火災科學需深入研究的課題探討

李引擎研究員

（中國建筑科學研究院，北京 100013）

0 引言

隨著社會發(fā)展、人類進步和城市變遷，傳統(tǒng)的消防概念和消防技術被賦予新的內涵。我國火災科學在理論、方法及技術設備等方面向系統(tǒng)化、實用化和國際化方向發(fā)展。筆者根據多年的工作實踐及調研了解，認為我國火災科學發(fā)展的整體思路是：實現(xiàn)一個目標：最小的火災損失和最快的恢復能力；融合一個理論：多尺度多因素關聯(lián)防御的綜合防火理論；開發(fā)一個模式：火災多元交互技術和多專業(yè)綜合考慮的設計模式；搭建一個平臺：城市防火信息集中管理和統(tǒng)一救助平臺；培育一個團隊：綜合火災的理論、設施、救助和維保一體的科技團隊；創(chuàng)建一個體系：建立政府主導、保險支撐、法人主責、全民參與的防控體系。基于這個整體思路，筆者就當前火災科學需要深入研究的課題提出個人看法。

1 城市消防規(guī)劃相關研究

于數理統(tǒng)計的數據分析程序，為定量評估和規(guī)劃提供支撐；最后，建立基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的數據呈現(xiàn)方法及動態(tài)的消防規(guī)劃評估。

城市消防規(guī)劃包括城市消防安全布局、消防站、消防供水、消防通信、消防車通道、消防裝備等內容，它是一項方針、政策性很強的綜合性技術工作，應遵循規(guī)范性、協(xié)調性、兼容性、綜合性的原則。在城市消防規(guī)劃領域，筆者建議從以下4方面加強研究。

1.1 消防規(guī)劃系統(tǒng)方法研究

我國消防規(guī)劃起步較晚，理論深度不夠，建議：搜集分析現(xiàn)有消防規(guī)劃的研究成果（如基本原則、基本內容、規(guī)劃深度等），建立消防規(guī)劃的系統(tǒng)全局理論，并根據區(qū)域發(fā)展規(guī)模、空間發(fā)展規(guī)劃、區(qū)域經濟結構等進行消防規(guī)劃的方法研究，建立適合我國國情的消防規(guī)劃系統(tǒng)理論方法。

1.2 特殊區(qū)域消防規(guī)劃研究

針對歷史街區(qū)、傳統(tǒng)村落、仿古建筑等特殊區(qū)域的特殊性，建議：開展特殊區(qū)域的消防安全布局、消防給水等市政設施規(guī)劃原則，及政府消防力量和社會消防力量的優(yōu)化配置等方面的研究。

1.3 區(qū)域火災風險定量評估

目前，我國在定量的以區(qū)域為尺度的火災風險評估及消防規(guī)劃領域的理論研究和工程實踐方面均較為薄弱，而且在定量評估與消防規(guī)劃的結合上仍沒有較為統(tǒng)一的方式及解決思路。因此建議：第一，在理論研究中，要搜集探索區(qū)域火災風險定量評估方法，分析各方法的適用范圍。在工程實際中，要以事實或數據為基礎，通過邏輯分析和經驗判定，做出最符合區(qū)域實際情況的結論；第二，為提高消防規(guī)劃的科學性，要在定量火災風險評估基礎上，開展消防規(guī)劃的方法研究；第三，構建評價準則，進行消防供水、消防力量建設等的優(yōu)化配置研究，實現(xiàn)消防規(guī)劃的動態(tài)評估。

1.4 消防物聯(lián)網與消防規(guī)劃關聯(lián)研究

為了使物聯(lián)網技術與消防規(guī)劃有效銜接，建議：進行消防物聯(lián)網與消防規(guī)劃關聯(lián)研究。首先，基于消防規(guī)劃和評估內容挖掘定量消防規(guī)劃和評估的數據需求分析；其次，建立數據分析平臺，開發(fā)基

2 高大空間建筑防火設計綜合方法研究

目前，高大空間建筑防火設計綜合方法研究的綜合性和深入性還不夠，建議從下面幾個方面加強研究。

2.1 高大空間建筑防火分隔方式

相對于采用隔墻的傳統(tǒng)防火分隔方式，高大空間建筑防火分隔方式具有特殊性。建議：第一，高大空間建筑要合理劃分防火分區(qū)。將建筑內具有獨立疏散條件的區(qū)域設置獨立的防火分區(qū)，與其他空間進行有效地防火分隔；第二，高火災荷載區(qū)域要單獨劃分防火單元和防火艙。對高大空間建筑內的高火災荷載、人員流動小、無獨立疏散條件的區(qū)域應采用防火單元的處理方式，但防火單元面積的合理確定是問題的關鍵。防火艙可確保將火災影響限制在局部范圍內，以實現(xiàn)大空間開敞布局的需要，但是防火艙罩棚的耐火度、火災規(guī)模及頂棚下要求安裝的火災自動報警系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)和排煙裝置則需要系統(tǒng)考慮、合理布局；第三，固定消防設施和內裝修設計關聯(lián)研究。對固定消防設施及可燃裝修材料使用范圍的關聯(lián)性與合理布局，自動滅火系統(tǒng)對火災荷載區(qū)域進行保護的關系等要有針對性的研究。

2.2 高大空間建筑防排煙系統(tǒng)設計

高大空間建筑防排煙系統(tǒng)設計應通過性能化分析確立，具體步驟：第一，制定煙氣控制系統(tǒng)策略；第二，選擇火災場景；第三，確定計算方法，選擇計算工具；第四，建立模型進行模擬；第五，模擬結果處理與分析；第六，防排煙系統(tǒng)優(yōu)化設計。

2.3 高大空間建筑探測報警方式設計

由于高大空間建筑內火災產生的煙氣蔓延特點、煙氣濃度和溫度變化特征的特殊性，在進行高大空間建筑探測報警方式設計時，要注意：高大空間建筑的感煙探測器應具有較高的靈敏度，且不宜采用感溫探測器；還應考慮火災煙氣層化現(xiàn)象（又稱熱障現(xiàn)象）的影響。

2.4 高大空間建筑綜合防火策略

針對實際中存在的消防安全問題，高大空間建筑綜合防火策略應包括：第一，保障人員安全疏散；第二，控制火災蔓延；第三，減少對運營干擾；第四，保障結構安全，對可能受到火災影響的所有鋼結構構件進行系統(tǒng)的耐火度分析并確定相應保護措施。

3 多層地下交通樞紐防火研究

由于多層地下交通樞紐具有人員密集、空間較封閉、疏散救災困難等特點，容易造成群死群傷事故。因此，要有針對性地對多層地下交通樞紐開展安全問題的系統(tǒng)研究。

3.1 多層地下交通樞紐危險性分析和煙氣控制

一般研究步驟為：首先，對多層地下綜合交通樞紐各功能區(qū)的火災危險性進行分析，如地鐵車站常規(guī)的火災危險源分析；地下商業(yè)區(qū)火災危險性分析；火車進站與候車廳連為一體布局的火災危險性分析；行人交通與商鋪連接部位的火災危險性分析；車行隧道火災危險性分析等。然后，分析研究各區(qū)域煙氣流動，從而有效的控制煙氣流動以降低煙氣造成的危害。例如：為了分析地鐵煙氣流動，可對地鐵車站進行熱煙實驗、排煙工況測試及數值模擬分析，以驗證在地鐵站臺或站廳層發(fā)生火災時，消防系統(tǒng)能否有效地啟動、能否控制火災煙氣在地鐵站內的蔓延以保障人員的安全疏散。最后，給出適用于交通樞紐的新型煙氣控制方式。在研究過程中，一定要特別關注：第一，地下交通聯(lián)系通道，它兼顧城市聯(lián)系通道、國鐵出站通道、地鐵換乘通道及地下停車場、出租車通道和公交換乘等；第二，在地下聯(lián)系通道的消防設計中，防排煙設計是重點需要考慮的問題之一，是需要通過大量的安全研究，給出聯(lián)系通道內采用機械排煙和自然排煙應該遵循的設計原則和實用方法。

3.2 多層地下交通樞紐人員安全疏散

多層地下交通樞紐人員安全疏散研究方面，需關注：

（1）行人特征參數調查。建議：需通過統(tǒng)計分析研究，建立地下多層綜合交通樞紐內，大廳、平面通道、樓梯及坡道內行人交通流模型，即行人的流量、密度、速度模型。

（2）安全疏散影響因素研究。建議：第一，用安全疏散分析模型分析人員逃生時的從眾心理比例，得到不同情況下的疏散結果；第二，研究安全疏散過程中，人員滯留率、密度與疏散時間之間的關系；第三，在對行人特征參數調查過程中，對速度、流率等參數進行分布規(guī)律研究；第四，用可靠性分析理論方法，對疏散計算結果進行可靠性分析。

（3）安全監(jiān)控體系的建立。多層地下交通樞紐安全監(jiān)控中心在事故預防管理和應急管理中發(fā)揮重大作用。

4 城市綜合管廊消防技術的研究

城市地下綜合管廊是目前國家確定重點支持的民生工程，綜合管廊能夠積極有效的拓展城市地下空間，避免城市動輒“開膛破肚”。目前《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》（GB 50838-2015）[1]的條文內容比較簡單，特別是電力艙、電信艙的消防保障措施的可操作性不足，其科學性和合理性有待進一步提高。而且在防火封堵方式及材料選擇、試驗驗證方法，火災探測器的選擇、探測區(qū)域劃分及聯(lián)動控制，自動滅火系統(tǒng)的適用性，滅火分區(qū)劃分等方面缺少系統(tǒng)深入的研究分析。此外，在綜合管廊燃氣艙泄漏及應對措施方面的研究較為薄弱，特別是防火分隔方式、災害的預警、報警及聯(lián)動控制和滅火救援預案方面尚未形成系統(tǒng)科學的動態(tài)解決方案。因此，從科學和實用的角度看，建議開展下面6個方面的研究工作。

4.1 綜合管廊火災蔓延特點

綜合管廊的火災蔓延受火源位置、艙室特點、可燃物類型和綜合管廊的規(guī)模、材料、布置和敷設特點等影響，會呈現(xiàn)出不同火災蔓延方向、蔓延速度、空間溫度分布特征。為提供科學、合理的消防系統(tǒng)設計方案，建議：針對電力艙、電信艙的火災蔓延特點進行深入分析，對燃氣艙的燃氣泄漏擴散過程進行研究。

4.2 防火分隔方式的合理設置

目前各地對綜合管廊防火分隔方式的設計要求和具體做法并不統(tǒng)一，現(xiàn)行的防火封堵檢驗方法并不適用于綜合管廊的斷面特點，建議：在分析綜合管廊火災蔓延特征的基礎上，通過實體試驗，針對不同分隔部位的特點，有針對性的提出防火分隔設計要求和具體做法。

4.3 火災自動報警系統(tǒng)的選擇和聯(lián)動控制

在火災自動報警系統(tǒng)的選擇和聯(lián)動控制研究領域，建議：通過建立火災數值模型和進行實體試驗，提出適用于綜合管廊的早期火災探測報警系統(tǒng)的選擇方案、火災探測區(qū)域劃分原則及關鍵參數的設置要求；火災自動報警系統(tǒng)與滅火系統(tǒng)聯(lián)動控制研究；通過建立燃氣擴散數值模型，提出適用于燃氣艙的可燃氣體泄漏的預警技術。

4.4 自動滅火系統(tǒng)的選擇和設置

由于管廊的自動滅火系統(tǒng)的相關標準規(guī)范尚不健全，缺乏在綜合管廊應用方面的科學性和適用性研究，在自動滅火系統(tǒng)的選擇、滅火分區(qū)劃分等方面爭議較大，建議：通過火災數值模擬及實體滅火試驗，針對綜合管廊的構造形式，提出綜合管廊電力艙、電信艙滅火系統(tǒng)的設置方案、系統(tǒng)設備的選用方案、系統(tǒng)關鍵設計參數的確定等。

4.5 應急逃生系統(tǒng)的設計方法

實際工程在應急逃生方面的考慮較少，一旦發(fā)生火災，現(xiàn)場檢修人員的逃生及滅火救援工作缺乏具體的技術方案，建議：通過火災數值模擬，考慮火源位置和規(guī)模的不同，提出逃生距離、逃生方向等設計要求，優(yōu)化火災發(fā)生時的逃生與救援路徑，完善具體實用的應急逃生預案。

4.6 建立綜合監(jiān)控平臺

在此領域，建議從以下2方面加強研究：第一，研究城市綜合管廊智能視頻圖像火災探測、災害事件監(jiān)測和視頻監(jiān)控系統(tǒng)三合一或多合一整合技術，提出設計方案；第二，研究城市綜合管廊災害事故及災害耦合綜合特征，建立綜合技術合一的監(jiān)控平臺。

5 安全疏散心理和機理研究

建筑物火災時，人員疏散過程可分解為3個階段：察覺火警、決策反應和疏散運動。實際需要的疏散時間取決于火災探測報警的敏感性和準確性，察覺火災后人員的決策反應，以及決定開始疏散行動后人員的疏散流動能力等。緊急狀態(tài)時，建筑物內人員的安全疏散要滿足2項基本要求：第一，需保證建筑物內所有人員在可利用的安全疏散時間內，均能到達安全的避難場所；第二，疏散過程中不會由于長時間的高密度人員滯留和通道堵塞等引起群集事故發(fā)生。人員安全疏散受諸多因素影響，情況比較復雜，因此，在進行安全疏散心理和機理研究時，要特別關注疏散通道和安全出口的設置、疏散通道內的群集流動現(xiàn)象、疏散通道內的群集流動系數、人員的物理狀態(tài)、火災煙氣的影響、人員的心理因素等因素對人員安全疏散的影響。

6 火災自動報警系統(tǒng)的關聯(lián)研究

我國使用的火災探測器雖然都進行了智能化設計，但由于基礎性以及環(huán)境關聯(lián)性的研究較少，故還有很大的深入研究空間。

6.1 網絡化

火災自動報警系統(tǒng)網絡化是用計算機技術將控制器之間、探測器之間、系統(tǒng)內部、各個系統(tǒng)之間以及城市“119”報警中心等通過一定的網絡協(xié)議進行相互連接，實現(xiàn)遠程數據的調用，對火災自動報警系統(tǒng)實行網絡監(jiān)控管理，使各個獨立的系統(tǒng)組成一個大的網絡，實現(xiàn)網絡內部各系統(tǒng)之間的資源和信息共享，使城市“119”報警中心的人員能及時、準確掌握各單位的有關信息，對各系統(tǒng)進行宏觀管理，對各系統(tǒng)出現(xiàn)的問題能及時發(fā)現(xiàn)并及時責成有關單位進行處理，從而彌補現(xiàn)在部分火災自動報警系統(tǒng)擅自停用，值班管理人員責任心不強、業(yè)務素質低、對出現(xiàn)的問題處置不及時、不果斷等方面的不足[2]。

6.2 智能化

火災自動報警系統(tǒng)智能化是使探測系統(tǒng)主動采集環(huán)境溫度、濕度、灰塵、光波等數據模擬量并充分采用模糊邏輯和人工神經網絡技術等進行計算處理，對各項環(huán)境數據進行對比判斷，從而準確地預報和探測火災，避免誤報和漏報現(xiàn)象。發(fā)生火災時，能依據探測到的各種信息對火場的范圍、火勢的大小、煙的濃度以及火的蔓延方向等給出詳細的描述，甚至可配合電子地圖進行形象提示以實現(xiàn)各方面快速準確反應聯(lián)動。在大型建筑中使用全智能型火災自動報警系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)巡檢速度、穩(wěn)定性和可靠性[2]。

6.3 多樣化

我國目前應用的火災探測器按其響應和工作原理基本可分為感煙、感溫、火焰、可燃氣體探測器以及2種或幾種探測器的組合等，其中，感煙探測器一枝獨秀，但光纖線性感溫探測技術、火焰自動探測技術、氣體探測技術、靜電探測技術、燃燒聲波探測技術、復合式探測技術代表了火災探測技術發(fā)展和開發(fā)應用研究的方向。此外，將納米材料制成氣體探測器或離子感煙探測器，用來探測有毒氣體、易燃易爆氣體、蒸氣及煙霧的濃度并進行預警，也是重點研究開發(fā)內容[2]。

設備間可以用無線技術進行連接，形成有線、無線互補。而且各探測器之間也可進行數據信息傳遞和交流，使探測器的設置從枝狀變成網狀，探測器不再是各自獨立的，使系統(tǒng)間、設備間的信息傳遞更方便、更可靠。

6.4 小型化

火災自動報警系統(tǒng)的小型化是指探測部分或者說網絡中的“子系統(tǒng)”小型化。此時系統(tǒng)中的中心控制器等設備就會變得很小，甚至對較小的報警設備可以不再獨立設置。這樣火災自動報警系統(tǒng)安裝、使用、管理就變得簡潔、省錢、方便[2]。

6.5 社區(qū)化

目前我國火災自動報警系統(tǒng)主要安裝在公共建筑上，隨著我國經濟的不斷發(fā)展、人們安全意識的增強、火災自動報警系統(tǒng)的進一步完善以及智能化程度的提高，在社區(qū)家庭積極推廣應用防盜、防火聯(lián)動報警裝置或獨立式感煙探測器，對預防居民家庭火災是非常必要和行之有效的措施[2]。

7 建筑防排煙技術研究

發(fā)生火災時，有效地控制煙氣流動和蔓延，對確保人員疏散安全，改善滅火條件是極為重要的。因此在建筑中設置一套良好的防排煙系統(tǒng)是必要的。影響建筑火災的煙霧蔓延流動的因素主要有煙囪效應、浮力、擴散力、風力和通風空調系統(tǒng)等。在建筑防排煙技術研究領域，建議關注以下幾點。

7.1 正壓送風系統(tǒng)

對建筑正壓送風系統(tǒng)進行檢測時，普遍存在加壓送風量不合理、正壓指標不符合要求等問題，且在設計和技術層面一些共性問題也尚待解決，主要有：第一，建筑內機械加壓送風量的計算方法有多種，不同方法的計算結果差異較大；第二，正壓送風量的計算公式中主要有樓梯間和前室內正壓值、開啟門洞的風速2個指標。實際情況是緊急狀態(tài)下不同樓層的人員安全疏散時，樓梯間內泄壓情況十分復雜，各樓層樓梯間與前室之間的門、前室與走道之間的門所開啟數量和組合關系是隨機不定的。另外，計算公式中其他參數（如附加系數、不同形式門或閥門的漏風量等）都需要深入研究；第三，高層建筑樓梯間壓力分布與風機設置位置緊密相關，近風機樓層正壓值較大，往往超標，遠風機樓層正壓值較小，達不到規(guī)范要求，當樓梯間與前室共用系統(tǒng)時，壓力分布更為復雜。因目前還缺乏較為成熟的壓差調節(jié)技術或裝置，故在樓梯間內形成較為均衡的壓力分布很難實現(xiàn)。開展加壓有效性和樓梯間防煙安全性，以及壓差調節(jié)控制技術的研究是必要的。

7.2 防煙分區(qū)控制

防煙分區(qū)是配合排煙系統(tǒng)共同作用的重要部分，其劃分過小，容易造成成本增加，劃分過大，可能造成煙氣影響范圍擴大。我國原來規(guī)定防煙分區(qū)面積不應超過500m2，在《地鐵設計規(guī)范》（GB 50157-2013）[3]中，已將防煙分區(qū)面積放寬至2000m2，在現(xiàn)階段關于防煙分區(qū)面積控制指標需科學論證。

7.3 大型商業(yè)綜合體室內步行街煙氣控制

目前有關室內步行街煙氣控制方式及其合理性仍然缺乏系統(tǒng)性研究和清晰的結論，是消防設計與驗收的難點。有必要開展相關的研究工作和現(xiàn)場試驗，驗證自然排煙的效果，分析研究步行街二級排煙、三級排煙煙控方案的有效性，優(yōu)化煙控方案和補風方式，以便為室內步行街類項目性能化設計提供參考依據。

7.4 超高中庭內煙氣填充規(guī)律與排煙技術

中庭形態(tài)特征變化會造成火災煙氣蔓延規(guī)律的改變，因此中庭分類顯得異常復雜，到目前為止國內外還沒有明確合理的中庭分類辦法。超高中庭是伴隨超高層建筑發(fā)展出現(xiàn)的新穎建筑形式，體型纖瘦，高度很高，而開口面積較小，火災煙氣控制顯現(xiàn)出明顯的特殊性。關于煙氣自然填充規(guī)律以及排煙量確定，大都是以區(qū)域模型和自由發(fā)展的軸對稱錐形煙羽流為理論基礎，由房間火災模型發(fā)展而來。這種由小型火災實驗得到的煙羽流理論運用于中庭這樣的大空間，尤其是對于高而窄的中庭，其適用情況存在諸多不確定。因此建議：在該類中庭內，煙氣發(fā)展規(guī)律、相關參數計算方法以及煙氣的控制技術均有待更深入的研究。

7.5 室外環(huán)境對排煙效果、排煙設備的影響作用

火災時自然排煙效果受室外環(huán)境影響顯著，因此推動自然排煙形成機制、受室外風速和風壓的影響規(guī)律、相關合理技術措施等方面的研究工作以及必要的實踐驗證工作是需要的。機械排煙同樣會受到室外環(huán)境的影響作用，在某些特定情況下，這種影響不能忽略。在超高層建筑中，室外環(huán)境風速、風壓對排煙設備本身工作性能、選型的影響作用以及排煙設備在超高層建筑中的設置分布亦有待開展研究。

7.6 消防補風系統(tǒng)

建筑消防補風系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)的耦合作用及其有關的設置要點、技術細節(jié)，國內外開展的研究工作遠比排煙系統(tǒng)少得多。關于消防補風方法、補風效果、補風量的確定、補風造成建筑內壓力分布和氣流組織的變化等問題都還需要進一步的明確和研究，尤其超高層建筑更值得關注。超高層建筑往往較為密閉，火災時排煙效果受到多種因素的制約，其中補風是保證排煙效果的一個重要條件，開展補風量、補風口位置、取風口與排煙口位置研究是一項新的課題，為解決超高層建筑防火、保證人員安全創(chuàng)造有利條件。

8 建筑結構耐火性能研究

從上個世紀50年代起，發(fā)達國家開始重視結構抗火研究。“9.11”事件發(fā)生后，國外加快了火災環(huán)境下建筑物結構安全性的研究，如火災下建筑整體結構的反應、承載能力和破壞特性的研究；結構的火災風險和可靠度評估；基于性能目標要求的建筑結構抗火設計等，力圖建立結構的整體防火計算體系。

8.1 考慮建筑結構整體性影響的抗火設計方法

《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016-2014）[4]只針對單個構件提出了構件防火保護方法，而且主要是針對簡支梁、簡支柱提出的，而實際建筑結構中，由于受結構整體性影響，各結構構件的受力狀態(tài)不同，導致其耐火性能不同，如簡支梁的耐火性能與框架梁的耐火性能不同。考慮建筑結構整體性影響的結構構件抗火設計方法是比按單個簡單構件進行抗火設計更加科學合理。因此，建議開展考慮建筑結構整體性影響、考慮結構構件實際受力狀態(tài)的建筑構件抗火設計方法的研究。

8.2 巨型結構構件抗火設計方法

近年，各大城市超高層建筑不斷涌現(xiàn)，在這些超高層建筑中，由于建筑高度很大，采用了截面尺寸超過常規(guī)尺寸的結構構件，稱為巨型結構構件。在《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016-2014）[4]及已有的科研成果中，巨型結構構件抗火設計方面是空白，導致這類結構構件的抗火設計缺乏依據。因此建議：開展超高層建筑結構中應用較廣的巨型鋼管混凝土巨型柱、型鋼混凝土巨型柱等巨型構件耐火性能及抗火設計方法的研究。

8.3 實際火災下建筑結構力學行為及其抗火設計方法

《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016-2014）[4]及結構抗火設計中多采用ISO 834標準升溫曲線，該升溫曲線只針對建筑空間較小情況下發(fā)生轟然火災的一種標準處理。針對體育館、航站樓等空間較大的建筑，其火災一般為局部火災，如果采用ISO 834標準升溫曲線，將會造成抗火設計結果不科學與不合理。因此建議：探討實際火災升溫-降溫對建筑結構實際受力行為的影響，進行實際火災下建筑結構力學行為及其抗火設計方法研究是必要的。

8.4 大跨鋼結構、預應力鋼結構抗火設計方法

大跨鋼結構、預應力鋼結構主要用于大型公共建筑，這類建筑人員密集，可燃物分布復雜，而且防火分區(qū)面積相對較大。這類大跨鋼結構的構件繁多且細長，火災作用下結構構件將會產生較大的溫度內力，溫度內力增加將會導致受壓構件發(fā)生屈曲破壞，受拉構件發(fā)生拉斷，從而有可能引起整體結構的連續(xù)性倒塌破壞。因此建議：開展考慮大跨鋼結構幾何非線性、材料非線性及火災下導致的結構溫度內力的抗火設計方法研究。

8.5 火災下建筑結構倒塌機理及抗倒塌設計方法

火災情況下建筑結構整體倒塌造成的后果十分嚴重，而目前尚缺乏建筑結構火災情況下倒塌破壞機理的研究。因此建議：對火災下鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土組合結構的倒塌破壞規(guī)律進行研究，提出上述結構火災下的抗倒塌設計方法，為相關規(guī)范編制提供參考依據。

8.6 建筑結構火災后力學評估及修復加固方法

除火災下部分已倒塌的建筑結構，其他未倒塌的建筑結構仍具有一定的承載能力，對火災后建筑結構的性能評估是火災后建筑結構處理的首要工作。因此建議：進行建筑結構火災后力學性能評估的系統(tǒng)理論和方法的研究，為火災后建筑結構的修復加固提供實用技術，并為火災后建筑結構鑒定評估的規(guī)范編制提供參考依據。

由于建筑物加固改造工程中加固材料的不斷創(chuàng)新及加固方式不斷的改變，也為加固后構件的抗火性能的研究提出了新要求。以往加固后的構件，若為粘鋼板則采用噴涂鋼結構防火涂料的措施解決加固后構件的抗火性能，然而此種情況僅解決了鋼材的防火保護問題，并未考慮整個結構構件的抗火性能。因此，簡單的采用防火保護的措施并不能有效地達到構件的耐火性能要求。但由于多年來對加固后構件的防火保護試驗研究工作的缺乏，導致了對加固后結構構件防火保護措施的模糊認識。目前，碳纖維布加固方式的興起，更增加了此類問題研究的必要性。

8.7 鋼結構防火涂料對不同的鋼材的保護作用研究

鋼結構耐火的防火保護目前最常采用的方法為噴涂鋼結構防火涂料，然而目前所采用的方式并未考慮鋼材的自身條件，如不同截面系數的鋼材，耐高溫性能不同的鋼材等。因此建議：對不同截面系數鋼材的自身抗火能力以及普通鋼、高碳鋼、耐高溫鋼等不同鋼材進行耐火性能試驗，并對其采用不同涂層厚度的鋼結構防火涂料進行保護，研究其最佳保護措施，找到適合各種不同鋼材的涂層厚度，從而更加經濟地使用鋼結構防火涂料。

9 虛擬現(xiàn)實技術與消防指揮決策系統(tǒng)的實用研究

9.1 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術是在計算機仿真技術、人-機接口技術、多媒體技術以及傳感技術等多項技術的基礎上發(fā)展起來的一門交叉技術。在我國，可借助國際上已有仿真技術平臺，用數字模擬的辦法再現(xiàn)火災發(fā)展過程。虛擬現(xiàn)實技術在消防中的應用研究可從下面3方面開展。

（1）著火建筑與周邊環(huán)境的虛擬。模擬起火單位附近區(qū)域景觀，突出其中與消防相關的信息（消火栓和消防水源位置等），幫助消防人員提前了解消防設施的位置，以及附近的單位和建筑物布局，以便迅速確定滅火、營救和疏散方案。通過建立建筑物和消防設施的三維模型自動沿固定路線漫游的功能，使人們在短時間內得到充分詳細的信息。

（2）火災發(fā)展過程的虛擬。模擬火災發(fā)生后，在建筑內部蔓延和蔓延到相鄰建筑物的過程，對蔓延趨勢進行預測。火災蔓延模型的準確性直接影響預測結果的準確程度。在虛擬現(xiàn)實技術方面，需要建立火焰的動感三維模型。

（3）火災撲救過程的虛擬。模擬在火場不同部位投入消防力量、使用滅火劑的效果，幫助消防隊員確定主攻方向。為實現(xiàn)此項功能，要結合使用前2項應用的成果，并考慮新的因素（如需考慮不同滅火劑在不同條件下的應用效果）。為提高其真實感，滅火效果應與火災蔓延結果同時計算。

9.2 現(xiàn)代消防指揮決策系統(tǒng)

城市火災具有突發(fā)性、隨機性等特點，因此城市消防信息及指揮決策系統(tǒng)應建立在3S技術之上，即GIS、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、遙感技術（Remote Sensing，RS）。現(xiàn)代消防指揮決策系統(tǒng)的研究，主要體現(xiàn)在有效應用上，即充分利用現(xiàn)有的3S和計算機網絡技術解決的。現(xiàn)代城市消防救災在信息的表達、管理和分析等方面，具有空間性、動態(tài)性、定量性和綜合性的特點。

10 基于BIM的防火應用研究

基于消防大數據技術及建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術，研發(fā)基于人、物、環(huán)境多維信息綜合采集、分析、研判的大型綜合體火災風險的智能預測平臺；研究基于動態(tài)火災風險監(jiān)控的消防安全技術、基于耦合模型的智能疏散引導技術、基于人員定位技術的態(tài)勢推演的滅火救援現(xiàn)場指揮決策支持技術；研發(fā)火情下信息傳輸機制、位置與三維模型的融合表達的多終端一體化系統(tǒng)。另外，BIM是建設項目特性的數字化表達，是建筑內各種信息的集合。利用BIM可以將建筑防火安全提到一個新的高度，因此建議：

（1）建立基于BIM應用技術的消防設計審核、工程檢查和驗收信息化體系。基于BIM數據格式標準和數據交換標準，開展消防設計審核和工程驗收規(guī)則、標準的研究；基于BIM的空間檢測技術和數據關聯(lián)查詢技術，開展消防設計審核和驗收自動檢查應用的研究。

（2）開展BIM與火災自動報警聯(lián)動和圖形顯示系統(tǒng)的集成研究，建立基于BIM系統(tǒng)的建筑消防監(jiān)控中心體系。開展BIM數據模型與報警聯(lián)動及反饋信號通信（物聯(lián)網）接口研究；開發(fā)基于BIM的三維模型消防圖形顯示系統(tǒng)；研究基于BIM數據庫的消防設施、設備狀態(tài)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）基于BIM模型建立現(xiàn)代消防管理體系。研究建立與數據中心監(jiān)控大數據相結合的火災早期風險預測專家系統(tǒng)。

（4）利用BIM模型進行人員安全疏散模擬。基于BIM三維空間和動態(tài)模擬技術，開展針對大型復雜建筑及人員聚集場所的消防滅火與人員疏散應急預案的輔助決策和應急對策優(yōu)化分析技術研究。

（5）基于BIM建立消防應急預案系統(tǒng)；基于BIM和多媒體技術的消防安全教育、消防知識技能培訓與考核系統(tǒng)研究開發(fā)。

（6）通用火災計算仿真模型與BIM系統(tǒng)間數據交換接口及兼容應用研究；利用BIM進行火災現(xiàn)場動態(tài)模擬。第七，基于BIM建立3D室內搜救系統(tǒng)；利用移動終端定位技術對相關人員實施安全監(jiān)控及火災搜救中的精準定位。

11 結論

根據多年的工作實踐及調研了解，筆者在城市消防規(guī)劃、高大空間建筑防火設計綜合方法、多層地下交通樞紐防火研究、城市綜合管廊消防技術、安全疏散心理和機理研究等10個方向提出需深入研究的內容，希望這些建議能為我國火災科學發(fā)展提出一個較為系統(tǒng)、實用的研究思路。