設備提供服務，且由主控室進行控制，很少有員工能看到，也不需要維修。輔助室的一小段通道與安全疏散通道相連，該通道是為材料和儀器設備的運輸而設置的，并不是疏散通道。按照第一層的安全疏散通道的面積和有關(guān)技術(shù)規(guī)定，建議如下：①走廊地板耐火極限應達到1.5h以上，兩邊墻體應設置防火墻體；②走廊內(nèi)直接通往戶外的通道應至少2個，并沿各方向布置；③過道的凈寬不應低于各消防分區(qū)進入過道時的總疏散總凈寬；④室內(nèi)通道裝飾用的防火等級達到A級；⑤通道內(nèi)要設置消火栓、應急照明、應急廣播及消防專線；⑥支持區(qū)所有的逃生通道都是直接打開的，所有的人都可以從此通道向外面撤離。

2.3.4? 通風管道防火閥設置

目前，芯片加工企業(yè)正處于高速發(fā)展階段，其產(chǎn)品周期較短，設備配置不穩(wěn)定，對潔凈廠房的空氣質(zhì)量有較高的需求；在潔凈廠房，排氣管路內(nèi)設置的消防閥門不適合潔凈廠房的凈化。由于排氣管廢氣的特性使其容易受到侵蝕。

潔凈廠房在制造中必須采用易燃易爆、劇毒、特殊化學物質(zhì)，在發(fā)生火情時，仍然存在著有毒、有害的特殊氣體和化學物質(zhì)，所以必須保證工藝排氣裝置的正常運轉(zhuǎn)。當潔凈工廠發(fā)生火災時，排氣管路的消防閥門會關(guān)閉排氣裝置，從而造成各種易燃易爆、有毒化學品的含量增加，對工廠的滅火和救援工作不利。由于生產(chǎn)技術(shù)要求和工藝排氣的可靠度要求，在排風口處不得設置消防閥門。如果必須通過防火隔斷（防火墻、樓板），則通風管線的耐火極限不應低于3.00h。

2.3.5? 廠房一層危化品儲存和特殊氣體供應

為保證火災發(fā)生時的消防分隔完整有效，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全，對貫通一層的燃氣管線周邊裂縫采用阻燃物質(zhì)封閉，管道貫通部位沒有焊接點。

通過液體供給箱和特種氣體供給體系對危險物品和特種氣體進行供給。按照危險物質(zhì)的理化性質(zhì)，并與生產(chǎn)過程相聯(lián)系，將其按類別、分組貯存。A類可燃、爆炸類危險性氣體、液體布置于靠近外墻的隔離室；B級以下危險性氣體或液體，可以在核心區(qū)域內(nèi)設置特氣柜、特氣間；通過閥門箱、輸配管道輸送到所需的生產(chǎn)裝置。

在氣體和化學品控制間設有氣體泄漏警報控制裝置。在化工儲藏室、生產(chǎn)車間溶劑室、易燃氣體室中，氣體檢測器在有毒氣體室、氣體閥門盒和氣體柜內(nèi)的排氣管道周圍設置。

為防止室內(nèi)易燃的化學蒸汽積聚，在整個室內(nèi)，除了配備全室內(nèi)通風系統(tǒng)之外，還必須設有緊急排氣系統(tǒng)，并與氣體密度探測警報設備相配合。在氣體密度警報裝置工作時，會自動開啟意外排放。

3 結(jié)語

在大型潔凈廠房的一層設有一條安全的疏散通道，它能保證大樓每一樓層的人員在發(fā)生火災時到達一層后安全撤離；在一層，發(fā)生火災時，所有的人都可以從工廠外墻設置的逃生通道中逃生；支撐區(qū)域通往安全撤離通道的大門為一級消防閘門，通常是關(guān)閉的，只有輸送、運輸材料和設備時開啟。由于潔凈廠房要求持續(xù)排風，所以有些通過消防區(qū)域的通風管線沒有安裝消防閥門。排風口是由阻燃的材料制成，其燃燒極限為3h，排風管是一個單獨的消防裝置，發(fā)生火災時，可以將廢氣和高溫氣體直接送入屋頂排氣裝置（跨越鄰近的消防區(qū)域），從而避免因沒有設置消防閥門而造成的火災擴散到鄰近的消防分區(qū)。

參考文獻：

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[3]李瑤.解析醫(yī)藥工業(yè)廠房建筑設計[J].中國住宅設施，2018（2）：85-86.

[4]鄭雁秋.大型電子工業(yè)潔凈廠房防火設計探討[J].消防科學與技術(shù)，2018，37（2）：195-197.

Analysis of fire protection design of large electronic industry clean workshop

Zhu Chengren

（Lingang Fire and Rescue Section of Pudong New Area， Shanghai 201306）

Abstract： Compared with ordinary buildings， clean workshops have a large space area， complex space design， high headroom， high cost， and large reserves of toxic and flammable substances. However， due to the large space requirements of clean workshops， the indoor physical space is also difficult to separate， so its fire safety design is often difficult to meet the current fire protection standards， and there are many problems in the fire protection system. Therefore， what measures should be taken in fire protection design to prevent the spread of hazardous chemicals and guide people to evacuate safely is both a question worthy of discussion and an urgent need for research. For large clean electrical appliance factories， a variety of fire prevention measures such as fire compartments， safe evacuation passages， and special gas containers are adopted， and a fire protection characteristic design scheme is adopted to reduce fire risk and improve fire safety performance.

Keywords： large clean factory; dangerous goods; special gas container; functional design; personnel evacuation