| 性能化设计理念在大型航空货运站消防设计中的实践 |
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| 作者：晁海鸥 肖裔平
2004-10-28 8:47:00 |
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【摘要】 在大型航空货运站消防设计中初次尝试运用了消防工程学的理论，对项目的火灾风险和火灾危险类别进行了充分的论证，确定了优化的消防设计方案，是性能化设计理念的实践和探索。
消防工程学、性能化设计是当前国内外消防科技领域最前沿的研究领域。消防工程学是一门以火灾发生与发展规律和火灾预防与扑救技术为研究对象的新兴综合性学科，是综合反映火灾防治科学技术的知识体系。消防工程学研究的范围包括∶火灾基础理论、火灾数学模型的开发和应用、火灾危险性分析、火灾统计、火灾调查结果的分析应用、消防技术性法规的制定与应用等内容。通过建立火灾的数学模型，来量化描述火灾的危害性、危险性。运用这种数学模型对建筑的消防设计进行安全分析评估，评价消防设计是否既满足了规定的消防安全要求，又符合经济合理的原则。
性能化设计方法是建立在消防工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法。它运用消防工程学的原理与方法，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，对建筑的火灾危险性和危害性进行定性或定量的预测和评估，从而得出优化的防火设计方案，既为建筑物提供最合理的防火保护，又可以最大限度地降低建筑成本。
消防工程学理论和性能化设计方法的发展将大大促进消防设计的科学化、合理化和成本效益最优化，也会产生十分重大的社会效益和经济效益，对促进消防科学技术的发展具有极为重要的意义。以往，航空货运站的消防设计是执行《建筑设计防火规范》中关于“机场中转仓库”的相关条文，一直存在防火分区的划分与功能分区的矛盾，进而影响工艺布置，造成工艺流程不畅，并且增加工程建设投资。在广州白云国际机场货运站的消防设计中，初次尝试运用消防工程学的理论和性能化设计的方法，较好地解决了上述问题。
1 理论运用与实践
广州白云国际机场货运站建设规模为∶年吞吐量800000吨、站区占地面积280016m2 、总建筑面积104678m2。是目前我国民航机场建设规模最大的航空货运站工程，且已达到国际大型现代化航空货运站的规模能力和水平。该货运站的运作特点是∶安全、准确、及时、快捷。广州白云国际机场进出港的国际货物过站时间在24小时以内，集散的国际货物由设在进出货运区范围以外的海关二级监管库进行存储监管；集散的国内货物由代理等进行及时收交。因此，该货运站的物流作业性质已从中转存储性质转变为快速流通性质。
该工程消防设计的方法和步骤表现在以下几个方面∶
1.1 燃烧荷载和燃烧速率的分析
货运站处理的货物有普货、冷藏货（鲜活货）、贵重物品及动物。普货主要是服装、电器、日用百货、食品等。货物的燃烧特性为固体物质火灾，属可燃物品（丙2类）。国际货的85％、国内货的60％以上为集装板／箱包装，少部分为散货，采用集装箱包装的货物因可燃物与空气难以相互接触，所以燃烧几乎不可能发生∶冷藏货的热值低，其燃烧速率也很低；所以只有散货的燃烧速率较高。
1.2 建筑火灾危险类别的确定
主体站房的面积为83563m2，其作业区及通道面积约为68340m2，约占总面积的85.4％；集装板／箱、散货存放区和货物临时堆存区的面积为8642m2，所有存储区的面积占总面积的15％以下。从容积方面比较，集装板／箱、散货存放区、堆存区的货物存储容量为24128m3，占总容积的5％以下。按照《建筑设计防火规范》对丙类厂房的定义和举例∶服装加工厂房、棉花加工和打包厂房、卷烟厂的切丝、卷制、包装厂房、泡沫塑料厂的发泡、成型部位等为丙类厂房。货运站与这些厂房的燃烧荷载和燃烧速率相比较，前者比后者明显低很多。所以，将货运站的火灾危险类别定为丙类厂房，是安全合理的。货物存储区由于货物集中，所以将该部位定为丙类仓库。此处采用了比较分析法，以现行的防火规范所能达到的安全水平作为进行消防安全评估的依据，比较分析法就是以此作为评价的标准，来比较被评估对象建筑的火灾风险是否大于依据现行防火规范设计的类似建筑的火灾风险。如果不大于，则认为该评估对象的火灾危险性是可以接受的，即其防火设计符合要求；否则，不符合要求。
1.3 火灾风险性分析
采用概率风险分析法，考察整个系统所有可能发生的危险事件及其发生的概率，然后再分析各个危险事件所造成的危害，从而得出整个系统的风险度。其表达式为∶
火灾风险=∑Pi·Ci
式中∶∑代表所有可能发生的火灾；Pi为某火灾发生的概率；Ci为该火灾所造成的危害数值。进行概率分析时，一方面要确定各种可能发生火灾的概率，主要是参考有关火灾发生频率的统计数据得到；另一方面要通过分析得到一次火灾所造成的危害数值。火灾的发生与发展和人员财产的损失大小受到众多因素的影响，如燃烧物的放热速率大小、烟气流动及危害、消防系统能否正常运作，消防队能否及时赶到火场扑救等。概率风险分析可在很大程度上考虑到这些不确定性因素，以及各种因素之间的相互作用和影响。最后综合各个火灾的概率及其所造成的危害后，便得到整个建筑的火灾风险。
货运站制定有严格的安全作业规章制度，对员工进行经常性的安全教育。货运站全年365天全天24小时运营作业，对货物实施全天候监控，保证货物在货运站的安全。货物处理作业所选用的工艺设备，均考虑了其供电装置的安全性；移动设备的供电均采用安全封闭式滑导供电；搬运设备采用电瓶叉车和电动托盘搬运车。人员的安全生产意识（素质）和对工作环境的熟悉、设备供电装置的安全性和对货物实施的全天候监控，使货运站内引发火灾的因素很少，即因违反操作规程引发的火灾、电气装置和线路引发的火灾、货物自燃引发的火灾概率很低，因此货运站火灾发生的概率比较小，从目前所了解到的各类火灾统计情况看，几乎没有货运站发生火灾的案例。另外，机场建设有专门的消防站，在接到火警后，可保证在很短的时间内到达火灾现场，并迅速实施救援与灭火行动，可以减少火灾造成的人员和财产损失，降低火灾危害性。
1.4 消防设计的性能化分析
确定消防设计方案∶货运站按丙类厂房（局部库房）进行消防设计，根据不同部位的火灾危害性设置相应的消防设施。
（1）按照《建筑设计防火规范》单层丙类厂房的耐火极限为一级时，防火分区面积不限的规定，站房采用钢筋混凝土现浇柱，屋盖采用网架结构。对钢屋架作防火喷涂保护，使其达到一级耐火等级，作业区内可不设防火墙。主体建筑长608m、宽120m，西侧为集装货物高架存储区，东侧为作业区，作业区内设有三组散货高架存储区。库区与作业区之间用防火墙和防火卷帘分隔。主体站房由4 个16m 宽的通道分成5 部分，4个通道既可作为消防通道，也可作为运输通道，在此处设建筑伸缩缝，并利用此处高差进行自然通风。
（2）一旦发生火灾，为避免造成大面积的毁坏和垮塌，可将整个屋盖分解成14个相对独立的结构受力体系，各分块间能保持相对独立，互不影响。
（3）站房东侧为陆侧货物装卸，西侧为空侧货物装卸，站房周边设有卷帘门和提升门。为保证人员安全疏散，又设置了用于疏散的平开门，保证厂房内最远工作点至安全出口的距离不超过80m。
（4）站房四周为货物装卸平台，设有120余樘卷帘和提升门，基本呈开敞布置。站房高度在16～20.8m范围内，通道高度10.5～15.3m， 利用此处高度的落差设置电控开启高侧窗，进行自然通风和排烟，自然排烟面积与站房地板面积之比为5％，可利用自然通风将烟气有效排除室外，从而保证人员和货物可靠稳妥地疏散到安全地带。笔者认为∶作业区由于自然通风条件良好，火灾烟气不能较长时间停留积蓄，温度很难达到钢结构的临界温度，所以作业区钢网架作防火喷涂需达到的耐火极限可以降低到二级；而在高架库区，由于设有货架内喷头和屋架下喷头保护，高架库区的钢网架也可以不设喷涂保护。
（5）货运站设有室内外消火栓系统。水源从机场供水管网引入两条DN200的给水管，给水管在货运站周围成环状布置，并作为室外消火栓管网，接至消防水池。消防水池储存足够室内全部消防用水量，有效容积为550m3。室内消火栓水量为15L/s，火灾延续时间3小时。
（6）站房内的库区为散货架区和集装板/箱货架区，均设有高货架，高度为22.6～23.8m，存放的货物为丙2类可燃固体。仅在高货架区域设自动喷水灭火系统，用水量为102L/s，火灾延续时间l小时。货架内分层布置喷头，采用喷头K=115。 而在货物作业区不设置受高度影响难以发挥作用的自动喷水设施，而采用先进的早期火灾智能预警系统。
（7）由于货运站高度在16m以上，属于高大空间场所，鉴于以往在同类场所设置红外光束感烟探测器，因环境灰尘较大，造成误报率高的缺陷，本次设计在货物作业区和库区采用了主动抽气式空气采样烟雾探测系统，其中在散货架内每三层设置一根采样管，进行重点防护。由于该系统具有早期火灾智能预警功能以及独有的灰尘识别技术，可以不受气流和灰尘的影响，对火灾隐患能够准确及早发现、及时消除，从而避免火灾的发生。
2 结论
通过对货运站消防设计的性能化分析和消防安全评估，可以确定该项目的消防设计能够在满足工艺需求的条件下，保证货运站人员和货物的消防安全。
由于在本项目中初次尝试运用消防工程学的理论，对货运站的火灾风险进行分析和评估，对其火灾危险类别进行充分的论证，确定了优化的消防设计方案，即大型航空货运站按丙类厂房（局部库房）进行消防设计。使得消防设施配置合理有效，并为货运站工艺布局更合理、物流更顺畅提供了良好的空间条件，适应大型、快速流通型航空货运站货物快速处理的特点，由于在货物作业区不再划分防火分区，一方面使货物处理工艺布局合理，物流更加顺畅，另一方面因防火墙、防火卷帘、水幕分隔系统以及工艺设备等费用，节省了数百万元投资。较之以往货运站的设计有重大突破和创新，使单体建筑规模达到国际大型航空货运站先进水平。建议应建立火灾风险的量化评价体系，不断充实和完善火灾数据库等研究成果，支持性能化设计方法。
参考文献
1 韩占先，徐宝林，霍然.降伏火魔之术∶火灾科学与消防工程.山东科学技术出版社.2001
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【文章出处：晁海鸥 肖裔平】 |
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