洁净室等大空间工业建筑消防设计的探讨

北京市公安局消防局经济技术开发区消防科
刘 健

摘 要

    近年来，医药、物流、集成电路等新型技术产业逐渐成为工业建设的主流，它们既是传统工业的延伸，又在其基础上有所创新，在建筑结构以及设计理念上与传统工业都有很大差别。以近期国内大规模集成电路项目实例，有针对性的提出了工业建筑消防安全系统面临的新问题，就工业项目大空间消防设计发展的若干问题进行了探讨。

关键词

工业建筑 洁净室 大空间 消防设计

Discuss on the Design of Industrial Buildings with Large Volume as Cleanrooms etc

BDA section，Fire Bureau，Beijing Public Security Bureau
By LIU Jian

Abstract

    The new industrial buildings with large volume as cleanrooms etc，are dm eloped rapidly．The design concept of these buildings is different form general industrial buildings．This paper introduces an example of recently constructed IC fab in Beiging， and puts new questions being faced to the fire protection system for ndustrial buildings，and that discusses the issues on the advance in designing fire protection for industrial buildings with large volume．

Keywords

Industrial building Cleanroom Large volume Design of fire protection

1、工程实例基本情况
2、大空间形式
3、大空间建筑结构火灾危险分析
4、对于大空间设计有关问题的应对措施
5、大空间及特殊工业项目消防工程技术发展的若干思考
参考文献
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1、工程实例基本情况

    集成电路制造(北京)有限公司新建厂区位于北京经济技术开发区(BDA)总建筑面积34万m²，一期建筑面积18万m²，主要建成8英寸芯片厂房FAB4、12英寸芯片厂房FAB5、支持厂房FAB6C、办公楼O/S2、动力站CUB 2等。

    本项目设计根据集成电路发展趋势，基本以计算机市场、消费类市场和通讯类市场为主导，建设8英寸和12英寸芯片生产线，实现芯片制造的规模化生产。FAB4、FAB5、FAB6C号建筑是该项目的核心建筑，除FAB6C厂房与辅助办公楼贴邻建造外，各厂房在建筑结构和消防设计上基本相同，本文以FAB6C为重点，介绍和分析工业项目中消防设计出现的新问题和解决办法，为今后类似项目的建设提供一定的参考资料。

2、大空间形式

(1)建筑结构

    FAB6C厂房，结构体系采用框架剪力墙结构，局部为钢筋砼梁、板结构，建筑主体共设置5个结构层，层高为6.8m+5.6m+8.Om+5.6m+5.Om，总高度31m，建筑面积40071.11m²，丙类生产，二级耐火等级。一层为辅助动力设备及生产用各种气体、液体制备用房。二层为技术下夹层，三层为生产层， 四层为(空调机房，排气机房)设备用房，局部五层辅助用房。其中二、三层均为洁净间，二、三层间设置穿孔率式的“华夫板”，建筑四周均布置为通至四层风机房的回风井，形成上、下的回风区。生产时用强力风自上而下充满全室，以保证生产厂房的洁净、恒温、恒湿、防静电等生产要求。

(2)穿孔楼板—— 大空间设计的关键环节

    超大规模集成电路对生产环境要求极为严格，要求厂房具有洁净、恒温恒湿、防微振、防水、防火、防爆、防腐蚀、防静电等功能。FAB6C根据生产工艺要求建设ISO5.5级(1000@0.3μm)洁净室，采用FFU(带超高效过滤器的送风单元)、干冷却盘管加集中新风系统，天花板上安装FFU，满布率约为18%，新风经过集中处理后，送入回风竖井，与回风混合，经FFU进人生产区，回风经过架空地板、穿孔楼板至下技术层，并经过干冷却盘管冷却后至侧面的回风竖井。为了实现高洁净度的环境，在该项目中采用了穿孔楼板设计，它是一种穿孔率达25% 、厚0.8m的钢筋混凝土楼板，穿孔成圆柱状，成矩阵分布，用于实现自上夹层→生产层→下夹层的垂直送风。在一般的建筑设计中，楼板基本是封闭式的，并具有一定的耐火极限。而穿孔楼板是均匀穿孔，上下连通，打破了一般设计模式。参照国内外新建的集成电路工程，洁净生产区的下技术夹层和生产层视为共同空间，该工程中生产厂房第二、三层按一个防火分区进行设计(单层建筑面积8816.14m²，层高5.6m+8.0m)。

3、大空间建筑结构火灾危险分析

    (1)新型的建筑结构突破了传统的防火分区的划分，增大了火危险性。首先是平层防火分区放大，一旦发生火灾事故，火灾水平方向蔓延性增大。其次是，穿孔楼板设计不同常规，生产层和下技术夹层形成大空间设计[V=8816.14m²X×5.6m+8.0m)=119900m³)，增大了竖向火灾蔓延的可能。

    (2)穿孔楼板设计增大了火灾探测和自动灭火设施灭火的难度。常规情况下，火灾探测器一般是布置在顶棚，自动喷淋下喷型喷头布置在吊顶处，直立型、下垂型喷头也要距顶棚有7.5—15cm的距离，一旦发生火灾事故，烟气和热量上升迅速聚集在上部空间，感烟、感温探测器可以及时报警(相关联动)，自动喷头的热敏感元件吸收足够的热量时动作，喷头放水联动消防泵启泵。本工程中由于采用了“华夫板” 设计。在二至三层楼板处开孔率达到25%，该楼板设计对于聚烟集热产生了一定的影响，降低了常规探测器和自动喷头的有效性。

    (3)此外。在生产工艺中，局部使用易燃易爆气体、液体，大量的用电设备、电力传输设备和电缆等电气设施， 以及公楼与厂房帖邻建造，均提高了建筑的火灾危险性。

4、对于大空间设计有关问题的应对措施

    (1)针对工程中出现的特殊问题，依据有关法律法规，召开专家论证会。

    对于该工程在特殊条件下出现的大防火分区、在空间、消防设施设计以及高层厂房与高层办公楼贴建等特殊问题，目前国家法律法规尚未涵盖。为了解决这些问题，及时满足建设发展的需求，根据《建筑工程消防监督审核管理规定》 (中华人民共和国公安部第30号令)，该项目于2003年6月13日进行了消防设计专家论证，论证会由北京会公安局消防局、北京经济技术开发区管理委员会组织实施，包括来自公安部消防局、中国建筑科学研究院建筑防火所、中国电子工程设计院、《洁净厂房设计规范》规范编写组等的知名专家以及建设、设计、有关主管部门人员到会，与会专家对该项目的消防设计进行了充分的论证和分析，会议通过了中芯项目大空间设计问题的解决方案，并形成纪要。

    (2)消防设施设计，增加安全系数。在消防设施方面，中芯环球项目基本采取了“全保护” 的设计思路，在相关部位设置了自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、气体灭火系统、火灾自动报警及防排烟系统等。专家论证会在肯定了原设计的基础上，提出了以下的意见，作为特殊问题的解决方案。

(1)在FAB厂房中全面设置快速反应喷头。
(2)在FAB厂房上夹层设置机械排烟系统。
(3)在厂房中除设置常规的感烟、感温探测器外，在各回风口处设置空气采样火灾报警系统。
(4)对于厂房中生产、输送、储存易燃易爆物品的区域做好严格控制，在此基础上同意厂房按丙类火火灾危险性确定，同时应做好有关防爆措施。
(5)同意大分区、大空间、高层办公楼和高层厂房贴邻建造。

    目前，该项目已顺利通过消防验收，并于2004年9月正式投入使用。

5、大空间及特殊工业项目消防工程技术发展的若干思考

5.1 工业项目的不断发展还会带来更新型的工业建筑结构。

    近年来， 国内不断引进和发展高新技术产业，大规模集成电路工业就具有一定的代表性，这些项目呈现出以下的发展趋势：

    (1)规模大，常规工业项目由于本身生产工艺的局限和国家法律法规的限制，建筑规模多控制在二至三万平方米以下，而现今越来越多的出现了更大型工业项目，单栋厂房长数百米、建筑规模在十几万甚至几十万平方米以上的情况均成为可能。
    (2)单元空间大，为满足工艺布置要求，确保生产的连续性，其一个空间的长、宽、高，会远超出现行规范的规定。
    (3)洁净度高，因高新技术产业多集中在电子、医药、科研领域，随着生产工艺的需求，其防菌、防尘、防静电的要求也有所提高，而高洁净度工艺对建筑结构也有着新的要求。
    (4)机械化强，为实现较高的生产率，大量采用先进的机械化设备，连续性强，工作人员相对较少。
    (5)设备昂贵，设备的价值逐渐高过建筑本身。这些都给消防工作在设计思路、审核验收、使用管理都带来了新课题，值得进一步研究。

5.2 不断发展创新消防科学技术，提高消防设施的适用性和有效性。

    现有自动消防设施设计都是基于一定的建筑模式和保护对象，但是一旦出现特殊的建筑结构或更大、更新的保护对象时，在一定程度上就会失去适用性或降低有效性。例如在大规模集成电路生产线设计中，一是穿孔楼板会降低普通火灾探测器和自动喷淋头的有效性， 因而需要采用空气采样报警系统和快速反应喷头等其它措施作为弥补；二是对于芯片生产线，一旦发生火灾事故，自动喷淋系统及时动作，可以有效扑灭火灾，同时还要考虑到，火灾被扑灭后，水有可能对设备进行了进一步破坏或污染，后者的结果可能会更为严重，甚至会导致停产停工，反而增加了损失。因此，此类工程中自动喷淋系统的设置，不具备完整的适用性。然而目前气体灭火系统还不能完全胜任大面积和大型电气设备的灭火，为了满足扩大防火分区的要求，同时还要考虑对建筑、设备和人员进行一定程度的保护，自动喷淋系统就体现出其“不可替代”性。从各方面来看，传统自动消防设施设计面临新的挑战，消防科学技术还要不断创新，在新产品和新技术开发领域还要进一步加深研究，以满足日益发展的建设需求。

5.3 性能化设计的发展

    性能化消防设计方法，最初开始于70年代后期，在80年代中期，日本和英国将性能化消防设计方法引入到建筑防火设计过程中，90年代初期，澳大利亚和新西兰等国家建立了自己的规范框架和设计方法。目前，我国已经开始在此领域做出尝试，加紧完善有关机制、组织和进行科技攻关，而且已有性能化设计在消防工作中应用的实例，在将来，随着越来越多的新型建筑的出现，在建筑消防设计中会不断遇到这样或那样的新问题，而性能化设计必将会不断完善成熟，并被广泛应用于解决这些特殊问题，成为特殊建筑项目消防安全设计可行性的有力科学判定依据，工业项目的建设发展也会从中受益匪浅。

5.4 保险公司的介入

    从国内外工业的发展趋势来看，越来越多的保险公司介入了消防安全设计及实施，以笔者亲身接触的工业项目实例，有星网(国际)工业园北京诺基亚移动通信有限公司厂区、北京通用电气华伦医疗设备有限公司新建厂区、日本揖斐电电子有限公司北京厂区、富士康精密组件(北京)有限公司北京手机厂等， 以及本文中工程实例，在这些项目中，保险公司起到了火灾危险评估，消防产品认证，施工质量监督，火灾损失保险赔付等作用，取得了良好的实际效果，具有一定的代表性，在今后国内的项目建设中，国内外保险公司介入消防设计及实施是一种发展方向。

5.5 不断完善消防体系

    一是要完善有关法律法规和技术规范，形成对新问题的“快速应对” 机制。从目前来看，在建筑领域新事物、新问题大量出现，而相关法律、法规和技术规范有一定的滞后性，同样的问题经常要逐一论证解决，在某种程度上浪费了人力物力和时间，造成了不必要的损失。因此，迫切需要建立一套有效地快速应对机制，要求在最短的时间内发现新问题并进行归纳总结，及时修改有关法律法规，形成“建立信息库——发现特殊问题——论证+性能化设计／火灾危险评估——形成结论——录入信息库——总结规律和解决方法——完善修改有关法律法规、技术规范条款——解决今后类似问题” 的机制，此套机制是否有效关键在于信息的统一收集和规范条款修改周期的缩短。二是要完善消防新技术、新方法、新模式的法律基础， 目前国内对于性能化设计、火灾危险评估的应用以及保险公司的介入还缺少一定的法律支持。而这些新技术新方法新模式在将来的消防工作中将会扮演起重要的角色，只有建立健全相关法律依据，才能使它们真正付诸实施。三是要加强消防领域的科学研究，包括建筑防火、生产工艺防火、自动灭火、消防安全判定、火灾救援在内的各项科研工作均要有一定的前瞻性，同时还要不断学习国外的先进经验，加快我国消防工作现代化建设的进程。

    以上是笔者结合具体工程项目对于工业项目大空间消防设计的探讨，不尽之处，请予指教。

参考文献

1 《建筑设计防火规范》GBJ16—87(2001年版)
2 《洁净厂房设计规范》GB50073—2001
3 宋光积.《生产工艺防火》.中国人民武装警察部队学院
4 惠中玉.《工业企业防火工程》.公安大学出版社

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