2018一级消防工程师《技术实务》章节辅导：第五篇第四章第一节_第2页

　　四、性能化防火设计核心内容

　　(一)整体评估

　　建筑物的性能化防火设计是通过采用至少与现行国家标准的规定等效的方法来实现建筑物的消防安全目标，以解决现行标准与实际需求不相适应或某些不完善的规定所带来的问题。消防安全评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与现行规范的规定等效或者是否能达到与该建筑相适应的消防安全水平，也是为了便于进一步修改和完善现有设计方案。因此，任何一项性能化防火设计均必须在设计后经过相应的消防安全性能评估程序。此外，消防安全评估不仅局限于对新建建筑设计的安全性能进行评价，而且还可以单独对现有建筑或新建筑设计中采用的新材料等的消防安全性能进行评估，以确定其是否需要改造以及如何改造。

　　建筑物的性能化防火设计应包括设计、消防安全性能评估和方案改进与完善，设计与消防安全性能评估是一个相互有机结合的整体。但建筑物的消防安全性能技术评估也可以由第三方中介技术组织独立进行。在验证其等效性时，不得从其他国家的规范中断章取义引用条文，而应以我国国家标准的规定为基础进行等效性验证。

　　(二)专业人员

　　建筑物性能化防火设计是一门专业要求较高的技术性工作，是火灾科学和消防安全工程涉及到的多门学科知识的综合运用。从业人员不仅应该熟悉消防技术法规，能够根据设计对象的功能与用途、高度和内部建筑特征确定其消防设计目标(如保证建筑物内使用人员的人身安全、结构稳定性等)以及相关的定量性能标准，而且能比较准确地确定和描述设计火灾场景和设定火灾，采用合适的方法(如选择或建立建筑物内火灾蔓延和烟气运动等的物理模型和数学模型等)，选择和使用适当的分析预测工具，对火灾探测与报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等消防系统有相当了解，能够预测和分析、评价其可行性、有效性与可靠性。

　　此外，建筑物的消防安全水平的高低与建筑消防投资密切相关，合理确定该指标也是性能化防火设计的重要内容。

　　(三)程序控制

　　遵循一定的设计程序是保证设计质量的前提，特别是在进行性能化试设计和评估验证阶段。建筑物性能化设计一般在设计方案或扩初设计阶段进行，由设计师、业主、消防工程咨询专家等共同参与实施。建筑物性能化防火设计的一般程序为：

　　1.确定建筑物的使用功能、建筑设计的适用标准;

　　2.检查为实现建筑师的设计思想与业主的要求，现行标准中哪些规定无法按规定要求实施，从而确定需要采用性能化设计方法进行设计的问题;

　　3.进行性能化试设计和评估验证;

　　4.修改完善设计并进一步评估验证确定是否满足所确定的消防安全目标;

　　5.提交审查与批准。

　　因此，设计或评估人员应明白性能化防火设计的基本步骤、每一步骤中涉及的主要问题和内容以及各步骤之间的相互关系与影响。

　　五、性能化防火设计主要内容

　　(一)确定设计火灾场景与设定火灾

　　火灾场景的特征必须包括对火灾引燃、增长和熄灭的描述，同时伴随烟和火蔓延的可能途径以及任何灭火设施的作用。此外，还要考虑每一个火灾场景的可能后果。

　　设定火灾采用描述火灾增长的模型。目前主要有火灾模型的温度描述和火灾模型的热释放速率描述两类。时间温度曲线主要用于计算构件温度，热释放速率模型主要用于计算烟气温度、构件温度和运用区域模型进行火灾模拟等。

　　在运用火灾模拟模型进行性能化防火设计与评估时，主要依据火灾的热释放速率模型。火灾的热释放速率曲线能否代表火灾的真实情况直接影响性能化防火设计与评估的可靠性及其应用。

　　热释放速率曲线可直接通过火灾实验获得，但由于实尺寸火灾实验的费用较大，此类可用的实验数据较少，而较多的是中型火灾实验与实验室规模的火灾实验数据(如锥形量热计、墙角实验、单体燃烧实验、大型锥形量热计和基于质量损失速率的测试方法)。当无法找到有待考虑的可燃组件的实验数据时，可以采用类似的火灾实验数据替代。

　　在一定种类可燃物分布和相应的通风条件下，火灾发展的最大热释放速率主要受最大的火源面积控制。点火初期火源的面积对火灾的增长将产生较大影响，可以将点火初期的火源面积理解为点火源的能量。

　　可燃物的火焰蔓延速度是指可燃物点火后沿水平和空间方向的蔓延速度，由于可燃物在空间上的蔓延速度及其对火灾蔓延的影响十分复杂，目前多采用水平方向的蔓延速度描述火灾发展的面积。

　　(二)不同类型建筑的火灾荷载密度确定

　　火灾荷载密度是可以比较准确地衡量建筑物室内所容纳可燃物数量多少的一个参数，是研究火灾全面发展阶段性状的基本要素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载密度直接决定着火灾持续时间的长短和室内温度的变化情况。建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物的数量很容易通过建筑物的设计图纸准确地求得。容载可燃物数量很难准确计算，一般由调查统计确定。

　　目前国内尚无火灾荷载密度方面的调查统计数据，国外发达国家如美国、加拿大、日本等有一些这方面的调查统计数据。

　　(三)烟气运动的分析方法

　　在一定的建筑空间和火灾规模条件下，烟气的生成量主要取决于羽流的质量流量，它是进行火灾模拟、火灾及烟气发展评价和防排烟设计的基础。由于火灾烟气的复杂性，目前的羽流计算多采用基于实际火灾实验的半经验公式，比较著名的有Zukoski模型、Thomas-Hinkley模型、McCaffrey模型等，但这些模型有着各自不同的实验基础和适用条件，对同一问题各模型得出的结果往往存在着差异，世界上几个著名的建筑火灾区域模拟软件(如CFAST、MRFC等)都采用了不同的羽流模型，这给火灾的烟气运动分析带来困难。

　　Zukoski(1)、Zukoski(2)和NFPA模型适用于小面积火源条件下的羽流质量流量计算，Thomas-Hinkley模型适用于大面积火源条件下的羽流质量流量计算，McCaffrey模型既适用于小面积火源也适用于大面积火源条件下的羽流质量流量计算。另外，各国还在积极开发新的烟气运动分析模型，如场模型、场-区-网模型等。

　　(四)人员安全疏散分析

　　各国对于建筑物内消防安全疏散中人员的疏散时间的计算方法，在理论上基本一致，但具体时间确定和疏散指标方面存在一定差异。人员安全疏散设计与评估必须考虑我国的实际情况和分析影响人员疏散时间的主要因素，根据建筑物的内部特征、使用人员特性和建筑物内消防设施情况及其影响等，确定安全疏散设计原则和疏散的模拟计算方法，并在预测计算的基础上与现行国家标准的规定进行比较，最后确定一个合理的人员疏散时间。

　　在该部分的设计与评估中，重点要解决疏散安全的评估(验证)方法，根据模型的假设条件、不同建筑内人员在火灾中的行为与心理特征，比较准确地考虑相关不确定性所带来的影响。

　　(五)主动消防设施的对火反应特性分析

　　在很多建筑物中设有自动喷水灭火系统或其他自动灭火系统(如干粉、气体、泡沫和细水雾等)，火灾发生后一定时间内，这些灭火系统将动作并向可燃物喷洒灭火剂，可燃物的燃烧状态将被改变，可燃物的热释放速率将减小，直到最终火灾熄灭。不同的灭火剂、灭火系统和喷洒强度等均对可燃物的燃烧状态产生不同的影响。可燃物在采取灭火措施后的燃烧状态是评价灭火系统灭火有效性的基础。

　　目前，已有一些描述采取灭火措施后可燃物燃烧状态的模型，一些区域火灾模拟软件也能模拟采取灭火措施后的火灾发展状况，但效果不理想。

　　(六)火灾危害和火灾风险的分析与评估

　　火灾风险与评估的主要目标是准确辨识系统中存在的火灾危险因素，对这些因素的影响程度做出恰当的评价，并在此基础上对火灾的发生和发展过程及其危害做出预测，提出控制与处理事故的措施和方案。

　　火灾风险评估的判定标准是社会或者决策者的价值表述，它可以是一个极限值、极限值范围或者一个数值分布，每个风险评估对象都有属于自己的风险评估判定标准。风险评估判定标准的确定与风险承担者的可接受风险水平有关。因此，在确定火灾风险评估判定标准之前，应知晓对风险承担者可接受的损害和伤亡水。

　　风险评估一般应确定火灾危害并对火灾危害的概率和危害后果进行量化、确定危害控制方案，进而量化火灾风险和选择合适的保护措施。

　　(七)性能化设计与评估中所用方法的有效性分析

　　设计者之间的知识和经验水平有很大差别，应注对所用分析方法的准确性和有效性进行科学的分析和验证。

　　六、性能化防火设计问题

　　实际建筑工程的情况千差万别，应积极分析研究国外的相关火灾发展与蔓延、烟气运动、人员安全疏散和结构耐火分析方面的模型与方法，开发具有自主知识产权的分析与计算工具。广泛进行各类场所内火灾荷载调查和各种典型火灾场景的火灾实验，丰富补充目前的火灾实验数据库。

　　(一)研究各类常见公共建筑内的人员荷载和人在火灾中的行为特征与心理，研究人员的疏散过程

　　商场、会展建筑、复杂的高层建筑、体育馆等公众聚集场所是消防安全管理的重点。由于地域差异对人员密度的影响、人员个体之间的行为和心理、社会背景以及建筑火灾本身等给人员疏散所带来的不确定性，使得这一过程变得复杂。这也是导致当前疏散模型较多的主要因素。当前急需研究开发与我国人体特征和行为习惯相适应的分析模型。

　　(二)研究灭火系统对火灾蔓延、烟气运动的影响，建立定量分析灭火系统对火反应模型

　　目前，主动消防设施对火反应的分析仅限于其响应时间的计算和对火灾发展的定性描述。事实上，不同环境和不同类型的火灾在不同灭火设施的作用下，其效果具有显著的差异。只有定量地分析和评价灭火系统对火灾发展的影响，才能准确分析火灾的蔓延与烟气生成量、烟气运动情况、合理地选择需要设置的灭火系统类型。

　　(三)研究结构耐火性能化设计的方法

　　根据建筑物的高度、使用性质和规模、体量、火灾场景等考虑其耐火等级并进行相应的建筑构件耐火设计是实现安全与经济统一的途径之一。但目前建筑结构耐火性能方面的研究主要集中于材料在受火高温作用下的性能和构件耐火性能的研究。国际标准化组织等机构的相关工作也仍在进行中。在这方面，既要进一步开展系统的结构耐火性能研究，又要重视其设计方法的开发。

　　(四)培训专业技术人员，规范性能化防火设计与评估人员的资质和职业道德

　　从事性能化防火设计与评估的技术人员应当系统地学习火灾科学、火灾安全工程、消防法规等专业课程，具有火灾燃烧方面的知识和火灾危险分析能力，具有良好的职业操守。建议政府的消防主管部门充分发挥消防研究所、高等院校的力量，组织开展相关教育和培训，制定相关资质认证要求和程序，进行资质审查与监督管理。

　　随着消防安全工程的快速发展，消防安全工程学已随着其潜力、复杂性以及应用性而在基础理论、方法学和实用工具领域得到较大的发展，性能化的防火设计方法也会越来越完善。

　　建筑物性能化防火设计与评估为实现建筑设计的多样化，更好地满足建筑功能需要提供了一条新的途径。但我国要推广建筑物性能化防火设计与评估技术还需要开展大量工作，既要循序渐进、积极探索、发展和完善这一技术，也要充分认识到现行建筑防火设计方法的重要性。

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