既有建筑改造防火性能評價體系和方法研究

余佳蔚，王露熹，李百毅，林 鵬，張 穎

(1.四川省建設工程消防和勘察設計技術中心，成都 610041；2.成都市消防安全治理技術保障中心，成都 610199；3.西南交通大學地球科學與環境工程學院，成都 610097；4.四川輕化工大學應急與安全學院，四川 自貢 643000）

引言

截止2021 年底，我國建筑保有量總計約660 億平方米，而我國的城市建筑面積總量控制為750 億平方米[1]。因此，我國城市建設已由大規模増量發展模式轉為存量提質改造與増量結構調整并重的歷史新時期，數百億平方米的既有建筑面臨逐步的優化改造和維修升級。國家十四五發展規劃、二〇三五年遠景目標綱要、2022 政府工作報告以及黨的二十大報告都將城市更新納入國家發展規劃，既有建筑改造已成為支撐我國經濟轉型的重要載體，直接關乎民心民生。

1954 年，我國編制了第一部《建筑設計防火規范》，此后1956 年、1960 年、1975 年、1982 年、1995年、2006 年、2014 年和2018 年，在總結國內外多起火災事故和大量科研成果的基礎上，《建筑設計防火規范》[2]經過數次完善和修訂，為人民生命財產安全提供了重要保障。在既有建筑改造利用過程中，完全遵循現行消防設計規范可能導致大量改造項目難以推進，因此，如何兼顧安全和發展是亟待解決的核心問題。2022 年，四川省建設工程消防和勘察設計技術中心承擔了住房和城鄉建設部課題《城市更新中既有建筑改造利用消防性能安全評價要點》的研究，該課題立足于城市更新中既有建筑改造的需求和改造現狀，在既有建筑改造消防安全風險要點基礎上，制定一套科學、完整、合理的消防安全評估體系，規范既有建筑改造消防評估工作。

1 國內既有建筑改造防火設計方法現狀

為了統籌發展和安全、改進和完善既有建筑改造利用消防設計審查驗收管理，2021年4月，住建部印發了《關于開展既有建筑改造利用消防設計審查驗收試點的通知》，在31 個市縣開展既有建筑改造消防試點工作。北京市發布了《北京市既有建筑改造工程消防設計指南（試行）》[3]，該指南要求既有建筑在改造實施前，建設單位應組織開展消防安全綜合評估，從建筑設計、消防設施、消防電氣等方面對既有建筑消防改造進行評估。南京市發布了《南京市既有建筑改造消防設計審查工作指南》[4]，要求既有建筑改造應開展消防技術可行性研究報告，并根據改造程度分為整體改造和局部改造。廣州市發布了《廣州市具有歷史文化保護價值的老舊小區既有建筑消防設計指引》[5]，提出在編制消防設計方案階段，應從總平面消防安全布局和建筑消防設計兩大方面進行消防安全評估。

林鵬等[6]分析了香港某高層住宅建筑在維修期間的火災安全水平。通過對其維修前（滿足規范要求）和維修期間（不滿足規范要求）兩種情況下人員疏散過程的比較，分析煙氣運動規律，評估了該建筑在施工期間的安全水平。張靖巖等[7]總結了既有建筑火災風險評估方法與消防改造技術路徑。莊毅俊等[8]分析了既有建筑改建中消防設計存在的主要問題。

李強等[9]和徐堅強等[10]將層次分析法應用于建筑消防安全評估。崔峻旗等[11]將層次分析法應用于既有老舊住宅的消防安全評估。層次分析法從建筑防火規范、消防設施、消防管理等方面，建立多層級火災風險評價指標。通過專家打分，計算各指標因子的權重值，建立層次評估模型。在既有建筑改造評估時，專家對每個指標賦值，并根據指標權重，綜合計算該建筑的火災風險分值。層次分析法把研究對象作為一個系統，按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進行決策，并把定性和定量方法結合起來。然而，對既有建筑改造項目，層次分析法指標體系的建立、指標權重賦值及指標的評分均需要專家參與，主觀性太強，可能造成全國范圍內不同項目的消防安全標準顯著不同。因此，層次分析法不能解決我國如此大體量的既有建筑改造項目的消防評估問題。

2 國外既有建筑改造防火設計方法

2003 年國際規范理事會ICC 頒布了《International Building Code，IBC》[12]，規定了美國新建建筑的安全、防火與節能標準。2006 年ICC 頒布了《International Existing Building Code，IEBC》[13]。IEBC 要求在合理的安全升級基礎上，鼓勵既有建筑的使用和再利用。對于火災風險較高的既有建筑改造，如商業步行街、高層建筑、地下建筑等，應滿足現行建筑防火設計要求。根據改建后建筑的使用類型，分別從火災安全、疏散、其他安全要求3 個方面，確定了不同類型建筑在這3 個方面應達到的閾值。評估時根據項目的實際情況評分，并與要求的閾值相比，如果這3個方面的評分均超過閾值，則滿足規范要求。

美國消防協會（NFPA）頒布的NFPA 系列，包括NPFA 101[14]、NFPA 101A[15]、NFPA 5000[16]等規范。NFPA 101《生命安全規范》規定了不同類型建筑的防火設計要求。對于無法滿足NFPA 101 要求的建筑，可采用NFPA 101A《可替代的生命安全的規范》，該規范針對不同類型建筑的火災安全評估進行了系統、詳細的闡述，對每個安全參數進行量化評分，確定某個防火分區或整棟建筑的火災安全水平。如對商業建筑，提出影響火災安全的12 個參數，包括建筑結構、危險區域分隔、豎向開口、水噴淋系統、火災報警系統、感煙探測器、內部裝修、煙氣控制、出口通道、疏散系統、走廊/房間分隔、應急管理。根據既有建筑實際狀況，確定每個安全參數分值。將建筑評分與強制性規定的分值比較，確定建筑是否達到規范要求的安全標準。NFPA 5000將建筑分為新建和既有建筑兩大類別，分別給出不同的防火設計要求。根據是否為人員聚集場所和火災風險是否變化，確定適用的規范條款。若改建后為人員密集場所且火災風險降低，則防火分區和疏散等按既有建筑類別相關條款，噴淋、排煙、報警等消防設施應按新建建筑類型設置。若改建后為人員密集場所且火災風險增加，則全部按新建建筑類別確定適用條款。

3 既有建筑改造防火評估體系

本文提出既有建筑改造防火評估體系的總體思路如圖1所示。

圖1 既有建筑改造防火設計總體思路

總體思路如下所述。

第一步 根據既有建筑改造后的實際使用功能，以現行規范為基準，分別從建筑耐火設計、總平面布局、平面布置及防火分區、安全疏散、滅火救援設施、消防設施設備六方面，確定與現行規范不一致的條文，即偏離項。

第二步 根據偏離項所導致的火災風險高低，可將偏離項分為以下4種類型。

1）類型一：偏離項的火災風險較低且改造難度大。根據偏離項潛在的消防安全隱患，進行定性分析。對安全隱患很低且改造難度大的偏離項，直接豁免。如原高層民用建筑設計防火規范GB 50045—95（2005 年版）建議避難層間距不宜超過15層，而現行規范建議兩個避難層（間）之間的高度不宜大于50 m。其他屬于類型一的偏離項包括消防水泵房的設置樓層、消防電梯停靠樓層、消防水池設置位置及最低有效水位計算方式、建筑高度超過100 m建筑樓板的耐火極限等。

2）類型二：偏離項具有一定安全隱患，但改造難度大。如現行規范要求消防電梯前室的短邊不應小于2.4 m，而早期建筑防火設計規范要求消防電梯前室面積不應小于6.0 m2，對其短邊長度無要求，導致很多既有建筑消防電梯前室短邊不滿足現行規范要求。其他屬于類型二的偏離項包括高位水箱容積、防煙系統機械送風豎井和排煙豎井的材質、排煙水平風管的耐火極限、住宅剪刀樓梯間合用加壓送風系統、商業部分應與住宅部分的共用疏散樓梯等。

3）類型三：偏離項所導致的火災隱患大小與偏離程度有關。比如，根據現行規范要求，一、二級耐火極限高層建筑之間的防火間距不能小于13 m。而當兩棟一級耐火極限的既有高層建筑改造時，防火間距為12 m 和防火間距為5 m 兩種條件下所導致的火災擴散的風險存在很大的差異。顯然，該類偏離項的火災風險與規范的偏離程度成正比。其他屬于類型三的包括耐火等級、防火分區面積、疏散出口數量及疏散寬度和疏散距離等。

4）類型四：除類型一、類型二和類型三之外的偏離項。如民用建筑與高火災風險場所、廠房倉庫的防火間距、建筑保溫和外墻裝飾、不同耐火等級建筑的高度和允許層數、超過2 萬平方米地下商業的防火分隔、有頂棚步行街、中庭的防火分隔方式、兒童及老年人照料場所、疏散樓梯形式等。

第三步 根據每種偏離類型的特點和火災風險的高低，定制4種不同的火災風險防控策略。

1）策略一：偏離項類型一導致的火災風險很低，在既有建筑改造中可以直接豁免。如避難層間距為15 層或50 m 對人員疏散和避難影響可忽略不計，因此該偏離項可直接豁免。

2）策略二：偏離項類型二導致一定程度的火災風險，應根據其影響后果，采取相對應的補償性措施消除其安全隱患后豁免。如當前室的短邊小于2.4 m 時，應考慮消防電梯短邊可能影響消防救援。因此，當消防電梯前室短邊不滿足要求時，可在規范要求的基礎上增加消防撲救面長度25%，以提升消防撲救能力。

3）策略三：偏離項類型三導致的火災風險和偏離程度有關，可定量計算分值（負數）。根據偏離程度和影響后果采取相應的補償措施消除安全隱患，達到該規范條文所要求（或隱含）的等同的安全目的，即等效替代法。

4）策略四：偏離項類型四導致火災風險很高，應按現行規范整改。

4 等效替代法評估方法

等效替代法以該規范條文的目的為出發點，根據改造建筑條目與相應規范要求的偏離程度和潛在安全隱患，采取相應的替代措施，達到等同或超過該規范條文的安全水平。根據《建筑設計防火規范》GB 50016—2014（2018 年版）第5.3.1 條：當建筑內設置自動滅火系統時，防火分區的面積可增加1.0倍。根據規范第5.5.17 條：當建筑物內全部設置自動噴水滅火系統時，其安全疏散距離可在規范要求的距離的基礎上增加25%。可見，規范允許通過設置噴淋系統，防火分區面積超限100%，或者疏散距離超限25%。因此等效替代法是我國現行規范已經實施應用的方法。IBC、NFPA 5000均采用類似理念，如設置噴淋系統時，其防火間距、防火分區面積、允許的建筑高度和面積、構件的耐火極限、百人寬度指標和疏散長度等，均可以在規范限定的基礎上適當放寬。

因此對于類型三的偏離項，計算其與相應現行規范的偏離程度，確定其分值如下：

其中，i是偏離項編號；P（i）為偏離項i的分值，P(i)取值范圍為[-1.0～0]；A(i)code是規范要求值；A(i)actual是實際值；K1(i) 和K2(i) 為系數。對強制條目，K1(i)=1.0；對一般性條目，K1(i)=0.5；K2(i)為該條目的權重，權重取值可以通過多種方法獲得，如根據規范相關條目反推、專家判斷，或者通過科學實驗驗證等。如《建筑設計防火規范》GB 50016—2014（2018 年版）中，當設置噴淋系統時，防火分區面積可以增加100%，而疏散距離可以增加25%。因此，可以推斷安全疏散的權重為防火分區面積的4倍。

當且僅當P(i)+R(i) ≥0 時，可達到規范等同的安全要求。R(i)是根據偏離項i所導致的安全隱患提出針對性的補償替代措施后，再根據補償性措施消除該偏離項的有效性而給出的相應分值，R(i)取值范圍為0～1.0。R(i)可以通過多種方法獲得，如根據規范相關條目、專家判斷、通過科學實驗驗證等。如當設置噴淋系統時，若防火分區面積可增加一倍，則對應的R(i)=1.0。類似地，當兩棟建筑的防火間距不足時，考慮到防火間距的目的是防止火災在兩棟建筑之間擴散，通過主動控制火災，如設置自動噴淋系統、加強噴淋的噴水強度和提高噴淋的有效性等方式，達到防止火災向相鄰的建筑擴散的目的。根據每種替代措施的有效性，給予其分值（正分），見表1。

表1 防火間距不足時的替代措施及分值

5 既有建筑改造防火評估案例分析

某既有建筑改造項目包括1號樓和2號樓，如圖2所示。圖2中，1號樓為辦公樓，10層，35 m高，功能為教室；2號樓為辦公樓，17層，58 m高。原建筑設計于2008年，按《建筑防火設計規范》（局部修訂2008）和《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045—95 設計。現對1號樓進行整體改造，使用功能維持不變。

1 號樓的主要防火設計見表2，包括耐火極限、防火間距、防火分區面積、安全疏散、滅火救援設施和消防設施設備的防火設計。具體闡述如下。

表2 1號樓偏離項及其分類

1）1 號樓的耐火極限和防火分區面積滿足現行規范要求。

2）在總平面布局方面，根據規范要求，兩棟高層建筑的防火間距不應小于13 m。現1 號樓與2 號樓的防火間距為10 m，如圖3 所示。根據前述的分類原則，該偏離項屬于第三類。防火間距為強制性條款，則K1=1.0，防火間距的權重根據專家決策K2=2.0。根據式（1），則該偏 離項評分為P=-2 ×。設置防火間距是防止火災向相鄰建筑蔓延。為達到等同的目的，可通過提高噴淋系統噴水強度或可靠性，通過主動滅火把火災規模控制在一定范圍內，從而達到防止火災向相鄰建筑蔓延的目的。根據現行規范要求，1 號樓應設置中危險I 級的自動噴淋系統。補償性措施為采用噴水強度在規范基礎上提高一級的噴淋系統。根據表1，該補償措施R分值為0.5。則P+R≥0，達到規范等同的安全效果。

圖3 相鄰建筑防火間距不足

3）在安全疏散方面，1 號樓現疏散樓梯為封閉樓梯間。根據現行規范，建筑高度大于32 m 的二類高層公共建筑應采用防煙樓梯間。根據分類原則，該偏離項為類型四，應按規范要求整改，擬采用自然通風的防煙樓梯間。

4）在滅火救援方面，1 號樓現有的消防電梯前室短邊2 m 寬，如圖4 所示。而根據現行規范，消防電梯前室的使用面積不應小于6.0 m2，前室的短邊不應小于2.4 m。該既有建筑兩側剪力墻無法擴寬，前室短邊不能滿足規范要求，該偏離項為類型二。考慮到消防電梯用途是方便消防救援，為達到等同的目的，擬在規范要求的基礎上，增加消防撲救面長度25%。該偏離項采取替代措施后豁免。

圖4 消防電梯前室短邊不滿足規范要求

5）在消防設施設備方面，1 號樓消防水泵房位于地下3層。該偏離項屬于類型一，可直接豁免。

6 結束語

通過對全國各地既有建筑改造利用情況的調研，總結了各地既有建筑改造消防設計的經驗及亟待解決的問題，研究了國外建筑防火設計規范對既有建筑改造的消防規范評估方法，包括IBC、IEBC、NFPA 5000、NFPA 101、NFPA 101A 等，結合我國規范防火體系特性，提出了既有建筑改造消防安全評價方法，對破解我國既有建筑改造的消防難題具有現實意義，文中提出的4種偏離項的類型庫，以及針對不同偏離項導致的火災風險、相應的補償措施庫，則需要在進一步總結和廣泛征求意見基礎上進行完善。