近年来, 随着电子商务的迅速发展, 各类大型物流仓库不断涌现。这类建筑结构特殊, 防火分区过大, 设施复杂, 火灾隐患颇多。一旦发生火灾, 由于货品堆放密集、仓库规模较大且集中, 极易造成人员伤亡和重大经济损失。《火灾自动报警系统设计规范 (GB 50116—1998) 》为合理设计火灾自动报警系统, 防止和减少火灾危害发挥了作用, 但随着物流仓库这类大空间建筑的出现, 对大空间火灾自动报警系统的设计提出了越来越高的要求, 甚至出现了《火灾自动报警系统设计规范 (GB 50116—1998) 》难以解决的问题[1,2,3,4,5]。

下面结合笔者参与设计的广州某大型物流项目, 介绍采用空气采样烟雾探测器在技术上的可行性和经济上的优势, 以便为高大空间建筑的火灾报警探测系统的设置提供一种方案。

(1) 火灾时燃烧稳定。物流大空间具有足够的空气供给, 通风状态以及空间内的供氧量已不构成制约燃烧的主要因素, 当可燃物发生火灾时, 其火灾特征是有限堆垛的自身稳定燃烧, 在喷淋控火和降温的情况下, 不会产生轰燃现象。

(2) 整理分拨环节存在隐患。货物进出物流仓库时需经过归类整理和重新包装, 不少物流企业为方便机械搬运流转, 一般在入库打包整理时加上木质或塑料铲板, 造成大量的铲板成为额外的可燃物在物流仓库内流转的情况, 增加了火灾荷载。

(3) 储存区的火灾危险性较大。物流储存区货物相对集中, 为提高空间使用效率普遍采用机械操作的货架系统, 很多仓库将立体空间划分成若干货格, 货格根据货箱的大小而设置。有的物流仓库内货架连片成排布置, 货架与货架的间距小, 人员疏散困难。

(4) 消防措施不到位。由于物流仓库要求面积大, 很多企业选择地皮价格相对较低的边远山区, 因此市政消防设施相对落后, 有的地方甚至没有市政消火栓, 距离消防站少则十几千米, 多则几十千米的路程, 与消防站保护范围4~7 km2差距很大。

与配送类仓库相比, 物流仓库由于货品种类变化较大, 一般无固定的堆放区域或货架。一旦发生火灾, 由于货品堆放密集、仓库规模较大且较集中, 火灾初期得不到抑制, 火势就会由外表面向纵深发展, 造成比较大的经济损失和社会影响。同时, 现在的物流仓库一般为轻钢结构, 在未进行防火处理或保护的情况下, 使钢结构失去静态平衡的临界温度为500℃左右, 而一般火场温度达到800~1 000℃, 裸露的钢结构会很快出现塑性变形而产生局部破坏, 造成钢结构整体倒塌失效。

一般火灾的发展可分为4个阶段: (1) 预燃阶段; (2) 可见烟雾阶段; (3) 出现火焰阶段; (4) 剧烈燃烧阶段。

根据《火灾自动报警系统设计规范 (GB50116—1998) 》的要求, 点型感烟探测器一般安装高度在12 m以下, 点型感温探测器安装高度一般在8 m以下。

对于高度小于12 m的物流仓储, 采用感烟探测器, 一般都在火灾发展到后3个阶段时才发出报警。而这3个阶段时间都相对较短, 约几秒钟到几分钟, 即使发现火情后报警, 也往往为时已晚。

红外光束感烟探测器, 由发射器和接收器两部分组成, 一般安装于被保护空间的两端。发射器发出的红外光束经过被保护空间, 到达接收器。发生火灾时, 物质燃烧产生的烟雾扩散到光束区域, 使接收器收到的辐射通量减弱, 当辐射通量减弱到预定的感烟动作阈值时, 接收器输出火灾报警信息。

红外光束感烟探测器有其局限性, 主要表现在以下几个方面:

(1) 发现火情晚, 与点式探测器相比没有改善。红外对射探测系统在实际使用中, 为了保证其探测功能的实现, 要求在红外发射端与接收端之间无遮挡。这就要求仓库内的货架、货物、作业机械 (如行车) 均不得安装或移动至发射端与接收端之间, 否则将引起误报。

(2) 报警灵敏度低。根据规范要求, 红外光束探测器的光束轴线至顶棚的垂直距离宜为0.3~1 m。待火势烧到一定程度时, 红外光束感烟探测器才能感测到烟雾进行报警, 不具备在火灾阴燃无可见烟或只有少许烟阶段及早发现火情的能力。

(3) 易产生误报和故障。红外对射系统所采用的探测方式, 很容易被意外移动至其发射和接收端之间的物体引发误报。而且现在物流仓储多采用钢结构, 建筑在日照和风力作用下会有所移动, 而导致光束不能对准, 不报或产生误报。

空气采样式烟雾探测系统运用高灵敏度的感烟探测器对被监控设备或区域内吸取的空气样品进行连续分析, 以检测其中是否有烟雾成分。空气采样式烟雾探测系统能在火灾的预燃阶段 (提前30~120 min) 发出报警, 从而赢得宝贵的救火时间。

空气采样式火灾预警系统有着传统被动式火灾自动报警系统无可比拟的优势, 主要表现在以下几个方面[2]:

(1) 具有四级报警功能。第一级为“警觉”, 表明系统已经检测出一些异常的现象, 应当进行检查;第二级为“行动”, 表明有火灾隐患存在, 应开始采取措施;第三级为“火警”, 表明开始燃烧;第四级为“火警2”, 表明已处于热辐射阶段, 且各级报警阈值可任意设定。空气采样早期烟雾探测系统的四级报警覆盖了火灾发生的各个阶段, 即发热、冒烟、燃烧和高温。它不像传统点式感烟探测器要在已产生一定可见烟雾后才能发出报警, 而可以在非常早的阶段就发现火灾前兆 (提前30~120 min) , 从而赢得宝贵的救火时间。

(2) 可主动采样, 灵活布管, 突破烟雾分层。采样点可以从主采样管道延伸出去 (向下、向上或向旁边) , 以很低的成本将采样孔放在效果最好的位置。

(3) 灵敏度高。具有高精度的激光探测器, 对被测粒子的发生源及大小无要求, 其探测分辨率高达0.000 75%obs/m, 报警阈值最高可达0.015%obs/m, 比传统的点式探测器高1 000倍, 绝大多数物质燃烧所产生的烟雾具有同样的敏感性。

(4) 抗干扰能力强。采样由PVC管道、取样孔等组成, 无需走线, 所有电子元件都在探测器的机壳内, 不易受到外界电磁场的干扰, 可用于防爆场所、超强电磁辐射场所, 在微波室、正负电子对撞机、油库和军火库里都可放心使用, 不会受建筑的移动或加热系统的影响。

(5) 需要进行日常维护的部分可以安装在易接近的位置, 这样就大大降低了系统在生命周期内的成本。

上海市消防局沪消[2006]303号《上海市大型物流仓库消防设计若干规定》 (以下简称《物流仓库消防规定》) 第四章第六条规定:“仓库内应设置空气采样烟雾报警等早期火灾报警系统。”由此可见, 有关部门对于大型物流仓库消防系统的重视程度, 以及空气采样式烟雾探测技术在此类建筑中的适用性。

本案例为广州市某地块仓库新建工程项目, 总建筑面积为15.8万m2, 共4栋仓库。每栋仓库均为2层, 每层共4个防火分区, 带局部夹层, 1层为钢筋混凝土预应力框架结构, 井字梁, 2层为钢结构屋面, 建筑高度21.00 m, 每层层高11.5 m, 建筑储存物品的火灾危险性为丙类2级, 为中转仓库且货物中转周期不长于7 d, 耐火等级为一级, 采用自然排烟, 同时采用自动喷淋灭火系统。

根据规范要求, 3种探测器均可以采用。从上面的性能分析, 宜采用空气采样式烟雾探测器, 我们联合甲方的采购部门, 重点对普通感烟式探测器和空气采样式烟雾探测器做了一个性价比分析, 并最终决定采用空气采样式烟雾探测器。下面以一个防火分区 (面积约为3 000 m2) 为例绘制探测器布置图, 并对其性价比进行比较。

由于受到结构梁较高的影响, 使用感烟探测器点数较多, 设计图见图1、图2。

图1 感烟探测器1层平面布置图  下载原图

图2 感烟探测器2层平面布置图  下载原图

方案的性价比分析见表1。

表1 智能点式感烟探测器价格分析  下载原图

表1 智能点式感烟探测器价格分析

双管机采样管道总长400 m, 最大保护面积为4 000 m2;单管机采样管道总长200 m, 最大保护面积为2 000 m2。具体布置见图3、图4。

图3 空气采样探测器1层平面布置图  下载原图

图4 空气采样探测器2层平面布置图  下载原图

方案的性价比分析见表2。

表2 线型光束感烟火灾探测器  下载原图

表2 线型光束感烟火灾探测器

从表2可以看出, 对于不考虑梁的影响的单层库, 空气采样火灾探测器的设备成本略高, 但减少了烟感大量的管材和人工费用以及后期的维护成本, 性价比是非常高的。

随着仓储物流的大规模发展, 其火灾危险性也日益凸显。在经济实用的前提下, 确保其消防安全是我们需要急切解决的问题。通过上述对空气采样探测器的性能及价格的分析, 在大型物流仓库中采用空气采样烟雾探测器, 是行之有效的办法, 也具有很好的经济效果。