國外建筑性能化防火設計方法的研究進展分析

我國從20世紀80年初期就開始了火災模化方面的研究，此后在火災科學、火災動力學演化、建筑火災煙氣流動等方面也開展了大量工作，但直到1995年國家“九五”科技攻關項目“地下大型商場火災研究”，我國還只有少數從事此方面研究的人員對建筑物性能化設計有所認識。1996年，特別是從1997年FORUM會議以后，我國開始組織人員比較系統地搜集整理和分析研究國內外有關建筑性能化設計與規范方面的成果與信息。目前在國內由公安部天津消防研究所負責性能化防火設計規范和設計指南的編制，國內也有少數高校及實驗室開始了性能化方面的研究，并且在國內已有少數建筑采用了性能化設計的理念進行設計，但在評估模型的建立及其模擬軟件的自主開發方面的研究幾乎是空白。

自20世紀70年代起，一些發達國家就開始系統研究以火災性能為基礎的建筑防火設計的新方法。目前，性能化防火設計已經成為國際上火災科學研究領域的一個熱點。許多國家在開發性能化防火設計方法及建立性能化規范方面已有了相當的進展，英國早在1985年修訂其建筑規范時，就己將性能化設計作為一種可供選擇的防火設計方法，日本和澳大利亞分別投入大量資金，在消防安全工程學領域開展研究，并在此基礎上制定了性能化設計規范。加拿大、新西蘭、法國、芬蘭、瑞典等都在積極開展性能化設計方面的研究，朝著建立性能化規范體系的目標努力。

美國

美國在性能化設計方法研究方面做了大量工作，而且也是建造“超規范”建筑最多的國家。美國是開展性能化防火設計研究最早的國家之一，從20世紀70年代起，他們就開始了較系統的研究，但當時并沒有提出以火災性能為基礎。

1971年，美國通用事務管理局(GSA)形成了GSA的《建筑火災安全判據》的附錄D“以目的為基準的建筑防火系統方法指南”。此后美國在這方面又進行了一系列的研究，一個重要的成果是形成了美國國家防火協會(NFPA)NFPA550標準《防火系統概念樹指南》，它成為分析建筑物火災安全的重要工具之一；另一成果是NFPAIOIA《保證人員安全的替代性方法指南》，其中建立的防火安全評估系統己明顯體現了以火災性能為基礎的思想。

20世紀80年代，在美國火災研究基金會的組織下，實施了一個國家級的火災風險評估項目。有美國國家標準與技術研究院(NIST)、NFPA等多個機構參加，形成了FRA柵ORKS模型。該模型可將特定火災場景下評估特定產品的量化方法與給定火災場景下相關的火災死亡人數的統計方法相結合，這樣新的或替代產品的影響也可以按照準場景進行評估，從而決定有關新產品的改變對風險相對值變化的影響。美國防火工程師協會(SFPE)于1988年編輯出版了工具書SFPE防火工程手冊。人們普遍認為本手冊是支持性能化防火安全設計的重要文獻，后來又經過再版、修增，并收錄了近年的研究成果。

自1990年起，國際化標準組織(ISO)和國際建筑協會也積極參與了性能化設計方法的研究。1991年在伍賽斯特理工學院召開了一次關于21世紀防火安全設計研討會。這次會議對推動美國的性能化防火設計研究起了重要作用。1997年，卡斯特(Caster)和米切姆(Meacham)等人合著的《以性能化為基礎的火災安全導論》出版是性能化方法研究的一個重要階段成果。2000年，SFPE又在卡斯特等人的研究基礎上編寫了《建筑物性能化防火分析與設計工程指南(草案)》，該書對美國推薦的性能化防火設計步驟作了更清楚的概括，現在已成為各國開展性能化防火方法研究的重要參考資料。

日本

日本也是較早研究性能化防火設計方法的國家之一。自20世紀50年代起，日本就開始采用高度指令性的建筑規范體系。1982年日本建設省制訂了發展性能化防火設計的五年研究計劃。該計劃的目標是發展一個建筑火災安全方面的國家級評價方法。該方法以日本建筑基準法第38條的等效條款為基礎，通過建設省的特殊審批體系而廣泛應用于建筑防火設計中。

這一項目的研究成果形成了一套內容廣泛、全面的文件匯編。它包括綜合防火安全、預防火災的發展和蔓延、煙氣的控制、人員疏散和結構的耐火設計5個子系統。每個子系統包括基本要求、工程評估的技術標準、相關火災現象的計算方法和測試方法等4個部分。

1998年，日本吸取了國外關于性能化設計研究的新進展，對建筑防火設計的規范體系作了進一步的改進。新體系更重視以下幾個方面：

（1）煙氣控制和人員安全疏散；

（2）火災發生與發展的預防；

（3）建筑結構的耐火；

（4）火災向其他建筑蔓延的預防。

英國

1973年英國對大部分建筑法規進行了統一化的工作，形成了國家級的防火設計法案，該法案基本上還是處方式設計規范。規范中某些細節內容是通過法規的形式來加以確定的，在采用“放寬規范”合理程序的基礎上，可以通過改進“替代方案”來滿足規范的要求，這實際上已經開始體現出性能化設計的初期思想。

1985年和1991年，英國又先后兩次對建筑規范進行了修訂，明確提出可以將性能化設計方法作為一種可選的防火設計方法，率先實現了建筑防火設計規范由處方式設計規范向性能化設計規范的轉變。

1997年，正式發布了英國標準BSDD240(建筑火災安全工程)(草案)。它包括兩個部分，第一部分為《火災安全工程學原理的應用指南》，第二部分為《對第一部分中所列方程的評注》。第一部分是主體，它將性能化設計過程概括為四個基本步驟，即：定性設計審查、定量分析、與性能化判據的比較和編制設計報告。

目前，在英國性能化防火設計與處方式防火設計是并行使用的。性能化設計應按照BSDD240《建筑火災安全工程》進行，處方式設計按照被批準文件進行。在這一體系中，僅建筑規范本身是強制性的，對具體的設計方法不作強行規定，可由設計者選擇。

澳大利亞

澳大利亞也是開展性能化設計研究較早的國家之一。在20世紀70年代末，該國就開始進行建筑火災危險評估模型的研究，以便進行建筑物的火災安全功能和防火費用分析。此后，澳大利亞主要研究單位維多利亞理工大學與加拿大國家研究院合作，進一步開發了這一模型，最后形成了澳大利亞的CESARE—RISK程序和加拿大的FIRECAm程序。

為了使建筑設計方案能采用風險評估方法，既在性能上符合規范要求，又經濟合理，澳大利亞于1989年成立了建筑規范審查工作組，起草了‘全國建筑防火系統規范草案》(NBFSsc)。1996年頒布了第一都性能化建筑防火設計規范《澳大利亞建筑規范一1996》，并自1997年7月1日起陸續被各州政府采用。

為推廣實施性能化設計規范，澳大利亞的“建筑規范委員會”(ABCB)與工業及研究部分聯合會組成了一個新的機構一防火規范改革中心(FcRc)，其任務是為開展性能化防火安全設計并改革現行規范開發一種經濟有效的工程方法。1996年，該中心推出了《防火工程指南》(Fire Engineering Guidelines)。該指南以落實性能化設計規范為中心，制訂出一套三等級的防火工程系統評估方法。

雖然各國在發展性能化規范體系的進度和一些具體問題上不盡一致，但總體上具有若干相同點。

(1)在制定性能化規范的發展規時，首先必須考慮的一個方面就是發展性能化設計方法。為此，必須開展對消防安全工程學的研究，建立火災基礎數據庫，開發實用的消防安全評估摸型和方法以及可靠的計算機設計軟件等。只有在這些工作有了足夠的基礎后，才能著手確立性能化設計方法和制定性能化規范。

(2)除了制定性能化規范外，還需要制定與規范配套的技術法規，如設計指南、設計方法的驗證審核方法、設計工具的審查認可標準等。

(3)在每個國家，性能化設計方法幾乎都在性能化規范制定出來以前就已經在建筑防火設計中發揮著重要的作用，性能化的設計分析方法和工具被開發出來以后，對于“超規”的設計方案就往往采用這些分析方法和工具來計算和驗證。另一方面，即使性能化規范制定出來以后，性能化設計方法不可能、也沒有必要完全取代“處方式”的設計方法。

(4)除了建立性能化建筑防火規范體系外，還需建立一些必要的條件，如建審的方法與程序、相應的專業教育與專業人才培養等。

這些問題目前己引起許多國家的關注，并成為共同關心的研究課題。不少國家在己有的研究成果基礎上，初步建立起性能化設計體系和性能化設計規范。但是，國際上在所有上述幾個方面的研究都還只是處在初級階段，在科研成果的科學性和實用性方面還遠遠沒有達到完善的程度，必須進行更加深人、廣泛的研究。

（作者單位：河南省第五建筑安裝工程（集團）有限公司）