唐山港曹妃甸港区某煤码头堆场封闭大棚设计

张 伟，井一涵，赖雄燕

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

1 项目概况

该项目是唐山港曹妃甸港区某煤码头工程煤炭装船泊位的配套设施，堆场陆域宽度670 m，东西长度约1 400 m，共布置8 条煤炭堆场。设计年装船能力为5 000 万t（图1）。

图1 项目实景照片

堆场环保大棚建设的封闭大棚工程总建筑面积约11.9 万m2，工程从东往西依次分为5 个建设单元，每座大棚面积约2.38 万m2，长228.5 m，跨度103 m，高41.5 m，主体采用网壳结构，外围护采用单层彩钢板和采光板。料棚之间设10 m 防火间距，防火间距处采用防风抑尘网遮蔽补强，最大程度减少煤尘外泄，保证防尘效果。

2 总平面布置

本项目煤炭堆场布置在码头岸线后方，堆场陆域宽度670 m，长度约为1 400 m，布置8 条17 m高煤炭堆场，其中南侧6 条堆场为露天堆场，堆场周圈建设约2 767 m 防风网进行防护；北侧两条堆场建设条形封闭大棚，大棚结构轴线宽度103 m，长度1 181.5 m。整体形成防风网+封闭大棚的全堆场环保建设布置方案，总平面布置如图2。

图2 堆场总平面图（红色为防风网）

3 工艺布置

封闭大棚主要对煤码头工程BDQ2 作业线的2条堆场进行封闭防尘，其限界尺度主要根据堆取机械和工艺作业的要求确定（图3），具体建设限界尺度如下：

图3 堆取料机工艺布置图

1）封闭大棚的内部净尺寸不小于98.4 m，封闭大棚两侧为消防通道，消防通道宽度为4 m，净空应大于4.0 m。封闭大棚顺堆场方向的纵向尺寸为1 181.5 m。

2）封闭大棚内的堆取料机工艺对大棚的结构尺寸要求是：堆取料机作业过程中，其主体的最高点距轨顶高度为30.5 m。堆取料机作业过程中，其大臂的斗轮回转中心距轨顶18.5 m，斗轮外轮廓直径10.5 m。取料机作业过程中，其配重最高点距轨顶为25 m。

3）相关要求参见堆取料机工艺布置图。

4 建筑设计

堆场环保大棚建设是2018 年在对全国涉及煤炭环保设施的建筑形式、结构方案、环保措施等进行了多方面调研，收集了大量的技术资料条件下开始方案设计，项目方案设计打破国内已建港口封闭大棚大部分为不大于12 000 m2的中型存储型物流建筑规模，封闭大棚方案设计目标改为创新的既满足环保又符合消防要求的大型存储型物流建筑。该方案设计功能按照《物流建筑设计规范》确定为大型普通存储型物流建筑；防火设计按照《建筑设计防火规范》确定为丙2 类存储型物流建筑，单个料棚最大占地不大于24 000 m2，设有自动水灭火系统和火灾自动报警系统；棚内防火分区最大面积不超过6 000 m2，防火分区之间采用防火隔离带替代传统的防火墙，既保证了防火间距，又满足了堆取料机连续生产作业要求（图4）。

图4 封闭大棚防火分区示意图

项目共建设 5 座封闭大棚，总建筑面积119 178.4 m，分别为1#棚至5#棚。1#棚为山墙端封闭大棚，建筑面积 23 848.2m，外形尺寸为228.65 m×104.3 m；2#～5#棚为标准段封闭大棚，建筑面积均为23 832.55 m，外形尺寸为228.5 m×104.3 m；建筑最高点为41.5 m。大棚按照丙类存储型物流建筑设计，耐火等级均为一级，棚内设置自动水灭火系统和火灾自动报警系统，每座棚内部均分为4 个防火分区，每个防火分区面积均不大于6 000 m。防火分区与防火分区之间采用防火隔离带分隔，横向防火隔离带采用轨道梁基础物理分隔，纵向防火隔离带采用不小于12 m 的消防车回车场，防火隔离范围内不放置与工艺设备无关的物品，且应采取防止堆放占用的措施。防火分区的设置与划分符合《建筑设计防火规范》第3.3.1 条和3.3.10条，防火隔离带的设置要求满足《建筑设计防火规范》第4.5.1 条。建筑排烟采用在顶部设置易熔采光带进行自然排烟，满足《物流建筑设计规范》第15.7.2 条的要求，采光带兼顾消防救援窗满足《建筑设计防火规范》第7.2.4 条的相关要求。大棚内侧两边设置消防巡视通道与内部消防回车场联通，且与大棚外部环形消防车道贯通。大棚内每个防火分区的安全出口均不少于2 个，满足《建筑设计防火规范》第3.8 条疏散的相关要求。

封闭大棚1.2 m 以下为清水混凝土坎墙，1.2 m以上采用0.6 m 厚单层压型钢板，采光带采用1.2厚无燃烧熔滴物的采光板。网壳钢结构的连杆、连接球及主受力构件刷涂薄涂型防火涂料，耐火极限不小于1.50 h，满足《建筑设计防火规范》第3.2.1条。钢结构防火刷涂应满足《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017 的相关要求。

5 结构设计

封闭大棚结构采用正放四角锥三心圆柱面双层网壳结构形式（图5），基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩方案。结构设计采用的网壳结构是典型的三维结构，利用合理的拱轴线曲面可使结构受力均匀，节约钢材，具有较大的刚度，结构变形小，整体稳定性高，抗震性能好。设计采用细小的杆件组成很大的空间，网壳结构中的杆件和球可以在工厂预制，实现工业化生产，综合经济指标较好，重量较轻施工简单，速度快，适应采用各种条件下的施工工艺。但杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的改变，对网壳结构的内力、整体稳定和施工影响较大。为了减少初始缺陷，设计对于杆件和节点的加工精度提出了比较高的要求。

图5 封闭大棚计算简图

大棚采用结构设计采用的正放四角锥三心圆柱面双层网壳结构网格尺寸大约为4.3 m×4.56 m，网壳厚度为3.3 m，杆件管材采用无缝钢管，各杆件连接采用螺栓球节点，净跨度103 m，最高点净高37.6 m，单个棚长度为228 m。主要结构材料：混凝土强度等级选用F150 C40；钢筋主要采用热轧HPB300 级、HPB400 级钢筋；钢材采用Q235B 和Q345B，钢管选用Q235B 高频焊管或热轧无缝管，钢球材质为45 号钢；螺栓采用高强螺栓。

6 配套设施设计

1）给排水消防设计

封闭大棚消防采用消防炮自动水灭火系统和消火栓系统，封闭大棚为大空间建筑物，建筑物跨度大，单层高度较高，普通消火栓不能满足消防的要求。因此本工程采用自动消防炮系统进行灭火，大棚内设置54 套自动消防炮，两套消防炮同时工作，单侧设置27 台，每台流量40 L/S，射程不小于60 m，额定工作压力0.8 MPa。

自动消防水炮系统具有以可燃物燃烧时（包括阴燃）辐射的红（紫）外线及可见光为探测对象，在对被监控的三维空间内的火源进行三次探测：三维空间内无缝隙探测报警（I 次探测确认）、三维空间水平扫描定位确认(II 次探测确认)、三维空间垂直扫描定位确认(III 次探测确认)。经三次三维定位确认后，使灭火剂准确无误的喷射在火源的根部，自动喷射灭火。

室内消火栓在大棚两侧及轨道梁两侧布置室内防冻型消火栓，布置间距为20 m 布置满足2 支消防水枪的2 股充实水柱同时到达。室外主要消防设施为已建室外地下式消火栓，每个消火栓均设有DN100 和DN65 的栓口各1 个，每个室外消火栓的用水量为10～15 L/s。

2）电气设计

封闭大棚供电消防负荷等级为一级负荷，其它负荷等级为三级负荷。用电设备主要为消防炮、电动阀、管线电伴热、大棚照明等。大棚照明采用顶部均匀设置的高压钠灯光照明灯具，平均照度不低于10 LX。接地系统采用TN-S 系统，保护接地及防雷接地的接地电阻不大于4 欧姆。

控制系统设有消防炮控制系统和火灾自动报警系统。消防炮系统可通过燃烧时（包括隐燃）辐射的红（紫）外线及可见光为探测对象，在被监控的三维空间内全方位探测扫描、准确定位、自动喷射灭火，将火源灭于萌芽状态。

7 效益分析

7.1 环保效益

1）根据华能唐山港曹妃甸港区煤码头工程风洞试验结论，煤炭堆场设置防风网+封闭大棚抑风抑尘效果明显，结合湿法除尘完全可达到抑尘率90 %以上。本项目建设后将堆场北侧两条堆场进行封闭，可将封闭棚堆场的抑尘率提高至99 %左右。

2）项目实施后，根据《华能唐山港曹妃甸港区煤码头工程竣工环境保护验收调查报告》（公示版）结论，大气污染物排放应符合《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996 无组织排放的周界外浓度最高值不超过1.0 mg/m³的要求，通过调查报告结论显示，场外连续三天检测实际结果最大值不超过0.5 mg/m³，远优于国家排放标准。调查报告结论的TSP、PM10 污染物排放浓度较环评期降低75 %。

7.2 经济效益

封闭大棚项目投资概算约1.8 亿元。根据建设单位近1 年来的运营及维护成本统计，封闭大棚主要费用分为：洒水除尘费、照明费、检测试运转费、监测费和维护成本费。其中检测试运转费、监测费和维护成本费为料棚实际增加成本，年统计费用约为40 万元。通过简单的静态投资回收对比分析，封闭大棚设计年周转1 250 万t 统计，结合行业征收环境税标准0.8 元/t 收费，年可节省环境税约1 000 万元，减去维护成本，投资回收期约20 年。

7.3 社会效益

该工程是首个通过环保消防双验收的港口大型封闭大棚项目，工程的成功实施是在规范规定和工程实际应用下取得主管部门及业主单位的认可，对以后同类工程有一定的技术推广借鉴意义。随着国家对环保要求的逐渐提高，将来会成为煤码头的主要环保措施，环保抑尘效果明显，能全面改善港口煤码头作业区空气质量。项目的大力推广，既可实现生产的金山银山，又可保证环保的碧水蓝天，是一个利国利民的建设项目。

8 结语

封闭大棚可适用于通用码头煤堆场、专业化码头堆场有效替代现阶段防风网抑尘的环保设施，控制粉尘污染效果明显，能极大改善和保护环境，环境效益特别显著，可使企业每年免缴大额排污费。随着煤码头建设环保要求的提高，封闭大棚建设也将是项目通过环保验收的必要条件，封闭大棚环保方案将会成为煤码头的主要环保措施。