近年来物流业迅速发展, 全国各地大规模的物流中心拔地而起, 各种类型的物流建筑大量涌现^[1]。

　　 现代物流体系中, 传统功能单一的仓库建筑已不能满足现代物流功能多样化的需求, 各种物流中心或配送中心逐渐发展为由仓库、交易卖场、配套办公、住宿等不同功能性质建筑组成的新型建筑群类型。作为一种人员密集的生产性活动重要场所, 物流建筑消防设计的安全和合理至关重要。

　　 本文结合工程实例, 对寒冷结冰、湿陷性黄土地区超大型物流建筑消防系统的设计要点展开介绍和讨论。

　　 兰州国际高原夏菜副食品采购中心一期, 位于甘肃省兰州市高新区榆中园区规划范围内, 总建筑面积约100万m²。

　　 各单体主要由交易卖场、仓库及辅助配套的办公、旅馆、展览、商业、住宅等性质建筑组成。主要类型单体情况如下:

　　 (1) 交易卖场:精果交易厅 (E-1~3, 10.8m;D-1a~1c, 12.45 m) 、副食品交易 (F-3a~3b, 12.45m) 、清真交易 (H-1~3, 12.10m) 、中心交易区 (K-1~4, 11.35m) 、高原夏菜交易厅 (L-4~7, 15.35m) 、肉类市场 (R-1~2, 10.08m) 、粮油市场 (R-3~4, 10.08 m) 、水产/冻品市场 (R-5~6, 10.08m) 、干货市场 (R-7~8, 10.08m) 等。

　　 (2) 仓储类:常温库 (C-3, 13 m;M-6~7, 11m;W-2~5, 13.6m) 、理货 (D-2~3, 7m) 、蔬菜转运大厅 (L-1~3, 10.15m;) 、配送加工 (M-1~5, 12m) 等。

　　 (3) 配套:办公 (C-1~2, 9.45m;C-4, 48m;G-1, 11.80m;L-8, 23.8m) 、酒店 (G-2, 22.05m;G-3, 16.65m;A-6, 66.9m) 、展览 (B1-1, 21.55m;J-1, 19.95m) 、商业 (A1-1~5、6~11, 13.8 m) 、住宅 (E-1~9, 33.45m) 等。

　　 项目具有如下特点:

　　 (1) 项目面积较大, 分批次进行设计, 故采用分区域设置消防水泵房, 以满足各自区域消防设计要求。

　　 (2) 项目整体为台地地形, 从南向北地势逐步下降, 设计时需注意室外地坪标高引起的单体附近消防管道压力和管道埋深差异。

　　 (3) 项目内建筑抗震烈度为7度, 且各地块土壤性质特殊, 如C (C1~C3) 、D、F、G地块的土壤为一级非自重湿陷性黄土;而C (C4~C7) 、E、K地块的土壤为二级自重湿陷性黄土。为预防该土壤环境下的地基沉陷对管道的影响, 本项目均设置给排水管沟及检漏井^[2]。

　　 (4) 兰州为寒冷冬季结冰地区, 项目内需设计消防系统的单体中^[3], 采暖的单体设置湿式消防系统, 不采暖单体设置干式消火栓系统、预作用自动喷水灭火系统。

　　 室外消火栓系统均采用低压制。各区域地块均从本项目的市政给水管网上引出两路引入管在区域内连接成环。所有室外消火栓均设置在室外消火栓环网管道上。

　　 各区域地块根据区域内各单体建筑的实际功能和体积确定室外消火栓设计流量^[4]。如精果交易区、中心交易区等交易卖场按照民用建筑中的公共建筑选取水量;理货、常温库等仓储建筑按照工业建筑中丙类仓库选取水量。

　　 本项目分区域设置消防泵房, 各区域的室内消火栓、自动喷水灭火系统用水均由区域消防泵房供给。区域消防泵房内的室内消火栓泵、喷淋泵出水管分别在所在区域的室外成环管布置, 各单体室内消火栓、自动喷水灭火系统进户管均接自各系统的环管, 各单体的报警阀组均设置在单体内。各区域的屋顶消防水箱均设置在区域范围内的最高建筑物屋顶上, 消火栓出水管与该区域的消火栓环管相连, 自动喷水灭火系统出水管与其室外环管相连。单体消火栓、自动喷水灭火系统进户管大于单体所需压力时, 消火栓于单体内设置减压阀组, 自动喷水灭火系统于报警阀前设置减压阀组。区域消火栓、自动喷水灭火系统水泵接合器在每座建筑物附近设置。

　　 区域室内消火栓系统流量选取设计区域中单栋建筑室内消火栓系统设计流量最大者。

　　 区域自动喷水灭火系统设计流量选取设计区域中单栋建筑自动喷水灭火系统设计流量最大者。当部分单体内设有大空间智能型主动喷水灭火装置时, 与自动喷水灭火系统共用一套消防给水系统, 且两套管网在单体的报警阀前分开。这时消防水量的选取既要保证安全又要考虑经济性, 取两系统中最大的一个设计水量、水压及一次灭火用水量^[5]。同时, 两套系统能互不影响地独立运行。

　　 本项目中, 在每栋需设置干式消火栓系统的引入管上, 均设置电动阀 (见图1) , 用以快速接通或切断向消火栓管道系统的供水, 并在消火栓箱处设置手动按钮, 用以直接开启快速启闭装置^[4]。

　　 准工作状态下的干式消火栓管道中充满空气, 开启消火栓后先要排除空气才能出水。为避免出水滞后, 提高系统的可靠性, 根据《消防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974-2014) , 本项目中干式系统的充水时间均不大于5 min, 系统前端的电动阀开启时间均不超过30s^[4]。另外, 参考住宅干式消火栓竖管设置消防车供水接口的做法, 在单体引入管处设置了DN100的快速接口, 同时在单体附近设置消火栓水泵接合器, 进一步提高可靠保障。为使干式系统快速转换成湿式系统, 在系统管道的最高处均设置自动快速排气阀。

　　 需设置自动喷水灭火系统的不采暖单体可采用干式或预作用系统。火灾时, 干式系统的配水管道须排气充水, 致使系统开始喷水的时间推迟。而预作用系统可消除干式系统延迟喷水的缺点, 在高温和低温环境中替代干式系统, 又可在严禁漏水或误喷的场所替代湿式系统^[6]。预作用系统分充气和不充气两种类型, 为简化系统及控制, 本项目均采用不充气类型。在准工作状态时, 该系统的配水管道内不充水也不充气, 维持空管状态;在火灾时, 该系统由比闭式喷头更灵敏的火灾自动报警系统联动雨淋阀和喷淋泵, 在闭式喷头开放前完成管道充水的过程, 使系统迅速转换为湿式, 喷头在开放后能立刻喷水。

　　 在交易卖场等人员密集场所及仓储场所, 保护人民群众和财产安全尤为重要。经比较, 本项目需设置自动喷水灭火系统的不采暖单体均采用预作用系统。预作用系统由火灾自动报警系统探测, 消防联动控制器控制预作用阀组的开启, 系统设计参数及要求同干式系统^[5]。

　　 本项目中每栋需设置预作用系统的引入管上, 均设置阀门、过滤器。为使预作用系统快速转换成湿式系统, 在系统管道的最高处均设置自动快速排气阀。预作用报警阀间内采用带电加热的分体空调供暖, 保证冬季报警阀间温度大于5℃。

　　 物流建筑中, 交易卖场上下贯通的中庭, 以及大型的交易棚, 这些区域的高度往往净高超过12 m, 属于大空间场所^[7]。采取普通的自动喷水灭火系统已不能满足灭火要求。大空间智能型主动灭火系统相比于其他开式灭火系统 (如雨淋系统) 有更迅速、更准确和更省流量的优点^[8]。

　　 本项目中, 净空高度大于12m的中庭、交易大棚均采用标准型自动扫描射水高空水炮灭火装置, 边墙安装 (见图2) 。设计参数:单炮Q=5L/s, 工作压力P=0.6 MPa, 保护半径R=20m, 水平回转角位360°, 仰角30~90°。发生火灾时该系统联动开启电动阀并发送显示开闭状态信号给消防控制中心以及联锁开启对应的喷淋泵。

　　 物流建筑群一般占地面积较大, 各单体消防流量有明显差异。以本项目为例, 室内消火栓系统中, 大部分交易卖场建筑体积均大于2.5万m³, 按照商业建筑定义取值, 设计流量为40L/s, 而配套的办公、旅馆最大设计流量分别为15L/s、20L/s;自动喷水灭火系统中, 经水力计算, 部分仓库的设计流量较大, 个别达到70L/s以上, 而普通公建最大设计流量仅为35L/s。

　　 对于物流建筑群, 选择一个合理的消防给水系统, 不仅可以使得系统稳定可靠, 还能使设备及阀门承压不过高, 从而节约工程成本。如在自动喷水灭火系统设计中, 可采用2用1备的喷淋泵组, 当控制大流量建筑 (如仓库等) 的报警阀组动作时, 启动2台喷淋泵;当控制小流量建筑 (如办公楼、酒店等) 的任一报警阀组动作时, 启动1台喷淋泵。

　　 物流建筑群消防给水系统的选择, 应该从设计流量、设计扬程及建筑本身的特点综合考虑, 尽量减少不必要的启泵, 同时也要尽量减小阀门和管件承受的压力, 以保证消防系统长期有效保护建筑物。

　　 物流建筑群的消防系统超压一般有如下几种原因:消防环管压力波动、发生水锤现象, 消防泵运行工况点发生漂移, 排气阀设置不当。物流建筑群涉及建筑类型较多, 供水范围较大, 消防设计流量、扬程差异大, 超压现象不可避免。

　　 设计中比较常用的减压方式有减压阀、减压孔板、减压稳压消火栓、水锤防止器等。减压阀是通过阀门的闭合角度改变过流面积来实现减压。减压孔板是通过减小过流面积, 使孔板前后产生漩涡, 旋涡运动、分裂, 摩擦力做功, 从而产成较大的局部水头损失, 具有安装简便, 占用空间小和投资省等优点, 但是减压孔板只能用来减动压^[5]。

　　 本项目单体的消防系统引入管需减压时, 宜优先选择比例式减压阀组, 以保证减压系统的可靠性。

　　 本项目基地为一级非自重湿陷和二级自重湿陷性黄土。湿陷性黄土地基会引起管道断裂, 接口松脱损坏, 严重时也将会破坏建筑物地基^[9]。

　　 本项目均为丙类建筑, 在防护距离内未能完全消除该地基的湿陷性, 故需设置检漏管沟, 将管道敷设在内, 做法见图3。根据相关规范、图集^[2], 本项目单体室内底层均设置检漏管沟。一级非自重湿陷黄土地区采用B1型管沟, 二级自重湿陷性黄土地区采用C型管沟。管沟内管道均采取保温措施, 保温层厚度不小于50mm, 入户的给水阀门井井盖均为保温井盖。室外均采用钢筋混凝土结构检漏井, 内设集水坑, 其深度大于30cm。

　　 在物流建筑的仓库中, 早期抑制快速响应喷头 (ESFR喷头) 的应用已十分普遍^[10]。在设计中, 通常ESFR喷头与支管的连接管为DN50, 支管不小于DN100, 而总管均在DN200以上, 其总体管网容积比其他自动喷水灭火系统大。在预作用系统中, 由于需要排气, 导致ESFR喷头喷水有十几秒的延迟, 不满足喷头的“快速响应”要求^[6]。另外, 根据充水时间=管网容积/设计流量, 设置ESFR喷头的预作用系统充水时间往往容易大于2 min, 不能满足规范要求。如果在不采暖的局部区域采取一些措施, 如消防给水管道采用电伴热加保温或在水中添加防冻液, 以防止水在管道中冰冻, 也可采用设置ESFR喷头的湿式系统, 但成本过高。

　　 ESFR喷头最大优势之一, 是在规定的最大净空高度以下的货架储物仓库内不必设置货架内置喷头 (使用ESFR喷头对仓库净空高度、储物高度、货架层板类型, 以及喷头与顶板距离、喷头与被保护对象距离等都有特别的要求) 。但是, ESFR喷头价格比普通喷头贵得多。

　　 K=115直立型喷头与ESFR喷头相比, 喷头所需最小压力和系统所需压力较小, 系统流量较小, 总体造价也比采用ESFR喷头的系统低。所以在非货架储物仓库系统的选用上, 即使应用湿式系统, 采用K=115的直立型喷头还是经济合理的。本项目的仓储建筑均未设置采暖, 采用的预作用系统中均设置了K=115的直立型喷头。

　　 随着物流建筑的不断发展扩大, 物流建筑的消防设计至关重要。物流建筑群涉及到的单体较多, 类型多样化, 单体消防设计参数存在明显差异。在设计时需把握全局, 统筹考虑, 在满足规范的前提下, 尽量做到经济合理。