仓储式物流中心的消防设计与探讨
摘要： 丹尼斯物流中心是按照超高建筑设计和建设的大型仓储式物流中心，该建筑具有层高高(>12 m) 、空间大、货架布置密集、货物摆放高的特点。通过对该工程的水消防设计，探讨超高类仓储式建筑的室内消防用水量的计算、自动喷水系统的方案选择及系统设计，并提出了一些规范中不太明确的问题，愿与同行们进行商榷。
关键词： 大型仓储式物流建筑 消火栓 自动喷水 设计 探讨工程概况
工程概况
丹尼斯物流中心由郑州丹尼斯百货有限公司建造，随着郑州丹尼斯百货规模的不断扩大，几年间，由原来的人民路店逐渐发展为数个商店的连锁商业。本工程位于郑东新区航海东路与第一大街交汇处，该地块东临京珠高速公路，西临一零七国道，交通条件便利。该工程建筑结构为轻型坡屋顶钢架结构，建筑面积为21800m2，建筑最大层高为15．5 m，内部设高架货架区、低架货架区、货物分拣区。该物流中心储存物品类别为丙类。该工程根据建筑面积和层高的不同分为四个防火分区，每个防火分区的面积均控制在《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)的允许范围之内(即不超过6000m2) 。防火分区一区、二区、三区包括部分高架货架区和部分货物分拣区，四区为夹层低架仓库区。防火分区之间用耐火等级不小于3 h的防火卷帘、防火墙分隔。屋顶钢梁、檩条及货架均涂刷防火涂料，耐火等级不小于3h 。 2 消火栓系统的设计
2．1 消防水源
本建筑有两路水源，分别从不同的市政道路上引入两根DN300的给水管，并在院区内形成D N300的环状给水管网。本工程所在地水压约为0．30MPa 。室外设250m3消防水池一座，消防水量不足的部分由市政给水管网补充。
2．2 室外消火栓系统
根据“建规”的规定，耐火等级为一、二级的丙类仓库，室外消防用水量为：45 L／s 。根据供水管网的水压和供水量，室外消防采用常高压供水系统。基地内另有两项建筑，由于场地东西长380 m，南北宽120 m，考虑到消防车就近取水及工程的安全性，共设六个地上式消火栓，沿环状消防车道及结合建筑单体布置情况均匀布置。
2．3 室内消火栓系统
根据“建规”第8．5．2规定，室内消火栓用水量为10L ／s ，同时使用水枪数量为2支，每支水枪的最小出水量为5L ／s 。由于高架货架的货物最高摆放高度为11．5 m，在扑灭火灾时，为防止消防人员被火焰辐射烤伤或倒塌的着火货物砸伤，因此水枪的倾斜角度一般不宜超过45度，水枪倾斜射流的灭火示意图如图l 所示。
经计算，水枪的倾斜角为45’时所需的直流水枪充实水柱长度为：SK ＝(H1一H2) ／sin45°＝1．41(H1一H2) ＝1．41(11．5一1) ＝14．8(m)。水枪口径为19mm 时，消火栓栓口压力为0．265 MPa，流量为6．44 L／s 。因此，本建筑的室内消防设计用水量应为12.88L ／s 。为安全起见，室内消防设计用水量采用15L ／s 。
3 自动喷水灭火系统方案选择
根据工程的具体情况，对本工程自动喷水灭火系统的设计考虑了以下三种设计方案：
3．1 采用雨淋系统
根据《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称“喷规”)4．2．5规定，室内净空高度超过
6．1.1(即采用快速响应早期抑制喷头的仓库，室内最大净空高度为12m) 规定，但须迅速扑救初期火灾的，应采用雨淋系统。关于雨淋系统的设计参数问题，仅在“喷规”9．1．8中提到(雨淋系统和水幕系统的设计流量，应按雨淋阀控制喷头的流量之和确定；多个雨淋阀控制的并联系统，其系统设计流量应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定) 。单个雨淋阀控制的作用面积，按规范5．0．1规定，中轻危险级Ⅱ级为180m2，本建筑一个防火分区的面积为：6000m2，根据规范则需要安装34个雨淋阀，如防火分区内任一点发生火灾，喷头动作同时按几个考虑? 另外，仓储式建筑是否属于必须迅速扑救初期火灾的建筑，规范中并未明确规定。同时，我们考虑到初期火灾几个喷头喷水即可灭火，而雨淋系统一经开启，大量开式喷头同时动作，势必造成水患。因此该工程采用雨淋系统有点欠妥。
3．2 采用大空间智能灭火装置
近几年来，为了满足高大空间自动喷水的要求，国内几家厂商研制出了大空间智能型主动喷水灭火装置，广东省率先编写出了《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》。该灭火装置的研制为解决超高建筑(H>12m)的设计提供了新的设计理念和方法。大空间智能灭火装置，适宜于生产储存A 类物品、最大净空高度为6～25 m的仓库、厂房等场所。该装置对所保护的区域始终处于全方位的监控状态，将红外传感技术、计算机信号处理和通信技术有机的结合起来，完成从探测判断火灾、到启动装置射水灭火、停止喷水等全过程的控制。对于发现火灾、扑灭早期火灾，比普通的湿式自动喷水灭火系统具有不可比拟的优越性。但是，该规范目前仅为广东省地方标准，河南省是否能以该规范为设计依据，我们已申报省消防总队征求意见，但迟迟没有得到答复。另外，由于该投资造价特别高，设计者方案选择时必须综合考虑。
3．3 采用快速响应早期灭火喷头与货架内喷头相结合的系统
根据建筑内层高的不同和货架布置形式的不同，采用不同类型的喷头加以保护。对于建筑内层高小于12 m的仓库部分(货架最大高度为6m) ，根据“喷规”5．0．6，采用快速响应早期抑制喷头；对于建筑内层高大于12 m的仓库部分(货架最大高度为11．5 m)，根据“喷规”5．0．6，仅在顶板下设置快速响应早期抑制喷头，将不能满足有效灭火的需要，而在货架内增设喷头，是对顶层喷头灭火能力的补充，因此，我们采用了除在屋面顶板下布置流量系数为K ＝200的快速响应早期灭火喷头外，还在货架内安装流量系数K ＝80的普通喷头。该方案具有系统形式简单、报警阀组数少、投资造价低，管理方便等优点。
通过对上述三种方案的比较，经与当地消防主管部门的协商，笔者认为采用第三种设计方案具有造价低、系统简洁等优点，因此采用该方案更加合理。
4 自动喷水系统设计
4．1 根据层高及防火分区的特点，管网系统分三个部分
(1)高架仓库(H>12 m)部分按仓库危险等级Ⅱ级设计，屋面下设置流量系数为K ＝200的快速响应早期灭火闭式喷头。喷头布置间距为3．OmX 3．0m ，喷水用水量为：90L ／s 。高架货架分五层，每层层高为2m ，若每层货架内设置喷头，货架内货物的摆放高度因喷头的设置要求受到限制，且工作人员工作时极易误碰喷头，因此采取在并排货架5m 的通道中间布置喷头，从下到上每两层布置一排流量系数为K ＝80喷头。为更有效地扑灭初期火灾，要求货架托盘必须采用通透性较强的托盘，喷头布置间距为3．0mX3．0m 。
(2)一层夹层下面为货物分拣区，层高为6．9m ，该区平时不堆积货物，仅在装卸货物的码头使用，因此该部分按仓库危险等级Ⅱ级设置流量系数为K ＝80的喷头即可满足喷水强度的需要。喷头布置间距为2．0 mX 3．0 m(由结构梁的布置而定) ，喷水强度为：16 l／(min·m
2) ，作用面积为：300m2，自动喷水用水量为：80L ／s 。
(3)高架仓库夹层(夹层最高处层高为8m ，货物最大堆积高度为5．5m) ，按仓库危险等级Ⅱ级设置流量系数为K ：200的快速响应早期抑制闭式喷头。喷头布置间距为3．0mX3．0m ，喷水用水量为：90l ／s 。
4．2 自动喷水系统用水量
根据“喷规”9．1．5、9．1．6，当建筑内设有不同类型系统或不同危险等级的场所时，系统的设计流量，应按其设计流量的最大值确定。因此，自动喷水系统的设计用水量，应为12只K ＝200的快速响应早期抑制喷头出水量与4只货架内喷头出水量之和的最大值，即95．32L ／s(12X7．5+4X1．33：95．32) 。
4．3 自动喷水灭火系统压力的确定及报警阀组的设置
由于K ＝200的快速响应早期抑制喷头的最低工作压力为0．50MPa ，而货架内喷头和货物分拣区K ＝80的普通玻璃球喷头的最低工作压力为0．10MPa ，因此供水系统需根据压力及防火分区的不同分区分压供水，并分别设置报警阀组，自动喷水灭火系统水泵供水压力按最不利点的快速响应早期抑制喷头压力设计，而安装普通喷头的管网系统经减压阀组减压后供水。由于喷水系统设计流量大、管路长，为减少管网最远与最近作用面积因管网阻力而产生的压力差，保证压力均恒，因此适当放大供水主干管管径，并按不同防火分区、不同压力设置报警阀组七套。考虑报警阀组若集中设在消防水泵房内，从泵房到四个防火分区的七根供水主干管的敷设不仅占用有效的建筑空间，而且因耗材的太多将会增加工程的造价，因此，采用报警阀组分散设置在各个防火分区内的布置方式。
5 关于超高建筑消防设计的探讨
5．1 重超高建筑喷头布置间距及最低工作压力的问题
根据“喷规”5．0．6，最大净空在本表规定范围之内时，表中给出了喷头布置最大间距和最低工作压力，而净空超出本表规定，且货架内设置喷头、屋面喷头喷水能力得到补偿时，本条并未给出应按照表5．0．6那一款确定屋面喷头布置的间距及喷头最低工作压力。再者，货架内喷头未指出应选用那种类型的喷头，如果布置流量系数为K=80的喷头，将不能满足表5．0．6中规定的喷水强度的要求，而流量系数为K=200的喷头又不适应布置在货架内。
5．2 超高建筑作用面积的概念是否存在
在“喷规”表5．0．6中给出，采用快速响应早期抑制喷头，其设计流量应按作用面积内12只喷头的出水量确定。根据“喷规”及参照美国FM 标准，快速响应早期抑制喷头的最大布置间距为3．7 m，最小布置间距为2．4m ，最大与最小布置间距12只喷头的保护面积之差为95．16 m2L(3．7X 3．7)X12一(3．0X3．0)X12]，由于喷头间距布置的不同保护面积相差1．38倍，而作用面积又没有明确给出大小，本表中“作用面积内同时开放的喷头数”是否应加以修改。
5．3 消防水箱容积及稳压设备出水量的问题
“喷规”10.3．1、10．3．2中规定，屋顶或气给水设备的出水量为5L ／s ，供水时间为10min ，但并未指出采用不同喷头时以上两项参数是否一样，因一只普通喷头工作压力0．1MP a 时出水量为1．33L ／s ，而K=200的快速响应早期抑制喷头工作压力0．50MPa 时出水量为
7．46L ／s 。该项参数是否应根据喷头的不同分别规定。
6 结语
综上所述，采用合理的消防设计方案，可以降低超高类物流建筑基建造价、降低成本，是控制火灾、有效灭火设计的关键之所在。关于“喷规”中一些不太明确的设计参数问题，希望在新“喷规”的修订中给予明确。
参考文献：
[1] 黄晓家，姜文源，等．自动喷水灭火系统设计手册．中国工业出版社．
[2] 潘振钦．特殊建筑自动喷水系统设计和探讨．给水排水，2003.(8)．
[3] 姜文源．我所理解的“大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范”．全国建筑给水排水委员会水消防分会第三次年会暨国际自动喷水灭火技术交流会论文集，2004．4．
仓储式物流中心的消防设计与探讨
摘要： 丹尼斯物流中心是按照超高建筑设计和建设的大型仓储式物流中心，该建筑具有层高高(>12 m) 、空间大、货架布置密集、货物摆放高的特点。通过对该工程的水消防设计，探讨超高类仓储式建筑的室内消防用水量的计算、自动喷水系统的方案选择及系统设计，并提出了一些规范中不太明确的问题，愿与同行们进行商榷。
关键词： 大型仓储式物流建筑 消火栓 自动喷水 设计 探讨工程概况
工程概况
丹尼斯物流中心由郑州丹尼斯百货有限公司建造，随着郑州丹尼斯百货规模的不断扩大，几年间，由原来的人民路店逐渐发展为数个商店的连锁商业。本工程位于郑东新区航海东路与第一大街交汇处，该地块东临京珠高速公路，西临一零七国道，交通条件便利。该工程建筑结构为轻型坡屋顶钢架结构，建筑面积为21800m2，建筑最大层高为15．5 m，内部设高架货架区、低架货架区、货物分拣区。该物流中心储存物品类别为丙类。该工程根据建筑面积和层高的不同分为四个防火分区，每个防火分区的面积均控制在《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)的允许范围之内(即不超过6000m2) 。防火分区一区、二区、三区包括部分高架货架区和部分货物分拣区，四区为夹层低架仓库区。防火分区之间用耐火等级不小于3 h的防火卷帘、防火墙分隔。屋顶钢梁、檩条及货架均涂刷防火涂料，耐火等级不小于3h 。 2 消火栓系统的设计
2．1 消防水源
本建筑有两路水源，分别从不同的市政道路上引入两根DN300的给水管，并在院区内形成D N300的环状给水管网。本工程所在地水压约为0．30MPa 。室外设250m3消防水池一座，消防水量不足的部分由市政给水管网补充。
2．2 室外消火栓系统
根据“建规”的规定，耐火等级为一、二级的丙类仓库，室外消防用水量为：45 L／s 。根据供水管网的水压和供水量，室外消防采用常高压供水系统。基地内另有两项建筑，由于场地东西长380 m，南北宽120 m，考虑到消防车就近取水及工程的安全性，共设六个地上式消火栓，沿环状消防车道及结合建筑单体布置情况均匀布置。
2．3 室内消火栓系统
根据“建规”第8．5．2规定，室内消火栓用水量为10L ／s ，同时使用水枪数量为2支，每支水枪的最小出水量为5L ／s 。由于高架货架的货物最高摆放高度为11．5 m，在扑灭火灾时，为防止消防人员被火焰辐射烤伤或倒塌的着火货物砸伤，因此水枪的倾斜角度一般不宜超过45度，水枪倾斜射流的灭火示意图如图l 所示。
经计算，水枪的倾斜角为45’时所需的直流水枪充实水柱长度为：SK ＝(H1一H2) ／sin45°＝1．41(H1一H2) ＝1．41(11．5一1) ＝14．8(m)。水枪口径为19mm 时，消火栓栓口压力为0．265 MPa，流量为6．44 L／s 。因此，本建筑的室内消防设计用水量应为12.88L ／s 。为安全起见，室内消防设计用水量采用15L ／s 。
3 自动喷水灭火系统方案选择
根据工程的具体情况，对本工程自动喷水灭火系统的设计考虑了以下三种设计方案：
3．1 采用雨淋系统
根据《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称“喷规”)4．2．5规定，室内净空高度超过
6．1.1(即采用快速响应早期抑制喷头的仓库，室内最大净空高度为12m) 规定，但须迅速扑救初期火灾的，应采用雨淋系统。关于雨淋系统的设计参数问题，仅在“喷规”9．1．8中提到(雨淋系统和水幕系统的设计流量，应按雨淋阀控制喷头的流量之和确定；多个雨淋阀控制的并联系统，其系统设计流量应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定) 。单个雨淋阀控制的作用面积，按规范5．0．1规定，中轻危险级Ⅱ级为180m2，本建筑一个防火分区的面积为：6000m2，根据规范则需要安装34个雨淋阀，如防火分区内任一点发生火灾，喷头动作同时按几个考虑? 另外，仓储式建筑是否属于必须迅速扑救初期火灾的建筑，规范中并未明确规定。同时，我们考虑到初期火灾几个喷头喷水即可灭火，而雨淋系统一经开启，大量开式喷头同时动作，势必造成水患。因此该工程采用雨淋系统有点欠妥。
3．2 采用大空间智能灭火装置
近几年来，为了满足高大空间自动喷水的要求，国内几家厂商研制出了大空间智能型主动喷水灭火装置，广东省率先编写出了《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》。该灭火装置的研制为解决超高建筑(H>12m)的设计提供了新的设计理念和方法。大空间智能灭火装置，适宜于生产储存A 类物品、最大净空高度为6～25 m的仓库、厂房等场所。该装置对所保护的区域始终处于全方位的监控状态，将红外传感技术、计算机信号处理和通信技术有机的结合起来，完成从探测判断火灾、到启动装置射水灭火、停止喷水等全过程的控制。对于发现火灾、扑灭早期火灾，比普通的湿式自动喷水灭火系统具有不可比拟的优越性。但是，该规范目前仅为广东省地方标准，河南省是否能以该规范为设计依据，我们已申报省消防总队征求意见，但迟迟没有得到答复。另外，由于该投资造价特别高，设计者方案选择时必须综合考虑。
3．3 采用快速响应早期灭火喷头与货架内喷头相结合的系统
根据建筑内层高的不同和货架布置形式的不同，采用不同类型的喷头加以保护。对于建筑内层高小于12 m的仓库部分(货架最大高度为6m) ，根据“喷规”5．0．6，采用快速响应早期抑制喷头；对于建筑内层高大于12 m的仓库部分(货架最大高度为11．5 m)，根据“喷规”5．0．6，仅在顶板下设置快速响应早期抑制喷头，将不能满足有效灭火的需要，而在货架内增设喷头，是对顶层喷头灭火能力的补充，因此，我们采用了除在屋面顶板下布置流量系数为K ＝200的快速响应早期灭火喷头外，还在货架内安装流量系数K ＝80的普通喷头。该方案具有系统形式简单、报警阀组数少、投资造价低，管理方便等优点。
通过对上述三种方案的比较，经与当地消防主管部门的协商，笔者认为采用第三种设计方案具有造价低、系统简洁等优点，因此采用该方案更加合理。
4 自动喷水系统设计
4．1 根据层高及防火分区的特点，管网系统分三个部分
(1)高架仓库(H>12 m)部分按仓库危险等级Ⅱ级设计，屋面下设置流量系数为K ＝200的快速响应早期灭火闭式喷头。喷头布置间距为3．OmX 3．0m ，喷水用水量为：90L ／s 。高架货架分五层，每层层高为2m ，若每层货架内设置喷头，货架内货物的摆放高度因喷头的设置要求受到限制，且工作人员工作时极易误碰喷头，因此采取在并排货架5m 的通道中间布置喷头，从下到上每两层布置一排流量系数为K ＝80喷头。为更有效地扑灭初期火灾，要求货架托盘必须采用通透性较强的托盘，喷头布置间距为3．0mX3．0m 。
(2)一层夹层下面为货物分拣区，层高为6．9m ，该区平时不堆积货物，仅在装卸货物的码头使用，因此该部分按仓库危险等级Ⅱ级设置流量系数为K ＝80的喷头即可满足喷水强度的需要。喷头布置间距为2．0 mX 3．0 m(由结构梁的布置而定) ，喷水强度为：16 l／(min·m
2) ，作用面积为：300m2，自动喷水用水量为：80L ／s 。
(3)高架仓库夹层(夹层最高处层高为8m ，货物最大堆积高度为5．5m) ，按仓库危险等级Ⅱ级设置流量系数为K ：200的快速响应早期抑制闭式喷头。喷头布置间距为3．0mX3．0m ，喷水用水量为：90l ／s 。
4．2 自动喷水系统用水量
根据“喷规”9．1．5、9．1．6，当建筑内设有不同类型系统或不同危险等级的场所时，系统的设计流量，应按其设计流量的最大值确定。因此，自动喷水系统的设计用水量，应为12只K ＝200的快速响应早期抑制喷头出水量与4只货架内喷头出水量之和的最大值，即95．32L ／s(12X7．5+4X1．33：95．32) 。
4．3 自动喷水灭火系统压力的确定及报警阀组的设置
由于K ＝200的快速响应早期抑制喷头的最低工作压力为0．50MPa ，而货架内喷头和货物分拣区K ＝80的普通玻璃球喷头的最低工作压力为0．10MPa ，因此供水系统需根据压力及防火分区的不同分区分压供水，并分别设置报警阀组，自动喷水灭火系统水泵供水压力按最不利点的快速响应早期抑制喷头压力设计，而安装普通喷头的管网系统经减压阀组减压后供水。由于喷水系统设计流量大、管路长，为减少管网最远与最近作用面积因管网阻力而产生的压力差，保证压力均恒，因此适当放大供水主干管管径，并按不同防火分区、不同压力设置报警阀组七套。考虑报警阀组若集中设在消防水泵房内，从泵房到四个防火分区的七根供水主干管的敷设不仅占用有效的建筑空间，而且因耗材的太多将会增加工程的造价，因此，采用报警阀组分散设置在各个防火分区内的布置方式。
5 关于超高建筑消防设计的探讨
5．1 重超高建筑喷头布置间距及最低工作压力的问题
根据“喷规”5．0．6，最大净空在本表规定范围之内时，表中给出了喷头布置最大间距和最低工作压力，而净空超出本表规定，且货架内设置喷头、屋面喷头喷水能力得到补偿时，本条并未给出应按照表5．0．6那一款确定屋面喷头布置的间距及喷头最低工作压力。再者，货架内喷头未指出应选用那种类型的喷头，如果布置流量系数为K=80的喷头，将不能满足表5．0．6中规定的喷水强度的要求，而流量系数为K=200的喷头又不适应布置在货架内。
5．2 超高建筑作用面积的概念是否存在
在“喷规”表5．0．6中给出，采用快速响应早期抑制喷头，其设计流量应按作用面积内12只喷头的出水量确定。根据“喷规”及参照美国FM 标准，快速响应早期抑制喷头的最大布置间距为3．7 m，最小布置间距为2．4m ，最大与最小布置间距12只喷头的保护面积之差为95．16 m2L(3．7X 3．7)X12一(3．0X3．0)X12]，由于喷头间距布置的不同保护面积相差1．38倍，而作用面积又没有明确给出大小，本表中“作用面积内同时开放的喷头数”是否应加以修改。
5．3 消防水箱容积及稳压设备出水量的问题
“喷规”10.3．1、10．3．2中规定，屋顶或气给水设备的出水量为5L ／s ，供水时间为10min ，但并未指出采用不同喷头时以上两项参数是否一样，因一只普通喷头工作压力0．1MP a 时出水量为1．33L ／s ，而K=200的快速响应早期抑制喷头工作压力0．50MPa 时出水量为
7．46L ／s 。该项参数是否应根据喷头的不同分别规定。
6 结语
综上所述，采用合理的消防设计方案，可以降低超高类物流建筑基建造价、降低成本，是控制火灾、有效灭火设计的关键之所在。关于“喷规”中一些不太明确的设计参数问题，希望在新“喷规”的修订中给予明确。
参考文献：
[1] 黄晓家，姜文源，等．自动喷水灭火系统设计手册．中国工业出版社．
[2] 潘振钦．特殊建筑自动喷水系统设计和探讨．给水排水，2003.(8)．
[3] 姜文源．我所理解的“大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范”．全国建筑给水排水委员会水消防分会第三次年会暨国际自动喷水灭火技术交流会论文集，2004．4．