浅谈建筑防火的性能化设计

2016-03-12王继红冯勇

河南建材 2016年2期

关键词：建筑防火烟气建筑物

王继红冯勇

河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

浅谈建筑防火的性能化设计

王继红冯勇

河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

随着新型建筑材料、建筑技术和建筑物大量涌现，建筑物出现了向大规模、复杂化和个性设计等方向发展的趋势，为顺应现代建筑发展的需要，一种更为先进的设计方法，性能化设计正是时代发展的需求。根据建筑物的结构、用途、内部装修、火灾荷载等的具体情况，自由选择各种防火措施，对建筑火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估，为建筑物提供最合理的防火保护，从而保证建筑物内的人员生命和财产安全。

建筑防火；性能化设计；安全评估

性能化设计是一种新型的防火系统设计思路，是建立在更加理性条件上的一种新的设计方法。从根本上说，性能化设计只是一个描述能够达到某种规定性能水平的设计过程的术语。它是运用消防安全工程学的原理和方法首先制定整个防火系统应该达到的性能目标,并针对各类建筑物的实际状态，应用所有可能的方法对建筑物的火灾危险和将导致的后果进行定性、定量的预测与评估，以期得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护。

1 性能化设计方法的必要性和步骤

1.1 性能化设计方法的必要性

1）是适应社会发展的客观需要

随着市场经济的快速发展，超高层建筑、大型商场、大型娱乐游艺场所等大量涌现，群死群伤、特大、重大火灾事故时有发生，现行消防技术规范已不能涵盖所有建筑的消防安全要求。所以，推行完善、高效、适应建筑发展需求的防火性能化设计规范或性能化设计方法是解决问题的根本出路。

2）是丰富建筑艺术、推广新技术的最佳途径

建筑防火性能化设计只需要规定建筑物达到的安全规定的性能要求和应具备的性能要求的特征参数指标，使得建筑师在设计时充分施展才能，设计出更有人情味、更富理性的建筑艺术作品。同时，在建筑设计中，可大力推广使用新技术、新材料、新工艺、新设备。

3）是建筑设计方法发展的必然趋势

以火灾性能为基础的性能化设计方法已成为世界各国建筑界与消防界的共识。目前，已有不少国家实行了防火性能化设计规范。如澳大利亚颁布了《性能化建筑防火设计规范》，美国发布了《国际建筑性能规范》和《国际防火性能规范》。英国、法国、加拿大、国际标准组织（ISO）、国际建筑研究与文献研究委员会（CIB）等多个国家和国际组织采用了性能化规范或性能化设计方法。我国也开始了相关研究，但发展较慢，已远远落后于部分发达国家。研究适用于建筑工程设计的消防评估方法和评估模型，开发计算机设计软件，逐步建立和完善性能化设计迫在眉睫。

1.2 性能化设计的步骤

1）确定工程场址

2）确定防火安全目标

防火安全目标是安全系统最终达到的总体效果，安全目标还包括性能目标和性能标准。性能目标是必须满足的建筑物在防火、灭火等方面的具体要求。性能标准是指单个消防设备或整个系统的有关技术指标。

3）建筑物内部的可燃物、人员等的具体特征，确定设计指标。

4）建立火灾场景模型

火灾场景模型涉及诸如点火源性状、起火点位置、可燃物种类、火灾荷载、建筑布局等，同时应该给出火灾试验及计算过程需要的技术条件。

5）选择分析计算方法

6）提出和评估设计方案

7）对设计方案审核，并最终确定设计方案，写出最终报告。

性能化设计还需考虑到起火和发展、烟气蔓延和控制、火灾蔓延和控制、火灾探测和灭火、通知使用者和疏散、消防部门的接警和响应等因素。

2 建筑防火性能化设计的理论基础

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、消防给水和灭火系统、采暖通风、防排烟及电气等内容。建立火灾场模型，必须基于火灾燃烧理论及火灾中烟气的流动理论。

2.1 火灾中的释热速率

释热速率是表示火灾发展的一个主要参数。一般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。

2.2 火灾烟气的特性

火灾烟气是一种混合物,由于它的减光性、毒性和高温的影响,对火灾中被困人员生命的威胁最大。

2.2.1 火灾烟气的来源

1）可燃物热解或燃烧产生的气相产物。

2）由于卷吸而进入的空气。

3）多种微小固体颗粒和液滴。

2.2.2 烟气的减光性

可见光波的波长为0.4～0.7 μm，一般火灾烟气中烟粒子粒径为几微米到几十微米，对可见光有完全的遮蔽作用。烟气弥蔓时，可见光因受到烟粒子的遮蔽而大大减弱，能见度大大降低。发生火灾时，烟气蔓延进入疏散通道，使火场中疏散人员的疏散速度大大降低。

2.2.3 烟气的毒性

1）缺氧

烟气中含氧量往往低于人们生理正常所需要的数值。当空气中含氧量降低到15%时，人的肌肉活动能力下降；降到10%～14%时，人就四肢无力，智力混乱，辩不清方向；降到6%～10%时，人就会晕倒。虽然短时不会死亡，但也会因失去活动能力而不能逃离火场最终被火烧死。

2）中毒

烟气中含有各种有毒气体，这些气体的含量已超过人们生理正常所允许的浓度，造成人们中毒死亡。人员接触1 h一氧化碳的安全浓度为0.04%～0.05%；接触10%左右浓度的二氧化碳，会引起头晕；严重者，会发生昏迷、呼吸困难，甚至失去知觉。接触20%左右浓度的二氧化碳，人体的神经中枢系统出现麻痹，导致死亡。

3）尘害

危害最大的是颗粒直径小于10 μm的飘尘。由于气体扩散作用，进入人体肺部粘附并聚集在肺泡壁上，引起呼吸道疾病、增大心脏病死亡率，对人造成直接危害。

4）高温

火灾烟气具有较高的温度,在着火房间内，烟气温度可高达数百摄氏度。在地下建筑中，火灾烟气温度可高达在1 000℃以上。人们在65℃时，可短时忍受；在120℃时，15 min内就将产生不可恢复的损伤；140℃时约为5 min，170℃时约为1 min；而在几百度的高温烟气中，1 min也无法忍受的。

2.2.4 烟气的恐怖性

发生火灾时，特别是发生爆燃时，火焰和烟气冲出门、窗洞口，浓烟滚滚，烈火熊熊，使人产生恐怖感，常常给疏散造成混乱局面，使人失失去理智，惊慌失措。

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。烟气在水平方向扩散流动速度较小，火灾初期为0.1～0.3 m/s，中期为0.5～0.8 m/s。烟气在垂直方向扩散流动速度较大，通常为1～5 m/s。在楼梯间或管道竖井中，烟气上升流动速度可达6～8 m/ s，甚至更大。