摘要：隨著物流行業(yè)的高速發(fā)展，閣樓貨架因能有效提升空間利用率，在高標(biāo)準(zhǔn)倉庫中得到廣泛應(yīng)用貨架。然而，其消防設(shè)計長期缺乏針對性的規(guī)范及指導(dǎo)。本文系統(tǒng)分析了閣樓貨架在疏散、排煙、滅火系統(tǒng)及報警系統(tǒng)有效性等方面存在的火災(zāi)風(fēng)險，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施。通過參考國內(nèi)規(guī)范及FM等國際標(biāo)準(zhǔn)，本文對閣樓貨架工藝與布置進(jìn)行了優(yōu)化探討，以期為提升閣樓貨架的消防安全性提供參考。
關(guān)鍵詞：閣樓貨架貨架；消防設(shè)計；火災(zāi)風(fēng)險；孔隙率；排煙；自動噴水滅火系統(tǒng)
一、引言
根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，倉儲物流行業(yè)規(guī)模在2025年預(yù)計會突破3.5億元，隨著物流運(yùn)輸效率越來越高，對高標(biāo)準(zhǔn)倉庫的貨架存儲效率也提出了更高要求，貨架形式也從傳統(tǒng)的隔板貨架、橫梁式高位貨架逐步擴(kuò)展至到閣樓貨架貨架。閣樓貨架是以貨架為支撐結(jié)構(gòu)，在一定的高度（約3m左右）鋪設(shè)通道樓板、并配套護(hù)欄、人行樓梯、貨梯、升降平臺等設(shè)施，形成兩層或者多層儲貨單元，從而實(shí)現(xiàn)倉庫空間集約化、以及作業(yè)效率提升的一種貨架。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，閣樓貨架通常分為兩類：一類是通廊閣樓式貨架，即在貨架巷道內(nèi)設(shè)置一層或多層樓面層及附屬結(jié)構(gòu)。另一類是平臺閣樓式貨架，即以貨架主體或單支柱支撐起一層或多層樓面平臺結(jié)構(gòu)的貨架。物流行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WB/T 1116-2021《閣樓式貨架》對以上兩種常見類型作出了明確規(guī)定，其典型結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示[1]。
圖1 通廊閣樓式貨架
圖2 平臺閣樓式貨架
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閣樓貨架通常設(shè)置在高標(biāo)準(zhǔn)倉庫內(nèi)，一般用于存儲丙2類等物品，其規(guī)模可覆蓋整個防火分區(qū)，甚至整個樓層，然而，由于此類貨架常在倉庫建成后根據(jù)租戶需求進(jìn)行加裝或改造，原高標(biāo)倉內(nèi)的消防疏散、滅火系統(tǒng)，以及排煙與火災(zāi)報警系統(tǒng)等往往難以適應(yīng)其布局變化，因而存在顯著的火災(zāi)風(fēng)險，目前，行業(yè)內(nèi)并無針對性的消防設(shè)計規(guī)范可以遵循和借鑒，導(dǎo)致高標(biāo)倉中設(shè)置了閣樓貨架后，整體消防合規(guī)性面臨挑戰(zhàn)貨架。
為此，本研究旨在系統(tǒng)分析高標(biāo)倉內(nèi)閣樓式貨架的火災(zāi)風(fēng)險特性，探討現(xiàn)有消防系統(tǒng)與閣樓式貨架的匹配性問題，并提出針對性的消防設(shè)計優(yōu)化策略與合規(guī)解決方案，以期為行業(yè)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)貨架。
二、閣樓貨架倉儲消防風(fēng)險及對策
1.人員疏散困難風(fēng)險及對策
物流行業(yè)主要設(shè)置閣樓貨架的庫房多為丙2類高標(biāo)庫，根據(jù)《物流建筑設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求，當(dāng)丙2類作業(yè)型物流建筑層高超過6m，且設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)時，其任一點(diǎn)至安全出口的最大疏散距離不應(yīng)超過規(guī)定值的1.25倍貨架。同時，分揀、輸送設(shè)備的布置應(yīng)滿足人員疏散通行要求。目前閣樓貨架往往設(shè)計二層以上結(jié)構(gòu)，并在原防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置。火災(zāi)發(fā)生時，位于二層及以上平臺操作的人員需先經(jīng)樓梯下至閣樓一層，再跑相對應(yīng)的疏散口，實(shí)際疏散時間遠(yuǎn)超過規(guī)范要求，難以及時疏散到室外，存在明顯安全隱患。
因此，建設(shè)閣樓貨架時，需要考慮疏散樓梯的數(shù)量及安全性，并從使用管理上控制閣樓貨架作業(yè)人數(shù)，同時也應(yīng)盡量減少設(shè)置閣樓貨架的區(qū)域，降低因建筑面積增加而對建筑合規(guī)性帶來的影響貨架。此外，需要針對閣樓貨架的實(shí)際使用情況，在層板需要上人操作的區(qū)域配置必要的消防應(yīng)急照明以及疏散指示系統(tǒng)。
2.排煙不暢風(fēng)險及對策
閣樓貨架平臺一般有2～3層，由于有荷載要求采用了穿孔鋼板，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在閣樓貨架內(nèi)，煙氣在層板的限制下開始聚集并擴(kuò)散，層板對火災(zāi)時的最小保證清晰高度存在一定影響，設(shè)計最小清晰高度的作用是為了保證室內(nèi)人員安全疏散和方便消防人員的撲救而提出的最低要求，相關(guān)專業(yè)研究人員通過FDS模擬發(fā)現(xiàn)，閣樓貨架層板鏤空率5％情況下，煙氣蔓延呈下寬上窄的正三角形向上擴(kuò)散，對比50％情況下，煙氣蔓延基本呈倒三角擴(kuò)散,鏤空樓板對煙氣蔓延過程存在較大的影響[2]貨架。
國家規(guī)范《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017第4.2.2條：對于有吊頂?shù)目臻g，當(dāng)?shù)蹴旈_孔不均勻或開孔率小于或等于25％時，吊頂內(nèi)空間高度不得計入儲煙倉厚度[3]貨架?？梢岳斫庠谄脚_或吊頂類場所當(dāng)層板孔隙率達(dá)到25%以上時，可以基本認(rèn)為煙氣基本不受影響，因此，建議閣樓貨架平臺的綜合孔隙率控制在25%以上，或結(jié)合平臺側(cè)面輔助排煙，如閣樓面積較大且孔隙率低于25%等不利因素疊加，需要考慮補(bǔ)充機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)計，以保障安全。
表1 平臺閣樓式貨架不同樓板選用的綜合孔隙率測算對比
結(jié)合實(shí)際情況，單層閣樓貨架在采用不同的貨架形式及樓板時，其綜合孔隙率也不同，參見表1、表2貨架。通過表1可以看出，當(dāng)采用平臺閣樓式貨架時，在樓板標(biāo)高的貨架平面上不安裝層板，可以額外增加40%孔隙率面積，使綜合孔隙率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足排煙規(guī)范的不低于25%要求，因此可以結(jié)合實(shí)際物流存儲情況優(yōu)先考慮此策略；通過表2可以看出，當(dāng)采用通廊閣樓式貨架時，存儲區(qū)不設(shè)置層板或設(shè)置格柵層板，而通道區(qū)在均采用格柵層板組合時，才可以滿足排煙規(guī)范的不低于25%要求。
表2 通廊閣樓式貨架不同樓板選用的綜合孔隙率測算對比
3.噴淋動作受限風(fēng)險及對策
丙2類倉庫均在頂部設(shè)置了早期抑制快速響應(yīng)噴頭來保護(hù)高位貨架，當(dāng)增加閣樓貨架時，由于設(shè)置了多層層板，把丙2庫的防火分區(qū)垂直分成多個類似于吊頂或樓層空間貨架。層板的存在嚴(yán)重限制了頂部早期抑制快速響應(yīng)噴頭噴水的效果，導(dǎo)致其無法對吊頂或樓層空間實(shí)施有效的滅火，國家標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50084-2017雖對閣樓貨架無相應(yīng)規(guī)定，但對類似情形有一定要求。例如，第7.1.13條規(guī)定：“裝設(shè)網(wǎng)格、柵板類通透性吊頂?shù)膱鏊?dāng)通透面積占吊頂總面積的比例大于70％時，噴頭應(yīng)設(shè)置在吊頂上方”；第7.1.10條規(guī)定：“增設(shè)的灑水噴頭上方有孔洞、縫隙時，可在灑水噴頭的上方設(shè)置擋水板”[4]。
因此，從安全角度考慮，當(dāng)閣樓貨架為多層時，應(yīng)在每層層板下方增加自動噴水滅火系統(tǒng)，并為噴頭增加集熱罩貨架。而當(dāng)采用單層閣樓貨架時，如孔隙率大于70%，可認(rèn)為該區(qū)域無需增加自噴噴頭，由原倉庫頂板噴頭直接保護(hù)即可。由于閣樓貨架有揀貨需求，會有人進(jìn)行工作和停留，因此在各層閣樓貨架內(nèi)部可增加消火栓系統(tǒng)，保護(hù)距離應(yīng)結(jié)合貨架布置與人員行走距離合理確定，且保護(hù)距離不宜小于30m，并建議配置滅火器及時滅火。
4.火警失效風(fēng)險及對策
當(dāng)單層或多層閣樓貨架層板小于30%時，煙氣無法充分到達(dá)倉庫頂部觸發(fā)吸入式空氣采樣探測器或紅外對射探測器，致使火災(zāi)無法及時發(fā)現(xiàn)和撲救，存在火警失效風(fēng)險貨架。因此，需要在層板間增加火災(zāi)探測器，另外也需要在每層疏散主通道額外增加火災(zāi)報警按鈕及聲光報警器，保障火災(zāi)被及時發(fā)現(xiàn)，并啟動排煙和滅火程序。
三、閣樓貨架構(gòu)造消防優(yōu)化建議
1.通廊閣樓式貨架定性及構(gòu)造優(yōu)化
通廊式閣樓貨架更類似于高位貨架與多層上人操作平臺的組合形態(tài)，當(dāng)原建筑屋頂僅設(shè)置早期抑制快速響應(yīng)噴頭時，高位貨架部分仍然可以參考現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50084-2017第5.0.7條的規(guī)定：“滅火系統(tǒng)的倉庫及類似場所，當(dāng)采用貨架儲存時應(yīng)采用鋼制貨架，并應(yīng)采用通透層板，且層板中通透部分的面積不應(yīng)小于層板總面積的50％”貨架。即存貨空間層板可以為格柵層板或橫梁式貨架。當(dāng)采用木制貨架或采用封閉層板貨架時，其系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)按堆垛儲物倉庫確定其消防要求。
當(dāng)貨架形式采用雙排貨架或多排貨架時，可以借鑒FM標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，預(yù)留足夠的貨架煙道空間，以確保建筑物頂部早期抑制快速響應(yīng)噴頭及時有效受熱動作，因此，雙排貨架背對背的最小間距及貨物間距建議按以下要求設(shè)計，并保證凈距空隙可以從底部直接貫通到貨架頂部，形成一個完成的豎向煙道空間，可按圖3布置，使貨物（圖中虛線部分）橫向之間擺放凈距不小于150mm或按圖4布置，使橫向和縱向貨物（圖中虛懸部分）之間凈距均不小于75mm貨架。
圖3 考慮煙道空間的雙排貨架儲物排布示意一
圖4 考慮煙道空間的雙排貨架儲物排布示意二
通廊式貨架的多層上人操作平臺部分需要考慮結(jié)合自噴、報警系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)綜合最優(yōu)方案來確認(rèn)孔隙率貨架。閣樓貨架常見多為兩層以上結(jié)構(gòu)，孔隙率在垂直方向疊加，可能下層的火災(zāi)更易穿透平臺，會影響上層平臺的人員正常疏散，因此，人員疏散路線優(yōu)先考慮采用實(shí)心鋼板，鋼板下設(shè)置自噴和火災(zāi)報警系統(tǒng)，疏散相關(guān)主要承載構(gòu)件應(yīng)考慮一定的耐火時間要求，而其余平臺區(qū)域反而建議盡量開洞或設(shè)置鋼格柵，增大煙氣通過率，使煙氣盡快到達(dá)屋頂觸發(fā)消防報警聯(lián)動及時滅火。從排煙便利性角度考慮，閣樓貨架距離原建筑防火墻的凈距，建議至少留出1m的間隙，方便煙氣從側(cè)面順暢溢出，及時被原建筑排煙系統(tǒng)排出室外。通廊式閣樓貨架平面布置優(yōu)化如圖5所示。
圖5 通廊式閣樓貨架消防優(yōu)化圖
2.平臺閣樓式貨架定性及構(gòu)造優(yōu)化
平臺式閣樓貨架因閣樓被層板完全分隔，每層貨架相當(dāng)于放置在本層層板上，從消防角度可以認(rèn)為是每層凈高約3m的多層鋼制構(gòu)筑物內(nèi)放置了隔板或橫梁貨架貨架。因其上下層貨架不一定豎向?qū)R設(shè)置，因此建議每層儲物距離層板控制一定高度，便于設(shè)置在平臺下方的噴頭能夠覆蓋頂部貨物，此部分國內(nèi)規(guī)范并無標(biāo)準(zhǔn)，考慮實(shí)際情況建議參考FMD0809《火災(zāi)危險等級為1、2、3、4類及塑料物品的倉儲》[5]相關(guān)要求，儲物頂部和頂板下噴頭濺水盤之間保持不小于0.9m的凈空，以便自噴有效發(fā)揮灑水作用。此外，平臺式閣樓貨架，同樣應(yīng)采用鋼制貨架，并應(yīng)采用通透層板，且層板中通透部分的面積不應(yīng)小于層板總面積的50％，否則需要按堆垛去進(jìn)行相關(guān)消防自噴系統(tǒng)的復(fù)核和設(shè)計。平臺式閣樓貨架的平臺部分要求可通廊式閣樓貨架平臺部分的要求相同。
3.閣樓式貨架運(yùn)營的相關(guān)建議
閣樓貨架本身消防風(fēng)險較普通的高位貨架風(fēng)險性高，因此建議實(shí)際運(yùn)營時，盡量考慮有利于消防滅火的角度進(jìn)行使用，雖然國內(nèi)對于貨架布置及貨物存儲尚未出臺相關(guān)消防規(guī)定，但仍可以借鑒國際FM全球標(biāo)準(zhǔn)或美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA13進(jìn)行綜合應(yīng)用，達(dá)到風(fēng)險控制的目的，F(xiàn)MD0809《火災(zāi)危險等級為 1、2、3、4 類及塑料物品的倉儲》標(biāo)準(zhǔn)的以下要求：“貨架頂部不放置敞開容器，如必須設(shè)置在頂層時，每個容器底部可以設(shè)置鐵絲網(wǎng)護(hù)壁，或均勻的大的開口，確保進(jìn)入容器的水都能以相同流速流出，如頂部設(shè)置了敞開不可燃容器，其下方的所有儲物均不可燃或儲存在不可燃容器內(nèi)，或所有頂部敞開不可燃容器都位于倉儲貨架的底層；貨架托盤，在滿足需求下優(yōu)先選擇不燃托盤，其次為木制托盤；設(shè)置工業(yè)吊扇時，選用帶停機(jī)急停配置功能的產(chǎn)品等等要求，均可以借鑒和應(yīng)用”貨架。
四、案例分析
1.工程簡介
某倉儲物流中心位于河北省，主要服務(wù)于城市快速消費(fèi)品中轉(zhuǎn)貨架。該倉儲物流中心占地長470m、寬420m，包含八個倉儲庫區(qū)。其中1號～8號庫均為丙類2項，耐火等級為一級，建筑高度23.7m，地上兩層；其中1號～6號庫局部3層。目前在1號庫局部設(shè)置通廊閣樓式貨架，貨架布置如圖6、圖7所示。該閣樓式貨架采用鋼結(jié)構(gòu)，每層之間采用鋼網(wǎng)格樓板分隔，共3層，該區(qū)域的消防設(shè)計在規(guī)范中沒有明確規(guī)定，因此進(jìn)行特殊消防設(shè)計。
圖6 閣樓式貨架平面圖
圖7 閣樓式貨架剖面示意
2.疏散設(shè)計
為了保證閣樓人員的安全疏散，每一層任一點(diǎn)至最近的上下連接的樓梯疏散距離不應(yīng)大于37.5m貨架。目前最遠(yuǎn)的疏散距離約為26.7m。為了降低火災(zāi)煙氣對樓梯上人員的影響，樓梯采用圍合結(jié)構(gòu)進(jìn)行圍合，在樓梯入口處，圍合結(jié)構(gòu)距地面的高度不大于2.3m。該閣樓式貨架疏散樓梯及疏散路線示意如圖8所示。
圖8 閣樓式貨架疏散樓梯及疏散路線示意圖
3.室內(nèi)消火栓設(shè)計
按國內(nèi)規(guī)范，分區(qū)設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)貨架。閣樓式貨架共3層且每層均有人員活動，閣樓式貨架區(qū)每層均設(shè)置室內(nèi)消火栓，并設(shè)置消防軟管卷盤。
4.自動噴水滅火設(shè)計
閣樓式貨架采用鋼結(jié)構(gòu)，共3層，每層之間采用鋼網(wǎng)格樓板分隔貨架。閣樓貨架主疏散通道均為實(shí)心鋼層板，設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)。選擇設(shè)計參數(shù)時，參考《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017），并在此基礎(chǔ)上，參考FM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加強(qiáng)，對于噴頭最不利點(diǎn)工作壓力以及噴頭開啟數(shù)量，均按照國標(biāo)要求選取以滿足國內(nèi)法規(guī)要求，噴頭間距考慮實(shí)際屋面梁距均3m的情況，參考FM標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)按3m間距控制，最終對比及選用情況可參見表3。
表3 閣樓式貨架自噴參數(shù)選用表
5.防排煙設(shè)計
閣樓式貨架采用鋼結(jié)構(gòu)，共3層，每層之間采用鋼網(wǎng)格樓板分隔，網(wǎng)格大小為44mm×11mm貨架。根據(jù)圖紙，在走道區(qū)域具有鏤空條件，為了使鋼網(wǎng)格樓板不影響煙氣蔓延，整層的鏤空面積不應(yīng)低于整層面積的25%，閣樓孔隙率計算可參見表4，經(jīng)計算均滿足自然排煙25%要求。
表4 閣樓式貨架孔隙率計算表
防火分區(qū)均采用自然排煙，劃分防煙分區(qū)，每個防煙分區(qū)面積不大于2000m2貨架。排煙窗位于屋頂頂部及側(cè)墻上。
6.火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計
本工程采用集中報警系統(tǒng)，消防控制室設(shè)置在主門衛(wèi)室貨架。倉庫的倉儲區(qū)域設(shè)空氣采樣早期報警探測器。并根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，隔板鏤空率≤30%，各層均需增設(shè)感煙探測器，當(dāng)鏤空率＞30%時，各層不設(shè)置探測器。另外每一層均布置手動火災(zāi)報警按鈕。
7.消防模擬
為驗(yàn)證設(shè)計有效性，委托專業(yè)消防機(jī)構(gòu)進(jìn)行模擬試驗(yàn)貨架。首先劃分分區(qū)，貨源位置分別考慮在各個分區(qū)，火災(zāi)類型為快速火，模擬火災(zāi)規(guī)模為4MW，自然排煙有效及自噴有效，在1800s時段內(nèi)，對首層貨架地面上方以及三層貨架平臺上方2m高度處的溫度、能見度進(jìn)行了監(jiān)測和記錄，模擬結(jié)果可參見表5。
表5 閣樓式貨架煙氣模擬記錄表
疏散模擬中貨架，人員類型按照60%成年男性、40%成年女性考慮，步行速度參考英國SFPE Handbook、美國NFPA130規(guī)范及Simulex的建議進(jìn)行取值，人員按閣樓貨架區(qū)工作人數(shù)為15人，考慮1.5倍安全系數(shù)，疏散人數(shù)為
23人貨架。模擬時對應(yīng)僅封堵火源附近通道和封堵火源附近通道及樓梯兩種場景進(jìn)行疏散模擬，記錄疏散行動時間。最后進(jìn)行RSET（避難所需時間）和ASET（避難允許時間）判定疏散安全性，具體可參見表6。
表6 閣樓式貨架疏散模擬表
8.設(shè)計驗(yàn)證結(jié)論
通過消防性能化分析，本案例在消防系統(tǒng)有效作用下，可及時控制初期火災(zāi)，將火災(zāi)損失控制在較小范圍，有效降低火災(zāi)損失貨架。在消防系統(tǒng)有效作用下，各火災(zāi)場景的危險來臨時間均大于人員所需疏散時間，煙氣溫度及能見度可以滿足人員安全疏散可以得到的保障。綜上，本工程在消防設(shè)計方案條件下，能達(dá)到保證人員生命安全和限制火災(zāi)大規(guī)模蔓延的設(shè)計目標(biāo)。
本工程在通過消防論證后順利通過審圖及驗(yàn)收，為行業(yè)內(nèi)閣樓貨架合規(guī)建造提供有效參考貨架。
五、結(jié)語
目前，行業(yè)廣泛應(yīng)用的閣樓貨架尚有很多消防問題需要解決貨架。本文從重視消防安全角度出發(fā)，建議閣樓貨架設(shè)計和安裝時應(yīng)參考國家現(xiàn)行消防規(guī)范相關(guān)要求，在國內(nèi)尚無明確規(guī)定的閣樓貨架孔隙率控制以及存儲方式上，消防仍可以借鑒國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。建議閣樓貨架在設(shè)計之初就把消防要求納入考量，安裝時要和建筑形式相匹配，和建筑物的既有消防系統(tǒng)相融合，后期運(yùn)營時也要針對不同的存儲物品控制擺放間距，對特殊的物品（如開口料箱、托盤等）分類處置，在整體建設(shè)運(yùn)營全流程角度控制火災(zāi)風(fēng)險。
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