高校實驗室建筑性能化防火設計方法探討

摘"要：在分析高校實驗室功能和火災特點的基礎上，從實驗室防火總體目標的確定、細分目標及性能化目標指標和標準的確定、設計火災場景、選擇計算模擬方法、性能化防火方案評估5個方面，對高校實驗室建筑性能化防火設計方法進行探討分析。

關鍵詞：高校實驗室；性能化防火；設計方法

中圖分類號：X913""文獻標識碼：A

Discussion"on"Performancebased"Fire"Protection"Design"Methods"for

University"Laboratory"Buildings

Jiang"Xiaolong1"Lu"Jingjing2*

1.School"of"Mining"and"Coal"Inner"Mongolia"University"of"Science"and"Technology"Inner"MongoliaBaotou"014010；

2.Baotou"Tian"Jia"Bing"Middle"School"Inner"MongoliaBaotou"014010

Abstract：Based"on"the"analysis"of"the"functionsnbsp;and"fire"characteristics"of"university"laboratories，this"paper"explores"and"analyzes"the"performancebased"fire"prevention"design"methods"for"university"laboratory"buildings"from"five"aspects：the"determination"of"overall"laboratory"fire"prevention"goals，subdivision"goals，determination"of"performancebased"target"indicators"and"standards，design"of"fire"scenarios，selection"of"calculation"simulation"methods，and"evaluation"of"performancebased"fire"prevention"plans.Finally，several"suggestions"for"performancebased"fire"prevention"design"methods"for"laboratories"are"proposed.

Keywords：University"laboratory；Performance"based"fire"prevention；Design"method

高校實驗室作為開展實驗教學、科學研究的重要場所，在高校人才培養的過程中發揮著重要作用。在深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略的背景下，高校創新人才培養質量和科技創新能力不斷提升，實驗室的種類、數量、范圍均有所增加，實驗室教學與科研活動也更加頻繁［14］。防滅火設計是防止實驗室火災發生的重要前提，而高校實驗室屬于體量大、功能及個性化差異明顯的建筑，部分實驗室屬于高層建筑，消防設計難免會有所疏忽，再加上實驗室防火設計還可能存在防火隔離措施不合理、疏散通道設計不足、消防設施不完善、電氣設備安全性不足以及缺乏火災預警系統等不足之處，因此，針對高校實驗室防滅火設計方法的探討，特別是引入性能化防滅火設計方法，可為實驗室防滅火設計方法的選擇提供一定參考。

1"實驗室火災的特點［58］

高校實驗室按人才培養和科學研究所起到的作用不同，可分為基礎型實驗室、專業型實驗室和科研型實驗室，按大類可分為物理、化學、生物、電工以及各專業實驗室等。實驗室內涉及計算機、電器設備、精密儀器儀表、化學試劑、微生物制劑、有毒易燃易爆品等，而實驗過程中也會出現高溫、高壓、強磁、輻射等特殊環境。因此，實驗室火災具有如下幾個特點：（1）由于電線老化、易燃物多、用電不當、消防設施不完善等原因，致使火災發生概率較高；（2）比如有毒且具有燃燒爆炸危險的氣瓶、化學試劑等危險品使用或操作不當等原因，易發生泄漏或化學反應，造成火災、爆炸事故，同時會釋放出大量有毒有害物質；（3）實驗室火災不僅會使精密貴重儀器、實驗設施等蒙受損失，而且會造成人員傷亡，社會影響較大；（4）不同學科、類別實驗室的可燃物不同，火災類型多樣；（5）不同類型的火災，撲救方法不同。

鑒于實驗室火災的以上特點，對不同類型實驗室的防火設計，應更加注重性能化防火設計方法的探討。

2"性能化防火設計方法

傳統的建筑防火設計是以消防規范條文為依據進行的“處方式”設計，其設計思想體現在，按建筑物分類，對防火等級、防火分區、安全疏散、消防給水、防排煙及報警等提出具體要求，從而保障建筑的消防安全。然而，某些規定在特定環境下可能達不到。例如，容納超過10萬人的大型體育館按每百人所要求的寬度進行疏散設計時，體育館外圍出口全部開放，也未必能達到要求。建筑的部分設計，如建筑、電氣、給排水、暖通等方面設計均獨立進行消防設計，造成建筑物整體防火性能降低，造價也大幅提高。此外，對于傳統的建筑防火設計，設計者只能按規范設計，消防技術的創新空間受到限制，并且無法準確掌握安全指標、安全性能與經濟效益［910］。

20世紀80年代中期，由英國和日本首先提出的性能化防火設計方法已經在國際上受到廣泛關注并發展迅速。性能化防火設計是建立在火災安全學原理的基礎上的一種新的建筑防火設計方法，它根據建筑物結構、用途和內部可燃物等方面的具體情況，首先，考慮火災發生、發展和蔓延的基本規律，結合設計者防滅火經驗，綜合分析和計算建筑物內部可燃物火災危險性，確定性能指標和設計指標；其次，預設火災場景，選擇相應的消防安全技術措施，加以評估，確定消防安全目標是否已經達到；最后，再根據具體情況進行方案調整與優化。其設計步驟如圖1所示［11］。

圖1"性能化防火步驟圖

與傳統的防火設計方法不同，性能化防火設計具有三個特點：安全目標的確定性、設計方法的靈活性和評估驗證的必要性。性能化防火設計方法更為科學合理，具有更大的靈活性，有助于設計人員根據具體情況設計出更能精準達到防火目標的經濟合理的設計方案。

3"實驗室建筑性能化防火設計方法分析［1213］

3.1"確定防火總體目標分析

安全目標就是在性能化防火設計中，依據建筑物的社會目標、功能目標和社會期望，來制定符合相應的性能要求的最終目標或安全水平，如保護生命安全、保護財產安全、保護建筑的使用功能或服務的連續性、環境不受火災的有害影響等。根據以上描述，在確定實驗室防火安全的社會性目標時，應從保證師生生命安全、保護實驗儀器設備不受損害、保證實驗設施運行、限制火災和滅火方式對環境的影響等幾個方面來確定。在確定實驗室防火安全的功能性目標時，應從避免因火災和滅火造成的人員傷亡、實驗儀器設備無明顯損壞、避免較長時間影響實驗室教學和科研功能、火災和滅火過程中產生的有毒有害氣體對環境造成的污染等幾個方面來確定。

3.2"明確目標、細化目標和性能指標標準分析

根據總體目標，考慮實驗室類型、實驗室結構功能等實際情況，明確防火設計目標，按現行防火規范要求，進一步細分目標，比如對避免火災和滅火造成的人員傷亡進行細分目標時，可以細分為火災發生地點的人員疏散撤離時間目標、火災發生地點附近的人員疏散撤離時間目標、樓層外人員疏散撤離時間目標等。

細化目標后，需要對細分目標性能標準量化，根據實驗室結構及內部可燃物、實驗人員分布等特征進行分析，給出一些量化指標，比如燃燒熱對人疏散影響的熱影響指標、煙氣對人疏散影響的可視度指標、有毒有害氣體對人疏散影響的毒性指標、結構物坍塌帶來的疏散影響指標、火勢蔓延指標等。

3.3"設計火災場景分析

任何火災都有獨特的火災發展、蔓延特性，火災場景設計決定了火災發展的趨勢和預測目標。有學者研究表明，火源特性決定了火災場景，按不同的火源形式，可分為固定型火源的火災場景、擴展型火源的火災場景、爆炸型火源的火災場景三類，并給出了火災場景的設計的定義，即根據建筑物內可燃物的分布與荷載情況，對危險源進行辨識，描述火災場景的發展以及確定火災熱釋放速率隨時間的變化規律。火災場景的選取通常采用最不利的原則，即根據火災危害較大與火災最可能發生的情況來選取火災場景，一般設計原則包括三個方面：一是客觀反映真實火災；二是突出火源特性，具有代表性；三是充分考慮實驗室建筑結構、功能及環境等因素影響，將這些影響因素作為火災模型的邊界條件來進行火源特性分析，以體現實驗室火災發展和蔓延的特點。

實驗樓有多層，每層有多個實驗室，且實驗室類型、功能等不同，可按不同類型實驗室分區，進行詳細的火災荷載計算，分析火災發展特性。火災荷載是指涉火空間內所有可燃物燃燒所產生的總熱量值，火災荷載越大，發生火災的危險性越大，不同分區實驗室火災荷載的確定需要考慮實驗室內儀器設備、可燃物質、化學試劑等實驗相關材料和建筑內裝飾材料等。建筑物火災的危險度包括建筑物本身的破壞以及對建筑物內部人員和物質的傷害兩個方面，應針對不同類型實驗室、可燃物性能、建筑物耐火等級、實驗室人員數量、儀器設備價值數量等條件，分別計算火災危險度并進行分析。

3.4"選擇適當的計算模擬方法分析

按照實驗室火災場景分析，選擇合適的計算分析方法，包括經典的理論計算公式、計算方法等，也包括進行火災分析的物理模型和數值模型。根據設定火災場景利用火災防治理論，模擬計算火災可能或蔓延的途徑、范圍及防護措施所能達到的效果等。

3.5"性能化防火方案及評估分析

實驗室性能化防火方案初步確定后，需要對方案是否能實現安全性能目標進行科學檢驗和評估，以便最終確定是否采用該方案。當所提供的防火設計方案不能滿足性能化目標要求時，則必須進行修改完善，在此過程中，通常會提出多個性能化防火設計方案，分別進行評估，以確定最佳的設計方案。目前常用的評估方法包括等式分析、相關分析、實驗以及利用工程分析和計算機火災預測模型和程序。

4"對實驗室性能化防火設計方法的幾點建議

高校實驗室空間大小各異，有的屬于大空間建筑物，有的屬于高層建筑物，還有的屬于普通建筑物，因此，在對高校實驗室進行防火設計時，應分類考慮。如果符合性能化防火設計時，則應充分結合實驗室特點進行合理設計，以獲得較好的防火效果，因此提出以下幾點建議：

（1）加強實驗室火災基礎研究。由于實驗室火災發生和發展的復雜性，對不同類型實驗室火災發展蔓延過程以及相互影響關系，還需要進一步從定性和定量方面，建立符合實際的火災模型并深入分析，為性能化防滅火設計提供依據。

（2）基于物理原理和火災動力學模型，考慮實驗室內的空氣流動、熱傳導、燃燒反應等因素，選擇合適的火災模擬軟件，模擬實驗室火災在發生、蔓延和滅火過程中的溫度分布、煙氣擴散、火焰蔓延等信息，以評估實驗室的火災風險和火災應對措施的有效性。通過實驗室火災模擬，評估不同火災場景下的火災發展情況，分析火災對實驗室的影響，優化防滅火措施和應對策略，有助于提高實驗室的火災安全性，減少潛在的火災風險。

（3）建立合理的性能化設計評估方法。性能化防火設計是一項系統工程，因此需要對實驗室進行全面的火災風險評估，包括識別潛在的火災危險源、評估火災可能性和嚴重程度等，根據評估結果，制定相應的防滅火策略和措施。另外，評估過程需要較多時間，需要設計人員和審核人員應具備扎實的理論和實踐基礎，給出科學合理的說明和評估意見。

（4）明確設計規范和技術標準。實驗室防火設計應認真研究國家、地區或行業相關法規和標準，了解其中關于實驗室性能化防火設計的要求和指導，參考國際通用的實驗室防火設計標準和指南，咨詢相關專業機構和專家，明確規范和技術標準要求，結合實際情況進行綜合考慮并制定實驗室內部性能化防火設計相關規章制度和操作規程，以確保實驗室防火安全性能設計符合要求，提高實驗室的防火安全水平。

結語

利用性能化防火設計方法的優點，結合高校實驗室火災特點，對實驗室性能化防火設計方法進行了初步探討，對實驗室防火總體目標的確定、細分目標及性能化目標指標和標準的確定、設計火災場景、選擇計算模擬方法、性能化防火方案的評估5個方面，給出了一定的設計思路，并對實驗室性能化防火設計方法提出了幾點建議，以期為實驗室防滅火設計方法的應用提供一定參考。

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作者簡介：姜小龍（1988—"），男，漢族，內蒙古烏蘭察布人，碩士，講師，研究方向：礦山開采、火災防治。

*通訊作者：盧晶晶（1987—"），女，蒙古族，內蒙古興安盟人，教育碩士，中學一級教師，研究方向：化學教育。