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

第四章建筑性能化防火设计评估

第一节概述

　　本节介绍了什么是性能化防火设计方法，该方法的发展过程及与传统的防火设计方法的区别，建筑性能化防火设计方法能够解决的问题及所运用的手段和工具，及该方法的局限性。

　　一、性能化防火设计产生的背景

　　随着生产力的发展和社会财富的积累，火灾发生的频率和造成的损失越来越大，火灾的防治技术也越来越受到人们的重视。1666年9月英国伦敦发生火灾，大火持续了4天，约80%的城市被烧毁。为了防止建筑物之间火灾的蔓延，英国制定了第一部有关消防的建筑规范，规定了建筑物之间的最小间距，并对建筑材料的使用进行了限制性规定。同样，世界各国的建筑防火设计规范都是长期以来人们与火灾斗争过程中总结出来的防火灭火经验的体现，同时综合考虑了当时的社会经济水平、科技水平以及其他国家的相关经验。这些规范中大多数规定是依照建筑物的用途、规模和结构形式等提出的，并且详细地规定了防火设计必须满足的各项设计指标或参数，设计人员不需要复杂的计算和分析过程，容易理解和掌握。

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　　由于每座建筑的结构、用途及内部可燃物的数量和分布情况千差万别，因此按照规范统一给定的设计参数得到的设计方案，不一定是最合理和最有效的。特别是随着科学技术和经济的发展，各种复杂的、多功能的建筑迅速增多，新材料、新工艺、新技术和新的建筑结构形式不断涌现，这些都对建筑的消防设计提出了新的要求，出现了许多规范难以解决的消防设计问题。在这种形势下，上世纪70年代出现了性能化防火设计的概念，到现在为止，已被10多个国家所接受，并成为当前国际建筑防火设计领域研究的重点。

　　所谓性能化防火设计，是指根据建设工程使用功能和消防安全要求，运用消防安全工程学原理，采用先进适用的计算分析工具和方法，为建设工程消防设计提供设计参数、方案，或对建设工程消防设计方案进行综合分析评估，完成相关技术文件的工作过程。

　　虽然性能化防火设计是社会经济发展的必然趋势，但性能化防火设计的出现与火灾科学和消防安全工程学的发展是分不开的。从19世纪末英国出现了利用金属受热膨胀原理制成的感温火灾自动探测装置以来，消防工程技术的发展已有100多年的历史。1946年第一台电子管计算机在美国研制成功，半导体和微电子技术发展迅速，计算机技术在社会各领域得到了充分的应用，消防工程技术也得到快速提升，各种智能化的火灾探测和自动灭火系统不断涌现。特别是大容量高性能计算工作站的出现，科学计算的能力越来越强大，使得大量复杂的火灾数据分析和处理成为现实，这些都为性能化防火设计的发展提供了基础。

　　火灾科学与消防工程是一门以火灾发生与发展规律和火灾预防与扑救技术为研究对象的新兴综合性学科，是综合反映火灾防治科学技术的知识体系。火灾科学是反应火灾发生与发展规律的知识，如物质的燃烧与爆炸机理、火焰的化学反应机理、燃烧抑制与灭火机理、烟气的生成及其毒性，以及火灾的发展、蔓延与控制等基础理论内容。消防工程是反映应用科学与工程原理防治火灾的知识，如对火灾危险性和危害性的分析评估、火灾模化、建筑防火技术、火灾探测报警技术、自动灭火技术、阻燃与耐火技术、火灾原因鉴定技术、火场通信指挥技术，以及人在火灾中的行为和反应，包括体能、心理和生理等，是应用基础理论和应用技术部分。可见，性能化防火设计是建立在火灾科学和消防工程学基础之上的一门应用技术，它的出现是火灾科学和消防工程学发展到一定阶段的必然结果。

　　美国、英国、日本、澳大利亚等国从20世纪70年代起就开展了性能化防火设计的相关研究，如火灾增长分析、烟气运动分析、人员安全疏散分析、建筑结构耐火分析和火灾风险评估等，并取得了一些比较实用化的成果，各国纷纷制定各自的性能化防火设计规范和指南等文件。

　　二、我国性能化防火设计发展

　　我国从1980年代初期就开始了火灾模化方面的研究，此后在火灾科学、火灾动力学演化、建筑火灾烟气运动等方面也开展了大量工作。但直到1995年国家“九五”科技攻关项目“地下大型商场火灾研究”，我国还只有少数从事此方面研究的人员对建筑物性能化防火设计有所认识。1996年，特别是1997年FORUM会议(天津)以后，我国开始组织人员比较系统地搜集整理和分析研究国内外有关建筑物性能化设计与标准方面的成果与信息。

　　“十五”期间开始针对建筑性能化防火设计技术进行深入研究，在国家“十五”科技攻关课题《城市火灾与重大化学灾害事故防范与控制技术的研究》中分别开展了建筑物性能化防火设计技术导则的研究、高层建筑性能化防火设计评估技术研究、中庭式建筑性能化防火设计方法及其应用的研究和人员密集大空间公共建筑性能化防火设计应用研究等。

　　在这些研究工作的基础上，相关机构同时开展了工程应用。公安部天津消防研究所在“十一五”国家科技攻关项目中，开展了建筑物性能化防火设计规范研究项目，以保障我国建筑工程的消防安全水平，规范建筑消防安全工程技术在实际工程中的应用。

　　三、性能化防火设计与传统的规范做法对比

　　传统规范的技术要求是建立在部分火灾案例的经验和火灾模拟实验等研究基础之上。历史上防火规范的出现和发展有着其相关的社会背景。当时人们掌握的科学技术水平尚无法透彻、系统地认识所处的客观社会，因此人类的技术行为难免呈现出多样性和不确定性。而为了保证工程最基本的安全度，有关的社会组织便通过一些成功的经验和理论描述，制定出了一些规范条文去约束相应人员的技术行为。

　　传统的规范对设计过程的各个方面做了具体规定，但难以定量确定设计方案所能达到的安全水平。传统规范具有以下的特点：

　　(1)没有细化的设计目标;

　　(2)所使用的方法是确定的;

　　(3)不需要再对设计的结果进行评估确认。

　　应该说，传统的防火设计规范为社会的发展和进步做出了巨大的贡献，但从社会进步的角度看，也存在着一些不足之处：

　　(1)无法给出一个统一、清晰的整体安全度水准。现行规范适用于各类建筑，而各种建筑风格、类型和使用功能的差异，则无法在现行规范中给予明确的区别。因此，现行规范给出的设计结果无法告诉人们各建筑所达到的安全水准是否一致，当然也无法回答一幢建筑内各种安全设施之间是否能协调工作以及综合作用的安全程度如何。

　　(2)是经验及科研技术的总结，难以跟上新技术、新工艺和新材料的发展。规范严格的定量规定妨碍设计人员使用新的研究成果进行设计，尽管这样的设计可能导致系统安全程度的提高和投入的减少，但很可能会与规范不符。大多数的规范条款来源于对历次火灾经验教训的总结，这种经验总结不可能涵盖所有的影响因素，尤其是随着建筑形式的发展而出现的新问题，更不可能是规范编写者在几年，甚至十几年前编写规范时就能全部考虑到的。

　　(3)限制了设计人员主观创造力的发展。非灵活的、太过具体的规范条文，常常桎梏设计人员的想象力，无形中僵化了人们的思维。与此同时设计者对规范中未规定或规定不具体的地方，也会因盲目性而导致设计结果的失误。比如人们可以这样认为：符合规范条文要求的设计就是合格的，而对于规范没有规定的因素，设计人员就无从着手了。因此对任何小的细节考虑不周都可能导致系统失效，完全背离设计的宗旨。

　　(4)无法充分体现人的因素对整体安全度的影响。建筑是为人类的生产和生活服务的，人的素质无疑在很大程度上影响着建筑防火安全的水平。比如人的生产、生活习惯，楼宇物业管理水平，人在火灾中的心理状态等都在事实上成为安全设计的主要考虑因素之一。然而，现行规范中无法充分体现该类因素的作用。

　　当前，建筑防火相关领域新成果的不断涌现和现代信息处理技术，在不断充实现行的规范体系。与传统的防火设计规范相对比，性能化的防火设计规范具有以下特点：

　　(1)加速技术革新。在性能化的规范的体系中，对设计方案不做具体规定，只要能够达到性能目标，任何方法都可以使用，这样就加快了新技术在实际设计中的应用，不必考虑应用新设计方法可能导致与规范的冲突。性能化的规范给防火领域的新思想、新技术提供了广阔的应用空间。

　　(2)提高设计的经济性。性能化设计的灵活性和技术的多样化给设计人员提供更多的选择，在保证安全性能的前提下，通过设计方案的选择可以采用投入效益比更优化的系统。

　　(3)加强设计人员的责任感。性能设计以系统的实际工作效果为目标，要求设计人员通盘考虑系统的各个环节，减小对规范的依赖，不能以规范规定不足为理由忽视一些重要因素。这对于提高建筑防火系统的可靠性和提高设计人员技术水平都是很重要的。

　　由于是一种新的设计方法，工程应用范围并不广泛，许多性能化防火设计案例尚缺乏火灾验证。目前使用的性能化方法还存在以下一些技术问题：

　　(1)性能评判标准尚未得到一致认可。

　　(2)设计火灾的选择过程确定性不够。

　　(3)对火灾中人员的行为假设的成分过多。

　　(4)预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有被广泛理解的局限性。

　　(5)火灾模型的结果是点值，没有将不确定性因素考虑进去。

　　(6)设计过程常常要求工程师在超出他们专业之外的领域工作。

　　需要注意的是，传统的防火设计规范与性能化的防火设计规范并不是对立的关系，恰恰相反，建筑设计既可以完全按照性能化消防规范进行或与现行规格式规范一起使用，也可以独立按照消防安全工程的性能化判据与要求进行。在实际工程设计中，并不是所有的建筑物都应该或有必要按照性能化的工程方法进行设计。事实上，目前在一些开展这方面工作较早的国家也只有1%～5%的建筑项目需要采用性能化的方式进行设计，如美国，约1%;新西兰和澳大利亚，约3%～5%;德国，约1.5%。在我国，部分地区可能达到3%～5%，但总体应不会超过0.5%。

　　建筑物的消防设计必须依据国家现行的防火规范及相关的工程建设规范进行。只有现行规范中未明确规定、按照现行规范比照施行有困难或虽有明确规定但执行该规定确有困难的问题，才采用性能化防火设计方法。即使如此，所设计的建筑物的消防安全性能仍不应低于现行规范规定的安全水平。

　　任何建筑的消防安全都是一个复杂的系统工程，要实现其消防安全性能能够达到一定安全水平，必须根据采用性能化设计的部分出发，从整体设计进行系统的分析研究。即使这样，也只能通过改善建筑环境来控制和降低其发生火灾的可能性及其火灾危害，而无法完全消除其火灾危险。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式进行设计的问题略有差异，但从总体上看，主要有人员安全疏散设施、防火分区面积、钢结构耐火保护以及建筑防排烟几个方面的问题。对于设计者提出需要进行性能化防火设计的问题，还必须由省级公安机关消防机构批准。必要时，如某些重大或较复杂的工程建设项目，还应组织相关国家标准管理机构共同复审确定。