說(shuō)下建筑防火性能化設(shè)計(jì)的若干看法

1、說(shuō)下建筑防火性能化設(shè)計(jì)的若干看法        建筑防火的安全水準(zhǔn)和目標(biāo)應(yīng)該是明確的和高水平的，即發(fā)生火災(zāi)的概率十分小。但確保安全水準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的 方法 則是多種多樣的，人們可以運(yùn)用所有的 現(xiàn)代 科技 手段進(jìn)行有機(jī)的和創(chuàng)造性的組合。      性能設(shè)計(jì)是一種新型的防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，是建立在更加理性條件上的一種新的設(shè)計(jì)方法。它不是根據(jù)確定的、一成不變的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是運(yùn)用消防安全工程學(xué)的原理和方法，首先制定整個(gè)防火系統(tǒng)應(yīng)該

2、達(dá)到的性能目標(biāo)，并針對(duì)各類(lèi)建筑物的實(shí)際狀態(tài)， 應(yīng)用 所有可能的方法對(duì)建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)和將導(dǎo)致的后果進(jìn)行定性、定量地預(yù)測(cè)與評(píng)估，以期得到最佳的防火設(shè)計(jì)方案和最好的防火保護(hù)。性能設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，它的實(shí)現(xiàn)需要各種 社會(huì) 環(huán)境和技術(shù)條件的支撐。      應(yīng)該指出的是，由指令性規(guī)范向性能規(guī)范的轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的。 目前 國(guó)際上所謂性能規(guī)范都只是包含部分性能規(guī)定，并沒(méi)有百分之百的性能規(guī)范。指令性規(guī)定與性能規(guī)定不是簡(jiǎn)單的替代，而是在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)并存或互補(bǔ)，這樣既不妨礙新技術(shù)的應(yīng)用，又能夠

3、保持當(dāng)前的安全程度。筆者就我國(guó)性能化 研究 與實(shí)踐工作，談幾點(diǎn)看法。  1   工作的基本方向      性能規(guī)范屬于柔性的法規(guī)，它適用于(1)規(guī)范規(guī)章沒(méi)有規(guī)定的情況；(2)規(guī)范規(guī)章雖有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但不能或不足以應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)情況時(shí)；(3)讓設(shè)計(jì)者能在安全無(wú)虞又合乎 經(jīng)濟(jì) 利益的情形下，自由地設(shè)計(jì)合乎需求的使用空間。從國(guó)外現(xiàn)行情況看，目前的性能設(shè)計(jì)規(guī)范并不復(fù)雜，但支撐這類(lèi)規(guī)范的性能設(shè)計(jì)體系卻是一項(xiàng)非常龐大的系統(tǒng)工程，它需要方方面面的共同努力。從 理論 上

4、講，性能設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)如下一些原則：      (1)性能規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定和目標(biāo)應(yīng)能保證不同類(lèi)型建筑物的整體安全水平。      (2)性能規(guī)范應(yīng)具有長(zhǎng)期的適用性，新技術(shù)、新方法的出現(xiàn)和使用不會(huì)導(dǎo)致與規(guī)范的沖突。      (3)可以使用可變式的 計(jì)算 模式去內(nèi)插計(jì)算結(jié)果。采用模擬的辦法去檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的正確與否。      (4)所有的性能設(shè)計(jì)計(jì)算均可在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)，并且要保證一般的設(shè)

5、計(jì)人員都可以非常容易地操作這些人工智能計(jì)算系統(tǒng)。      一個(gè)成功的性能化設(shè)計(jì)不僅可以更符合建筑物本身的要求，而且在同樣符合安全的要求下，可以為業(yè)主節(jié)省不必要的消防設(shè)備費(fèi)用，這是性能化設(shè)計(jì)所應(yīng)體現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)以及 發(fā)展 的動(dòng)力。      在我國(guó)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)還需要走相當(dāng)長(zhǎng)的一段路。目前，無(wú)論是在人們的觀念上，理論水平上， 歷史 資料的存儲(chǔ)上，以及經(jīng)濟(jì)支撐條件上，都是十分薄弱的。但從發(fā)展看，開(kāi)展此項(xiàng)工作又是一種必然，并且越早開(kāi)始越主動(dòng)。  2 

6、;  火災(zāi)發(fā)展模式及預(yù)期損害度的 分析 評(píng)估      性能設(shè)計(jì)的核心就是運(yùn)用大量的定量分析去解決工程安全的評(píng)估。定量分析包含兩類(lèi)程序：      (1)決定性程序(Deterministic Procedure)：將火災(zāi)成長(zhǎng)、擴(kuò)展、煙移動(dòng)及對(duì)人員 影響 予以定量化(從理論分析、經(jīng)驗(yàn)關(guān)系推論、使用方程式及火災(zāi)模擬方法)。      (2)概率性程序(Probabilistic&

7、#160;Procedure)：估算發(fā)生某種不預(yù)期火災(zāi)情景(Fire Scenario)的可能性(利用火災(zāi)發(fā)生頻率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)可靠度、建筑背景資料及決定性程序所獲得資料)?；馂?zāi)模式的影響因子應(yīng)考慮模式的輸出量(例如：溫度、速度、熱通量)及合格標(biāo)準(zhǔn)(例如：偵測(cè)所需時(shí)間、達(dá)到人類(lèi)無(wú)法承受的時(shí)間)?；馂?zāi)模式也為概率模式，主要進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分析事件樹(shù)(Event Tree)與概率，而使人們因火災(zāi)喪的風(fēng)險(xiǎn)降低。      火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)定對(duì)消防安全性能設(shè)計(jì)十分重要，即在消防安全設(shè)計(jì)之前，需先輸入火災(zāi)場(chǎng)景的參數(shù)資料，再依假想場(chǎng)景去

8、執(zhí)行消防安全設(shè)計(jì)。      為能達(dá)到上述目標(biāo)，火災(zāi)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)應(yīng)予以合理的量化分析。如今火災(zāi)發(fā)展模式不論是在工程計(jì)算、計(jì)算機(jī)評(píng)估或是概率統(tǒng)計(jì)等方面，已具有較合理的推算與評(píng)估，使得火災(zāi)燃燒的成長(zhǎng)速度、熱釋放率、衰退期等較復(fù)雜的狀態(tài)均能被較接近真實(shí)的模擬，因而可以較正確的推算出危險(xiǎn)狀況發(fā)生的時(shí)間，以尋求確保人員生命安全的避難對(duì)策。火災(zāi)場(chǎng)景的假想，應(yīng)以實(shí)際工程為基礎(chǔ)，即針對(duì)實(shí)際使用空間的避難路徑、出口設(shè)置、樓梯設(shè)置、建筑物裝修材料及內(nèi)含物的發(fā)熱量、避難人員數(shù)、避難人員屬性等實(shí)際狀況設(shè)定。      我

9、國(guó)在今后的若干年中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)的定量評(píng)估，至少要建立下述6個(gè)分析子系統(tǒng)：      (1)起火空間內(nèi)火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展的過(guò)程模擬；      (2)煙及有毒氣體蔓延 規(guī)律 的模擬；      (3)火勢(shì)沿起火間之外空間的蔓延；      (4)火災(zāi)報(bào)警、滅火及防排煙系統(tǒng)綜合工況的模擬；      (5)消防救援行為介入狀況的模擬；

10、       (6)人員安全疏散的路徑與行為的模擬。      為了正確地給定性能規(guī)范的安全原則，最基礎(chǔ)的一項(xiàng)工作是建立 科學(xué) 系統(tǒng)的火災(zāi)發(fā)生及損失的概率統(tǒng)計(jì)方法，包括：      (1)對(duì)建筑物進(jìn)行合理的類(lèi)別劃分，并統(tǒng)計(jì)各類(lèi)建筑物實(shí)際存在的平方米數(shù)量和火災(zāi)發(fā)生時(shí)損失的數(shù)量。      (2)確定火災(zāi)損失率的概率分布模型，并確定火災(zāi)損失率的數(shù)學(xué)期望和方差值。 

11、;     (3)從概率的角度，對(duì)“同型”和“非同型”的火災(zāi)事件進(jìn)行計(jì)算處理，并最終給出各類(lèi)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性的概率度。  3   建立各類(lèi)建筑物的火災(zāi)荷載數(shù)據(jù)庫(kù)       在從事性能化設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的一步是確立火災(zāi)載荷的大小與位置，一個(gè)錯(cuò)誤的火源設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致整個(gè)性能設(shè)計(jì)的失敗。      火災(zāi)載荷密度與設(shè)計(jì)火災(zāi)發(fā)展過(guò)程密切相關(guān)，而后者正是防火設(shè)計(jì)中最基本的輸人參數(shù)之一，因而火災(zāi)載荷數(shù)據(jù)的確定對(duì)防火系統(tǒng)的性能

12、設(shè)計(jì)具有至關(guān)重要的影響。我國(guó)目前基本上沒(méi)有火災(zāi)載荷的相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法和確定的數(shù)值。因此，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)的方法盡快建立適合 中國(guó) 國(guó)情的火災(zāi)荷載密度的數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，應(yīng)考慮國(guó)際通用的方式和計(jì)算單位，以便信息的交流和共享。具體工作包括：         (1)通過(guò)實(shí)際調(diào)查和實(shí)驗(yàn)確定各類(lèi)建筑材料和設(shè)施的燃燒熱值。      (2)用概率統(tǒng)計(jì)的 方法 處理火災(zāi)荷載的分布型式。統(tǒng)計(jì)表明火災(zāi)荷載的分布不服從正態(tài)分布，而表現(xiàn)為極值I型

13、分布。因此將樓層火災(zāi)荷載作為隨機(jī)現(xiàn)象，將其概型化、抽象化為統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)尋其統(tǒng)計(jì) 規(guī)律 ，應(yīng)該是可行的途徑之一。      (3)鑒于建筑結(jié)構(gòu)的可變荷載與火災(zāi)荷載的統(tǒng)計(jì)分布均服從極值I型分布，因此可以探討在這兩者之間建立某種邏輯聯(lián)系，進(jìn)而確定兩者間的比值關(guān)系。這將會(huì)使規(guī)范編制和設(shè)計(jì)選用工作大大簡(jiǎn)化。  4   性能 計(jì)算 方式的選擇      在以往，所謂的性能化設(shè)計(jì)似乎只是空談，要真正的落實(shí)幾乎是一項(xiàng)

14、不可能的任務(wù)。但近年來(lái)世界許多發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)，并 應(yīng)用 在現(xiàn)實(shí) 社會(huì) 當(dāng)中。我國(guó)也感受到性能化設(shè)計(jì)的 發(fā)展 確實(shí)有其必要性。      性能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何建立計(jì)算模型和采用適合的計(jì)算方法。 目前 流行的做法有兩類(lèi)，一是以日本為主的簡(jiǎn)算預(yù)測(cè)法，二是以歐美為主的電算模擬法。      在日本，目前性能化防火設(shè)計(jì)尚未單獨(dú)立法，而且其偏好使用火災(zāi)預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單公式進(jìn)行計(jì)算，所以在個(gè)別火災(zāi)項(xiàng)目中有大量的簡(jiǎn)單公式完整的介紹

15、，其中當(dāng)然也還有可以加強(qiáng)之處，主要是關(guān)于火災(zāi)進(jìn)程、閃燃現(xiàn)象的發(fā)生以及火災(zāi)探測(cè)與抑制方面的預(yù)測(cè)公式尚未出現(xiàn)，當(dāng)此部分也完成的時(shí)候，日本簡(jiǎn)算公式將會(huì)成為相當(dāng)好的整體火災(zāi)預(yù)測(cè)模式。而且，其簡(jiǎn)算公式中每一個(gè)參數(shù)的選擇都是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?#160;     而在英、美、澳三國(guó)(澳洲的法規(guī)源自于英國(guó))，計(jì)算體系中的同質(zhì)性相當(dāng)高，目前已經(jīng)有完整詳細(xì)的規(guī)范提供給防火設(shè)計(jì)人員 參考 。歐美國(guó)家普遍習(xí)慣采用計(jì)算機(jī)模擬軟件進(jìn)行火災(zāi)預(yù)測(cè)與火場(chǎng)重建的工作，因此對(duì)于火災(zāi)預(yù)測(cè)公式的發(fā)展不像日本那樣完善。但是對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬軟件的開(kāi)發(fā)不遺余力，模式也發(fā)展得越來(lái)越成熟，同

16、時(shí)由于目前計(jì)算機(jī)的效能越來(lái)越高，進(jìn)行火災(zāi)模擬的時(shí)間與精確度都大幅的提升，因此采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬也是性能法規(guī)驗(yàn)證的方法之一。      鑒于我國(guó)目前的實(shí)際情況，筆者認(rèn)為可以采取簡(jiǎn)算預(yù)測(cè)與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法。  5   安全疏散模擬  消防安全系統(tǒng)的目的不外乎是確保人身安全和減少財(cái)產(chǎn)損失兩個(gè)方面。而人身安全則有賴(lài)于安全疏散系統(tǒng)的可靠，因此各國(guó)的性能法規(guī)中，安全疏散設(shè)計(jì)都占有重要的地位。  避難安全設(shè)計(jì)的最終要求為驗(yàn)證實(shí)際所需的避難時(shí)間應(yīng)低于避難容許時(shí)間。所以避難安全設(shè)計(jì)時(shí)，需先

17、0;分析 建筑物特性 (樓板面積、走道、步行距離、出口寬度、樓梯寬度、數(shù)量及分布、建筑物高度、排煙設(shè)備等)及人員特性(人數(shù)、步行速度、反應(yīng)能力、分布情形、環(huán)境熟悉度等)資料后，設(shè)計(jì)火源及火災(zāi)場(chǎng)景，推算避難所需時(shí)間和避難容許時(shí)間，驗(yàn)算合理后，完成設(shè)計(jì)。  避難安全性能設(shè)計(jì)主要目的為確保人身安全，然而人的屬性卻是非常復(fù)雜的，如年齡、身高、體重、反應(yīng)能力、敏捷度、耐心、行動(dòng)能力等個(gè)人的特質(zhì)因人而異，因此對(duì)于人口密度高、人數(shù)多的場(chǎng)所，在避難評(píng)估時(shí)若針對(duì)每一個(gè)人去評(píng)估避難結(jié)果，則相當(dāng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，非人力采用公式驗(yàn)算所能及。因此，許多國(guó)家紛紛建立計(jì)算機(jī)模擬模式，以驗(yàn)算公式及相關(guān)觀

18、察實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，評(píng)估分析各種建筑的模擬結(jié)果，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果是否可以確保人的生命安全。  隨著性能法規(guī)發(fā)展，英國(guó)、美國(guó)、日本、澳洲、新西蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家已提出許多計(jì)算機(jī)模式、驗(yàn)算模式、概率模式等避難安全檢驗(yàn)方法。這些驗(yàn)算模式是以長(zhǎng)時(shí)間的觀察、實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，再結(jié)合工程方法，進(jìn)而編寫(xiě)成復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟件，其花費(fèi)是巨大的。在我國(guó)，目前為止尚未自行研發(fā)相關(guān)避難驗(yàn)算模式，因此建立避難安全設(shè)計(jì)法時(shí)，建議采用現(xiàn)有已成熟、開(kāi)發(fā)的評(píng)估模式，分析評(píng)估各項(xiàng)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?#160;理論 框架，探討其輸入、輸出的諸多使用參數(shù)，分析其假設(shè)條件及使用特性，判斷其對(duì)我國(guó)國(guó)情特色 (建筑物空間規(guī)劃、使用特性、人員活動(dòng))是否適用可行等，并進(jìn)而以引用國(guó)外技術(shù)為主，而不需再重復(fù)花費(fèi)龐大的人力、物力重新建立避難安全檢驗(yàn)?zāi)Ｊ健?#160; 6   煙氣控制系統(tǒng)  在火場(chǎng)中，由于能見(jiàn)度低所引起的人們心理恐慌會(huì)加大安全疏散的難度，而煙氣中所包含的煙粒子、刺激物及毒性物質(zhì)可以快速地窒息人的生命。因此，防排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與評(píng)估是性能設(shè)計(jì)的另一支柱。對(duì)煙氣蔓延過(guò)程評(píng)估時(shí)，常常綜合考慮煙氣固有的浮力特性、體積變化、夾帶作用及天花板噴流等效應(yīng)。對(duì)煙氣蔓延規(guī)律模擬的目的在于從設(shè)計(jì)上提高煙層的流動(dòng)高度，稀釋煙團(tuán)的濃