性能化防火設(shè)計方法與傳統(tǒng)防火設(shè)計方法的區(qū)別及慨念-云南和亞(王繼業(yè))

1、性能化防火設(shè)計方法與傳統(tǒng)防火設(shè)計方法的區(qū)別及慨念第一節(jié) 性能化防火設(shè)計的基本概念     消防安全工程學(xué)原理和方法在建筑防火設(shè)計中的應(yīng)用，產(chǎn)生了一種新的建筑防火設(shè)計方法以性能為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計方法，簡稱為性能化防火設(shè)計或性能化設(shè)計（Perfomance-based Design）。 一、處方式的防火設(shè)計（Prescriptive Design） 詳細(xì)地規(guī)定了防火設(shè)計必須滿足的各項設(shè)計指標(biāo)或參數(shù)，設(shè)計人員只需要按照規(guī)范條文的要求按部就班地進行設(shè)計，不用考慮所設(shè)計的建筑物具體達(dá)到什么樣的安全水平 ，有些像醫(yī)生看病開處方一樣，這種設(shè)計方法被稱為“處方式”的設(shè)計方法，也

2、有的人稱之為“規(guī)格式的”、“規(guī)范化的”或“指令性的”設(shè)計方法。 優(yōu)點：     處方式的防火設(shè)計規(guī)范，是長期以來人們與火災(zāi)斗爭過程中總結(jié)出來的防火滅火經(jīng)驗的體現(xiàn)，同時也綜合考慮了當(dāng)時的科技水平、社會經(jīng)濟水平以及國外的相關(guān)經(jīng)驗，這種規(guī)范清楚明了、簡單易行，對設(shè)計和驗收評估人員的要求不高，能夠滿足大多數(shù)規(guī)模或功能等要求較簡單建筑的設(shè)計與監(jiān)督需要。因此，處方式的防火設(shè)計規(guī)范，在規(guī)范建筑物的防火設(shè)計、減少火災(zāi)造成的損失方面起到了重要作用。     隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，各種復(fù)雜的、多功能的大型建筑迅速增多，新材料、新工藝、新技術(shù)和新的建筑

3、結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，都對建筑物的防火設(shè)計提出了新的要求。新形式下出現(xiàn)的新問題：     建筑規(guī)模越來越大，功能越來越復(fù)雜； 新的建筑形式的出現(xiàn) ； 結(jié)構(gòu)形式的個性化； 中庭類建筑的出現(xiàn)。 處方式防火設(shè)計存在的問題：     處方式的防火設(shè)計規(guī)范，通常都詳細(xì)地規(guī)定了設(shè)計必須滿足的各項設(shè)計指標(biāo)或參數(shù)，這嚴(yán)重束縛了建筑師和設(shè)計人員的創(chuàng)造性，限制了新技術(shù)的應(yīng)用，往往導(dǎo)致設(shè)計千篇一律。     盡管規(guī)范的規(guī)定是按照建筑的用途、規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式等進行劃分的，但是不能否認(rèn)這只是在某一范圍內(nèi)對各個不同的建筑物比較粗的劃分。這

4、使得在規(guī)范應(yīng)用中會出現(xiàn)一些不應(yīng)有的偏差，對一些建筑物要求過嚴(yán)，而對另一些建筑物則過松。 §     規(guī)范中的一些內(nèi)容來自于經(jīng)驗，缺乏科學(xué)的定量的論據(jù)。另外，參考國外的做法可能不完全適合我國的情況，更何況我國幅員遼闊，各地區(qū)具有較大的差異。 §     規(guī)范的制定或修訂過程的周期較長，因此執(zhí)行的規(guī)范與實際的設(shè)計需要之間存在時間上的滯后，在一定程度上限制了新技術(shù)、新材料、新工藝、新建筑形式的應(yīng)用和發(fā)展。 §     難以達(dá)到“安全性”和“經(jīng)濟性”的合理匹配。處方式防火設(shè)計規(guī)范一般

5、不明確指出合理的安全目標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)是什么，而是給出設(shè)計的最低標(biāo)準(zhǔn)。因此，這種設(shè)計很難做到既經(jīng)濟又合理。 二、性能化防火設(shè)計     “性能化設(shè)計”源于英文詞匯“performance-based design”，它是以某些安全目標(biāo)為設(shè)計目標(biāo)，基于綜合安全性能分析和評估的一種工程方法。性能化的防火設(shè)計是建立在火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)基礎(chǔ)之上的。     性能化防火設(shè)計方法是建立在火災(zāi)科學(xué)和消防工程（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，對建筑物的火

6、災(zāi)危險性和危害性進行定量的預(yù)測和評估，從而得出最優(yōu)化的防火設(shè)計方案，為建筑物提供最合理的防火保護。 性能化防火設(shè)計與處方式的防火設(shè)計相比較具有以下特點：    （一）基于目標(biāo)的設(shè)計     在性能化防火設(shè)計中，安全目標(biāo)卻是設(shè)計人員必須關(guān)心的內(nèi)容之一。安全目標(biāo)是防火設(shè)計應(yīng)該達(dá)到的最終目標(biāo)或安全水平，除非規(guī)范中有明確的規(guī)定，一般應(yīng)該同消防主管部門、建筑業(yè)主、建筑使用方共同協(xié)商確定。安全目標(biāo)確定后，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑物的各種不同空間條件、功能要求、及其他相關(guān)條件，自由選擇達(dá)到防火安全目標(biāo)而應(yīng)采取的各種防火措施并將其有機地結(jié)合起來，構(gòu)成建筑物的總體防火

7、設(shè)計方案。    （二）綜合的設(shè)計     在性能化設(shè)計中，應(yīng)該綜合考慮各個防火子系統(tǒng)在整個設(shè)計方案中的作用，而不是將各個子系統(tǒng)單純地疊加。     其次，只考慮建筑物的設(shè)計是不夠的，而必須同時考慮在施工階段應(yīng)該體現(xiàn)設(shè)計中所要求的性能，防止在維護管理時功能下降，并要正確合理地使用。    （三）合理的設(shè)計     保證建筑物需要滿足的防火安全水平的前提下，更合理的配置各個防火子系統(tǒng)。既安全又經(jīng)濟。 第二節(jié) 性能化設(shè)計的支撐體系和基本內(nèi)容 一、性能設(shè)計的運行流程 二、

8、性能化設(shè)計的三個支撐要素     實現(xiàn)性能設(shè)計首先必須要有三個必要的支撐要素：    （一）性能規(guī)范     規(guī)范的作用是制定防火安全的系統(tǒng)目標(biāo)。其條文非常簡潔，性能規(guī)范的制定必須有配套科研項目的配合，需要來自科研、工程及管理等各個領(lǐng)域的專家共同進行。     由指令性規(guī)范向性能規(guī)范的轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的。目前國際上所謂性能規(guī)范都只是包含部分性能規(guī)定，并沒有百分之百的性能規(guī)范。指令性規(guī)定將逐步被性能規(guī)定替代，在相當(dāng)長時期內(nèi)二者可以并存。    （二）技術(shù)指南 

9、0;   與性能規(guī)范相配套的技術(shù)指南提供了一些較成熟的設(shè)計方法供設(shè)計人員參考，并對建筑物內(nèi)消防系統(tǒng)整體的有效性進行評估。還給出為實現(xiàn)規(guī)范中的性能目標(biāo)所應(yīng)達(dá)到的性能參數(shù)的取值范圍。 § 美國消防工程師協(xié)會出臺的設(shè)計指南明確表明了它的三個基本功能：     1、為消防工程師和消防審核部門提供指導(dǎo)，以幫助他們確定并驗證某個建筑項目達(dá)到了消防安全目標(biāo)；     2、對性能化設(shè)計過程中應(yīng)予考慮的參數(shù)進行明確說明；     3、為消防工程師提供一種設(shè)計方法，使他們能夠制定出既達(dá)到消防安全

10、要求，又不受其他不必要的限制，同時又能被各有關(guān)方面所接受的消防安全設(shè)計方案。    （三）評估模型     建立在科學(xué)實驗、計算模型和概率分析基礎(chǔ)上的評估模型可對設(shè)計方案在建筑火災(zāi)中的實際應(yīng)用效果進行測算和模擬，并判斷其是否能實現(xiàn)既定的性能目標(biāo)。在火災(zāi)安全評估中有許多評估模型，其中有兩種較復(fù)雜的評估模型被認(rèn)為是評價性能設(shè)計的最重要的評估模型。     1、區(qū)域模型     區(qū)域模型通常把房間分為兩個控制體，即上部熱煙氣層與下部冷空氣層。目前使用的比較多的、有典型作用的區(qū)域模型是由美國標(biāo)

11、準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）開發(fā)的計算多室火災(zāi)與煙氣蔓延的CFAST模型。CFAST可以用來預(yù)測用戶設(shè)定火源條件下建筑內(nèi)的火災(zāi)環(huán)境。     2、場模型     場模型也稱作CFD（Computational Fluid-Dynamics ）模型，即計算流體動態(tài)模型。是用數(shù)學(xué)方法，通過求解代表物理定律的數(shù)學(xué)方程，來預(yù)測流體流動、熱傳輸、質(zhì)量傳輸、化學(xué)反應(yīng)和相關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科。     目前國際上廣泛采用的FLUENT和FDS軟件。FLUENT軟件作為大型商業(yè)軟件的杰出代表，在模型制作、網(wǎng)格劃分、湍流模型等方面具

12、有無與倫比的優(yōu)勢，其劣勢為雖然具有燃燒模型，但是沒有為消防專門進行過優(yōu)化，模型配置需要較強流體力學(xué)背景；而FDS作為專業(yè)消防的惟一一款免費軟件，也具有相當(dāng)?shù)钠占靶裕侵荒苡镁匦蝸砟M復(fù)雜形狀，結(jié)果會有一定程度失真。 三、性能化設(shè)計的基本內(nèi)容     英國建筑物防火安全工程（FSE）設(shè)計主要參考資料為英國國家標(biāo)準(zhǔn)“BSDD240：Part1：1997建筑物防火安全工程防火安全工程原則的應(yīng)用指南”。     有關(guān)FSE設(shè)計可區(qū)分為四個階段：定性設(shè)計、定量分析、基準(zhǔn)比對評估、報告與結(jié)果。     定性設(shè)計的目

13、的用以探討建筑設(shè)計有何危害、會造成什么后果，或設(shè)定防火安全目標(biāo)及分析方法。此階段可使設(shè)計師了解整體的防火策略。     定量分析則對防火建議方案的有效性加以計算驗證。定量分析有兩種：    （1）決定性程序 將火災(zāi)成長、擴展、煙移動及對人員后果影響予以定量化（從理論分析、經(jīng)驗關(guān)系推論、使用方程式及火災(zāi)模擬方法）。    （2）概率性程序 估算發(fā)生某種不預(yù)期火災(zāi)情景的可能性（利用火災(zāi)發(fā)生頻率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、系統(tǒng)可靠度、建筑背景資料及決定性程序所獲得的資料）。     定量分析系統(tǒng)包含以下六項子系統(tǒng)。

14、    SS1：起火居室內(nèi)火災(zāi)發(fā)生及發(fā)展； SS2：煙及有毒氣體的擴散； SS3：火災(zāi)延燒超過起火居室以外； SS4：火災(zāi)探測及消防設(shè)施的啟動； SS5：消防行動介入； SS6：人員避難。     基準(zhǔn)比對評估則以所設(shè)定的基準(zhǔn)值（從決定或概率性程序所獲得）用來與實際結(jié)果（絕對限界值或比較限界值）比較。     報告與結(jié)果的內(nèi)容宜包括研究目標(biāo)、建筑物基本資料描述、結(jié)果分析（假設(shè)條件、計算過程、靈敏度分析）、結(jié)果與合格基準(zhǔn)比較、管理要求、結(jié)論、參考資料等。 第三節(jié) 性能化設(shè)計的基本步驟一、確定性能化設(shè)計的內(nèi)容

15、 及工程參數(shù)    （一）性能化設(shè)計內(nèi)容     建筑物的防火設(shè)計必須依據(jù)國家現(xiàn)行的防火規(guī)范進行，只有在下列情況下才允許采用性能化的設(shè)計方法：     防火規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)沒有涵蓋、按現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)實施確有困難或影響建筑物使用功能的建筑工程。     由于采用新技術(shù)、新材料、新的建筑形式和新的施工方法，在實際應(yīng)用中有可能產(chǎn)生防火安全問題的建筑工程。     重大建筑工程，安全目標(biāo)超出一般要求的政治敏感度高的工程，一旦發(fā)生火災(zāi)危害嚴(yán)重、影響大的工程。  

16、   特殊工程，如地鐵、隧道、地下建筑工程等。     根據(jù)具體情況可以是整座建筑物、建筑物中的某些特殊部分或建筑物的某一特定系統(tǒng)。    （二）工程參數(shù)     包括但不限于以下內(nèi)容：建筑的用途、功能、使用與管理方法，建筑的規(guī)模、尺寸、結(jié)構(gòu)形式和布局，特殊的需要重點保護的區(qū)域，可燃物的分布、數(shù)量和性質(zhì)，人員的數(shù)量、類型、精神狀態(tài)、健康狀況等。 二、確定消防安全總體目標(biāo)、功能目標(biāo)和性能目標(biāo)     1、總體目標(biāo)     消防安全總體目標(biāo)

17、是一個范圍比較廣泛的概念，它表示的是社會所期望的安全水平。主要是用概括性的語言進行描述，概括地說，消防安全應(yīng)達(dá)到的總體目標(biāo)應(yīng)該是保護生命安全、保護財產(chǎn)安全、保護使用功能或服務(wù)的連續(xù)性、保護環(huán)境不受火災(zāi)的有害影響。     2、功能目標(biāo)     其要求常?？梢栽谛阅芑?guī)范中找到。例如，“使不臨近起火位置的人員有足夠的時間達(dá)到一個安全的地方，而不受火災(zāi)的危害?！币簿褪钦f，為了達(dá)到保護生命安全的目標(biāo)，建筑及其系統(tǒng)所具有的功能必須能夠保證人員在火災(zāi)發(fā)生時疏散到安全的地方。一旦功能目標(biāo)確定后，下一步需要確定建筑及其系統(tǒng)具備上述功能應(yīng)該達(dá)到的性能

18、要求，即性能目標(biāo)。     3、性能目標(biāo)     為了實現(xiàn)防火總體目標(biāo)和功能目標(biāo)，建筑材料、建筑構(gòu)件、系統(tǒng)組件以及建筑方法等必須滿足一定性能水平的要求。性能水平是可以量化的，在性能化設(shè)計中還將對其并行計量和分析計算。該性能目標(biāo)將對建筑的防火分隔、火災(zāi)探測與報警系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)，甚至自動噴水滅火系統(tǒng)的性能提出要求。 三、制定設(shè)計目標(biāo)     指為了實現(xiàn)防火總體目標(biāo)，設(shè)計必須達(dá)到的性能水平，稱為設(shè)計目標(biāo)或性能指標(biāo)，因此，設(shè)計目標(biāo)是評估設(shè)計方案是否能夠達(dá)到總體安全目標(biāo)的最終依據(jù)。 § 下面以保護生命安

19、全為總體目標(biāo)，舉例：     防火安全總體目標(biāo)是保護生命安全。     功能目標(biāo)為保證整個建筑物內(nèi)的人員能夠有充足的時間疏散到安全的地點，在疏散過程中必須保護人們不會受到熱輻射和火災(zāi)煙氣的危害。     性能目標(biāo)為限制著火房間火災(zāi)的蔓延。如果火災(zāi)沒有蔓延到著火房間以外，那么起火房間以外的人員就不會受到火災(zāi)熱輻射和火災(zāi)煙氣的影響。     為了滿足上述目標(biāo)，應(yīng)該制定防止著火房間發(fā)生轟燃的指標(biāo)，設(shè)計小組根據(jù)房間的具體情況可能會建立一個性能指標(biāo)，比如控制著火房間內(nèi)煙層的溫度不超過5

20、00。因為在這個溫度下，煙層的熱輻射不會點燃室內(nèi)的其他物品，從而不會發(fā)生轟燃。 四、確定火災(zāi)場景     每個火災(zāi)場景都應(yīng)該涉及火災(zāi)特性、建筑物特性和人員特性三部分的內(nèi)容。     火災(zāi)特性具體包括火災(zāi)位置、起火源、可燃物特性，火災(zāi)增長規(guī)律等。     建筑物特性包括建筑布局、建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料、建筑的運營管理情況、門窗的狀態(tài)、通風(fēng)條件、消防系統(tǒng)的狀況以及其他環(huán)境條件等。     人員特性包括建筑內(nèi)人員的數(shù)量、人員的分布、人員的狀態(tài)（睡眠或清醒）、對環(huán)境的熟悉程度、人員的類型

21、（老人、中青年、兒童、殘疾）等。 五、建立設(shè)計火災(zāi)     設(shè)計火災(zāi)（Design Fire）并不是用來描述建筑內(nèi)的真實的火災(zāi)是如何發(fā)生發(fā)展的，而是用來評估在該火災(zāi)條件下防火設(shè)計方案的安全水平是否達(dá)到設(shè)計的要求，因此所選擇的設(shè)計火災(zāi)應(yīng)具有典型性和代表性，并應(yīng)該使得所采用的防火措施具有一定的安全裕度。     概括設(shè)計火災(zāi)特征的最常用方法是采用火災(zāi)增長曲線。熱釋放速率隨時間變化的典型火災(zāi)增長曲線，一般具有火災(zāi)增長期、最高熱釋放速率期、穩(wěn)定燃燒期和衰減期等共同特征。 六、提出和評估設(shè)計方案     應(yīng)提出多個

22、消防安全設(shè)計方案，并按照規(guī)范的規(guī)定進行評估，以確定最佳的設(shè)計方案。 七、編寫性能化設(shè)計報告     由于設(shè)計報告是性能化設(shè)計能否被批準(zhǔn)的關(guān)鍵因素，所以設(shè)計報告需要包括分析和設(shè)計過程的全部步驟，并且編寫的格式和方式應(yīng)符合權(quán)威機構(gòu)的要求和用戶的需要。編寫的報告中應(yīng)包含以下內(nèi)容：     工程范圍及性能化設(shè)計的內(nèi)容     例如，建筑特征、人員特征、原有的防火措施、來自各方面的設(shè)計的限制條件，以及需要進行性能化設(shè)計的范圍等。     安全目標(biāo)    

23、該部分應(yīng)包括建筑業(yè)主、建筑使用方、建筑設(shè)計單位、性能化防火設(shè)計咨詢單位會和消防主管部門共同認(rèn)定的總體安全目標(biāo)和性能目標(biāo)，并說明性能目標(biāo)是怎樣建立的。     設(shè)計目標(biāo)（性能指標(biāo)）     該部分應(yīng)該說明對應(yīng)不同性能目標(biāo)的性能指標(biāo)是什么，是如何確定的，考慮了那些不確定因素，采用了哪些假設(shè)條件。     火災(zāi)場景設(shè)計     該部分需要說明選擇火災(zāi)場景的依據(jù)和方法，并對每一個火災(zāi)場景進行討論，列出最終需要分析的典型火災(zāi)場景。     設(shè)計方案的分析與

24、評估     該部分應(yīng)包括：分析與評估中采用的工具、方法和參考資料，計算中的邊界條件和輸入?yún)?shù)，并說明設(shè)計方案是如何滿足安全判定指標(biāo)的。     總結(jié)     該部分是對前面所有工作的總結(jié)，應(yīng)包括此次設(shè)計的內(nèi)容、目標(biāo)、最終設(shè)計方案、相關(guān)的假設(shè)條件或要求。     單位和人員資質(zhì)說明     此部分包含設(shè)計單位的名稱、經(jīng)營范圍、設(shè)計資質(zhì)，參與本設(shè)計項目的防火工程師的相關(guān)工作經(jīng)歷等 。 第四節(jié) 各國性能化防火設(shè)計的研究情況  &#

25、160; 自20世紀(jì)70年代起，一些發(fā)達(dá)國家就開始系統(tǒng)研究以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計方法，英國早在1985年修訂其建筑規(guī)范時就已經(jīng)將性能化的設(shè)計方法作為一種可供選擇的防火設(shè)計方法。新西蘭、日本和澳大利亞在大量研究工作的基礎(chǔ)上，提出了性能化的設(shè)計規(guī)范和指南。美國、加拿大、法國、芬蘭、瑞典等國也都在積極開展性能化設(shè)計方面的研究工作。在我國，采用性能化防火設(shè)計并制定相應(yīng)的規(guī)范也是大勢所趨，目前正處于積極準(zhǔn)備之中。 一、國外性能化防火設(shè)計研究概況     （一）英國     英國第一部有關(guān)防火的建筑規(guī)范是1666年倫敦大火后開始制訂的。1

26、973年將大部分已有的法規(guī)進行統(tǒng)一，形成了一部法案，但在形式上仍然是處方式的規(guī)范。     20世紀(jì)80年代初，英國對建筑規(guī)范進行了改 革，于1985年完成了建筑規(guī)范的修訂，明確提出可以將性能化設(shè)計方法作為一種可選的防火設(shè)計方法，率先實現(xiàn)了建筑防火設(shè)計由處方式設(shè)計規(guī)范向性能化設(shè)計規(guī)范的轉(zhuǎn)變。     1997年正式發(fā)布了英國標(biāo)準(zhǔn)BS DD240建筑火災(zāi)安全工程（Fire Safety Engineering in Buildings）（草案），為建筑的防火安全設(shè)計提供了一個工程解決方法的框架。     （

27、二）加拿大     1941年頒布了第一個能夠被加拿大境內(nèi)所有地區(qū)采用的建筑規(guī)范加拿大建筑規(guī)范(NBC)。有關(guān)性能化設(shè)計消防安全評估方面的工作始于20世紀(jì)80年代初。     目前加拿大以目標(biāo)為基礎(chǔ)的規(guī)范框架包括以下三個部分。     一套不斷明確的目標(biāo)。     具有明確功能和目標(biāo)的強制性要求。     可接受的解決方案和批準(zhǔn)文件。    （三）新西蘭     新西蘭的性能化規(guī)范研究工作始于20

28、世紀(jì)80年代末，并于1992年頒布了性能化的建筑法規(guī)新西蘭建筑規(guī)范。     新西蘭坎特伯雷大學(xué)高級工程中心研究制訂了防火安全設(shè)計指南。設(shè)計指南提供了防火安全設(shè)計指導(dǎo)原則和方法。    （四）美國     美國同時存在三種規(guī)范。其中，國家建筑規(guī)范(BOCA)主要適用于美國中西部、東北部和大西洋沿岸中部；南方建筑規(guī)范(CSBC)主要適用于美國南部；統(tǒng)一建筑規(guī)范(UBC)，適用于美國西部。     1971年，美國的通用事務(wù)管理局（GSA）形成了建筑火災(zāi)安全判據(jù)（Building Fire

29、 Safety Criteria）的附錄D“以目的為基準(zhǔn)的建筑防火系統(tǒng)方法指南”。此后，NFPA550標(biāo)準(zhǔn)防火系統(tǒng)概念樹指南（Guide To Systems Concepts for Fire Protection）和NFPA101A保證人員安全的替代性方法指南（Guide on Alternative Approaches to Life Safty）。     20世紀(jì)80年代，在美國實施了一個國家級的火災(zāi)風(fēng)險評估項目，其結(jié)果形成了FRAM-WORKS模型。     1988年美國防火工程師協(xié)會（SFPE）編輯出版了大型工具書S

30、FPE防火工程手冊（Handbook of Protection Engineering）。     1991年后，卡斯特（Caster）和米切姆（Meacham）等人開始研究性能化分析和設(shè)計的步驟，1997年，出版合著以性能為基礎(chǔ)的火災(zāi)安全導(dǎo)論（Introduction to Performance-based Fire Safety）。     2000年SFPE在這些人的研究基礎(chǔ)上，編寫了建筑物性能化防火分析與設(shè)計工程指南（The SFPE Guide To Performance-based Fire Protection A

31、nalysis and Design，Draft for Comments）。     NFPA的標(biāo)準(zhǔn)也開始發(fā)展體現(xiàn)性能化防火分析與設(shè)計思想的標(biāo)準(zhǔn)。NFPA采用的基本上是處方式設(shè)計方法和性能化設(shè)計方法并存的雙軌制。    （五）日本     自20世紀(jì)50年代起日本一直采用高度指令性的建筑規(guī)范體系，即建筑基準(zhǔn)法。     1982年日本建設(shè)省(MOC)的建筑研究院(BRI)形成了“建筑物綜合防火安全設(shè)計體系”。 1994年翻譯成中文建筑物綜合防火設(shè)計。   

32、0; 19931998年間，開展了“防火安全性能評估方法的研究”。制定了性能化建筑防火安全框架。     1996年，開始修訂建筑基準(zhǔn)法，并向性能化規(guī)范轉(zhuǎn)變，并于2000年6月頒布實施，在建筑基準(zhǔn)法中提供了安全疏散和結(jié)構(gòu)耐火的評估驗證方法。    （六）澳大利亞     在20世紀(jì)70年代末，開始進行建筑火災(zāi)危險性評估模型的研究，澳大利亞與加拿大國家研究院合作，分別形成了澳大利亞的CESARE-RESK程序和加拿大的FIRECAM程序。     澳大利亞于1989年起草了全國建筑防火系

33、統(tǒng)規(guī)范草案（NBFSSC）。1996年，澳大利亞正式頒布了本國的第一部性能化建筑防火設(shè)計規(guī)范Building Code of Australia1996，簡稱BCA96。     1996年，防火規(guī)范改革中心（FCRC），推出了防火工程指南（Fire Engineering Guideline），該指南以落實性能化規(guī)范為中心，制訂出一套三等級的防火工程系統(tǒng)評估方法。 二、國外發(fā)展性能化防火設(shè)計的特點     1、在研究性能化防火設(shè)計的發(fā)展規(guī)劃時，必須仔細(xì)考慮發(fā)展合理的以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計體系。   

34、60; 2、性能化防火設(shè)計的關(guān)鍵是對建筑物的火災(zāi)危險狀況做出科學(xué)的客觀的恰如其分的分析。     3、對每一個國家來說，在其性能化防火設(shè)計規(guī)范制訂出來之前，性能化設(shè)計方法就已經(jīng)在建筑設(shè)計中發(fā)揮了重要作用。     4、開始著手制訂性能化防火設(shè)計規(guī)范體系，不僅需要發(fā)展以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的設(shè)計方法，還需要制訂與這種規(guī)范相配套的技術(shù)法規(guī)，如設(shè)計指南等。     5、規(guī)劃并實施性能基礎(chǔ)規(guī)范體系的組建工作，除了需要建立以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的建筑防火設(shè)計技術(shù)法規(guī)外，還需要建立一些必要的保證條件，如研究提出并確定建筑防火設(shè)計

35、審查的方法與程序、相應(yīng)的專業(yè)教育與專業(yè)人才培養(yǎng)制度、專業(yè)人員的資質(zhì)認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和制度等。     6、還需要看到，即使是性能化防火設(shè)計規(guī)范制訂出來以后，性能化設(shè)計也不可能完全取代處方式的設(shè)計。在相當(dāng)長的時期內(nèi)，處方式設(shè)計方法仍將發(fā)揮作用。 三、目前我國建筑防火設(shè)計研究的現(xiàn)狀    1965年前后，成立公安部四個消防科研所，標(biāo)志著火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)的研究在我國正式啟動。     1984年中國消防協(xié)會正式成立。     1985年中國人民武裝警察部隊學(xué)院消防工程系和消防指揮系正式

36、成立。     1986年由聯(lián)合國開發(fā)計劃署和中華人民共和國建設(shè)部聯(lián)合投資組建中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所。     1989年火災(zāi)科學(xué)國家重點實驗室開始籌建，主要從事火災(zāi)科學(xué)的理論研究工作。     1995年國家“九五”科技攻關(guān)項目“地下大型商場火災(zāi)研究”，開始關(guān)注建筑物的性能化防火設(shè)計，     2000年國家“十五”科技攻關(guān)項目“重大工業(yè)事故與城市火災(zāi)防范及應(yīng)急技術(shù)的研究”，標(biāo)志著我國建筑物性能化防火設(shè)計的理論研究和應(yīng)用研究開始進入了全面發(fā)展的階段。  

37、   目前，雖然性能化防火設(shè)計方法是防火設(shè)計的一種發(fā)展趨勢，在一個很長的時期內(nèi)我們還不能完全脫離處方式的設(shè)計方法，原因有以下三點：     處方式的設(shè)計方法雖然有局限性，但是已經(jīng)形成了一條系統(tǒng)化的分析和設(shè)計方法，而性能化防火設(shè)計在這一方面還不夠完善。     人們對性能化防火設(shè)計需要一個認(rèn)識和接受的過程，而且需要培養(yǎng)一批具備性能化防火設(shè)計資質(zhì)的設(shè)計人員。     性能化的設(shè)計需要進一步的規(guī)范。特別是在設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計方法和分析工具選擇方面沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。   

38、0; 目前國際上性能化防火設(shè)計的理論和工程技術(shù)方面已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展，但是還有許多問題需要進一步地研究，包括火災(zāi)試驗數(shù)據(jù)庫的建立和適合工程應(yīng)用的分析工具的開發(fā)等。 第五節(jié) 發(fā)展我國性能化防火設(shè)計規(guī)范的幾個問題    性能化設(shè)計規(guī)范是指導(dǎo)按性能化方法進行建筑防火設(shè)計的法規(guī)文件，它對進行性能化設(shè)計中應(yīng)當(dāng)滿足的要求、應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)程和應(yīng)當(dāng)注意的問題等做出必要的規(guī)定。     由指定性規(guī)范向性能化規(guī)范的轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的。目前國際上所謂的性能規(guī)范都只是包含部分性能規(guī)范，并沒有百分之百的性能規(guī)范。指令性規(guī)范與性能規(guī)范不是簡單的代替，而是在相當(dāng)長

39、的時期內(nèi)并存或互補，這樣既不妨礙新技術(shù)的應(yīng)用，又能夠保持當(dāng)前的安全程度。     在我國推行性能化防火設(shè)計和制定相應(yīng)的性能化規(guī)范應(yīng)注意以下幾個問題：     1、正確認(rèn)識我國現(xiàn)行規(guī)范的地位     目前對于大部分建筑防火設(shè)計來說，重要的是應(yīng)當(dāng)強調(diào)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范，而不是急于用目前尚不夠完備的性能化設(shè)計方法全面取代處方式設(shè)計規(guī)范。即使今后在我國制訂出了性能化防火設(shè)計規(guī)范，但在一段相當(dāng)長的時間內(nèi)，處方式防火設(shè)計方法還將存在下去。     2、客觀地認(rèn)識兩種規(guī)范的優(yōu)缺點  

40、;   處方式防火設(shè)計規(guī)范存在著不少缺點，主要表現(xiàn)在：     規(guī)范中有些規(guī)定過于死板，難以適應(yīng)不同地區(qū)的具體要求。     這種規(guī)范不利于及時運用先進的消防技術(shù)。     處方式規(guī)范中不少規(guī)定不適用于許多特殊建筑，有些矛盾還相當(dāng)明顯。     按照處方式設(shè)計規(guī)范的條文要求，某些差別較大的建筑可能采取幾乎一模一樣的防火要求，難以做到火災(zāi)防治的科學(xué)性、有效性和投資合理性的統(tǒng)一。     處方式設(shè)計規(guī)范也有許多突出的優(yōu)點，規(guī)范的很

41、多條文是根據(jù)大量經(jīng)驗教訓(xùn)或試驗數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，在其規(guī)定的范圍內(nèi)具有很強的可靠性，而且具有設(shè)計簡單、便于操作的優(yōu)點。     現(xiàn)行的性能化防火設(shè)計規(guī)范也存在一定的缺點，例如要求進行大量的定量計算，設(shè)計者必須具備堅實的火災(zāi)安全的基礎(chǔ)知識，有些計算所需要的時間較長，工作量大，設(shè)計方法不夠方便。     3、進一步分析消化國外的性能化防火設(shè)計方法和規(guī)范     4、積極而慎重地支持性能化防火設(shè)計方法的應(yīng)用     建立工程設(shè)計試點，同時選用一些比較成熟的火災(zāi)危險分析方法進行定量評估，

42、并按嚴(yán)格的程序進行設(shè)計和審批，以取得一些有益的運作經(jīng)驗。     5、制定適應(yīng)現(xiàn)階段需要的性能化防火設(shè)計指南     在大力支持采用性能化防火設(shè)計的同時，國家行政主管部門還應(yīng)當(dāng)制定一些適用的監(jiān)督、檢查和管理辦法，或稱之為“性能化防火設(shè)計指南”，作為現(xiàn)階段開展性能化設(shè)計的技術(shù)指導(dǎo)。     6、為制定我國的性能化設(shè)計規(guī)范做好準(zhǔn)備 第一節(jié) 建筑火災(zāi)過程的計算機模擬火災(zāi)模型 一、火災(zāi)模型（Fire Modeling）的種類     運用數(shù)學(xué)手段模擬計算火災(zāi)的發(fā)展過程是認(rèn)識火災(zāi)特點和

43、開展有關(guān)分析的重要手段，尤其對建筑物的性能化分析和設(shè)計來說尤為重要。經(jīng)過二三十年的研究，現(xiàn)在已發(fā)展出了多種分析火災(zāi)的數(shù)學(xué)模型，一般簡稱為火災(zāi)模型。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在有6070種比較完善的火災(zāi)模型可供選用。     火災(zāi)模型可分為確定性模型和不確定性模型兩大類。     確定性模型是根據(jù)質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒等基本物理定律建立的。如果給定有關(guān)空間的幾何尺寸、物性參數(shù)、相應(yīng)的邊界條件和初始條件，利用這種模型可以得到相當(dāng)準(zhǔn)確的計算結(jié)果。     不確定性模型，如統(tǒng)計模型和隨機模型。這種模型把火災(zāi)的發(fā)展看成一系列

44、連續(xù)出現(xiàn)的狀態(tài)（或事件），而由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)有一定的概率。通過這種概率的分析計算，可以得到出現(xiàn)某種結(jié)果狀態(tài)的概率分布。     常用的確定性火災(zāi)模型主要有經(jīng)驗?zāi)Ｐ停‥xperiential Model）、區(qū)域模型（Zone Model）、場模型（Field Model）和網(wǎng)絡(luò)模型（Net-Works）等。     1、經(jīng)驗?zāi)Ｐ褪且詫嶒灉y定的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗為基礎(chǔ)建立的。依據(jù)實際火場的資料和大量的火災(zāi)試驗，分析整理關(guān)于火災(zāi)分過程的經(jīng)驗公式。     2、區(qū)域模型、場模型和網(wǎng)絡(luò)模型則是將質(zhì)量、動量、能量等

45、基本定律結(jié)合溫度、煙氣的濃度以及人們關(guān)心的其他參數(shù)表達(dá)成微分方程組。    （1）區(qū)域模型通常把房間分為兩個控制體，即上部熱煙氣層與下部冷空氣層。在火源所在的房間，有時還增加一些控制體來描述煙氣羽流與頂棚射流。    （2）場模型把一個房間劃分為幾千個甚至上萬個小控制體，可以是一維、二維或者三維的，因而可以給出室內(nèi)各個局部的有關(guān)參數(shù)的變化。    （3）網(wǎng)絡(luò)模型則把系統(tǒng)中的每個特殊區(qū)域（例如房間）作為一個節(jié)點處理。在每個節(jié)點上，煙氣的溫度、濃度、代表的組分的含量等參數(shù)具有相同的值。這種模型的最大優(yōu)點是它可以考慮包括多個房間，但其結(jié)果顯

46、然比較粗糙。 二、國際上常用的火災(zāi)模型     1、經(jīng)驗?zāi)Ｐ?    FPETOOL由“Fire Protection Engineering Tools”縮寫成的，是美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）建筑與火災(zāi)研究所開發(fā)的一種專家系統(tǒng)工具模型。本模型主要使用一些成熟的經(jīng)驗公式來描述建筑火災(zāi)的多個分過程。     2、區(qū)域模型    （1）ASET與ASET-B模型     ASET，“Available Safe Egress Time”，其含義是有效安全

47、疏散時間計算程序。它也是由美國NIST開發(fā)的。該模型是一個用于計算門窗關(guān)閉的單個房間內(nèi)熱煙氣層溫度和高度的模型，ASET-B模型是ASET模型的簡化版本，它具有與ASET基本相同的功能。該模型可以用來預(yù)測起火房間內(nèi)人員生命和財產(chǎn)損失開始受到傷害的時間。    （2）HARVARD-V和FIRST模型     HARVARD-V模型是由美國哈佛大學(xué)埃蒙斯（Emmons）和密特勒（Mitler）等開發(fā)的單室區(qū)域模型。FIRST模型則是美國NIST在HARVARD-V的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。它可以計算在用戶設(shè)定的引燃條件或設(shè)定的火源條件下，單個房間內(nèi)火災(zāi)

48、的發(fā)展情況，可以預(yù)測多達(dá)3個物體被火源加熱和引燃的過程。    （3）CFAST與HAZARD1模型     CFAST模型是美國NIST開發(fā)的區(qū)域式計算多室火災(zāi)與煙氣蔓延的程序。該模型主要是由早期的FAST模型發(fā)展而來，它還融合了NIST開發(fā)的另一個火災(zāi)模型CCFM中先進的數(shù)值計算方法，從而將CFAST模型和火災(zāi)探測模型DETECT、人員承受極限模型TENEB及人員疏散模型（EXIT）組合起來，形成功能更健全的HAZARD1模型。這一模型曾一度受到人們的普遍關(guān)注。 3、場模型    （1）JASMINE模型  &

49、#160;  JASMINE模型是由英國火災(zāi)研究站（Fire Research Station，F(xiàn)RS）在計算流體動力學(xué)模型PHOENICS的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的、專用于火災(zāi)過程場模擬計算的模型，它采用了湍流雙方程模型和簡單的輻射模型。    （2）FDS模型     FDS（Fire Dynamics Simulator）是美國NIST開發(fā)的一種場模擬程序，F(xiàn)DS采用數(shù)值方法求解一組描述熱驅(qū)動的低速流動的Navier-Stokes方程，重點計算火災(zāi)中的煙氣流動和熱傳遞過程。 4、其他模型    （1）BFSM模型 &

50、#160;   BFSM 模型是一種用來評估住宅式建筑內(nèi)的火災(zāi)發(fā)展、燃燒產(chǎn)物的蔓延以及人員疏散行為的3者之間相互關(guān)系的模型。這個模型是一個概率模型。    （2）COMPF2模型     COMPF2 模型是一個分析單個房間轟燃的專用模型。    （3）DETACT-QS模型     DETACT-QS 模型是用于計算不受限頂棚下由溫度控制的消防裝置啟動時間的專用模型。    （4）ASCOS模型     ASCOS模型是一個

51、分析煙氣控制系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)空氣流動的專用模型。    （5）FASBUS模型     FASBUS模型是一種運用有限元方法分析暴露于火場中的鋼框架樓板耐抗火反應(yīng)的專用模型。 三、火災(zāi)模型的局限性     1、包括區(qū)域模型和場模型在內(nèi)的大部分火災(zāi)模型并沒有模擬可燃物的實際燃燒過程。     熱釋放速率是反映物品燃燒特性的基本參數(shù)，目前常用的方法是將火源抽象為一個按一定規(guī)律變化的熱源。     2、輸入?yún)?shù)難以保證其準(zhǔn)確性     模

52、擬計算結(jié)果的正確性強烈依賴于輸入數(shù)據(jù)的合理性，因此就有可能導(dǎo)致模擬計算的結(jié)果與實際情況有一定的偏差。     3、現(xiàn)在多數(shù)成熟的火災(zāi)模型都在某種程度上與試驗數(shù)據(jù)進行了比較，不過還沒有哪種模型曾經(jīng)進行過全面驗證。     4、每種模型的適用范圍是有限的，模型開發(fā)者只能做到在一定的范圍內(nèi)保證模型計算的結(jié)果可靠，因此使用者必須熟悉模型的基本假設(shè)及其局限性。 第三節(jié) 建筑火災(zāi)中人員安全疏散的計算機模擬疏散模型一、人員安全疏散的基本條件     火災(zāi)中人員的安全疏散指的是在火災(zāi)煙氣未達(dá)到危害人員生命的狀態(tài)之前，將建

53、筑物內(nèi)的所有人員安全疏散到安全區(qū)域的行動。     可用安全疏散時間（ASET）是火災(zāi)發(fā)展到對人構(gòu)成危險所需的時間。     所需安全疏散時間（RSET）是人員疏散到達(dá)安全區(qū)域所需要的時間。 下面結(jié)合圖1-1所示的時間線概念說明。     ASET=tdth     RSET= tbtcts     tb-從起火到室內(nèi)人員覺察到起火的時間；     tc疏散準(zhǔn)備所用的時間；     ts

54、疏散到安全地帶的時間。     因而保證人員安全疏散的基本條件是：     ASETRSET 二、火災(zāi)時臨界危險狀態(tài)的判定     火災(zāi)中的臨界危險狀態(tài)是指在火災(zāi)環(huán)境可對室內(nèi)人員造成嚴(yán)重傷害的火災(zāi)狀態(tài)。    （）當(dāng)上部煙氣層的溫度高于180時，人體接受的熱輻射通量超過0.25W/cm2時，將造成嚴(yán)重灼傷；    （）當(dāng)煙氣層界面低于人眼特征高度（通常為1.21.8m），煙氣層溫度約為110120，會直接燒傷人。    （）當(dāng)煙氣層界面低于人眼特

55、征高度時，CO濃度達(dá)到0.25就可對人構(gòu)成嚴(yán)重危害。     在某場火災(zāi)時，這三種危險狀況哪一個先到達(dá)就采取哪一個作為判斷依據(jù)。 三、人對火災(zāi)的反應(yīng)過程     大量調(diào)查分析表明，在火災(zāi)中人們所做出的反應(yīng)大體可分為察覺火災(zāi)跡象、確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生和采取逃生行動3個主要步驟。     1、覺察火災(zāi)跡象     火災(zāi)跡象可以直接覺察到，例如，聞到煙氣的異味，看到煙氣的蔓延；也可以是間接得到，例如，通過聲光報警系統(tǒng)所聽到的、看到的，或由其他人告知的等。    

56、; 不同的人對火災(zāi)跡象的反應(yīng)存在很大的差別，不同類型人員，其反應(yīng)的時間過程可能相差很大。     2、確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生     確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生包括證實火災(zāi)存在、確定火災(zāi)危險、評估火災(zāi)危險、選擇是否疏散或者是否重新評估等。     3、采取逃生行動     主要有以下幾種類型：     尋找火源，主動滅火；     通知或協(xié)助他人撤離；     向消防隊報警，請求滅火支援；  

57、0;  收拾財物，然后準(zhǔn)備逃離；     直接逃離現(xiàn)場；     出現(xiàn)恐慌行為，無法自主行動或盲目行動。 四、人員疏散模型的研究     從20世紀(jì)80年代開始，人員疏散的計算機模擬就得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)在國際上已有20多種發(fā)展比較成熟的人員疏散模型，如EVACENT、EXIT89、EGRESS、CRISP等已受到人們較多的注意。有些模型是針對建筑類型開發(fā)的，其適應(yīng)性較強，如EXIT89適用于高層建筑的人員疏散，BFIRES更加適中用于醫(yī)院等類型建筑的人員疏散。在一些綜合性的建筑火災(zāi)風(fēng)險評估模型中

58、也大都包括人員疏散模型，例如HAZARD1中的EXIT模型、FIRECAM程序中人員逃生子模型等。    （一）人員疏散模型的類型與結(jié)構(gòu)     按疏散模式來分，主要有單一參數(shù)模型、運動模型和混合模型三類。     單一參數(shù)模型是根據(jù)非緊急狀況下的人員疏散演習(xí)的結(jié)果建立的，可以簡單計算一定數(shù)量的人通過限定寬度的出口或確定距離的通道所需的時間；     運動模型基本上是將在網(wǎng)絡(luò)中運動的人群近似看做管中流動的水，人員的疏散方向和速度僅僅由人員的密度、出口的疏散能力等因素決定；  

59、   混合模型不僅考慮受限空間的物理狀況，而且考慮人員的行為特點，也就是說考慮人員對火災(zāi)信號的響應(yīng)及其個體的行為特點，例如他們對火災(zāi)的響應(yīng)時間、選擇出口的方式等。     在建立人員疏散模型時，需要解決以下幾個基本問題：     1、受限空間的表示方式     通常有細(xì)網(wǎng)絡(luò)法和粗網(wǎng)絡(luò)法兩種表示方法。在每種方法中，所涉及的空間都被劃分為若干小區(qū)域，每個小區(qū)域都以某種特定的方式與臨近的小區(qū)域相連。     細(xì)網(wǎng)絡(luò)法：整個受限空間需要劃分為許多小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。用這種方法可以比較準(zhǔn)確地表示受限空間的幾何形狀及其內(nèi)部障礙物的位置，并可在人員疏散的任意時刻確定每個人的準(zhǔn)確位置。     粗網(wǎng)絡(luò)法：需要按照實際建筑結(jié)構(gòu)的分隔狀況來確定其幾何形狀。因