高架库房的消防设计与探讨

摘要：肇东伊利新建工程的成品库房，是一座全自动立体高架仓库，该库房具有层高高（＞ 20 米 ），空间大，货架布置密集的特点。通过对该工程的水消防设计，阐述了高架库房的室内消防用水量的计算方法，对自动喷水灭火系统的方案选择进行了技术经济比较及系统设计，并提出了一些个人的看法与观点。

关键词：高架库房、消火栓、自动喷水、消防用水量。

•  工程概况

肇东伊利新建工程厂址南临三 0 五国道，位于肇东县城的郊区，暂无完善的市政给排水设施，其消防设计立足于自救。该工程主体建筑为轻型坡屋顶钢架结构，局部办公区为钢筋混凝土结构，建筑总面积达 32800m 2 ，高架库房最高处标高为 22.675 （钢梁底）米，该建筑为综合生产车间，从原奶收购到最后包装成品的出厂均在该建筑物内完成，车间内设置了收奶间、前处理间、灌装间、包装间、包材库、成品库等，同时，还设置了为工艺生产提供配套服务的高、低压配电所、制冷间、冷库、水泵房及办公室。为满足生产需要，同时符合消防要求，车间设置了不同的防火分区，各防火分区之间采用防火墙分隔，且每个防火分区的面积均控制在《建筑设计防火规范》（以下简称“建规”）的允许范围之内。由于生产工艺要求，车间内的包装间与高架仓库之间无法采用防火墙或防火卷帘分隔，为满足《建规》要求，需在二者之间设置消防水幕带作为两防火分区的分隔，其具体设置设计见后。

二、消火栓系统的设计

1 、消防水源

本工程的生产、生活及消防水源为厂区内的深井，为保证工程消防用水的安全，厂区内设置一座 800m 3 的消防专用水池（其中高架库房消防水量 432m 3 ，消防水幕带 216m 3 ，室内外消防用水 288m 3 ），消防时不足部分由厂区深井补充。

2 、室外消火栓系统

本工程主体建筑为戊类，局部为丙类，各不同防火分区之间采用防火墙和防火门与其他防火分区严格分隔。如按照“建规”中的标准，耐火等级一、二级的戊类建筑考虑，其室外消防水量为 20L /S 。但如果各防火分区作为独立主体考虑，其室外消防水量最大的为丙类的包装材料库（ 25L /S ）。按照消防设计从严的原则，本联合生产车间室外消防水量设计按 25L /S 取值。根据供水管网的水压和供水量及生产的实际情况，室外消火栓系统的平常供水压力由生产供水泵常开保证，消防时，启动专用消防泵供水灭火。在厂区内共设置了十二座地下式室外消火栓（主要考虑冬季室外消火栓的防冻要求），室外消防给水管网采用环状布置，消火栓沿环状消防管网并结合单体建筑的要求，间隔距离按 110m 左右均匀布置。

3 、室内消火栓系统

根据“建规”规定，室内消火栓用水量为 10L /S ，同时使用水枪数量为 2 支，每支水枪的最小出水量为 5L /S 。由于高架库房的货物最高摆放高度超过 20 米 ，因此水枪的倾斜角度一般不宜超过 45 °，按照水枪充实水柱长度计算公式： S K = （ H 1 -H 2 ） /sin α（ H1 为室内最高着火点离地面高度， H2 为水枪嘴距离地面高度，一般取 1 米 ，α为水枪的上倾角一般为 45~60 o），经计算，当水枪的倾角为 45 o时，如满足“自水枪喷嘴起到射流 90% 水柱水量穿过直径 38cm 的圆圈”处的射流长度要求，其所需的直流水枪充实水柱长度为 SK= （ H1-H2 ） /sin45=1.41 （ H1-H2 ） =1.41 （ 22-1 ） = 29.61 米 。消火栓栓口所需压力可按如下公式计算：

H xh =h d +H q +H k =A Z L d q 2 xh +q 2 xh /B+H k

式中 H xh ——消火栓栓口处所需水压， kPa ；

h d ——水带的水头损失， kPa ；

H q ——水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压， kPa ；

q xh ——灭火射流出水量， L/s ，应按灭火所需的充实水柱计算确定；

A Z ——水带的比阻，按有关标准采用；

L d ——水带长度， m ；

B ——水流特性系数；

H k ——消火栓栓口水头损失，按 20kPa 计算；

通过计算，当水枪口径采用 19mm ，水龙带长度 25m 时，消火栓栓口压力为 131.25m 水柱，水枪流量为 13.3L /s 。此时水枪的反作用力大大超出了一个正常操作人员所能把握的力度（按照有关资料的介绍，一个未经专门训练的成年人，在灭火时把握水枪的作用力为 15kg ，专门训练的消防队员所把握水枪的反作用力为 20kg ），为此，“建规”中要求高架库房必须设置自动喷水系统。综合本工程的特点和要求，充实水柱按 17m 计（“建规”规定，高层工业建筑、高架库房最低充实水柱长度大于 13 米 ），此时，水枪的反作用力为 20.13kg ，此时水枪出口消防水量为 7.5L /S ，因此，室内消防设计用水量采用 15L /S 。

三、自动喷水灭火系统方案的选择

根据工程的具体情况，对高架库房自动喷水灭火系统的设计考虑了以下两种方案，并作出相应的比较，综合各方面因素，确定最终的设计方案。

•  采用雨淋系统

根据《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称“喷规”），在具有下列条件之一的场所，应采用雨淋系统：

①火灾的水平蔓延速度快、闭式喷头的开放不能及时使喷水有效覆盖着火区域；

②室内净空高度超过本规范 6.1.1 条的规定，且必须迅速扑救初期火灾；

•  严重危险 II 级；

本高架库房满足（ 1 ）、（ 2 ）要求，但本工程并不适合采用。一方面，由于一个雨淋阀控制面积最大为 260m 2 ，而该仓库面积达到 3200m 2 ，所需的雨淋阀组至少 13 组，在施工和安装时难度较大；另一方面由于本仓库内贮存的物品为乳制品，当被水污染后，会造成比较大的损失，同时，由于仓库属空旷布置，当着火部位位于不同的雨淋系统交界处时，损失会更大，特别是在系统误动作的情况下。显然，本库房采用雨淋系统，不是一种合适的选择。

2 、依据 “ 喷规 ” ，当仓库高度超高时，可采用早期抑制快速响应喷头。

如在建筑高度大于 12 米 的仓库，仅在顶板下设置快速响应早期抑制喷头，将不能满足有效灭火能力的需要，而在货架内增设喷头，是对顶层喷头灭火能力的补充。因此，设计中采用了除在屋面顶板下布置流量系数为 K=200 的快速响应早期抑制喷头外，还在货架内安装了流量系数 K=200 的早期抑制喷头，货架内喷头布置按每隔 4 米 高度布置一层。如前面所述，该高架库房层高较高，货物堆积密度大，虽布置了消火栓、消火系统，但消火栓灭火能力有限，特别是货物堆积高度达 20 米 以上，有些位置无法有效地采用消火栓灭火。为保证该高架库房的安全，在货架内每隔 4 米 的高度设置快速响应早期抑制喷头（由于该工程设计于 2004 年设计完成，原“喷规”未明确货架内所选用喷头型式，在新版“喷规”中已明确可采用 K=80 或 K=115 的普通喷头，并明确了相应的压力）。该方案具有系统形式简单，报警阀组少，投资造价低，管理方便等优点。通过上述二种方案的比较，第二种方案乃是一种经济、合理、适用且满足国家规范要求的可实施方案。

四、自动喷水系统设计

4.1 高架库房的喷头与管网系统的布置

本高架库房的危险等级按仓库危险等级 Ⅰ 级设计。屋面下设置流量系数 K=200 的快速响应早期抑制喷头。喷头布置间距为 3.0m × 3.0m ，局部按照建筑物的尺寸要求和 “ 喷规 ” 中对喷头距边墙与喷头之间相互影响的最小（不小于 2.4 米 ）的规定，同时还得满足喷水灭火时不得留有空白的要求，局部尺寸采用 2.4m × 3.0m 。由于高架库房内货架每层高度 2 米 ，若每层货架内设置喷头，货架内货物的摆放会因喷头的设置要求受到限制，且工作人员操作时极易误碰喷头，因此，按照“喷规”要求，当货架内货物堆积高度超过 9.5 米 ，应自地面起，每隔 4 米 必须设置货架内喷头，该要求也是为了尽可能保护库房内货物安全。由于高架库房高度较高，货物的堆集采用自动机械手，在每两排货架之间安装自动机械手导轨，为不阻挡机械的运动，货架内喷头安装于货贺内，管道利用货架支撑，喷头间距 2.6 米 ；每间隔 4 米 布置一排流量系数 K=200 快速响应早期抑制喷头，为更有效地扑灭早期火灾，要求货架托盘底板采用实层板

4.2 自动喷水系统用水量

根据“喷规”的规定，设置货架内置喷头的仓库，顶板下喷头与货架内喷头应分别计算设计流量，并应按其设计流量和确定系统的设计流量。每个喷头的流量按如下公式计算：

q=K 10P

其中 K=200 P=0.5MPa ，经计算 q= 7.45L /S 。

该高架库自动喷水系统的设计用水量应为 12 只 K=200 的快速响应早期抑制喷头出水量与 4 只货架内喷头出水量之和，即 119.2L /S （ 12 × 7.45+4 × 7.45=119.2 ）。

4.3 自动喷水灭火系统压力的确定及报警阀组的设置

作为仓库火灾危险Ⅰ级的系统，采用 K=200 快速响应早期抑制喷头的最低工作压力为 0.50MPa ，而货架内喷头的设置是每隔 4 米 设置一层喷头，总共设置 5 层，作为消防系统供水而言，其供水压力应满足最不利点的压力要求，因此设计中供水压力应是按房面最不利点喷头压力来确定供水管网压力。由于该高架库房采用远程全自动进出货物，平常里面基本无工人操作，在报警阀的设置和管网系统布置时，充分考虑其安全性。按照规范要求，保护屋顶的喷头采用一组报警阀，货架内喷头、采用两组报警阀，同排的货架内喷头由同一组报警阀控制，这样设置可为在火灾时，为迅速寻找着火点提供保障。报警阀设置于消防值班室附近集中布置，虽然这种集中布置在管道材料造价有所增加，但作为无人操作的自动高架库房，从消防安全性来看更合理。另外，由于喷水灭水系统设计流量大，管路长，为减少管网最远与最近作用面积。因管网阻力而产生的压力差，保证压力均衡，因此在管道设计时，适当放大供水主干管的管径。

五、关于超高高架库房消防设计的探讨

根据“喷规”要求，当最大净空在规定范围之内时，表中给出了喷头布置最大间距和最低工作压力，且规定了货架内设置喷头类型及压力要求，使屋面喷头喷水能力得到补偿。随着我国经济的高速发展，很多高架库房最大净空会超出规定，但“喷规”中并未给出应按照哪一款确定屋面喷头布置的间距及喷头最低工作压力，再者，设置货架内喷头时，也未指出喷头应选用强度的要求。另外，对于货架内喷头设置位置“喷规”中也未明确规定。在一些设计工程实例中，有些人将货架内喷头布置于货架之间的通道上，其理由是着火时可保证人员迅速高开火灾现场。但是我们知道，当火灾发生时，特别是着火点位于货架内部时（往往这种着火的可能性更大），由于货架及货物的遮挡，设置于走道内的喷头几乎不能起到灭火和阻止火势的蔓延的作用；同时，一般高架库房的货架均采用轻钢结构，当其着火时如不能迅速扑灭，即便是钢结构采用了一些被动防火措施（刷防火涂料等），也无法保证由于局部货物的倒塌而引起的多米诺效应的发生。但是采用 K=200 的快速响应早期抑制喷头，由于其流量大，压力要求高，管道安装于货架内对支撑货架要求比 K=80 的喷头（最低工作压力 0.1MPa 、 Q= 1.33L /S ）高出许多。

六、结束语

综上所述，采用合理的消防设计方案，可以降低超高空间建筑造价，降低成本，是控制火灾，有效灭火设计的关键之所在。对于设计中存在的或规范中不甚明确的问题，则有赖于工程技术人员根据工程实际情况，进行合理有效的处理。

________________________________________________________________［2007第1期］