建筑物性能化消防設(shè)計方法及其應(yīng)用情況

從性能化設(shè)計與“處方式”設(shè)計比較出發(fā)，介紹了性能化消防設(shè)計方法的概念和流程、建筑物性能化消防設(shè)計的內(nèi)容，以及國內(nèi)外性能化設(shè)計的應(yīng)用概況，指出了在性能化設(shè)計方法的推行中所遇到的一些困難，并提出了對性能化設(shè)計方法在消防設(shè)計中應(yīng)用的展望和我國如何發(fā)展性能化規(guī)范及其配套技術(shù)的建議。

???? 關(guān)鍵詞：性能化設(shè)計；處方式設(shè)計；消防設(shè)計；火災(zāi)模型???

1? 前言
??? 如果說納米技術(shù)使新材料的研究起到了革命性飛躍，那么也可以說性能化設(shè)計方法將開創(chuàng)消防科技的新局面。???
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??? 消防設(shè)計目前有兩種設(shè)計思想，一種是傳統(tǒng)的“處方式設(shè)計方法”，其基于場所類型進行設(shè)計考慮；另一種是“性能化設(shè)計方法”，它立足于危害分析及火災(zāi)假想，對于解決超越法規(guī)或現(xiàn)行法規(guī)無法解決的復(fù)雜建筑的消防設(shè)計具有很大意義。
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??? 由于性能化防火設(shè)計的方法與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比具有許多優(yōu)越性，所以很快成為建筑防火的一種新理念，并將發(fā)展成為建筑防火技術(shù)領(lǐng)域里一個全球性發(fā)展潮流，受到許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家的高度重視，得到越來越廣泛的應(yīng)用。
2? 性能化消防設(shè)計的概念
??? 性能化消防設(shè)計是建立在消防安全工程學(xué)基礎(chǔ)上的一種新的建筑防火設(shè)計方法，它運用消防安全工程學(xué)的原理與方法，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、用途和內(nèi)部可燃物等方面的具體情況，由設(shè)計者根據(jù)建筑的各個不同空間條件、功能條件及其它相關(guān)條件，自由選擇為達到消防安全目的而應(yīng)采取的各種防火措施，并將其有機地組合起來，構(gòu)成該建筑物的總體防火安全設(shè)計方案，然后用已開發(fā)出的工程學(xué)方法，對建筑的火災(zāi)危險性和危害性進行定量的預(yù)測和評估，從而得到最優(yōu)化的防火設(shè)計方案，為建筑結(jié)構(gòu)提供最合理的防火保護。
??? 與“處方式”設(shè)計相比較，性能化設(shè)計方案更關(guān)注是否能夠?qū)崿F(xiàn)“保證人員疏散和滅火救援不受火災(zāi)煙氣影響”這一“目的”，而不是拘泥于滿足規(guī)范要求的最低排煙量。性能化的消防設(shè)計方案通過科學(xué)的論證，能夠提供比之處方式的消防規(guī)范更為安全的設(shè)計表現(xiàn)效果，比較起來，性能化設(shè)計方案具有設(shè)計成本有效性，設(shè)計選擇多樣性及設(shè)計效果更為優(yōu)化性的特點。
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??? 性能化消防設(shè)計的兩個關(guān)鍵點，第一是確認危害，第二是明確設(shè)計目標。具體來說，它針對建筑物的特點，建筑物內(nèi)人員特點，建筑物內(nèi)部操作方式，建筑物外部特征，消防滅火組織特點等。從而針對每種危害或者每個設(shè)計區(qū)域選擇設(shè)計方法及評估方法。這種設(shè)計方法突破了傳統(tǒng)設(shè)計針對建筑物結(jié)構(gòu)類型、相應(yīng)的層高及面積的限制，同時提供了更加靈活而有效的設(shè)計選擇性。
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??? 性能化消防設(shè)計包括確立消防安全目標，建立可量化的性能要求，分析建筑物及內(nèi)部情況，設(shè)定性能設(shè)計指標，建立火災(zāi)場景和設(shè)計火災(zāi)，選擇工程分析計算方法和工具，對設(shè)計方案進行安全評估，制定設(shè)計方案并編寫設(shè)計報告等步驟。在設(shè)計過程中，需要對建筑物可能發(fā)生的火災(zāi)進行量化分析，并對典型火災(zāi)場景下火災(zāi)及煙氣的發(fā)展蔓延過程進行模擬計算，因此計算的工作量以及各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需要量非常大，往往需要采用計算機火災(zāi)模擬軟件等分析和計算工具。
3? 性能化消防設(shè)計的流程
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??? 性能化設(shè)計利用火災(zāi)科學(xué)和消防安全工程建立設(shè)計指標，評估設(shè)計方案；并利用火災(zāi)危害分析和火災(zāi)風(fēng)險評估建立從總體目標和功能目標到火災(zāi)場景等領(lǐng)域內(nèi)所需要的參數(shù)。性能化的消防安全設(shè)計是一種可以對諸如非工程參數(shù)(如人在火災(zāi)中的行為和反應(yīng))進行定義的工程過程。
4? 建筑物性能化消防設(shè)計的內(nèi)容
??? 建筑物的性能化消防設(shè)計主要包括兩個方面的設(shè)計內(nèi)容：一是保證建筑內(nèi)人員安全疏散的性能設(shè)計，二是保證建筑構(gòu)件耐火的性能設(shè)計。
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??? 人員安全疏散的性能設(shè)計是從建筑內(nèi)人員安全方面進行考慮的，通過綜合考慮各種火災(zāi)因素對人員逃生的影響，采用性能化的設(shè)計方法來保證建筑物內(nèi)人員的火災(zāi)安全性，從而防止人員傷亡。其性能化的設(shè)計準則是：煙層下降高度和煙氣濃度達到人不能忍耐的時間大于人員安全疏散所需的時間。
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??????????? 構(gòu)件耐火的性能化設(shè)計是從建筑物的穩(wěn)定性方面進行考慮的，通過分析建筑構(gòu)件在火災(zāi)中的反應(yīng)，采用性能化的設(shè)計方法來保證建筑物結(jié)構(gòu)的火災(zāi)穩(wěn)定性，從而防止建筑物的倒塌。其性能化設(shè)計準則是：火災(zāi)持續(xù)時間小于構(gòu)件的耐火時間。

???????????? 5? 國內(nèi)外性能化設(shè)計應(yīng)用概況?
????????????? 自20世紀80年代英國提出了“以性能為基礎(chǔ)的消防安全設(shè)計方法”(performance——based fire safety
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??????????? method，以下簡稱性能化防火設(shè)計)的概念以來，日本、澳大利亞、美國、加拿大、新西蘭以及北歐等發(fā)達國家政府先后投入大量研究經(jīng)費積極開展了消防性能化設(shè)計技術(shù)和方法的研究，南非、埃及、巴西等發(fā)展中國家也都紛紛開展了這方面研究工作。世界各國都在積極推行性能化設(shè)計方法的應(yīng)用，并取得了巨大成就。
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??????????? 英國于1985年頒布了第一部性能化防火規(guī)范，包括防火規(guī)范的性能化修改，新規(guī)范規(guī)定“必須建造一座安全的建筑”，但不詳細確定應(yīng)如何實現(xiàn)這一目標。
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??????????? 新西蘭1991年的建筑法案對建筑監(jiān)督立法體系進了徹底調(diào)整，于1992年發(fā)布了性能化的《新西蘭建筑規(guī)范》，新規(guī)范中保留了處方式的要求，并作為可接受的設(shè)計方法，于1993年強制執(zhí)行。1993～1998年，繼續(xù)開展了“消防安全性能評估方法的研究”，制定了性能化建筑消防安全框架；其中功能要求包括防止火災(zāi)的發(fā)生、安全疏散措施、防止倒塌、消防基礎(chǔ)設(shè)施和通道要求以及防止火災(zāi)相互蔓延五部分。
????????????? 瑞典于1994年發(fā)布了新的包含有性能化設(shè)計內(nèi)容的建筑防火設(shè)計規(guī)范。
????????????? 澳大利亞于1996年頒布了性能化防火設(shè)計規(guī)范的《澳大利亞建筑設(shè)計規(guī)范》(《Building Code of
??????????? Australia》，簡稱"BCA")，并自1997年7月1日起，在各州政府陸續(xù)推行。
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??????????? 巴西于1999年頒布了新的《鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計》和《對建筑構(gòu)件耐火極限的要求》兩部標準。這是南美首次制定的建筑標準，由SaoPaulo大學(xué)、Mi—nasGerais大學(xué)和OuroPreto大學(xué)編制。標準中引入了如時間計算方法與風(fēng)險評估方法以及其他消防安全工程設(shè)計方法等性能化的新概念，允許建筑物的火災(zāi)安全根據(jù)其火災(zāi)荷載、建筑物高度、建筑總面積以及滅火設(shè)備的安裝與否等條件確定，而對建筑物的耐火等級不做要求。
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??????????? 日本政府于1998年6月對《建筑基準法》進行了修訂，引入了一些有關(guān)性能化設(shè)計的內(nèi)容，并于2000年6月施行；另外，還于2003年8月開始對《消防法》進行修訂，計劃于2005年施行。
????????????? 加拿大于2001年發(fā)布了性能化的建筑規(guī)范和防火規(guī)范，其要求將以不同層次的目標形式表述。
???????????? 美國也于2001年發(fā)布了《國際建筑性能規(guī)范》和《國際防火性能規(guī)范》。
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??????????? 目前，已有不少于13個國家(澳大利亞、加拿大、芬蘭、法國、英國、日本、荷蘭、新西蘭、挪威、波蘭、西班牙、瑞典和美國)采用或積極發(fā)展性能化規(guī)范和基于規(guī)范結(jié)構(gòu)形式下建筑防火設(shè)計方法，并取得了一定成果。中國也正在加緊性能化設(shè)計方法的研究和性能化設(shè)計規(guī)范的制定。公安部所屬消防研究所承擔了幾項有關(guān)性能化設(shè)計的國家十五科技攻關(guān)課題，如公安部天津消防研究所承擔的“建筑物性能化防火設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則”的研究和制定，公安部四川消防研究所承擔的“高層建筑性能化防火設(shè)計安全評估技術(shù)研究”等。

??????????? 6? 推行性能化設(shè)計方法是一個逐步過程
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??????????? 盡管建筑物消防性能化設(shè)計方法有很多優(yōu)點，作為性能化設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)一“火災(zāi)模型”在性能化設(shè)計中起著舉足輕重的作用，但它們作為一種新生事物，還不為人們所理解和接受，特別是建筑設(shè)計師和建筑管理部門的人員都不太了解這種新的設(shè)計方法。
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??????????? 有人曾對美國、中國香港和澳大利亞的建筑管理人員在對待性能化設(shè)計和處方式設(shè)計在能否保證建筑消防安全，以及火災(zāi)模型是否足以支持性能化設(shè)計的態(tài)度進行了一個調(diào)查，并進行了比較。發(fā)現(xiàn)半數(shù)以上的管理人員認為性能化設(shè)計不能保證建筑的安全，三分之二以上的管理人員認為處方式設(shè)計能保證建筑的安全，以及三分之二以上的人認為火災(zāi)模型不足以支持性能化設(shè)計。調(diào)查結(jié)果參見表1。
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??????????? 世界各國幾乎都存在著類似這樣的情況。在很長一段時期內(nèi)，建筑設(shè)計師和建筑管理人員對性能化設(shè)計技術(shù)還存在一個從初步認識、深入了解到最終肯定的意識轉(zhuǎn)變過程。
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???????????? 另外，對于采用性能化方法設(shè)計的建筑，如何正確地評估其消防安全性方面也存在很多技術(shù)上的難題有待解決。

??????????? 7? 展望
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??????????? 性能化消防設(shè)計已成為世界性建筑消防設(shè)計發(fā)展的必然趨勢，它的發(fā)展將大大促進消防安全設(shè)計的科學(xué)化、合理化和成本效益的最優(yōu)化，并將產(chǎn)生十分重大的社會效益和經(jīng)濟效益。盡管目前還有許多人不太理解和排斥使用它，但我們堅信隨著時間的推移，將會有
?????????????? 越來越多的人加入到肯定性能化設(shè)計方法的行列中來。據(jù)日本方面的統(tǒng)計，采用性能化方法進行消防設(shè)計的建筑正在逐年增加。
???????????? 我國也應(yīng)該加快性能化規(guī)范及配套技術(shù)的研究步伐，充分發(fā)揮性能設(shè)計的優(yōu)越性。今后應(yīng)從以下幾個方面人手，促進性能化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展：
????????????? (1)加強各種火災(zāi)預(yù)測模型和火災(zāi)風(fēng)險評估模型的研究，拓展性能化設(shè)計方法的應(yīng)用空間。
???????????? (2)加強新材料、新技術(shù)研究，規(guī)范材料性能參數(shù)，建立和完善消防數(shù)據(jù)庫，提供準確的性能化指標，為性能化應(yīng)用積累基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。
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??????????? (3)深入研究火災(zāi)規(guī)律、火災(zāi)情況下建筑內(nèi)人員逃生規(guī)律和構(gòu)件變化規(guī)律，為各種火災(zāi)模型的建立提供堅實的理論依據(jù)，并拓展計算機技術(shù)在消防中的應(yīng)用。
???????????? (4)積極向建筑設(shè)計師和建筑管理人員介紹性能化設(shè)計方法，使他們從認識、理解并自覺接受性能化設(shè)計方法。???
???????????? (5)出臺可操作性強的性能化設(shè)計指南，使建筑設(shè)計師能盡快地掌握性能化設(shè)計方法的使用。???
???????????? (6)制定性能化消防設(shè)計規(guī)范，為性能化設(shè)計方法的應(yīng)用提供法律依據(jù)。

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