大型电子工业洁净厂房防火设计分析

朱成仁

摘要：与普通的建筑物比较，洁净厂房空间面积大，空间设计复杂，净空高，造价高，有毒易燃物质的储量大。但由于洁净厂房的大空间需求，其室内的物理空间也很难分割开来，所以其消防安全的设计常常很难达到目前的消防标准，消防系统中有很多的问题。因此，在消防设计中应采取哪些措施防止危险化学品的传播，并引导人们进行安全撤离，这既是一个值得讨论的问题，也是一个迫切需要研究的问题。针对大型洁净电器工厂采用了防火分区、安全疏散通道、特殊气体容器等多种防火措施，采用了防火特性化的设计方案，以减少其火灾危险性，提高防火安全性能。

关键词：大型洁净工厂；危险物品；特种气体容器；功能化设计；人员撤离

目前很多世界知名的高科技公司都在中国设立了自己的工厂，并在中国建设了一批IC、LCD、各种电子器件厂。这些企业的洁净厂房都比较封闭，有些车间还没有开窗户，通风系统对空气循环的需求量大，有些车间的生产还会使用特殊易燃易爆、剧毒、化工产品，加之洁净室的通道又窄又长，因此必须注意防火问题。与传统的建筑物比较，洁净厂房的空间面积较大，空间相对密闭，净空较高，造价较高，有毒易燃物质的储量较大[1]。但由于其对建筑用途的需求，其室内的物理空间也很难分割开来，因此其消防安全的设计常常很难达到目前的消防标准，消防设计中的问题很多。因此，如何正确进行防火设计，防止危险化学品的蔓延，引导人员从消防通道安全撤离，既是一个值得讨论的问题，也是一个迫切需要研究的问题。

1 大型洁净厂房防火设计要点

1.1  开放式办公室撤离间距

根据GB50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》5.3.3条中所述，从内部任意一个点到最近的安全通道的直线间距不得大于37.5m[2]。因大型洁净厂房占地面积大，办公区域2、3、4层部分区域的人员进出通道难以满足上述规定，最长疏散距离超过了37.5m。

1.2  生产区疏散距离

《建筑设计防火规范》3.7.4条规定，厂房任何一个点与最近的安全通道之间的间距不得超过表1所述的范围[3]。

该工程属C级高层建筑，耐火级别为一级，1层、2层回风层和3层生产区最大撤离距离不能超过40m，现实中在一层的核心区域的最大撤离距离为62m；撤离的间距不能满足规范的规定，其他的都能满足。

1.3  一层的安全通道

鑒于该工程的主体结构庞大，使得第一层中部的撤离楼梯不能直接通向户外，因此，在一层的疏散通道上采用了一个安全的逃生走道，见图1。

1.4  通风系统消防阀门的安装

《建筑设计防火规范》10.3.12条规定，通过消防区域的通气管必须安装消防阀门。实际工程中有一些排风管线必须通过消防区域，但由于工艺技术要求又不能设置消防阀门，见图2。

1.5  一层危化品储存和特殊气体供应

《建筑设计防火规范》3.3.9条规定，在工厂内设置甲类和乙类中间仓时，其储存的数量不得超出24h的需要。中间库房必须紧挨着外壁设置，并使用防火墙及不燃材料与其他部位隔离，且该楼板的防火限值不得小于1.5h[4]。所设计工程案例的原料和制品是硅晶圆，需要使用A、B类化学品和特种气体（下文称特种气体）。按照以上要求，必须对使用A、B类化学品和特种气体的面积、体积和化学品的总数量进行计算和分析。

2 防火设计的目标和策略

2.1  防火设计目标分析

为了验证防火设计方案是否满足以上所提到的火灾安全指标要求，常使用火灾安全工程的模拟计算与分析。人员安全撤离的目的在于发生火灾时，将人员安全地撤离到大楼外部的安全地带。通常有两种确认方式：①将项目的具体情况与国内现有的防火技术规程进行比较；②采用计算机模拟和数值分析计算确定火灾安全性的工程措施。

2.2  消防安全设计目标判定

影响人员安全撤离的因素有：烟雾层高度、热辐射、对流热、能见度等。

2.2.1  烟雾层高度

火灾烟雾中含有一定热量、胶质、有毒物质等，严重阻碍了厂房内部人员的安全撤离和消防员的营救工作。当人员撤离时，烟雾层必须距离人的头顶上方有一定高度，这样人们就可以避免烟雾或者被热烟雾所带来的热量影响。本文中所给出的量化判定标准是：在撤离期间，烟雾层必须能够保证离地2.0m。

2.2.2  热辐射

根据国际权威组织关于人类对热辐射的耐受性试验发现，人体对烟气层等火灾环境的辐射热的耐受极限为2.50kW/m2，即相当于上部烟气层的温度为l80～200℃。

2.2.3  对流热

吸入高热的气体会引起中暑和灼伤。对呼吸过程中的热风温度与人体的忍耐时限进行分析，得到表2相关数据。

表2  人员对高温气体的容忍限度

温度和湿度条件 ＜60℃，

水分饱和 60℃，

水分含量＜1% 100℃，

水分含量＜1%

耐受时间 ＞30min 12min 1min

2.2.4  能见度

通过将该项目的具体状况与上述分析进行比较，假设在发生火灾时，大楼仍能保持下列条件，那么，可以推测出人体是可以承受的：①烟雾层的高度高于身体承受限度的离地2.0m；②热度、能见度、毒性等不超过人体所能承受的限度，否则就会危害人类健康。

在对建筑物火灾安全性评价的实务中，一般都是运用计算机进行火灾安全性评价，并运用数值分析和计算的方式加以检验。在进行评价时，必须对被评价厂房的火灾风险进行分析，并依据其危险程度确定合适的防火方案；在此基础上，利用计算机仿真软件，对火灾环境中的烟气、温度等动态特性数值进行计算，得出火灾现场的可用疏散时间TASET；然后，在给定的火警环境中，设置对应的人员安全撤离方案，通过仿真程序，求出应急疏散条件下的必需疏散时间TRSET；最终对比TASET与TRSET的大小。TASET为可用疏散时间，也就是从火灾开始到人员疏散到安全区域的可用疏散时间；TRSET是指必需疏散时间，也就是从起火开始到人员疏散到安全区域的必需疏散时间。

人员安全疏散分析的性能判定标准为：可用疏散时间TASET必须大于必需疏散时间TRSET。可以假定在设计好的火灾环境，在不危及人身安全的情况下大楼里的所有人都可以撤离到安全地带。在此基础上，提出在火灾发展和人员撤离过程中的一般时间参量的变化规律。

2.3  防火设计策略

2.3.1  办公区和生产区的隔离

采用两层防火墙将办公室和工厂隔离开来，因为工作区域和生产车间之间有着完全的、稳定的耐火隔离，所以可以将生产区和办公区视为两个相邻的单独的建筑物。办公区域总高23.373m，属于多层办公楼。

对于2、3、4层不能满足撤离距离的办公区域，不能长期放置办公桌和椅子。

在办公场所设置智能紧急逃生指示系统，以保证工作场所中的人员在最短的时间里通过适当的逃生路径进行撤离。

2.3.2  生产区的安全疏散

该洁净厂房在生产辅助区域内配置了主要设施，配备了火灾警报和消防设施，并且在回风系统中设置了防眩光指数小于0.01%/m的高灵敏消防预警系统。在厂区1、2、3层都设有高灵敏的早期火灾预警监测装置，按照《电子工厂洁净厂房设计规范》的要求，安全撤离的距离为60m。

2.3.3  一层的疏散通道

该洁净厂房的职工约200人，其中1、2层约50人，3层约100人。支持区是为工厂内的各类仪器和设备提供服务，且由主控室进行控制，很少有员工能看到，也不需要维修。辅助室的一小段通道與安全疏散通道相连，该通道是为材料和仪器设备的运输而设置的，并不是疏散通道。按照第一层的安全疏散通道的面积和有关技术规定，建议如下：①走廊地板耐火极限应达到1.5h以上，两边墙体应设置防火墙体；②走廊内直接通往户外的通道应至少2个，并沿各方向布置；③过道的净宽不应低于各消防分区进入过道时的总疏散总净宽；④室内通道装饰用的防火等级达到A级；⑤通道内要设置消火栓、应急照明、应急广播及消防专线；⑥支持区所有的逃生通道都是直接打开的，所有的人都可以从此通道向外面撤离。

2.3.4  通风管道防火阀设置

目前，芯片加工企业正处于高速发展阶段，其产品周期较短，设备配置不稳定，对洁净厂房的空气质量有较高的需求；在洁净厂房，排气管路内设置的消防阀门不适合洁净厂房的净化。由于排气管废气的特性使其容易受到侵蚀。

洁净厂房在制造中必须采用易燃易爆、剧毒、特殊化学物质，在发生火情时，仍然存在着有毒、有害的特殊气体和化学物质，所以必须保证工艺排气装置的正常运转。当洁净工厂发生火灾时，排气管路的消防阀门会关闭排气装置，从而造成各种易燃易爆、有毒化学品的含量增加，对工厂的灭火和救援工作不利。由于生产技术要求和工艺排气的可靠度要求，在排风口处不得设置消防阀门。如果必须通过防火隔断（防火墙、楼板），则通风管线的耐火极限不应低于3.00h。

2.3.5  厂房一层危化品储存和特殊气体供应

为保证火灾发生时的消防分隔完整有效，建筑结构稳定、安全，对贯通一层的燃气管线周边裂缝采用阻燃物质封闭，管道贯通部位没有焊接点。

通过液体供给箱和特种气体供给体系对危险物品和特种气体进行供给。按照危险物质的理化性质，并与生产过程相联系，将其按类别、分组贮存。A类可燃、爆炸类危险性气体、液体布置于靠近外墙的隔离室；B级以下危险性气体或液体，可以在核心区域内设置特气柜、特气间；通过阀门箱、输配管道输送到所需的生产装置。

在气体和化学品控制间设有气体泄漏警报控制装置。在化工储藏室、生产车间溶剂室、易燃气体室中，气体检测器在有毒气体室、气体阀门盒和气体柜内的排气管道周围设置。

为防止室内易燃的化学蒸汽积聚，在整个室内，除了配备全室内通风系统之外，还必须设有紧急排气系统，并与气体密度探测警报设备相配合。在气体密度警报装置工作时，会自动开启意外排放。

3 结语

在大型洁净厂房的一层设有一条安全的疏散通道，它能保证大楼每一楼层的人员在发生火灾时到达一层后安全撤离；在一层，发生火灾时，所有的人都可以从工厂外墙设置的逃生通道中逃生；支撑区域通往安全撤离通道的大门为一级消防闸门，通常是关闭的，只有输送、运输材料和设备时开启。由于洁净厂房要求持续排风，所以有些通过消防区域的通风管线没有安装消防阀门。排风口是由阻燃的材料制成，其燃烧极限为3h，排风管是一个单独的消防装置，发生火灾时，可以将废气和高温气体直接送入屋顶排气装置（跨越邻近的消防区域），从而避免因没有设置消防阀门而造成的火灾扩散到邻近的消防分区。

参考文献：

[1]吴臻.电子洁净工业厂房建筑防火及消防设计分析[J].江西建材，2021（10）：219-220.

[2]周天.某无尘室车间空调系统改造[J].四川水泥，2020（6）：281+283.

[3]李瑶.解析医药工业厂房建筑设计[J].中国住宅设施，2018（2）：85-86.

[4]郑雁秋.大型电子工业洁净厂房防火设计探讨[J].消防科学与技术，2018，37（2）：195-197.

Analysis of fire protection design of large electronic industry clean workshop

Zhu Chengren

（Lingang Fire and Rescue Section of Pudong New Area， Shanghai 201306）

Abstract： Compared with ordinary buildings， clean workshops have a large space area， complex space design， high headroom， high cost， and large reserves of toxic and flammable substances. However， due to the large space requirements of clean workshops， the indoor physical space is also difficult to separate， so its fire safety design is often difficult to meet the current fire protection standards， and there are many problems in the fire protection system. Therefore， what measures should be taken in fire protection design to prevent the spread of hazardous chemicals and guide people to evacuate safely is both a question worthy of discussion and an urgent need for research. For large clean electrical appliance factories， a variety of fire prevention measures such as fire compartments， safe evacuation passages， and special gas containers are adopted， and a fire protection characteristic design scheme is adopted to reduce fire risk and improve fire safety performance.

Keywords： large clean factory; dangerous goods; special gas container; functional design; personnel evacuation