建筑性能化防火設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

摘要：由于現(xiàn)代建筑朝著功多樣化，復(fù)雜化的方向發(fā)展，國(guó)家制定的建筑防火技術(shù)已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代建筑在設(shè)計(jì)防火方面的要求，本文提出了性能化防火設(shè)計(jì)的概念以及在現(xiàn)實(shí)防火中的應(yīng)用的重要性和方法進(jìn)行探討.

關(guān)鍵詞：性能設(shè)化計(jì)；設(shè)計(jì)目標(biāo)；高層建筑

隨著科技和現(xiàn)代建筑學(xué)科和實(shí)踐不斷地進(jìn)步，性能化防火設(shè)計(jì)已經(jīng)成為消防科學(xué)和建筑設(shè)計(jì)學(xué)科前沿的應(yīng)用課題。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)這一理念進(jìn)行理論研究和實(shí)踐操作取得了很大的進(jìn)展，是社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益得到了提高。而我國(guó)相對(duì)來說對(duì)建筑性能化防火設(shè)計(jì)還處于理論研究和實(shí)踐的初級(jí)階段，因此不能夠適應(yīng)我國(guó)在城市化進(jìn)程過程中對(duì)現(xiàn)代建筑防火性能的要求。所以希望對(duì)建筑性能化防火設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行探討能夠?qū)ξ覈?guó)大型建筑在防火措施設(shè)計(jì)過程中具有借鑒意義。

一、建筑性能化防火設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

（一）性能化防火設(shè)計(jì)的定義

性能化設(shè)計(jì)源于英文詞“performance –based design”，以某些安全目標(biāo)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，基于綜合安全性能分析和評(píng)估的一種工程方法[1]。性能化防火設(shè)計(jì)是依照消防工程學(xué)原理，根據(jù)活在燃燒的規(guī)律，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)建筑物內(nèi)部的可燃物和危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析后做出評(píng)估和預(yù)測(cè)來評(píng)價(jià)防火的目標(biāo)是否達(dá)到[2]。

（二）建筑性能化設(shè)計(jì)方法的必要性和意義

由于近年來我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大型建筑的建設(shè)速度和數(shù)量在逐步加快，傳統(tǒng)的建筑防火設(shè)計(jì)目標(biāo)不一致，那么科學(xué)的建筑防火目標(biāo)體系的建立已經(jīng)迫在眉睫。但是性能化的防火設(shè)計(jì)方法還在進(jìn)一步地探索當(dāng)中，此方法需要運(yùn)用多方面學(xué)科的知識(shí)，包括運(yùn)籌學(xué)，計(jì)算科學(xué)和物理學(xué)等學(xué)科。但是這些學(xué)科的綜合應(yīng)用需要建立的數(shù)學(xué)工具模型的精度對(duì)建筑物防火性能的評(píng)估過程和結(jié)果有著重要的影響，因此對(duì)性能防火設(shè)計(jì)方法的研究直接影響到建筑設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。將會(huì)改變傳統(tǒng)的防火規(guī)范已經(jīng)不能適應(yīng)新時(shí)期我國(guó)對(duì)建筑防火體系其防火功能的要求，有必要將其防范的推廣和應(yīng)用[3]。

（三）建筑性能化防火設(shè)定防火目標(biāo)的原則

建筑性能化防火的目標(biāo)可分為被動(dòng)式防御和主動(dòng)式控制。

被動(dòng)式防御通過技術(shù)設(shè)計(jì)提高建筑材料的耐燃燒強(qiáng)度，以避免建筑物發(fā)生火災(zāi)的可能性。要?jiǎng)澐址阑饏^(qū)域，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)盡量能將其控制在一定的范圍之內(nèi)，避免火災(zāi)的面積蔓延，以造成更大的損失。通過對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的燃燒規(guī)律的研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和建筑屋內(nèi)人員的消防意識(shí)，合理地設(shè)計(jì)安全通道和緊急出口。設(shè)計(jì)合理的滅火設(shè)施和濃煙排放設(shè)施，減少火災(zāi)發(fā)生時(shí)的人員傷亡[4]。

主動(dòng)的防火目標(biāo)也要在建筑物防火設(shè)計(jì)中得到足夠的重視，這些原則包括當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)有相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)火災(zāi)放生的過程，再通過有效的滅火系統(tǒng)能夠及時(shí)有效地進(jìn)行滅火，避免造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失。

二、性能化設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

所謂的性能化設(shè)計(jì)就是對(duì)建筑物各種規(guī)范要求的實(shí)現(xiàn)過程。根據(jù)國(guó)外的理論可將將建筑物防火設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分如下圖1：

圖1建筑物防火設(shè)計(jì)象限圖

定性分析是對(duì)對(duì)總體防火目標(biāo)的原則性指導(dǎo)而定量分析是對(duì)各種防火措施的的實(shí)用和效率進(jìn)行對(duì)比研究。按照系統(tǒng)論原理可將其劃分為以下六個(gè)子系統(tǒng)如圖2所示：

火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展煙氣的擴(kuò)散起火區(qū)域外的火勢(shì)蔓延探測(cè)和消防設(shè)備的啟動(dòng)進(jìn)入消防行動(dòng)人員逃離

圖2 定量分析子系統(tǒng)

對(duì)比評(píng)估時(shí)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)效果的比較。報(bào)告評(píng)估時(shí)對(duì)建筑物總體狀況和結(jié)果的的研究。

三、性能化的設(shè)計(jì)步驟如下圖3

圖3 性能化設(shè)計(jì)流程圖

首先，在工程設(shè)計(jì)時(shí)要了解建筑物的特性和功能要求，劃分功能區(qū)域。

其次，確定總體目標(biāo)，功能目標(biāo)和性能目標(biāo)。總體目標(biāo)就是指性能化設(shè)計(jì)所要達(dá)到的保護(hù)財(cái)產(chǎn)和人身生命安全以及建筑物實(shí)用功能的不受危害。功能目標(biāo)是總體總體目標(biāo)的分解，就是指建筑物的使用功能的安全保障。性能目標(biāo)就是指建筑物的各個(gè)組成部分所達(dá)到的性能水平，可對(duì)其進(jìn)行量化分析和計(jì)算.

再次，性能化目標(biāo)的制定。是指為達(dá)到總體目性能標(biāo)結(jié)果而制定的評(píng)判依據(jù)。滿足總體性能要求就是合格的可選方案。假如可證明某種方案能到到要求，就可作為可選方案。

最后，對(duì)火災(zāi)的確定并進(jìn)行對(duì)其設(shè)計(jì)。火災(zāi)場(chǎng)景就是火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的全過程，對(duì)火災(zāi)發(fā)生的各種原因進(jìn)行描述就是火災(zāi)場(chǎng)景的確定。利用燃燒的基本參數(shù)進(jìn)行對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行描述就是火災(zāi)設(shè)計(jì)。依照設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)火災(zāi)設(shè)計(jì)的各種方案進(jìn)行初步的評(píng)估，確定最優(yōu)方案。根據(jù)使用者和管理者的要求完成性能化設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告當(dāng)中要其設(shè)計(jì)的原理和方法，設(shè)計(jì)的參考和各種指標(biāo)都要有清晰的表述。

四、建筑物性能化設(shè)計(jì)中人員的安全疏散

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員的安全和建筑物的可供人活動(dòng)的空間和當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的反應(yīng)以及采取的行動(dòng)密切相關(guān)，火災(zāi)發(fā)生的嚴(yán)重程度是人員能否安全離和疏散的根本條件。人員能否撤離主要是看火災(zāi)發(fā)生時(shí)到危害人生明所需要的時(shí)間，也就是人能否安全撤離的時(shí)間，而大部分火災(zāi)實(shí)踐表明，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生造成比較大的傷亡情況是因?yàn)楫?dāng)火災(zāi)發(fā)生的前期，人沒有能夠及早的發(fā)覺到，煙霧彌漫致使人被熏昏，中毒身亡。人要是能夠及時(shí)的察覺以及能夠采取有效的滅火手段，就可以增加安全疏散時(shí)間。

（一）火災(zāi)發(fā)生時(shí)對(duì)火災(zāi)危害程度的判定

對(duì)火災(zāi)危害程度的判定可分為對(duì)溫度，毒氣的危害程度判定。火災(zāi)發(fā)生時(shí)溫度越高，人所能忍受的時(shí)間越短，溫度主要是輻射和煙氣的溫度對(duì)人所造成的傷害，一般火災(zāi)發(fā)生時(shí)，沒有完全燃燒的物質(zhì)會(huì)發(fā)出有毒害的氣體，二氧化硫，HCN等。當(dāng)火災(zāi)持續(xù)一段時(shí)間后，由于燃燒消耗了大量氧氣，當(dāng)空氣中氧氣的含量降低到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)認(rèn)的生命造成威脅。以性能化的方法對(duì)火災(zāi)進(jìn)行研究，是對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，來確定安全疏散時(shí)間。

（二）火災(zāi)發(fā)生時(shí)人的心理特征以及影響因素

研究表明，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)人都有一種本能的恐懼心理致使逃生的行為極具敏捷性。習(xí)慣性心理使人逃生的路徑基本上都是向悉的樓梯，向有關(guān)的地方逃生，當(dāng)逃生路徑選擇失敗時(shí)會(huì)立刻做出下一個(gè)路徑的選擇。火災(zāi)發(fā)生時(shí)人的心理有時(shí)具有很大的盲目從中心理，這也是許多火災(zāi)發(fā)生時(shí)由于逃生時(shí)擁擠而產(chǎn)生踐踏發(fā)生的直接原因。光線也是影響人老生行為的一個(gè)因素，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人往往不會(huì)選擇向漆黑的方向逃生。

人在火災(zāi)發(fā)生時(shí)作出的反應(yīng)是由多種因素影響，如人的心理特征和判斷能力，以及年齡和性格因素。疏散人員需要時(shí)間的確定人員疏散所需要的時(shí)間可分為火災(zāi)發(fā)生時(shí)人到達(dá)疏散口所需時(shí)間和通過疏散口所需時(shí)間，以及通過樓梯所需時(shí)間以及連續(xù)疏散所需時(shí)間。

（三）性能化設(shè)計(jì)中人員疏散模型

在人員疏散模型中常用的是STEPS計(jì)算機(jī)模型，此模型適用于大建筑物的公共場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員的安全疏散，模型的最大亮點(diǎn)就是當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)人的把人員進(jìn)行分類，并對(duì)其行為進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，人員疏散口按照每人每時(shí)段進(jìn)行確定。模型圖如下4

圖4網(wǎng)格系統(tǒng)模型

五、結(jié)束語

由于現(xiàn)代城市中高層比較大的高層建筑比較多，一旦發(fā)生火災(zāi)會(huì)造成較大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，性能化的防火設(shè)計(jì)方法在應(yīng)用新技術(shù)新材料的同時(shí)注重?cái)?shù)學(xué)以及其它相關(guān)模型理論研究以增進(jìn)我國(guó)消防安全的建設(shè)。在工程實(shí)踐的過程中各級(jí)管理部門要對(duì)工程實(shí)施的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)飛材料要堅(jiān)決禁止應(yīng)用，處罰相關(guān)責(zé)任人。對(duì)于建筑物是否能夠進(jìn)行性能化的防火設(shè)計(jì)要進(jìn)行行科學(xué)評(píng)估，對(duì)火災(zāi)的發(fā)生隱患做好防控工作。

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