浅析自动化高架立体库的消防设计

蔡毓蓉

（西图建筑工程（上海）有限公司，上海 200051）

1 概述

立体库也称为高架库或高架仓库，一般采用几层多至几十层高的货架存储单元，用物料搬运设备进行货物入库和出库作业的仓库。

自动化立体库（AS/RS）一般由高层货架、巷道堆垛机、输送机、控制系统和计算机管理系统等构成，可以在计算机系统控制下完成单元货物的自动存取作业。由于立体仓库有很高的空间利用率，强大的入出库能力，便于企业实现现代化管理，所以得到了非常广泛的运用。

自动化立体库存储的货物种类多样，高度密集，货物间通道小且安装有输送机系统，一旦着火后，火灾的蔓延快，消防队员扑救困难，增加了灭火的难度，对消防设计也提出的更高的要求。

笔者从下面一个典型的立体仓库来分析消防系统的设计。

该仓库建筑物长96 m，宽18.5 m，高度21 m，由单、双排货架组成。一个货物单元空间宽0.9 m，深1.3 m，高度1.2 m。单层货架层高1.5 m，11 层货架，货架总高约18.3 m，货物是制药业固体和液体的原辅材料、纸箱包装的片剂药品和玻璃瓶包装的液体制剂，还有少量纸盒、PVC、铝箔等包装材料。消防设计需要满足国标和国外保险公司的要求。

2 喷淋系统设计

首先是喷淋设计，按照自动喷水灭火系统设计规范（GB50084—2001）第5.0.5 条、第5.0.6 条、第5.0.7条，该仓库属于仓库危险级II 级，符合第5.0.6 条规定的仓库，当使用自动喷水灭火系统时，宜采用早期抑制快速响应(ESFR)喷头，也可采用屋面下的普通喷头加货架内喷头。由于该仓库的最大净空高度和最大储物高度都超过了规范要求，按照第5.0.7 条，需要增加货架内喷头。自地面每隔4 m 高度设置一层货架内喷头。选用K80 喷头工作压力不小于0.2 MPa，K115 喷头压力不小于0.1 MPa。货架内喷头间距在2 ～ 3 m之间。货架内计算喷头数14 个[1]。

FM 保险公司对仓库喷淋的设计有如下要求：

（1）混合仓库按照火灾危险性最大的存储物确定危险等级，该仓库按照纸箱内装非发泡塑料考虑。

（2）目前，FM 认可的屋面下喷头K 取值范围是K160 至K360。本项目屋面下喷头采用ESFR K200 下垂型快速响应喷头，喷头间距2.4 ～ 3.0 m，按照12 个喷头开放，最小工作压力0.35 MPa 设计。

（3）货架内采用K115 快速响应喷头。喷头需安装在货物与货物间的空隙处（即烟气上升的通道，后简称通道）。喷头中心距离通道中心线的水平距离不超过75mm（不能偏离通道以免影响集热）[2]。

（4）纸箱内装非发泡塑料类型的仓库，两层货架内喷头的垂直距离最大可达6 m（国标规定所有类型的仓库统一为4 m）。最上层货架内喷头到货物顶部的最大距离为3 m[2-3]。

（5）货架内喷头按同时打开14 个计算。

（6）单排货架的货架喷头可在每个通道内布置（如图1），喷头间距0.6～2.4 m；或者在每两个通道内布置（如图2），喷头间距离控制在1.2 ～ 3.0 m[2]。

（7）双排货架的深度不超过2.7 m，(或者货架深度2.7 ～3.6 m 并且屋面净高不超过9 m)，货架内喷头可按图3 布置，喷头距离0.6 ～ 2.4 m；也可以按照图4布置，喷头间距可扩大到1.2～3.0 m[2]。

（8）双排货架深度超过2.7 m，并且屋面净高超过9 m，则需要在靠走廊面增设喷头，货架内喷头如按图5 布置，喷头距离0.6～2.4 m[2]。

根据以上比较，可以看到主要区别在于：

（1）保险公司对于喷头K 系数的取值有明确的要求。高架仓库屋面板下应采用K160 或以上的喷头保护，本项目要求采用ESFR K200 早期抑制快速响应喷头保护屋面钢结构，辅助最上层货物灭火以及降低火灾对屋面的影响。我们的喷淋规范则是要求满足仓库相应的喷淋强度和作用面积，如套用喷淋规范表5.0.5-3仓库危险级II 级，储物高度4.5 m，喷水强度15 L/min·m2，作用面积280 m2，喷头间距3 m，最不利点压力0.1 MPa 计算，则喷头的K 值至少也要达到K160，结论与FM 标准是一致的。

图1 单排货架货架内喷头布置（一）

图2 单排货架货架内喷头布置（二）

图3 双排货架货架内喷头布置（一）

图4 双排货架货架内喷头布置（二）

图5 双排货架货架内喷头布置（三）

（2）按照FM 的标准，货架内喷头根据货架不同的高度和深度，间距选择范围较大（在0.6～3 m 之间），甚至可以缩小到1 m 以下。本项目可以在每个通道内布置喷头（间距1 m）；也可以每两个通道布置喷头（间距2.1 m），且竖向喷头交错排列。国标的规定比较简单，统一为2～3 m，我们的消防部门曾经提出如果喷头间距太小，一个喷头的开放会影响临近喷头的启动，对此保险公司的解释是在实际灭火中，喷头间隔开放的现象是十分普遍的，喷头的密集布置有利于在任何一点着火及时启动喷头。笔者认为这种喷头布置有它的优点，能够在有货架内喷头的这个平面上形成一张密集的保护网，减少火灾向上蔓延的趋势。同时，FM 还规 定两层货架内喷头的竖向间距可以扩大到6 m，而国标是4 m。综上所述，按照FM 的规定需要布置更多的货架内喷头，保护是得到了加强，但同时也增加了工程造价，设计要兼顾经济性和合理性，这里需要寻求一个平衡点。笔者认为FM 对于货架内喷头布置的分类比较详细，且有多种方案可供选择，给设计工作提供了灵活性，这方面是值得肯定的。

（3）FM 规定喷头必须置于货物之间的烟气通道处，并且安装集热罩，使喷头更快感应到快速上升的烟气和热气，及时打开。国标对于喷头的设置位置没有明确规定，当地消防局也认可喷头安装于货物的正上方。笔者认为FM 的考虑更加合理，有效的集热是喷头及时打开的前提。

介于国标和保险公司的要求有所冲突，货架内喷头进行了调整，最后得到了消防局和保险公司双方的认可，该项目最后的喷头布置如6 所示。最上一层货架内喷头密布，间距1.0 m；而其余货架内喷头水平间隔一个通道布置，间距2.1 m，竖向货架内喷头交错排列，这样基本满足国标，最上一层密布的喷头目的在于减少货架内火灾对于钢结构屋面的影响。

3 消火栓系统设计

图6 货架内喷头剖面图

接下来讨论一下消火栓的布置。仓库的平面布置如图8 所示。一般情况下消火栓布置在室内，火灾时供消防队员取用。但如前面所提，立体库内货物间通道宽度有限，而且通道上有输送机系统，地面上有导轨，日常都是无人的自动化运作，实际火灾时消防队员很难进入，并且钢货架在受热后还有变形和倾倒的危险，所以不具备进入灭火的条件。故该仓库的消火栓设计在建筑物外，贴外墙安装，每个消火栓旁设逃生门，火灾时可手动开启。灭火以自动喷水灭火系统为主，消火栓为辅。在火灾得到控制后消防队员取用室外的消火栓，通过门或救援窗往室内喷水灭火，扑灭零星余火。

图7 消火栓布置图

4 小结

在和保险公司的交流中，与他们分享了对于该类建筑物消防设计的理念，值得我们借鉴：

FM 的试验中一个成功的灭火有几点要素：①如用ESFR 喷头，通常火灾能够控制在4 个喷头环围的区域内，而12 个喷头的设计参数是控制在二个环围的区域，并增加了安全系数；②在仓库灭火中，应尽量避免火灾越过走道，蔓延到过道另一侧的货架上，所以有时需要在临走道处增加喷头，阻隔火灾穿越走道；③在一排货架内，火灾的蔓延左右各不超过6 m；④货架结构不能坍塌，货架应用该螺栓固定在地面上，货架设计应考虑货物吸水后的总重量；⑤屋面钢结构不能超过屈服强度。

纵观FM 对于设计的要求，不同类型的火灾，消防有不同的目的，有灭火也有控制火灾，如上述可燃物密集的立体库，喷淋系统的设计不全在于完全灭火，而是能够有效地控火，即使装有ESFR 早期抑制喷头加货架内喷头，也需要消防队员最终参与扑灭火灾。

FM 的设计数据表对于不同的货物、货架形式、货架高度都有详细的分类，喷头的布置也可有多种形式可供选择。这些喷头的布置经过了大量FM 工厂试验的验证，所以在工程实践中具有一定的指导意义，也给设计提供了更多的空间和灵活性。

国内对于高架立体库的设计，目前参照的是自动喷水灭火系统设计规范，规范制定了喷淋设计的原则性规定和通用要求，条文简明扼要，随着规范的更新升版，笔者建议也可以借鉴NFPA 和国外保险公司的一些标准，将规范编写得更加细致，涵盖面更广，但也不赞同照搬照抄，规范要符合国情，集实用性和经济性为一体，使我国的规范体系更加完善。

喷淋设计是高架仓库消防设计中非常重要的一个部分，设计人员应充分考虑立体火灾的特点，所设计的消防设施在高架立体库火灾时应能充分发挥作用，使火灾处于有效可控状态，人员财产损失降低到最小。

[1] GB50084—2001, 自动喷水灭火系统设计规范(2005 版)[S].

[2] FM Global Property Loss Prevention Data Sheet 8-9: Storage of Class 1,2,3,4 and Plastic Commodities[J]. July, 2011

[3] NFPA 13 Standard for Installation of Sprinkler Systems 2010 Edition[S].