以性能为基础的某大型高架仓库消防安全评估

●王竟萱

(廊坊市消防支队，河北廊坊 065000)

(本栏责任编辑、校对 李 蕾)

0 引言

随着我国市场经济的不断发展和工业现代化进程的逐步加快，仓储业也朝着大面积、大空间的方向发展。各类高架仓库、物流仓库等大型仓储建筑大量产生，随着其规模的日益扩大，防火设计的难度也越来越大。我国现行的《建筑防火设计规范》［1］对高架仓库设计的规定，已远远不能满足现代高架仓库的防火安全。由于没有相应的规范和方法作为指导，我国大部分高架仓库在防火设计上存在一定问题，有必要进行研究。

1 高架仓库的火灾特点

高架仓库又称为立体仓库，是指货架高度超过7．0 m且机械化操作或自动化控制的货架仓库［2］。高架仓库由仓库建筑、高层货架、堆垛机、输送机等外围设备和自动控制装置、信息传输装置、计算机等装置组成，可实现仓库作业的全面自动化，生产效率和空间利用率高。由于货物储存的特殊性，高架仓库存在以下火灾危险性［3］:(1)货架高大且密集导致火灾隐患较多，火灾荷载大，即使是难燃或不燃物品其包装也是可燃的。(2)火源较多，包括电气线路故障、焊接、加热系统故障、设备起火、相邻建筑物失火、人为放火等。(3)结构复杂，物资疏散和火灾扑救困难。自动化高架仓库货架之间巷道比较狭窄，一般只有1．2 m左右，一旦发生火灾，扑救十分困难。(4)火灾损失严重。高架仓库存储物资量大，火灾发生后在很短时间内就可将其烧毁，造成巨大的经济损失。

2 某高架仓库概况

某项目一期主体建筑高架仓库建筑占地面积为20 278．5 m2，总建筑面积 22 956．5 m2，建筑高度23．9 m(室外地面至檐口)，建筑地上1层，局部2层。建筑结构形式为钢框架与排架结构，局部屋顶为DECK板浇混凝土屋面，建筑耐火等级为二级。

仓库内存放物品为派类、口香糖类、饼干类和膨化类食品，储存周期小于7天。仓库内设置的货架共8层，每层货物层高为2．2～2．4 m(不含消防空间)，总高度为20．75 m。因此本仓库属于丙类2项物品高架储存仓库，共分5个防火分区:高架库区为防火分区1，分区面积10 487．2 m2;入货准备区为防火分区2，分区面积4 263．6 m2;出库准备区为防火分区3，分区面积3 401．8 m2;PPI包装区为防火分区4，分区面积2 042．8 m2;二层办公室及机房为防火分区5，分区面积937．7 m2。防火分区划分如图1所示。其中高架仓库区又划分为6个仓库，每个仓库之间采用轻钢龙骨三层双面防火石膏板内填防火岩棉轻质防火墙分隔，耐火时间4 h，连通库房间的防火卷帘门设置水喷雾系统，水喷雾用水量0．3 m3·m-1·h-1，火灾延续时间 3 h。

图1 高架仓库防火分区示意图

由于标准模块化设计方式和物流运营需求，该项目消防设计难以完全满足现行规范对于库房防火分区面积和占地面积的规定，其消防设计的主要问题为:(1)《建筑设计防火规范》第3．3．2条和第3．3．3条规定:对于储存丙2类物品的单层仓库建筑，每个防火分区最大允许建筑面积为1 500 m2;当设有自动灭火系统时，每个防火分区允许最大建筑面积为3 000 m2。该高架仓库建筑共分为5个防火分区，其中高架库区面积为10 487．2 m2;入货准备区面积为4 263．6 m2;出库准备区面积为3 401．8 m2，这3个防火分区面积超出规范要求。(2)《建筑设计防火规范》第3．3．2 条和第 3．3．3 条规定:对于储存丙2类物品的单层仓库建筑，每座建筑最大允许占地面积为6 000 m2;当设有自动灭火系统时，每座仓库最大允许占地面积为12 000 m2。该高架仓库建筑占地面积为21 230 m2，单座仓库占地面积也超出了规范要求。

本着安全适用、技术先进、经济合理的原则，本仓库将采用以性能化为基础的消防设计理念和方法，对消防设计方案进行分析和安全评估，使得制定的解决方案能更好地满足本仓库的消防要求。对高架仓库火灾危险源、火灾烟气流动规律、疏散进行分析，结合现行国家规范及国外权威文献资料，分析论证本仓库各消防系统设计合理性，提出对策方案，以保证消防安全目标的实现。

3 火灾场景设计

本仓库主要储存食品，全部由纸箱包装储存，其火灾荷载较大，在分析最大火灾规模时，为了研究最不利情况下仓库的火灾场景，参照NFPA提供的一些仓库货物燃烧试验的数据(见表1)，保守按超快速火考虑，取α=0．187 6 kW·s-2。上海市工程建设规范《建筑防排烟技术规程》中吸收和总结了国外关于喷淋作用下火灾热释放速率大小的研究成果，给出设有喷淋的仓库最大热释放速率可达4 MW，本仓库设定热释放速率为4 MW。

表1 NFPA仓库货物燃烧数据

在区域火灾危险性分析的基础上，选择可能对人员疏散安全造成不利影响，或可能导致火灾大范围蔓延的典型区域作为火灾场景，具体火灾场景设置见表2，火源位置如图2、图3所示。

表2 火灾场景设置情况一览表

图2 一号仓库火源示意图

图3 二号仓库火源示意图

4 模拟结果分析

4．1 烟气流动的场模拟

火灾时仓库内到达危险状态的判据见表3。

表3 人员疏散安全判据指标

本仓库以《建筑设计防火规范》、上海市工程建设规范《民用建筑防排烟技术规程》等为依据进行烟气控制系统的初步设计，然后利用FDS软件对火灾发展过程及烟气控制过程进行数值模拟计算，验证初步设计能够达到的烟气控制效果，并及时对初步设计的烟气控制系统及其参数值进行调整以满足设计要求，并确定最终的烟气控制系统设计方案及其设计参数值。模拟结果包括烟气流动情况、能见度、温度、CO浓度等，下面以火灾场景1温度模拟结果为例进行介绍，如图4～图7所示。

图4 300 s温度分布图

图5 600 s温度分布图

图6 900 s温度分布图

图7 1 200 s温度分布图

以距离火源远端疏散门和走道的相关参数作为判据，经过对各火灾场景的模拟分析，得出:仓库发生火灾时，在临界高度3．9 m处，危险到达时间大于1 200 s。

4．2 人员疏散设计分析

疏散设计分析，即根据设定的人员类型和数量，对疏散人员疏散所需时间的分析。疏散时间包括疏散开始时间(tstart)和疏散行动时间(taction)两部分，即:tescape=tstart+taction。

疏散开始时间包括火灾探测时间和疏散准备时间。仓库中工作人员熟悉工作环境，经培训上岗，对火灾时疏散路径较为熟悉，因此疏散准备时间保守定为120 s，火灾探测时间定为60 s，则疏散开始时间(tstart)为 180 s。

疏散行动时间ttravel按下式进行计算:

式中，l为步行最大距离，m;v为步行速度，m·s-1。

一个库区同时在库房内的工人人数为33人，考虑2倍以上安全系数，则同时在库区的人数为66人。由于人员较少，疏散时不会在出口附近出现人员滞留现象。疏散速度取0．66 m·s-1，计算得到可能出现的最长疏散行动时间为287 s。对疏散行动时间取1．5倍安全系数，则疏散时间最长为610．5 s。

由火灾烟气流动模拟结果和人员疏散模拟结果可以得出，在消防系统正常启动情况下，当前的建筑设计和消防系统设计，可以将火灾限定在一定规模，并确保人员安全。

5 结论

本文介绍了某高架仓库建筑消防设计基本情况，提出了以性能为基础的消防设计评估方法，结合该仓库的具体情况进行了火灾场景设计。经过对各火灾场景的火灾烟气流动模拟分析，得出:库房发生火灾时危险到达的时间大于1 200 s。同时利用经验公式计算了火灾时仓库内人员疏散所需的时间，发现:在消防设施正常启动的条件下，仓库现有的安全措施能够保证火灾时人员的安全疏散。

结合相关规范的要求具体问题具体分析，该工程的消防问题作为一种特例处理是可行的，这也符合“从全局出发，统筹兼顾，正确处理仓储和安全、重点和一般的关系，积极采用行之有效的先进防火技术”的原则，既能体现出消防规范适应生产实际情况，又能反映出消防技术的发展水平［4］。

［1］GB 50016-2006，建筑设计防火规范［S］．

［2］徐亮，张和平，杨昀，等．某高架仓库火灾危险性评估［J］．中国科学技术大学学报，2005，35(4):570-575．

［3］高源．高架仓库防火设计探究［J］．现代商业，2011，(23):266-267．

［4］刘跃红．大型洁净厂房防火若干问题的探讨［J］．消防科学与技术，2007，26(6):636-640．