家居自动化立体库的工程设计实践

侯俊锋

【摘要】家居制造企业作为传统的劳动密集型企业，产品尺寸较大，耗费大量人力物力，物流运输效率低。通过自动化立体库的设计，实现生产端、仓储端、物流转运端的自动化，从而大大提高了生产、仓储、转运效率。

【关键词】家居行业;自动化立体库;工程设计;生产效率

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.30.

近几年来，随着电商的兴起，电商的自动化仓库如雨后春笋般兴起，如京东、阿里巴巴头部等头部企业纷纷自建自动化物流仓库，物流效率提升很快。目前，家居制造行业也渐渐兴起了建设自动化立体库的风气，笔者有幸参与了顾家家居的黄冈基地工程设计全过程，其中自动化立体库的设计是笔者作为项目负责人参与的。笔者就以本项目为例，将家居制造企业的立体库设计全过程展示出来，供大家在工程实践中参考。

笔者将本项目的设计，分为前期参观调研篇、工程规划方案篇、工程施工图设计篇，基本涵盖了设计的各个阶段节点，大家可以更清晰得看到工程设计的全过程。

1、前期参观调研篇

本项目前期调研启动于2018年8月，由于当时家居行业已经建成或者在建的实际项目并不多，故业主方对立体库的设计也比较谨慎，业主和设计单位一起从考察物流装备机械设计单位开始，然后考察其完成的实际项目，基本上对各个行业的自动化仓有了比较直观的了解。首先考察的是北京起重运输机械设计院有限公司，北起院作为国内著名物流装备系统集成商及著名物流设备供应商，是中国物流仓储技术的先驱，业主方内工程管理岗、物流管理岗、设计院三方和北起院就物流流线、物流分区、立体库的合理尺寸、防火分区等问题深入交流，随后参观了北起院主持建设的北京泰格医药的自动化物流库，该库分拣区为钢筋混凝土结构多层建筑，立体库为单个防火分区的钢筋混凝土结构，运输的产品主要为标准的医药包装件;第二站，是考察合肥井松智能科技有限公司主持建造的南京利德东方橡塑科技有限公司立体库项目，该库分拣区为钢筋混凝土结构多层建筑，立体库为单个防火分区的钢筋混凝土结构，运输的产品主要为标准的塑料散件。

通过参观调研，大致对立体库的分拣区及库区的流线、机械设备主要运行方式有了直观的了解;通过对分拣区及库区内部设备的布置，如喷淋、进风、排烟等详细记录，对后面的方案布置大致有了方向。大部分设计单位对这种新型的立体库了解不多，通过实地考察，可以迅速获得工程设计的第一手资料，是一种非常科学实用的设计方法。

2、工程规划方案篇

首先立体库的物流方案是由顾家家居的物流专业根据4个生产厂房的位置，设置了4个独立的立体库，确定了大致的物流流线;单个立体库的设计，顾家家居的物流专业和机械设计的厂家，首先根据需要堆载的货物量，计算出货架的数量及货架的高度，再根据单库防火分区的最大面积，结合结构柱网，设计出单库的长宽及高度，设计单位主要配合核准单库的最大占地面积和每个防火分区的面积及与周边建筑的防火间距等。

就本项目而言，设计时首先核实立体库内的储存物品为可燃固体，属于丙2类，对应的单层仓库的最大占地面积允许做到6000平方米，每个防火分区面积最大允许面积1500平方米，仓库内设置了自动灭火系统后，最大允许占地面积和防火分区的面积都可以翻倍。业主由于存储需求量比较大，设计的立体库占地面积和防火分区面积都按照上限设计，占地12000平方米，分为4个防火分区，每个防火分区3000平方米，这样子就确定了立体库的大致面积，再根据单库内货架的尺寸及堆垛机的操作尺寸，确定了单库的面宽尺寸为27米，柱网尺寸与面宽一致，进深方向为9米跨距，立体库总尺寸：宽度为108米，长度为110米;为立体库配套的分拣车间，主要功能为立体库出货的货物分拣处理，然后用货运电梯传送到1层，由货车运走。分拣车间的柱网及标准层尺寸由物流自动化厂家根据传送带的布局及机器人托盘的运行轨迹确定，首层货车月台由顾家家居的物流专业根據实际的货车尺寸，确定车位位置及尺寸和月台尺寸。

总的来说，方案阶段业主单位介入较深。首先业主单位之前已经在浙江杭州和嘉兴建有生产基地，相关的工程经验积累较多，故在前期方案阶段对设计院的指引很准确。另外业主单位深耕家居行业将近40年，积累的家居行业人才多，工程管理、物流管理、工艺设计等岗位专业性较强，在方案阶段即与设计院积极对接，少走了很多弯路。同时，自动立体库的设计需要配合的物流设备供应商，业主也提供给了设计院。方案设计的过程，大家各司其职，相互配合，出来的方案后期改动很少，大大节省了设计周期。

3、工程施工图设计篇

方案设计的成果比较深入，施工图的设计也相对较快。但是在各个专业配合过程中也碰到不少的困难，本篇就设计中的主要问题加以罗列。

3.1建筑专业

建筑专业首先碰到的问题就是消防标准的问题，分拣车间贴临立体库布置，立体库为32.5米高的单层建筑，消防属于高于24米的单层建筑;而分拣车间为23.25米的4层建筑，消防属于24米以内的多层建筑，两栋楼贴临布置后，立体库是否还可以按照执行单层建筑的标准执行？经咨询图审专家及消防专家后确认，如果立体库和分拣车间相邻的墙体采用防火墙，且满足贴临布置的相关规范要求，立体库和分拣车间可以按照各自独立的消防标准执行。

具体到立体库本身，最大的问题各个防火分区的防火墙问题，由于采用的是钢结构，纵向钢柱之间有柱间支撑，结构也要求尽量采用轻质材料，采用传统的200厚加气混凝土砌块，砌块的高厚比太大不稳定，容重太大，碰到有柱间支撑的位置也无法砌筑;另外建筑设计防火规范3.2.9条“甲、乙类厂房和甲、乙、丙类仓库内的防火墙，其耐火极限不应低于4小时”，选用普通的轻钢龙骨隔墙无法满足4小时的耐火极限，最后从07J905-1《防火建筑构造（一）》中，找到了一种合适的构造，既满足轻质的要求，也满足耐火极限的要求，构造层次为：12MM纤维增强硅酸盐板+100MM厚岩棉+12MM纤维增强硅酸盐板，耐火极限为4小时。

其次，立体库由于长110米宽107米，尺寸很大，屋顶的排水也是一个大问题。由于采用钢结构金属屋面，最小坡度为5%，如果屋面找坡道数太少，汇水面积太大，屋面起坡的高度太高，屋面的女儿墙需要做的很高。最后权衡利弊，结合结构的柱网，采用27米柱跨双坡，一共4道屋脊5道排水沟，这样子结构的起坡高度可以控制在0.7米以内，屋顶女儿墙的高度可以控制在合理的高度范围内。由于排水沟较多，为避免屋面排水管对立体库内货架的影响，屋面排水采用虹吸式。

3.2结构专业

立体库内的结构分为3个层次，主体土建结构、自动化传送带的钢平台结构、钢货架的结构。其中前两者为土建设计院设计，结构需要脱开;钢货架则由物流设备设计制造单位负责。

由于立体库的主要堆货的载体是货架，货架高度高达32米，因此对结构地面的平整度要求很严格，除要求结构一次成型外，平整度要求为千分之一，结合黄冈当地的建材情况，地面做法为：1.素土夯实2.300厚麻料回填压实，压实系数≥0.92 3、80厚碎石垫层4、90厚C15混凝土垫层5、钢筋砼地面。

另外立体库属于高架仓库，土建结构的设计主要是仓库本身需求的钢柱、钢梁、钢屋架，外墙的维护结构由于和主体结构是脱开的，需要2次设计抗风柱、金属外幕墙、金属屋面等，这都需要幕墙专业配合设计。

3.3给排水专业

给排水专业的主要问题是立体库的高度过高，喷淋保护的高度达到了29.75米，远超18米，已经超过了《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2017）第4.2.7和4.2.8条的要求，目前现行的国家规范，已无法指导本项目立体库的消防给水设计。后经过院内专业设计评审，针对立体库货架区域提出如下做法：

（1）本项目立体库自动喷淋按仓库危险II级，喷水强度取20（L/min.m2），作用面积取200 m2，持续时间按2小时（按规范表5.0.4-2定），顶板下喷淋流量为86.7L/s;多层货架内设K=115的洒水喷头，取14个喷头开放计算，货架内置喷头流量为32.2L/s，顶喷加上货架内置喷头设计流量取120L/s。

（2）货架及通道净高大于18m区域，在屋面下方设置仓库型特殊应用喷头，货架分层设置洒水喷头，货架间的通道，在距地面3m高处，靠货架立柱设置侧喷喷头（带集热罩）

通过上述处理措施，本項目给排水图纸在图审和消防审查中顺利通过。

3.4暖通专业

暖通专业根据规范要求，立体库每个防烟分区1500平方米，屋顶需要设置不小于34平米的电动排烟窗，电动排烟窗均匀设置;屋顶设置不小于地面面积10%的可溶性采光带。

根据这个要求，建筑专业在立体库屋顶上基本上每跨都开了电动排烟窗和采光带，并根据相关厂家的建议，统一采用了8Mx3M的尺寸。为满足屋顶雨水的顺利下泄，采用长边垂直屋顶脊线的布局方式。

需要注意的是，由于屋顶的开洞太多，如果采用常规铝镁锰金属屋面，则与玻璃材质的排烟窗和塑料材质的采光带的搭接就非常关键，受热胀冷缩系数的影响，这些部位没办法完全密封，屋顶容易漏水，对立体库内货值较高的家居货物影响很大。建议屋顶采用柔性防水屋面，如PVC卷材屋面或者TPO卷材屋面。

3.5电气专业

电气专业是所有专业中突出问题较少的专业。基本按照常规设置变电站、配电间、强弱电井即可。

3.6幕墙专业

幕墙专业在立体库设计中，主要包括立体库外墙抗风柱、外表皮金属幕墙、轻质防火隔墙安装节点、屋顶金属屋面、分拣车间首层金属雨棚的设计，可以说是设计中的重要一环。

由于立体库属于钢结构建筑，除常规土建专业外，幕墙专业扮演重要角色。大部分与钢结构有关的节点详图，均需要幕墙专业的深化。

总的来说，家居制造行业目前都处于变革之中，传统的家居产品物流方式依靠人力拖货，物流效率低下，与目前电子下单快速物流的趋势格格不入，因此家居行业的自动化立体库的建设势在必行。

目前，家居行业自动立体库的设计和建造目前在国内也较少，相关的工程案例和设计规范可以参考的较少，需要设计单位、业主方、物流设备设计制造单位一起通力合作，结合业主实际工程需求，才能把自动立体库的设计做深做细，呈现出来的设计成果才是业主方真正需要的。

参考文献：

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[3]周晓杰.自动化立体库的应用和管理[J].南方农机，2019，50（12）：154.