某高架立体仓库消防设计的探讨

林桥喜

1 工程概况

某智能物流仓储项目，总建筑面积约为4.2万m2，共5栋单体建筑：1#、4#、5#为仓库，2#、3#为多层员工宿舍及食堂。其中1#仓库最高（本文以1#仓库进行重点设计分析），占地面积约为4800m2，建筑高度23.9m，共1层，建筑体积约为11.5万m3；功能为托盘立库储藏区，梁下高度23.15m，货架总高度22.4m，每层货架高1.7m，共12层货架，背靠背货架间距0.5m，中间设置自动堆垛机的货架间距1.7m，总共16排货架。

此项目业主为某室外运动品牌，仓库主要存放鞋、包等室外运动用品，根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2014，以下简称“建规”）及新“喷规”中附录A，确定此仓库火灾危险分类为丙类，火灾危险等级为仓库危险级II级。

2 消火栓系统设计

2.1 室外消火栓系统

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014，以下简称“消水规”）中表3.3.2及表3.6.2可查得室外消火栓设计流量为45L/S，火灾延续时间为3h，室外消防用水量为486m3。根据业主提供资料，本工程只有一路市政进水，故室外消防用水量存储于地下室的消防水池内，室外消防供水管网布置成环状，由室外消火栓泵（一用一备）供水。室外消火栓沿建筑周边按规范布置。

2.2 室内消火栓系统

根据“消水规”中表3.5.2及表3.6.2可查得室内消火栓设计流量为25L/S，火灾延续时间为3h，室内消火栓用水量为270m3。系统由室内消火栓泵（一用一备）供水，按规范要求室内消火栓应满足2股充实水柱同时到达任何部位。

大空间的仓库，室内消火栓箱布置是一难题，因能安装消火栓箱的位置受限，仓库中间位置往往很难满足两股水柱同时到达；此高架立体仓库问题更是麻烦。同时，高架立体仓库在布置消火栓箱时还要考虑货架阻挡的问题，因室内消火栓箱内消防水带长度不宜超过25m，如果在仓库中间位置发生火灾，在灭火扑救时消防队员无法横穿过那一排排超长且放满物品的货架。如果从货架的两端通过货架间间距进去，那么水带长度加上充实水柱也达不到着火点位置。因背靠背的货架间距只有0.5m，无法安装消火栓箱，设置自动堆垛机的货架间距虽有1.7m，但如果在此间距设置消火栓箱会影响堆垛机的运行也是不允许的。这种情况下，需要在消火栓箱的附近的货架间留出一通道，让消防员能够到达中间位置。具体做法有两种：一种方法是这些的货架不能全部连一起，要分段摆放留出通道，因这些货架有二十几米高，分段摆放会减少很多货位，工艺及业主方面均难以同意。另一种方法是这些货架还是连在一起，在消火栓箱附近的最底层一格货架留出一半位置作为通道，这样货位就不会减少很多；这种方法需要与工艺配合，根据货架排数测算出消火栓箱距离中间位置的距离后确定通道的位置。最后我们采取的是后一种做法。

3 自动喷水灭火系统设计

图1 预留通道示意图

自动化高架立体仓库需要的工作人员数量比传统仓库大为减少，发生火灾后不易被人发现，故自动喷水灭火系统成为此类仓库最为直接有效的保护措施。下面就重点对自动喷水灭火系统进行分析。

3.1 确定系统流量

仓库的自动喷水灭火系统流量的确定是关键。系统流量由喷水强度、作用面积、持续喷水时间确定。如果仓库的最大净空高度≤9.0m及最大储物高度≤7.5m，以上参数可根据“喷规”中第5.0.4条规定确定。

3.1.1 顶板下洒水喷头

本项目的1#仓库，最大净空高度（室内地面到屋脊处的垂直距离为24.15m）23.15m，货架高度22.4m，每层货架1.7m，共12层货架，超过了“喷规”中第5.0.4条的规定。所以本仓库的顶板下喷头的喷水强度、作用面积等不能从“喷规”第5.0.4条表格中直接选取。但是“喷规”第5.0.4条中表5.0.4-1、表5.0.4-2、表5.0.4-3下方的注中均分别明确了仓库危险级I级、II级、III级的仓库在设置货架内置洒水喷头的前提下顶板下洒水喷头的喷水强度、作用面积、及持续喷水时间。

设置了货架内置洒水喷头的仓库，顶板下洒水喷头的基本参数如表1。

表1

3.1.2 货架内置洒水喷头

根据“喷规”第9.1.6条，“设置货架内置洒水喷头的仓库，顶板下洒水喷头与货架内置洒水喷头应分别计算设计流量，并应按其设计流量之和确定系统的设计流量”。所以确定了顶板下洒水喷头参数流量，还需要确定货架内置洒水喷头的参数流量。

根据“喷规”第5.0.5条及第5.0.6条，可采用早期抑制快速响应喷头（ESFR喷头）的最大净空高度限定在13.5m，最大储物高度限定为12.0m；可采用仓库型特殊应用喷头的的最大净空高度限定在12.0m，最大储物高度限定为10.5m，因本1#仓库最大净空高度及最大储物高度均超过了以上的限定范围，故本1#仓库不采用ESFR喷头及仓库型特殊应用喷头。根据“喷规”第5.0.8条，本1#仓库需设置货架内置洒水喷头，内置洒水喷头自地面起每3.0m设置一层，货架内置洒水喷头层数超过2层时，同时开放洒水喷头数量为14个，计算流量应按最顶层2层且每层开放洒水喷头数按7个确定。因考虑仓库的喷水强度及喷头的工作压力问题，故本1#仓库选用K=115的喷头，工作压力不小于0.1MPa。因货架内置喷头与顶板下喷头属同一防火隔间，其持续喷水时间可与顶板下喷头持续喷水时间相同，亦为2h。

3.1.3 综上可确定本项目1#高架立体仓库自动喷水系统的设计流量

K115喷头流量：q=K=115L/min=1.916L/s系统设计流量：q=1.3×（14×1.916+20×200÷60）=122L/s（1.3为流量不均匀系数） 设计用水量：122×2×3.6=878m3。

3.2 喷头的布置

3.2.1 货架内置喷头

根据“喷规”第5.0.8条，仓库危险级I级、II级场所应在自地面起每3.0m设置一层货架内置洒水喷头，且最高层货架内置洒水喷头与储物顶部的距离不超过3.0m；设置2层及以上货架内置洒水喷头时，洒水喷头应交错布置；洒水喷头间距不应小于2m不应大于3m。因本1#仓库单层货架高1.7m，共12层，若按2层货架设一层喷头，则每层喷头间距将会超过3m，故本仓库按照规范需要设置12层货架内置洒水喷头，布置示意图详见图2。

图2 货架内置洒水喷头平面布置示意图

3.2.2 顶板下喷头

上述提到本1#仓库采用K=115，工作压力为0.1MPa的货架内置喷头，所以可定顶板下喷头最不利点工作压力为0.1MPa。因仓库危险II级的仓库顶板下喷头强度为不低于20L/（min·m2），作用面积不小于200m2，所以可确定喷水流量为4000L/min。根据采用不同K值的喷头，可确定在最不利工作压力0.1MPa的情况下200m2作用面积里头的喷头个数，详见表2。

表2

所以可以看出当采用K=80，200m2内需要布置50个喷头，喷头布置过于密集。故本1#仓库顶板下喷头亦采用K=115的喷头。

3.3 货架内置洒水喷头供水管的安装位置

为了避免储物进出货架时对下垂型喷头的误撞，货架内置喷头可采用直立型，这样也比较容易满足喷头溅水盘与顶板的距离应为75～150mm的规范要求；为了尽量不占用储物的存放高度，供水横干管则安装在货架外边缘（即背靠背货架和非自动堆垛机运行通道的那侧），每个货架内置洒水喷头可由DN32的供水支管接入。同时根据“喷规”第7.1.9条，溅水盘与其下部储物顶面的垂直距离不应小于150mm，所以储物的高度需要与工艺配合，不能太高导致不能满足150mm的要求。

图3 货架内置洒水喷头供水管安装示意图

上述提到单个货架内置洒水喷头的流量为1.916L/S，水流速度按经济流速3m/s计算，配水支管控制的喷头数量如表3。

表3

考虑到货架外边缘安装喷淋供水管比较困难，所以尽量控制喷淋管的管径大小，根据工艺和货架内位置单根喷淋供水立管一般不大于DN100，控制的的横干管宜为DN65，这样对应控制的喷头为6个。

3.4 水流指示器和消防排水要求

根据“喷规”第6.3.2条，仓库顶板下洒水喷头与货架内置洒水喷头应分别设置水流指示器，在管道的布置上应充分考虑。同时因仓库内喷水强度大，持续喷水时间长，为了避免不必要的水渍损失和增加建筑荷载，所以仓库内需要设置消防排水措施，排水能力应满足消防流量要求。

4 结论

（1）一般仓库面积比较大，在布置消火栓时比较容易忽略堆垛货物或货架带来的阻挡影响，在消火栓安装位置比较局限的情况下，仓库的中间位置2股水柱比较难以到达，需要考虑消防员的灭火通道。

（2）“喷规”按不同仓库危险级列出了喷水系统设计基本参数，设计选型更方便；“喷规”比较清楚的明确了不同仓库危险级在需要设置货架内置洒水喷头的情况下，顶板下喷头的喷水强度、作用面积、持续喷水时间。

（3）“喷规”新增加了仓库型特殊应用喷头，当最大净空高度在9～12m时，可采用此喷头；在9～13.5m时可采用ESFR喷头；高度超过13.5m时采用标准覆盖面积喷头+货架内置洒水喷头的形式。

（4）“喷规”第5.0.8条对货架内置洒水喷头自地面起每层设置的高度由原来的4m改为3m，直接增加了货架内置洒水喷头的安装层数。可根据仓库储物的种类与工艺方面配合单层货架的高度，以避免设置过多层数的货架内置喷头。

（5）考虑喷淋管的重量与管径有直接关系，货架内置洒水喷头供水横干管及供水立管的安装需要与工艺配合考虑货架的荷载及安装位置，在各条件允许下再确定供水管的管径。