建筑性能化防火设计探讨

王文倩

【摘要】随着城市建筑的发展，性能化防火设计在现代建筑消防工作中扮演着非常重要的角色。本文针对建筑性能化设计的必要性、理论基础和未来趋势，进行了积极探讨。

【关键词】消防 性能化 设计

【正文】

1.前言

目前，我国建筑防火设计是依据有关《规范》进行的，这种设计被称为“规范化设计”。随着社会的进步，这种设计方法越来越难以适应现代建筑所表现出的“形式多样、功能复杂”的特点。从80年代开始，国际建筑界和火灾科研界已有许多学者在倡导“性能化防火设计”的方法。这种设计方法不仅可使建筑物的防火设计更合理，而且，能够节约大量的消防投资费用，使火灾防治方案更为科学、经济，本文将对此进行积极的探索。

2.建筑性能化防火设计的应用背景

目前，建筑防火设计采用的方法有两种，一种是建筑性能化防火设计。另一种就是处方式防火设计，它是一种以处方式防火设计规范为依据，以传统的工程技术为手段，以强制性、指令性参数、指标或技术措施为判定标准的工程设计方法。但是由于传统消防设计缺乏对现代建筑结构特征、人员活动特性、火灾发展规律、火灾危害后果及其控制措施等方面科学合理的分析，未考虑消防投入的有效性和经济性，对技术参数、指标和技术要求设定缺乏弹性，限制了新产品、新材料、新技术的推广使用，决定了其在面对现代建筑错综复杂的变化和发展过程中，出现了诸多不适之处。现代建筑高度不断增高，这给消防灭火的登高作业、内攻侦察、火场供水等都带来了不少困难。

3.性能化设计的应用基础

3.1性能化设计的几个步骤

“性能化设计”的主要目的在于解决某些现代建筑设计方案超过《规范》设定要求的问题。主要步骤有：

3.1.1.防火安全目标。包括两个较为具体的项目“性能目标和性能标准。性能目标是消防系统必须满足的建筑物在防火、灭火等方面的具体要求。性能标准所提供的临界值可以在设计方案中作为计算数据使用。

3.1.2.建筑物内部的可燃物、人员等的具体特征，并确定设计指标。

3.1.3.建立火灾场景模型。该过程涉及到防火设计中一些十分关键的问题，如点火源性状、起火点位置、可燃物种类、火灾荷载、建筑布局等，该过程同时应该给出火灾试验及计算过程需要的技术条件。

3.1.4.选择分析计算方法

3.1.5.制定设计方案并进行评估

3.1.6.对设计方案进行审核，并最终确定设计方案

3.2性能化设计的火灾安全工程理论基础

建筑工程消防设计包括：总平面设计、防火分隔和建筑构造、安全疏散、消防给水和固定灭火系统、采暖通风和防排烟及电气等内容。

要建立火灾场模型，也是必须基于火灾燃烧理论及火灾中烟气的流动理论。下面仅以安全疏散的“火灾安全工程理论”为代表，对“火灾安全工程理论”加以简要说明。

3.2.1火灾中的释热速率

释热速率时表示火灾发展的一个主要参数。

Q = φ×m×ΔH（Kj/s）

式中 ：φ燃烧速率因子

m 可燃物质量燃烧速率（Kg/s）

ΔH該可燃物的热值（Kj/Kg）

一般认为，应当通过实验来认识典型物品的火灾燃烧特性，据此估计特定火灾中的释热速率。因此尽可能以全尺寸火灾试验来对这些参数进行研究。

3.2.2火灾烟气产生的特性

火灾烟气的来源：可燃物热解或燃烧产生的气相产物；由于卷吸而进入的空气；多种微小固体颗粒和液滴

烟气的减光性：烟气的减光性一般根据测量一定光束穿过烟场后的强度衰落值来确定。设I0位易光远射入长度给定的空间的强度，I为射出强度，其比值I/IO成为该空间的透射率。透射虑倒数的常用对数成为烟气的光学密度。即： D = lg（I0/I）

而单位长度光学密度：D0 = lg（I0/I）

根据BeerLambert定律：

I = I0×exp（- KC）

式中：KC—减光系数

KC = - ln（I/IO）/L

KC = 2.303D0

由于烟气的减光性的作用，人们在有烟场合下的能见度必然下降。烟气的减光性对人员的安全疏散构成严重威胁。

烟气的毒性：火灾中具有毒性的烟气，最普遍的是CO。火灾中死亡人员一般是CO中毒。还有许多高分子聚合物的燃烧释放出有毒气体。火灾中缺氧仅是一种特殊情况，并不常见。烟气的毒性不仅来自气体，也来自悬浮固体颗粒和吸附烟尘粒子上的物质。

烟气的高温：一般烟气具有较高的温度。人在高温下个人承受极限时间：5-10分钟。但目前火灾危险评估数据为：一段时间内连续暴露的安全温度为：65100℃。

3.2.3烟气的流动

根据流体的特性，流动烟气的宽度一般等于空间的宽度。由烟气流动的质量守恒可得：

Q = B × hy × wsy （m3/s）

式中：Q空间流动烟气的体积流量

B—空间宽度（m）

hy — 烟层厚度（m）

wsy—烟气水平流动速度（m/s）

∴wsy = Q / B × hy

由力学平衡式得：

（ρk ρy）ghy = ζ（ρywsy）/2

式中：ρk —空间的冷空气密度

ρy—空间的烟气层的平均密度

ζ—折算系数

∴（ρk ρy）ghy = ζρy /2*（Q/Bhy）2

由实验得ζ= 0.9

∴ hy = 0.9[（273+tk）/（tytk）]1/3*（Q/B）2/3

式中：Q空间烟气的平均流动速度（m/s）

tk空间的冷空气的温度（℃）

ty空间流动的烟层的平均温度（℃）

在火灾安全工程理论的基础上，我们可以结合实际的建筑物，建立火灾模型，用工程学的方法加以解析，得到科学合理的设计参数。

近年来已经开发的火灾模型有许多中，但设计方向大致有两个。一是采取既定的设计方案，按一定的程序进行设计，然后对计算结果进行评价。二是调用“人员及建筑物”在火灾时的反应状况，对设计结果进行估算。就可行性而言，一般选用以上第二种设计方法，根据建筑物的实际情况加以计算，并对结果的安全性进行评价。

4.我国性能化设计的现状

4.1 建筑性能化防火设计的主要优点

与传统消防设计相比，建筑性能化防火设计主要具有下列几个优点：

（1）建筑性能化防火设计以系统安全工程的理论和方法为设计手段，设计成果能够形成一种综合的火灾防治体系，从而更有利于保障建筑的防火安全；

（2）建筑性能化防火设计强调了建筑特征和火灾特性，具有针对性，有利于提高消防设计的可靠性，克服了传统消防设计对于特殊结构、特殊使用功能、特殊工艺流程建筑的局限性；

（3）从系统安全的角度出发，统筹考虑建筑的整体消防安全要求，可使确定的消防安全目标、达到目标的途径、消防投入及其安全收益实现良好统一，在相同的安全目标下，能有效地降低建设成本；

（4）设计方法的灵活性和多样性，有利于发挥设计人员的主观能动性，有利于新产品、新材料、新技术的推广应用。

4.2 建筑性能化防火设计应用中存在的不足

除了建筑性能化防火设计本身存在的诸多不完善之外，建筑性能化防火设计目前在应用中亦存在许多问题：

（1）在技术标准不健全的情况下，建筑性能化防火设计中的安全目标和性能判据，很难在建设单位、消防部门和专家之间达成共识。

（2）它要求设计者、审核者、监督管理者都必须具有更高的素质。建筑性能化防火设计的安全目标与消防系统的运行、人员疏散组织等密不可分，这对日常消防监督管理工作提出了更高的要求。

（3）建筑性能化防火设计最初设定的各种前提条件与建筑物最初拟定的布局及功能息息相关，因而，建筑布局、功能的改变，很可能直接导致建筑性能化防火设计方案的失效。

（4）与处方式防火设计相比，建筑性能化防火设计需要耗费更多工程时间以进行资料搜集、分析、计算等，以及准备设计文件。

5.积极稳妥推进建筑性能化防火设计的对策与前景

在我国实施建筑性能化防火设计的进程中，有必要以慎重稳妥的态度，有条件地、循序渐进地推进其健康发展。

5.1建立健全建筑性能化防火设计的法制体系。

通过行政立法，解决建筑性能化防火设计合法化的问题。要在行政法规中设定建设单位、建筑性能化防火设计单位、设计评估单位、专家论证机构、公安消防部门等相關单位的权利、义务及其对应的法律责任。还要加快建立建筑性能化防火设计技术标准体系。

5.2更新安全观念，树立消防系统安全理念。要用系统工程的理论和方法，综合考虑建筑的整体消防安全，设定可以接受的火灾损失目标，寻求达到目标的最佳途径，整合优化设计成果，最大限度地实现火灾防治的科学性、有效性与经济性的有机统一。

5.3完善建筑性能化防火设计的技术基础性工作。需要建立反映我国实际情况的、统一的消防安全工程基础数据库，加强对量化消防安全目标和性能判据的探索和研究。如火灾统计分析数据库、火灾发生与发展数据库、火灾中人的心理、反应和行为等特征数据库、消防设施可靠性统计数据库等等。

5.4强化教育培训力度，建立建筑性能化防火设计、审核、监督管理人员队伍。加强对在职消防设计、审核人员在火灾科学、消防安全工程学以及火灾风险评估和火灾危害分析的方法学及其技术技能方面的培训，通过学历教育途径，培养出一批接受过系统教育，熟练掌握火灾科学理论和工程应用技术的专业人员队伍，为推行建筑性能化防火设计储备人才资源。

6.总结

从建筑性能化防火设计的优势来看，建筑性能化防火设计能够为设计人员提供一个创新的平台，能够使大型化、复杂化、具有特殊使用功能的建筑消防设计方案更加科学、合理。从长远来看，建筑性能化防火设计无论是从其应对现代建筑的纷繁复杂、现代工程技术的日新月异上所表现出的价值取向，还是在其实践过程中显现出的系统性、科学性、合理性的拓展空间，都是传统消防设计无法比拟的，是解决复杂的建筑消防安全技术问题的必然趋势。

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