对港口自动化立体仓库灭火系统设置的分析

□张韡

自动化立体仓库是采用自动化控制技术、实现计算机辅助管理货物的自动储运的无人高架仓库，其具有先进的储运设备，可实现对货物的单元化集装、大容量贮存和货物储运的机电一体化动态管理。

随着港口经济的飞速发展，自动化立体仓库以其占地面积小、储存量大等特点，作为港口码头中转仓库在未来将得到更加广泛的应用。

一、自动化立体仓库火灾特点

（一）火灾隐患多。作为港口中转仓库使用的自动化立体仓库储存的大多是可燃物品，如纸张、橡胶制品、外包装为可燃物品的机电配件等。此外，高架仓库自动化程度的提高，电器设备增加，极有可能出现电气短路火花、机械设备故障火花等。

（二）火势蔓延迅速、燃烧猛烈。自动化立体仓库的货架一般在中间设置为双排，靠外墙边设置为单排。货格根据货箱的大小而设置，货箱间留有一定的空隙。起火后，火焰便通过竖向和水平缝隙迅速扩展，很快穿到屋顶，火势迅速蔓延，而且仓库内单位面积贮存的物品是普通仓库的5～10倍，其货物的集中堆放，会使燃烧强度大大增加，火势更猛烈。

（三）火灾破坏力度大。自动化立体仓库的货架一般采用钢质结构。钢材在温度200℃以内强度变化不大；温度到达250℃时，其材料极限强度局部提高；温度超过300℃后，屈服点出现，极限强度急剧下降；一般在600℃时已完全丧失支撑能力。而一般固体在燃烧时，火焰温度可达700℃。为了抢救物资和扑灭火灾，要求构筑物具有一定的耐火能力即耐火极限；此外在高温时，钢货架遇水冷却会产生变形，严重时导致货架倒塌。据介绍，国外高架仓库发生火灾后，一般在10多分钟后货架和库房屋顶即全部倒塌。

（四）人工扑救难度大。自动化立体仓库为提高使用率、减少占地面积，不断向高空发展，一般压力的消火栓已无力将水枪的充实水柱压送到立体仓库的建筑高度。同时，由于仓库的建筑物空间规模也越来越大，货架与墙壁之间的距离、货架与货架之间的距离却又要求设计至最小程度，所以自动化立体仓库具有货架高、巷道窄、无人工作等防火特点。一旦发生火灾，进入库内灭火将十分困难。此外，一些高架仓库采用了无窗的设计方式，空调系统有助于火势蔓延，照明不能保证，因此消防灭火更困难。

（五）损失严重。自动化立体仓库内储存着高密度货物，有昂贵的自动搬运、仓储设备以及外围建筑物，一旦发生火灾将会在很短的时间内烧毁大批物资，造成巨大的经济损失。

二、工程实例及消火栓系统的设计

以一座单层钢结构高架仓库为例，该仓库建筑面积为6 000 m2，最大净空高度为17.5 m，最大储物高度为16 m，耐火等级为二级，储存物品火灾危险性为丙类，钢质货架采用通透层板 （层板中通透部分的面积层板的60%）。

该仓库与目前港口同类仓库相比具有体积大、自动化程度高等特点。通过对其灭火系统的分析，有助于探讨此类码头中转仓库的室内消防用水量的计算、自动喷水系统的方案选择及系统设计。

（一）室外消火栓系统。根据 《建筑设计防火规范》第8.2.2条规定，本工程室外消防用水量不应小于45 L／s。室外消防给水管网布置成环状，由市政不同管段引入两根DN300的给水管，共设6个地上式消火栓，沿环状消防车道均匀布置。

（二）室内消火栓系统。根据 《建筑设计防火规范》第8.4.1条规定，室内消火栓用水量不应小于10 L／s，同时使用水枪数量为2支，每支水枪的最小出水量不应小于5 L／s。高架货架的货物最高摆放高度为16 m，水枪的倾斜角度为45°时，水枪倾斜射流的灭火示意图如下：

经计算，水枪的倾斜角为45°时所需的直流水枪充实水柱长度为：

水枪喷口口径为19 mm时，消火栓栓口压力大于0．5 MPa，因此水枪的倾斜角度可按60°计算。

充实水柱长度可取18 m，消火栓栓口压力为0.43 MPa，流量为8.2 L／s。因此，本建筑的室内消火栓用水量应为16.4 L／s。为安全起见，室内消火栓用水量采用17 L／s。

由此可以看出，消火栓给水系统直接参与自动化立体仓库内的灭火是十分困难的。其主要原因是自动化立体仓库内采用的是高空间、窄通道的布置形式，且火灾时烟雾、照明条件等都不利于灭火人员的进入，且无法达到必须的充实水柱。因此，自动化立体仓库内消火栓仅作为一种补充设施，而主要应由自动喷水灭火系统实施灭火效能。

（三）室内消防给水设施。屋顶设置18 m3消防水箱提供火灾初期用水，同时为室内消火栓系统、自动灭火系统稳压，设室内消火栓、喷洒稳压设备各一套。

该仓库地下设消防水泵房，泵房内设消防水池，为室内消火栓及喷洒系统供水。泵房内设自动灭火系统加压泵及室内消火栓系统加压泵。

三、自动喷水灭火系统方案选择

（一）雨淋系统。根据 《自动喷水灭火系统设计规范》第4．2．5条规定，室内净空高度超过本规范6．1.1条的规定 （即采用快速响应早期抑制喷头的仓库，室内最大净空高度为12 m），且必须迅速扑救初期火灾的，应采用雨淋系统。

5.0.4条中规定，雨淋系统中每个雨淋阀控制的喷水面积不宜大于本规范表5.0.1中的作用面积，但是5.0.1条为 “民用建筑和工业厂房”的系统设计参数，且表中净空高度小于等于8 m，而本建筑为仓库且净空高度远远大于8 m，是否可以参照5.0.1条关于作用面积的规定？如果可以的话，单个雨淋阀控制的作用面积为160 m2，本仓库建筑面积为6 000 m2，根据规范则需要安装38个雨淋阀。安装如此大量的雨淋阀无论是在建设成本还是在日常维护管理方面都是不利的。另外，何种建筑属于必须迅速扑救初期火灾的建筑，规范中并未明确规定。同时，考虑到初期火灾几个喷头喷水即可灭火，而雨淋系统一经开启，大量开式喷头同时动作，其水渍损失远远大于闭式系统。

（二）ESFR与货架内喷头相结合的自动灭火系统。为应对高架仓库火灾的挑战，美国FM实验室于20世纪80年代末完成了 “快速响应，早期抑制” （ESFR）自动喷水灭火技术的研究开发，并到了国际消防界的认同。在过去十几年里间，ESFR喷头在大空间、货物堆积高以及火灾荷载大的特殊场所得到了广泛使用。因此该仓库屋面顶板下喷头选用ESFR喷头，根据早期抑制快速响应喷头自动喷水灭火系统的特点，采用湿式系统。

但是该仓库的最大净空高度 （17.5 m）及最大储物高度 （16 m）已经超出了ESFR喷头可以保护的最大高度，因此在自地面起4 m高度处设置一层多排货架内置喷头，对顶层喷头灭火能力进行补充，货架内置喷头选用快速响应喷头，如货架内置喷头上方有孔洞、缝隙，则应在喷头上方安装集热挡水板。

1.自动喷水灭火系统的设计

（1）该仓库按仓库危险等级Ⅱ级设计，屋面下设置流量系数为K＝360的ESFR喷头。喷头布置间距不大于3.0 m且不小于2.4 m，屋面喷头的流量按下式计算：

Q—喷头流量 （L／s）

P—喷头工作压力 （MP）

K—喷头流量系数

（2）货架内置喷头选用快速响应喷头，流量系数K=115，喷头工作压力不应小于0.10 MP，为使喷头的出水充分作用于着火范围，货架内置喷头的安装可采用45°下喷的形式，喷头布置间距不小于2.0 m不大于3.0 m，货架内置喷头流量为：

（3）自动喷水灭火系统用水量。根据 “喷规” 9．1．5、 9．1．6， 当建筑内设有不同类型系统或不同危险等级的场所时，系统的设计流量，应按其设计流量的最大值确定。因此，自动喷水系统的设计用水量，应为12只K＝360的ESFR喷头出水量与8只货架内置喷头出水量之和的最大值：

2.自动喷水灭火系统压力的确定及报警阀组的设置

由于K＝360的快速响应早期抑制喷头的最低工作压力为0．30 MPa，而作为货架内置喷头K＝115的快速响应喷头的最低工作压力为0．10 MPa，因此供水系统需根据压力不同进行分压供水，并分别设置报警阀组，自动喷水灭火系统水泵供水压力按最不利点的快速响应早期抑制喷头压力设计，而安装快速响应喷头的管网系统应经减压阀组减压后供水。由于该自动喷水灭火系统设计流量大、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，保证压力均恒，因此应适当放大供水主干管管径，同时为便于日常维护管理，报警阀组集中设置在地下消防水泵房内。

四、结语

对采用ESFR与货架内置喷头相结合的自动灭火系统的自动化立体仓库的设计还应注意以下两点：

1.作为码头中转仓库的自动化立体仓库，大部分库房内无采暖系统，而ESFR喷头要求快速响应，只能用湿式系统，因此，库房内消防给水管道应采用电伴热加橡塑保温或添加防冻液 （丙二醇）防止水在管道中冰冻，由于丙二醇本身具有可燃性，其含量限制在50%以内。

2.库房由于堆放货物较多，一旦有火警，浓烟难于扩散，通常应设防排烟系统，但采用ESFR喷头系统的场所设置了防排烟系统可能会导致初期火灾烟热气流被过早抽走，影响喷头动作速度。因此排烟系统应在喷头动作后启动，即灭火后将烟排掉，故防排烟系统宜采用手动控制。