性能化回顧與展望

性能化研究回顧與展望性能化研究回顧近二十年來，之所以在世界范圍內(nèi)興起了一場以發(fā)展性能為基礎(chǔ)的建筑規(guī)范的運(yùn)動，主要是基于三個方面的原因[1]：（1）加快技術(shù)革新;（2）節(jié)省建筑防火設(shè)計和其他方面的投資;（3）促進(jìn)國際貿(mào)易和技術(shù)交流，提高本國產(chǎn)品的競爭力。如美國每年在新建和改建建筑上的花費高達(dá)700億美元，其中20%是用在確保建筑消防安全上，不能不說這是一個巨大而缺乏理性的投資，而這在一些還沒有實行性能化規(guī)范的國家更是司空見慣。另一方面，世界范圍內(nèi)一些發(fā)展中國家建筑市場的蓬勃發(fā)展也為消防新產(chǎn)品和新技術(shù)的開發(fā)提供了機(jī)遇和動力。為此，英國等國家從20世紀(jì)80年代就開始以建筑規(guī)范和建筑消防安全為研究對象，對其規(guī)范模式和規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行革新和修改，建立性能化規(guī)范體系，開發(fā)相關(guān)的設(shè)計指南和評估方法。同樣，我國的防火設(shè)計規(guī)范與目前特殊建筑設(shè)計之間的矛盾在上個世紀(jì)90年代就已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，而最近幾年隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們觀念的更新，性能化建筑防火設(shè)計正引起越來越多人的興趣和參與，這無疑會推動我國的性能化研究向深入方向發(fā)展。1.1國外性能化研究回顧實際上，性能化消防設(shè)計思想的最初萌芽可以追溯到20世紀(jì)70年代，短短的三十多年，這種思想已經(jīng)成為國際火災(zāi)科學(xué)研究的一個熱點。英國在1985年頒布了第一部性能化防火規(guī)范后，緊接著日本、加拿大、澳大利亞、新西蘭、美國以及北歐等發(fā)達(dá)國家先后投入大量研究經(jīng)費積極開展了消防安全工程學(xué)和性能化安全設(shè)計方法理論和技術(shù)的研究。1996年，第一屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議在加拿大蒙特利爾舉行；1998年，第二屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議在美國夏威夷舉行；2000年，第三屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議在瑞典龍德大學(xué)舉行；2002年，第四屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議在加拿大的墨爾本舉行，這極大地推動了性能化研究的發(fā)展。目前有不少與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）以及兩個國際組織一國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）和國際建筑研究與改革委員會（CIB）采用或積極發(fā)展性能規(guī)范和基于建結(jié)構(gòu)形式下防火建筑所要求的工程工具和方法，并取得了一定成果，表1為國外性能化設(shè)計研究進(jìn)展[3]。性能化設(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[2]，它運(yùn)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(dá)到消防安全目的而應(yīng)采用的各種防火措施，并將其有機(jī)的結(jié)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)的工程學(xué)方法，對建筑的火災(zāi)危險性和危害性進(jìn)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(hù)。圖1為性能化消防設(shè)計流程圖。確定工程位置確定消防安全總體目標(biāo)確定功能目標(biāo)確定性能指標(biāo)設(shè)計火災(zāi)場景確定工程位置確定消防安全總體目標(biāo)確定功能目標(biāo)確定性能指標(biāo)設(shè)計火災(zāi)場景進(jìn)行實驗設(shè)計評估實驗設(shè)計選擇最后的方案選擇的設(shè)計是否滿足性能要求性能化設(shè)計報告說明、圖紙和使用、維護(hù)手冊消防工程設(shè)計簡介NoYes校正設(shè)計目標(biāo)表1國外性能化研究的發(fā)展歷程[3]時間國家與進(jìn)展1971美國綜合服務(wù)行政政管理署(GSAA)舉辦關(guān)于高高層建筑消防防安全的國際際會議1972美國GSA出版建筑安安全標(biāo)準(zhǔn)附錄錄D，并將其作作為以建筑消消防安全為目目標(biāo)設(shè)計的指指南1973美國國家消防協(xié)會會研究消防系系統(tǒng)觀念的技技術(shù)委員會成成立1974美國的Fitzggeraldd開始建筑消消防安全的分分析研究1975美國國家科學(xué)院發(fā)發(fā)表“發(fā)展和實施施一種建筑消消防安全設(shè)計計新方法的計計劃”1976加拿大的Harmmathy出版《建筑筑火災(zāi)安全設(shè)設(shè)計方法》1979澳大利亞的VauughanBeck開始火災(zāi)危危險評估模型型的研究1979日本的Kobayyshi發(fā)表“高層建筑火火災(zāi)和生命安安全的評估方方法”1980美國舉辦了關(guān)于系系統(tǒng)方法及其其應(yīng)用的消防防工程師論壇壇1980美國關(guān)于消防技術(shù)術(shù)工程學(xué)應(yīng)用用的SFPEE/NBS工作室成立立1981研究生命安全的SSFPE技術(shù)委員會會發(fā)表了《關(guān)關(guān)于生命安全全的火災(zāi)安全全評估系統(tǒng)》1982-87日本建設(shè)部開始消消防安全設(shè)計計方法發(fā)展的的研究計劃1985首屆國際火災(zāi)科學(xué)學(xué)會議在美國國召開1985英國出版第一部以以性能為基礎(chǔ)礎(chǔ)的建筑規(guī)范范1986SFPE舉辦“生生命安全的定定量分析方法法的論壇”1986美國消防研究中心心與國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)署開始火災(zāi)災(zāi)危險性評估估的研究1987Beck與加拿大大國家研究院院合作開發(fā)火火災(zāi)危險評估估模型1987SFPE舉辦關(guān)于于“火災(zāi)危害定定量分析工具具”的論壇1988消防工程SFPEE手冊出版1989沃倫中心發(fā)表推進(jìn)進(jìn)工程工具在在火災(zāi)安全和和建筑項目中中應(yīng)用的報告告1990加拿大國家建筑火火災(zāi)安全系統(tǒng)統(tǒng)規(guī)范獲起草草并被TheBBuildiingReegulattionRReviewwTaskkForee（BRRTF）采納1990ISO用來研究火火災(zāi)安全工程程方法在建筑筑消防安全中中應(yīng)用的一個個分組織成立立1991伍斯特工藝學(xué)院、美美國國家科學(xué)學(xué)基金會和消消防工程師學(xué)學(xué)會舉辦“21世紀(jì)火災(zāi)安安全設(shè)計”的會議1991-93Custer和MMeachaam為SFPE開設(shè)關(guān)于火火災(zāi)探測系統(tǒng)統(tǒng)性能化設(shè)計計方法的課程程1992新西蘭建筑性能化化規(guī)范開始生生效1992美國1992聯(lián)邦消防防法案開始生生效1992美國電力研究所基基于他們在FIVE方法研究方方面取得的進(jìn)進(jìn)展出版“火災(zāi)危害定定量分析方法法”的文件1992-93英國“應(yīng)用于建筑火災(zāi)的的消防安全工工程原理標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)范草案”出臺1993CIB成立了一個個研究性能化化建筑規(guī)范的的工作組1994CIB研究建筑消消防工程評估估和計算機(jī)火火災(zāi)模型評估估的一個下屬屬工作組成立立1994瑞典建筑、房屋計計劃署引進(jìn)了了帶有性能尺尺度的建筑規(guī)規(guī)范1994新西蘭出版消防工工程設(shè)計指南南1994澳大利亞消防規(guī)范范改革中心成成立1994-95Custer和MMeachaam為SFPE開設(shè)關(guān)于幫幫助指導(dǎo)防火火工程師進(jìn)行行性能化設(shè)計計的課程1995澳大利亞建筑規(guī)范范委員會起草草澳大利亞性性能化建筑規(guī)規(guī)范1995加拿大建筑規(guī)范委委員會開始制制定由處方式式建筑規(guī)范向向性能化規(guī)范范轉(zhuǎn)變的計劃劃1995北歐建筑委員會發(fā)發(fā)表“通過計算驗驗證消防安全全和技術(shù)指南南所要求達(dá)到到的性能要求求”1995澳大利亞建筑規(guī)范范委員會出版版過度時期的的消防工程指指南1995美國NFPA開始由處處方式建筑規(guī)規(guī)范向性能化化規(guī)范的轉(zhuǎn)變變1995日本建設(shè)部開始性性能化規(guī)范研研究的新項目目1995美國SFPE開始性能能化規(guī)范框架架的研究1996澳大利亞于頒布了了性能化《澳澳大利亞建筑筑規(guī)范-1996》(BCA966)2001美國發(fā)布了《國際際建筑性能規(guī)規(guī)范》和《國國際防火性能能規(guī)范》2002美國建議對其20001年ICC性能化規(guī)范范進(jìn)行修改1.2國內(nèi)性能化研究進(jìn)展目前，我國的建筑防火設(shè)計主要依據(jù)各類消防技術(shù)管理規(guī)范。這些規(guī)范是參照世界上發(fā)達(dá)國家的消防技術(shù)規(guī)范并吸收一定的實驗成果，結(jié)合我國的具體國情制定出來的。規(guī)范中給出的設(shè)計參數(shù)和指標(biāo)是在總結(jié)過去的實踐經(jīng)驗和火災(zāi)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上確定的，具有一定的科學(xué)性和合理性。我國自1996年開展性能化研究以來，在大空間建筑火災(zāi)蔓延研究、火災(zāi)早期特性研究以及可燃材料火災(zāi)性能的研究等方面取得了一定的成就。1998年，公安部消防局參加了第二屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議后，組織有關(guān)人員進(jìn)行了深入討論。2000年8月，國家還開展了國家科技基礎(chǔ)性專項資金項目“性能化規(guī)范體系和火災(zāi)特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的研究”[4]等工作。目前，針對有些用性能化思想設(shè)計的建筑，國內(nèi)普遍采用的方法就是專家論證，利用國外所開發(fā)的火災(zāi)模型并結(jié)合自己的經(jīng)驗來評估其安全性。其實，針對在國內(nèi)如何實施性能化規(guī)范，一些專家已經(jīng)提出了一些切實可行的方案，應(yīng)該說理論上的研究已經(jīng)達(dá)到一定的水平。但是目前的研究工作在一定程度上受計算方法、計算工具、火災(zāi)實驗條件、技術(shù)數(shù)據(jù)積累以及火災(zāi)理論等方面的局限，已經(jīng)開發(fā)出來的這些計算機(jī)模型的準(zhǔn)確性、靈活性和實用性仍有待進(jìn)一步提高，尤其是在數(shù)據(jù)的收集和大型計算機(jī)模型的開發(fā)方面我們需仍要做大量細(xì)致的工作，需要我們各個部門和研究機(jī)構(gòu)的密切配合。2建筑火災(zāi)的計算機(jī)模型2.1火災(zāi)模型的發(fā)展建筑防火評估方法是性能化設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，而計算機(jī)模型的開發(fā)又是衡量建筑防火評估方法可靠性的關(guān)鍵。大約在20世紀(jì)60年代初，日本的川越雄邦就對單個房間的穩(wěn)態(tài)燃燒進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，提出了一種簡化的單層區(qū)域數(shù)學(xué)模型[5]，這可以說是火災(zāi)?；芯康拈_始。從那時起，特別是大型高速計算機(jī)的發(fā)展使得火災(zāi)模型的研究得到了迅速發(fā)展。十幾年后，被稱為“美國現(xiàn)代火災(zāi)科學(xué)研究之父”的已故哈佛大學(xué)教授霍華得·艾門斯（HowardW.Emmons）領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了著名的哈佛火災(zāi)模型，推動了美國和西方許多國家對火災(zāi)模型的研究。如今，火災(zāi)模型已從穩(wěn)態(tài)模型發(fā)展到與時間有關(guān)的模型；從描述單個房間火災(zāi)情況的模型發(fā)展到描述幾個、幾十個房間火災(zāi)情況的模型；從轟燃模型發(fā)展到能計算從起火至轟燃后的火災(zāi)發(fā)展全過程的模型。據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，有36種火災(zāi)模型已發(fā)展到比較成熟的程度[6]。其中20種可計算火災(zāi)產(chǎn)生的環(huán)境，主要是溫度隨時間的變化；10種可計算火災(zāi)中的煙氣運(yùn)動；6種可計算火災(zāi)的發(fā)展速率；4種可計算材料的耐火性；4種涉及到火災(zāi)探測器和水噴淋器；2種可計算火災(zāi)中人員疏散的時間。多數(shù)火災(zāi)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。在實際計算時，還需進(jìn)行一些必要的簡化和假設(shè)，或使用不很確定的測量數(shù)據(jù)。所以，火災(zāi)模型的計算結(jié)果只能是實際火災(zāi)一定程度的近似。2.2火災(zāi)模型的種類和原理圖2為常見火災(zāi)模型的種類。區(qū)域模型場模型網(wǎng)絡(luò)模型區(qū)域模型場模型網(wǎng)絡(luò)模型混合模型CFASTHAVARDVFIRSTCFDJASMINEFIRECAM火災(zāi)模型圖2火災(zāi)模型的種類2.2.1FIRECAM混合模型值得一提的是混合模型FIRECAM，它由14個子模型組成：設(shè)計火災(zāi)模型、火災(zāi)增長模型、煙氣流動模型、邊界元失效模型、火災(zāi)蔓延模型、人員對火災(zāi)的感知和反應(yīng)模型、人員疏散逃生模型、煙氣危害性模型、生命損失概率模型、生命預(yù)期危險值模型、消防隊反應(yīng)模型、消防隊有效性模型、火災(zāi)引起的財產(chǎn)損失評估模型、消防設(shè)備投資評估模型。它通過預(yù)測火災(zāi)和煙氣在整個建筑物中的蔓延情況、人員對火災(zāi)的反應(yīng)和疏散逃生運(yùn)動，以及煙氣和火災(zāi)對人員的危害作用，評估在建筑物的設(shè)計壽命期限內(nèi)可能發(fā)生的所有火災(zāi)對居民的生命所造成的總的風(fēng)險，用一個指標(biāo)參數(shù)ERL表示。同時還能計算所有發(fā)生的火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失、災(zāi)后修復(fù)費以及整個消防系統(tǒng)的投資和維護(hù)費用，用FCE表示。通過比較不同設(shè)計方案的ERL，可以判斷某個建筑的消防設(shè)計是否達(dá)到了預(yù)期的消防安全目標(biāo)。根據(jù)指標(biāo)參數(shù)FCE值進(jìn)而評價在滿足消防安全的前提下，哪種消防設(shè)計方案在經(jīng)濟(jì)上是最優(yōu)的，它能將對建筑設(shè)計的安全性和經(jīng)濟(jì)性兩方面要求較好的結(jié)合起來進(jìn)行評估。除了圖2中較復(fù)雜的模型外，國外還研究開發(fā)除了一些相對簡單、對建筑物消防設(shè)施的防火反應(yīng)、人員疏散等情況進(jìn)行評價和預(yù)測的專用模型，也有人將這種簡單的專用模型稱為專家系統(tǒng)。這些專用模型當(dāng)中，有的可以根據(jù)建筑物的空間結(jié)構(gòu)、建筑物的可燃物狀況、通風(fēng)條件等情況、對起火后的火災(zāi)探測報警時間、水噴淋系統(tǒng)的啟動時間、煙氣控制系統(tǒng)的有效性等進(jìn)行評價和預(yù)測；有的可以根據(jù)建筑物內(nèi)人員分布情況，對火災(zāi)時人員緊急疏散的過程和安全疏散所需的時間進(jìn)行模擬和預(yù)測；有的則可以分析和預(yù)測建筑構(gòu)件的耐火性能；有的還可以預(yù)測森林和草原火災(zāi)的蔓延速度和強(qiáng)度。2.2.2區(qū)域模型區(qū)域模型一般將房間分為兩個區(qū)域，包含熱氣層的上部區(qū)域和相對較冷的空氣層。在這樣一個空間內(nèi)，將每個區(qū)域看作一個獨立部分，根據(jù)質(zhì)量、能量和動量守恒方程，并和氣體狀態(tài)方程聯(lián)立，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮喕?，可以得到有關(guān)煙氣層的控制方程組。質(zhì)量守恒方程：能量守恒方程：動量守恒方程：[7]氣體狀態(tài)方程： P=ρRT式中：m是流入每個區(qū)域的質(zhì)量流率；Q是傳到控制容積的熱流率；h是相對于初始溫度的焓差；A是每個區(qū)域的截面積；Z是區(qū)域厚度。方程右邊帶下標(biāo)“i”的各項代表建筑火災(zāi)分過程引起的所研究區(qū)域的質(zhì)量和能量變化，ρ是氣體濃度；f是來自外力的作用；u是輻射強(qiáng)度；τ是粘力張量。區(qū)域模型通常采用半物理的處理方法，給出關(guān)于這些分過程的經(jīng)驗公式，依據(jù)一定的假設(shè)，結(jié)合具體研究對象的初始條件和其它參數(shù)，用數(shù)值方法求解常微分方程組，就得到熱氣層狀態(tài)和高度隨時間的變化規(guī)律。2.3火災(zāi)模型的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景火災(zāi)模型的建立離不開三大守恒定律，并通過一系列的數(shù)學(xué)計算來達(dá)到對火災(zāi)的近似模擬，所以模型的使用人員必須了解這些假設(shè)條件。同時也要知道無論是真實的還是模擬的火災(zāi)，火災(zāi)的蔓延與周圍可燃物的性質(zhì)密切相關(guān)，另外由于模型計算方法本身的限制，一些比較重要的物理現(xiàn)象可能無法模擬出來，這也是需要注意的方面?；馂?zāi)模型方法出現(xiàn)的時間還不長，但已經(jīng)為人們廣為應(yīng)用。從目前火災(zāi)模型發(fā)展的現(xiàn)狀來說，區(qū)域模型的發(fā)展已相當(dāng)成熟，國外已開發(fā)出來的實用性較強(qiáng)的火災(zāi)模型主要是區(qū)域模型。隨著計算機(jī)輔助工具的發(fā)展，場模型、網(wǎng)絡(luò)模型、混合模型也將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。我國對火災(zāi)的數(shù)學(xué)?；难芯拷鼛啄瓴艅倓傞_始，主要是研究國外模型的應(yīng)用，同時也研究開發(fā)出了可以計算和分析消防安全疏散等的專用模型。目前火災(zāi)模型最快的應(yīng)用是火災(zāi)再現(xiàn)，這在火災(zāi)調(diào)查或案例訴訟中具有重要作用。許多人已注意到在很多情況下，單靠專家的判斷往往是不夠的，人們需要更為直接可靠的計算結(jié)果?；馂?zāi)模型應(yīng)用發(fā)展較快的另一方面方面是幫助制定防火設(shè)計規(guī)范。規(guī)范中任何條款的制定或修改應(yīng)當(dāng)有根據(jù)，有使人們相信的證據(jù)。因此規(guī)范的制定人員希望用模型計算來支持所進(jìn)行的修改，來證明這些內(nèi)容的修改是有根據(jù)的。在一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，規(guī)范的修改正是參考了火災(zāi)的模擬計算結(jié)果。火災(zāi)模型也是建筑物火災(zāi)安全分析的重要工具。根據(jù)計算得到的火災(zāi)和煙氣在建筑物內(nèi)的發(fā)展，從而確定建筑物的火災(zāi)安全狀況，并分析有關(guān)消防設(shè)施的功能、建筑結(jié)構(gòu)的耐火性能、人員的安全疏散等。以目前的火災(zāi)模型計算向防滅火實踐轉(zhuǎn)移的速度看，在不久的將來它就可能成為消防技術(shù)的一部分，并向規(guī)范化方向發(fā)展。火災(zāi)模型將為建筑物防火設(shè)計、建筑材料的選擇、消防教育、火災(zāi)安全咨詢服務(wù)的基本工具之一。同時，隨著計算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，將會出現(xiàn)更為可靠的火災(zāi)模型。3人員疏散的性能化分析安全疏散是建筑防火設(shè)計的關(guān)鍵和主要的防范目標(biāo)，如果能做好這方面的設(shè)計，就從根本上解決了火場內(nèi)的人們生命安全問題。在我國現(xiàn)行的防火規(guī)范中，對安全疏散的防火設(shè)計有專門的要求。幾年來，我們的設(shè)計、審核遵循的是通過疏散距離、疏散樓梯形式和位置、安全出口的數(shù)量和寬度等一系列指標(biāo)的核算，最終達(dá)到合理布置疏散路線的目的。但我們卻往往忽視影響疏散的其它因素，比如對4米高和6米高同樣用途的建筑，就沒有必要要求兩者具有同樣的疏散距離，因為很明顯對6米高的建筑來說，煙層下降到對人構(gòu)成傷害所需要的時間就長，這樣就有更多的時間供人員疏散。下面文章將結(jié)合實際具體討論影響人員疏散的多種因素。一般認(rèn)為火災(zāi)過程大體分為起火、火災(zāi)增大、充分發(fā)展、火勢減弱、熄滅等階段，而人員疏散主要考慮前兩個階段，因為一旦轟燃發(fā)生人員的疏散就已經(jīng)非常困難。人員的疏散一般經(jīng)歷覺察到火災(zāi)、行動準(zhǔn)備、疏散行動、疏散到安全場所等階段。3.1人員安全疏散的判定條件圖3為人員安全疏散時間判據(jù)[8]，其中指從火災(zāi)發(fā)生到火災(zāi)達(dá)到危險狀態(tài)的時間間隔，指從火災(zāi)發(fā)生到建筑物內(nèi)人員全部疏散的時間間隔，人員安全得到保證的條件：>達(dá)危險狀態(tài)的時間人員疏散完畢的時間達(dá)危險狀態(tài)的時間人員疏散完畢的時間探測報警時間準(zhǔn)備疏散時間疏散運(yùn)動時間人員全部疏散完畢的時間由火災(zāi)探測報警時間、人員準(zhǔn)備疏散時間和人員疏散運(yùn)動時間三者之和確定，即=++這樣就可以通過降低其中任一階段時間來提高人員疏散的效率，以有利于人員的安全疏散。國外對前兩個時間進(jìn)行了詳細(xì)的研究，表2、表3分別為影響人員疏散的因素[10]以及人在火災(zāi)中的意識、行為和反應(yīng)時間[10]。活動決定因素需要獲得的信息意識到火災(zāi)煙氣擴(kuò)散煙氣生成、著火房間、建筑物內(nèi)時的行為的開口位置活動決定因素需要獲得的信息意識到火災(zāi)煙氣擴(kuò)散煙氣生成、著火房間、建筑物內(nèi)時的行為的開口位置報警系統(tǒng)自動火災(zāi)報警系統(tǒng)、感煙探測系統(tǒng)、疏散報警系統(tǒng)人員特征年齡、性別、聽覺、視覺、清醒狀態(tài)、意識、身體條件在火災(zāi)中和人員特征年齡、性別、經(jīng)驗、精神狀態(tài)、疏散前的行教育、與他人的社會關(guān)系為建筑特征疏散報警類型、疏散標(biāo)志、建筑員工的素質(zhì)、照明狀況火災(zāi)特征可見度、毒性、熱輻射疏散時的行為人員特征身體條件、與身邊他人的社會關(guān)系、是否需要幫助建筑特征疏散通道的數(shù)量、距離、寬度、疏散標(biāo)志、照明狀況火災(zāi)特征可見度、毒性、熱輻射表3人在火災(zāi)中的意識、行為和反應(yīng)時間[10]房間類型意識到火災(zāi)時間((min)行為和反應(yīng)時間((min)自動報警系統(tǒng)疏散報警系統(tǒng)有沒有沒有警鈴廣播人員告知商店31.55322飯店2.51.532.522夜總會525433劇院5422電影院55422醫(yī)院23221旅館24433通常按以下情況確定火災(zāi)危險狀態(tài)：（1）當(dāng)煙層界面高于人眼特征高度時，若上部煙層的熱輻射強(qiáng)度能夠?qū)θ藰?gòu)成傷害，就可以認(rèn)為達(dá)到危險狀態(tài)。有資料表明，煙層溫度超過180℃時便可構(gòu)成這種這種危險。（2）如果煙層界面低于人眼特征高度，對人的危害將是直接燒傷或吸入熱氣體引起的。根據(jù)某些實驗，煙氣溫度約為100℃~120℃，現(xiàn)取為100℃。（3）當(dāng)煙氣層界面低于人眼特征高度時，還可以根據(jù)根據(jù)某種有害燃燒產(chǎn)物的臨界濃度判定是否達(dá)到了危險狀態(tài)，例如當(dāng)CO濃度達(dá)到0.25%，就可以對人構(gòu)成嚴(yán)重危害。在火災(zāi)中，這三種危險條件哪一個先達(dá)到就采取哪一個作為判斷依據(jù)。當(dāng)然有些研究人員也提出其他一些判據(jù)。這里根據(jù)普遍為人們所接受的火災(zāi)煙氣濃度和溫度的變化來判斷人員的安全狀態(tài)，只要其中有一個超出要求就認(rèn)為人員是不安全的。人們通常認(rèn)為當(dāng)煙層高度下降到2.1米或溫度達(dá)到100℃時人員是不安全的。3.2人員安全疏散性能化分析舉例下面以一個科技館的環(huán)形立體電影院的安全疏散為例進(jìn)行簡單的定量分析。3.2.1建筑基本情況圖4為該環(huán)行立體電影院的示意圖。其直徑為12米，內(nèi)部環(huán)行通道寬0.9米，有兩個向?qū)Φ陌踩隹?，出口?.5米，高2米，連接兩個安全出口的通道足夠?qū)?，里面?51個座位。經(jīng)計算這個電影院的人員密度為1.4人/m2，超過1.2人/m2，不符合規(guī)范的要求。其中一個有一個設(shè)計方案，即在此電影院環(huán)形走道周圍安裝比較敏感的感煙和感溫探測裝置來縮短和，以有利于人員進(jìn)行疏散；同時，由于此電影院離其轄區(qū)內(nèi)的一個消防隊比較近，這樣也有利于火災(zāi)及時得到控制。為了評價該方案，下面用第四屆國際性能化規(guī)范與建筑防火安全設(shè)計方法會議日本案例所提供的計算方法[9]對該電影院的人員疏散進(jìn)行定量分析。圖4環(huán)形立體電影院示意圖3.2.2人員疏散運(yùn)動所需要時間為了方便計算，不妨將這個半球體空間等效為一個柱體的空間，其高度為，則由得=4米。那么（1）其中P人群密度；是地板面積m2；N是通行系數(shù)1.01p/m·s；B是門的寬度m；v人員的步行速度0.2~0.5m/s；是最大行走距離m=6+=15.42m，=·62=113.04m2考慮到有兩個安全出口，假設(shè)里面加上工作人員共有160人，那么每個門可供疏散80人，經(jīng)計算130.4s3.3.3煙層高度的計算根據(jù)煙層高度計算公式（2）式中為著火房間的地板面積m2，為著火房間的高度m，，查表=400MJ/m2代入式（2）中，令S（t）=2.1m,得t=493.2s3.2.4煙層溫度的計算由上面的計算知當(dāng)煙氣下降到距地面2.1米時所需要的時間是493.2秒，下面計算此時煙層的溫度是否已經(jīng)達(dá)到100℃，對人員造成傷害。根據(jù)煙氣穿透煙層的質(zhì)量流速率公式（3）（4）此時煙層的溫度為：（5）其中是特征時間（取為1000秒）；是煙層接觸的墻和天花板的表面積m2；是表面材料的熱慣性，S是煙層的高度，m。經(jīng)計算，==263.76m2，=1.75，=1000秒，根據(jù)方程（5），可得<373K，也就是說此時煙層的溫度不足以對人員造成傷害。經(jīng)過以上的計算可以看出，人員疏散運(yùn)動所需要的時間比煙層下降到2.1米所需要的時間少了360秒。當(dāng)然這并不是說里面的人員絕對都能安全疏散，因為從表2可以看出，影響人員疏散有多種因素，而上面計算的人員疏散是在一種非常理想化狀態(tài)下進(jìn)行的，特別是不同群體對火災(zāi)的不同反應(yīng)會影響人員的疏散行動。針對火災(zāi)狀態(tài)下影響人員疏散的多種因素，研究人員做了大量的研究。從表2和表3的研究結(jié)果可以看出，對于著火房間來說，人員在進(jìn)行疏散前有一定的準(zhǔn)備時間，會影響人員的安全疏散。但對這樣一個小型的電影院來說，一旦有火情發(fā)生，人們就會很快發(fā)現(xiàn)，因此疏散也就會在很短的時間內(nèi)展開，而且根據(jù)了解電影院平時來的人員基本上是小孩和家長，有6分鐘的準(zhǔn)備時間應(yīng)該是足夠的，因此可以認(rèn)為此電影院是安全的。在此有兩點需要說明：一是即使都是電影院，但由于日本是發(fā)達(dá)國家，所以在內(nèi)部材料的使用上與我國可能會有不同，因此所涉及的參數(shù)僅是一種參考；二是此方法是用來計算高層賓館房間內(nèi)的煙氣濃度和溫度變化的，這里假設(shè)二者的平均荷載是一樣的。當(dāng)然像這樣簡單的建筑，運(yùn)用火災(zāi)模型進(jìn)行分析更會一目了然。4建筑火災(zāi)的風(fēng)險評價與以往相比，隨著許多建筑新材料的應(yīng)用以及人們對建筑物內(nèi)部環(huán)境的要求越來越高，現(xiàn)代建筑的火災(zāi)危險性也隨之大大增加?！耙孕阅転榛A(chǔ)的”的建筑防火設(shè)計和建筑規(guī)范的發(fā)展為工程界提出的最大挑戰(zhàn)就是為某一工程設(shè)計與社會對所建建筑的符合程度尋找可信的評估方法，同時，對一定場合的火災(zāi)風(fēng)險作出客觀評估也是提高火災(zāi)防治科學(xué)性的基礎(chǔ)。火災(zāi)風(fēng)險分析，是火災(zāi)安全科學(xué)中一個非常有用而又不同尋常的分支。這種分析可以全面考查某些對象的火災(zāi)危險狀況，研究該對象的火災(zāi)危險如何隨假設(shè)條件的改變而改變，分析不同消防措施對控制火災(zāi)的影響，并評價這些措施的經(jīng)濟(jì)性和有效性等。就消防安全而言，社會希望火災(zāi)造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失應(yīng)保持在可以接受的風(fēng)險水平上；當(dāng)然還有另外一個方面，就是火災(zāi)發(fā)生的可能性的大小，人們需要承受多大的風(fēng)險?？梢哉f，火災(zāi)風(fēng)險評價已經(jīng)引起建筑使用人員、相關(guān)研究人員及其它部門人員的興趣，在計算機(jī)廣為應(yīng)用的今天，人們希望用更為直接、科學(xué)的方法來縮小評價結(jié)果與實際情況的距離。進(jìn)行火災(zāi)風(fēng)險評估，需要研究火源的形成，建立火災(zāi)的成因、識別、評價與控制的理論與模型。但火災(zāi)的發(fā)生帶有很大的偶然性，加上有關(guān)的信息資料不完整和所依托的理論知識不夠完備，使得火災(zāi)風(fēng)險評估既具有隨即的不確定性，又具有模糊的不確定性，因此要對它進(jìn)行以量化和動態(tài)為特征的火災(zāi)風(fēng)險評估就相當(dāng)困難。因此，目前人們只能以統(tǒng)計學(xué)的風(fēng)險評估作基礎(chǔ)，再結(jié)合對照火災(zāi)發(fā)生發(fā)展規(guī)律，形成特定的火災(zāi)風(fēng)險綜合評估方法。4.1火災(zāi)危險分析和風(fēng)險分析風(fēng)險大小是通過減少危險而投入的費用與危險的減低程度進(jìn)行比較而得出的，也就是說，是不是投入的資金越多，建筑物就越安全；確保建筑物安全所需的投資極限是多少，業(yè)主有多大承受能力。就火災(zāi)的預(yù)防來說，針對火災(zāi)發(fā)生的可能性，人們要采取許多防治手段和措施，比如安裝放火滅火設(shè)備、建立消防機(jī)構(gòu)等，需要投入大量的費用。于是人們就思考這些費用能否有效地防治火災(zāi)。所謂的最經(jīng)濟(jì)的投資能否發(fā)揮作用、需要冒多大的風(fēng)險，這種風(fēng)險能否為業(yè)主及相關(guān)人員所接受，是否有不必要的投資等等，這都需要找出可信的風(fēng)險評估方法。也就是說，衡量建筑火災(zāi)風(fēng)險的核心就是火災(zāi)發(fā)生的可能性和火災(zāi)損失的準(zhǔn)確性兩個方面。4.2火災(zāi)風(fēng)險的評估方法（1）定量風(fēng)險分析方法在瑞士越來越多的人已開始用定量風(fēng)險分析（QRA）方法來評價各個領(lǐng)域與安全有關(guān)的問題。研究發(fā)現(xiàn)有兩種不確定性：偶然的不確定性和認(rèn)識上的不確定性，這兩者之間最大的不同就是對于認(rèn)識上的不確定性可以通過進(jìn)一步的研究來降低，而偶然的不確定性是不能降低的。針對不同類型的不確定性，也提出了不同的評估方法，不確定性分析有三個目標(biāo)：做出的決定要基于我們所了解的情況、確定有多大不確定性、降低可接受水平內(nèi)的不確定性。設(shè)定消防安全目標(biāo)設(shè)定潛在的火災(zāi)場景設(shè)定消防安全目標(biāo)設(shè)定潛在的火災(zāi)場景評估火災(zāi)危害估計潛在火災(zāi)的頻率評估火災(zāi)風(fēng)險采取措施降低風(fēng)險圖4QRA分析方法示意圖[11]（2）概率風(fēng)險分析方法概率風(fēng)險分析法PRA可用來考察整個系統(tǒng)所有可能發(fā)生的危險事件及其發(fā)生的概率，然后再分析各個危險事件所造成的危害，從而得出整個系統(tǒng)的危險度。其表達(dá)式為：火災(zāi)風(fēng)險[5]=式中：∑代表所有可能發(fā)生的火災(zāi)；為某火災(zāi)發(fā)生的概率；為該火災(zāi)所造成的危險數(shù)值。進(jìn)行概率分析時，一方面要確定各種可能發(fā)生火災(zāi)的概率，這主要是參考有關(guān)火災(zāi)發(fā)生頻率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到；另一方面還要通過應(yīng)用確定性分析方法得到一次火災(zāi)所造成的危害數(shù)值。最后綜合各個火災(zāi)的概率及其所造成的危害后，便得到整個系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險。概率風(fēng)險分析法還常用來分析并計算得到某一個危險事件發(fā)生的概率。如英國的Basbash在1984年對英國的火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了有關(guān)一人及多人火災(zāi)死亡的風(fēng)險值。4.3風(fēng)險評估進(jìn)一步的研究工作要建立合理的量化評價指標(biāo)體系，需要研究火災(zāi)的各種數(shù)據(jù)的收集、整理和分析方法。現(xiàn)在，人們已經(jīng)認(rèn)識到火災(zāi)與多種因素有關(guān)，其中有不少因素還沒有仔細(xì)分析過，例如環(huán)境條件、生產(chǎn)狀況、居民類型對城市火災(zāi)的影響，年份、季節(jié)乃至全球氣候?qū)τ诖笠?guī)模森林火災(zāi)的影響等。另外，由于火災(zāi)的多樣性，人們對很多場合的火災(zāi)也沒有足夠的認(rèn)識。火災(zāi)防治要從有效性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，研究恰當(dāng)?shù)娘L(fēng)險指標(biāo)和分析模型，分別對不同場合的火災(zāi)危險狀況作出評估?；馂?zāi)風(fēng)險分析也可為新建設(shè)項目的立項與規(guī)劃及老項目的改造提供指導(dǎo)意見。5在我國開展性能化研究的展望和啟示目前，隨著我國建筑市場的蓬勃發(fā)展，性能化研究已經(jīng)引起越來越多人的關(guān)注和參與，這無疑會推動我國的性能化研究向深入方向發(fā)展，進(jìn)而建立體現(xiàn)我國國情的性能化防火規(guī)范體系。事實上，真正制定一部有我國特色的性能化規(guī)范、完善的性能化設(shè)計仍需要做大量的工作。5.1完善相應(yīng)的法規(guī)制度不可否認(rèn)，以性能為基礎(chǔ)的建筑規(guī)范在為業(yè)主及相關(guān)使用人員提供更好的保護(hù)措施及減少投資外，也會給執(zhí)法人員在審核和驗收時留有一定的“彈性”。尤其是當(dāng)一些完善并被廣為應(yīng)用的火災(zāi)模型還沒有被開發(fā)出來以及執(zhí)法人員還不具備應(yīng)有的資質(zhì)水平時；另一方面，性能化的應(yīng)用將會節(jié)省建筑防火設(shè)計和維護(hù)的投資，給業(yè)主帶來巨大的經(jīng)濟(jì)利益，所謂的最優(yōu)化的防火設(shè)計是否有很高的可信度、經(jīng)得起考驗，是否有人為的因素等。所以，在我國目前的情況下，相關(guān)人員的責(zé)任要明確，性能化規(guī)范的推廣必須要有法制的保障。5.2完善現(xiàn)有的火災(zāi)統(tǒng)計和調(diào)查機(jī)制當(dāng)前，我國在火災(zāi)統(tǒng)計方面存在的主要問題是火災(zāi)發(fā)生后，除了公安火調(diào)人員和受邀專家參與外，其他一些科研人員無法參與到其中，因此收集信息的渠道也就不暢通，這包括火災(zāi)信息的收集如火災(zāi)發(fā)生時的基本現(xiàn)象及出現(xiàn)的條件、出現(xiàn)的規(guī)律，主要控制參數(shù)以及火災(zāi)個分過程之間的相互作用，進(jìn)而建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫的更新與完善以更好的了解火災(zāi)等方面[12]，我們做的工作遠(yuǎn)沒有國外細(xì)致。而且，目前國內(nèi)研究人員所收集的數(shù)據(jù)基本上也都是借鑒國外的研究成果。5.3大力發(fā)展消防安全工程學(xué)，加強(qiáng)計算機(jī)?；夹g(shù)研究和人員培訓(xùn)消防安全工程學(xué)是當(dāng)前消防科研中的一個最前沿、最活躍和最具發(fā)展?jié)摿Φ难芯款I(lǐng)域。消防安全工程學(xué)主要研究火災(zāi)科學(xué)理論以及工程技術(shù)原理在建筑防火中的應(yīng)用，為建筑防火設(shè)計和消防安全評估提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。它的研究內(nèi)容主要包括火災(zāi)現(xiàn)象、人在火災(zāi)中的行為，消防系統(tǒng)對火的反應(yīng)、消防安全設(shè)計與評估等許多方面。在人才培養(yǎng)這個方面，英國的經(jīng)驗值得借鑒，他們將建筑設(shè)計者、規(guī)范執(zhí)行官員、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的編制人員視為教育的對象。在1993-1994年編寫了《國家FSE基礎(chǔ)課程》，并隨后在蘭開夏大學(xué)，SouthBank大學(xué)和利茲大學(xué)推廣，同時愛丁堡大學(xué)在1973年就設(shè)立了消防安全工程碩士課程[4]。1994-1995年，英國政府組織有關(guān)部門國內(nèi)十幾位消防科學(xué)家研究制定了一個“消防安全學(xué)戰(zhàn)略研究計劃”，將消防安全工程學(xué)歸納為9個方面：火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展、燃燒產(chǎn)物及煙氣流動、被動防火、火災(zāi)探測、主動防火、安全疏散與人的行為、特征數(shù)據(jù)、火災(zāi)統(tǒng)計與調(diào)查、火災(zāi)危險性評估。應(yīng)該說性能化規(guī)范的推廣是一個系統(tǒng)工程，這其中包括規(guī)范的制定、相應(yīng)分析工具的開發(fā)與運(yùn)用、消防審核和驗收人員資質(zhì)的認(rèn)定等方面。5.4開展消防安全評估方法的研究，研究制定性能化消防設(shè)計指南和性能化規(guī)范消防安全評估方法是發(fā)展性能化設(shè)計所必需的關(guān)鍵技術(shù)，是實施性能化設(shè)計的必要技術(shù)手段。此外，消防安全評估方法