陳思帆

(公安消防部隊公安高等?？茖W(xué)校，云南 昆明 650208)

近年來，隨著經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，各式各樣的高層建筑和大型綜合體建筑如雨后春筍一樣鱗次櫛比。加之建筑工藝的日益精進，建筑外保溫新材料的不斷投入使用，使得現(xiàn)代建筑逐漸向大型化，復(fù)雜化，功能化的趨勢發(fā)展。這些建筑往往體量大，使用功能復(fù)雜，人口密度大，建筑形式及結(jié)構(gòu)多種多樣，同時也存在更多的著火源和可燃物，為消防安全帶來諸多問題[1]。一旦發(fā)生火災(zāi)， 建筑物內(nèi)部燃燒速度快，火災(zāi)蔓延途徑多，疏散和撲救都極為困難，易造成極大的損失和傷亡，威脅人民群眾的財產(chǎn)安全。因此，如何能夠有效利用現(xiàn)有的防火技術(shù)進行設(shè)計并最大化的保障建筑消防安全是新時期下賦予我們的一個新課題[2]。

目前，在我國建筑防火設(shè)計中，最傳統(tǒng)的方法即“規(guī)格式設(shè)計”，也就是業(yè)內(nèi)所稱的“處方法”，顧名思義它是一種基于場所的類型，對照國家最新的技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所進行的設(shè)計[3]。雖然依照"規(guī)格式設(shè)計"方法對建筑進行防火設(shè)計具有一定的科學(xué)性和合理性，但對于現(xiàn)代建筑而言，每棟建筑物的結(jié)構(gòu)和用途以及可燃物的數(shù)量和種類都不同。所以根據(jù)規(guī)范所作出的建筑防火設(shè)計方案，并不一定是最完美的解決方案?？梢?規(guī)格式設(shè)計"方法所設(shè)計的方案存在著相當(dāng)大的局限性。因此對于當(dāng)今的建筑防火設(shè)計，非常需要建立一種更加科學(xué)合理，并可以達(dá)到本質(zhì)安全的設(shè)計方法，建筑性能化防火設(shè)計方法就是在這種條件下產(chǎn)生的[4]。

1 性能化防火設(shè)計簡介

性能化防火設(shè)計依據(jù)《關(guān)于印發(fā)< 建設(shè)工程消防性能化設(shè)計評估應(yīng)用管理暫行規(guī)定> 的通知》(公消[2009]52號)第二條，建設(shè)工程消防性能化設(shè)計評估(以下簡稱性能化設(shè)計評估)，是指根據(jù)建設(shè)工程使用功能和消防安全要求，運用消防安全工程學(xué)原理，采用先進適用的計算分析工具和方法，為建設(shè)工程消防設(shè)計提供針對性的防火設(shè)計參數(shù)和方案，或?qū)ㄔO(shè)工程消防設(shè)計方案進行綜合分析評估，完成相關(guān)技術(shù)文件的工作過程。

建筑性能化防火設(shè)計的主體思想是在做建筑整體防火設(shè)計時提出本質(zhì)消防安全所需要的性能要求或技術(shù)指標(biāo)，而不是直接要求設(shè)計者為達(dá)到此目的必須采用規(guī)定的設(shè)計方法。如何達(dá)到這一指標(biāo)要求，采取什么樣的工程措施則由設(shè)計者自身決定，但最終設(shè)計者要向建筑防火設(shè)計審核者證明其所設(shè)計的建筑防火方案是滿足要求的，審核者則需使用相應(yīng)的評估工具檢驗方案設(shè)計是否符合消防安全的總體目標(biāo)。

性能化防火設(shè)計相較于 "規(guī)格式設(shè)計"具有以下四點優(yōu)點：

(1)有利于實現(xiàn)防火設(shè)計的科學(xué)合理化和成本效益最大化。因為性能化防火設(shè)計是統(tǒng)籌考慮建筑物整體的防火設(shè)計，綜合考慮防火設(shè)計因素，并不按照其中某個部分孤立研究。

(2)有利于設(shè)計者發(fā)揮其創(chuàng)造性。因為傳統(tǒng)的規(guī)格式防火設(shè)計依規(guī)行事，必須按照現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，將每一個技術(shù)因素考慮的仔細(xì)周全，局限了設(shè)計者的思路。而性能化防火設(shè)計只需要考慮建筑物整體的消防安全目標(biāo)是否達(dá)到，能否滿足消防安全要求，至于選擇什么方法進行設(shè)計則完全取決于設(shè)計者。

(3)有利于新技術(shù)和新材料的使用和推廣。性能化防火設(shè)計在使用和推廣新材料和新技術(shù)上有其得天獨厚的優(yōu)勢，因為其設(shè)計方法靈活多變，更能滿足現(xiàn)代高層建筑及大型綜合體的建筑設(shè)計要求。

(4)有利于制定防火預(yù)案。因為在性能化防火設(shè)計過程中，已經(jīng)就預(yù)設(shè)火災(zāi)類型和火災(zāi)場景進行仿真模擬，對于科學(xué)合理的制定防火預(yù)案和逃生方案有所幫助。

2 性能化防火設(shè)計的研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

相對于我國而言，國外的性能化防火起步較早，累積的經(jīng)驗也較豐富，相關(guān)技術(shù)手段和算法也較成熟。國外的性能化防火設(shè)計起源于20世紀(jì)70年代，在此期間歐美發(fā)達(dá)國家陸續(xù)建設(shè)了一大批超高、超大、設(shè)計新穎、風(fēng)格獨特的標(biāo)志性建筑。在這些建筑的防火設(shè)計過程中經(jīng)常遇到無法滿足防火規(guī)范要求的問題。既而許多國家開始對這一類建筑逐步采取性能化防火設(shè)計的新方法。還有的國家著手對現(xiàn)行防火設(shè)計規(guī)范進行修編和完善，并嘗試制定一套滿足性能化防火設(shè)計的規(guī)范。

日本在20世紀(jì)80年代初期制定了一步為期五年的發(fā)展計劃，專門用于研究性能化防火設(shè)計。1998年，日本借鑒了其他國家的研究進展，進一步完善建筑防火設(shè)計的規(guī)范體系。新體系更加重視以下幾個方面，包括火災(zāi)煙氣控制，人員安全疏散，火災(zāi)發(fā)生的預(yù)防，建筑結(jié)構(gòu)的耐火等級，火災(zāi)向毗鄰建筑蔓延的預(yù)防等等。

英國早在1973年就統(tǒng)一制定了大部分建筑的法律法規(guī)，并逐步形成了國家級的防火設(shè)計規(guī)范，但該規(guī)范仍然屬于規(guī)格式設(shè)計防火規(guī)范。在1985年和1991年，英國兩次修訂建筑防火設(shè)計規(guī)范，明確規(guī)定可以將性能化設(shè)計方法作為一種常備的防火設(shè)計方法。

美國從20世紀(jì)70年代以來，對建筑性能化防火設(shè)計進行系統(tǒng)研究，直到20世紀(jì)80年代，在美國火災(zāi)研究基金會的領(lǐng)導(dǎo)下推行了國家火災(zāi)風(fēng)險評估項目。1997年，Caster和Meacham出版了《以性能為基礎(chǔ)的火災(zāi)安全導(dǎo)論》這一性能化防火研究歷史上的重要著作，標(biāo)志著性能化防火研究進入新階段。

澳大利亞在1989年起草頒布了《全國建筑防火系統(tǒng)規(guī)范草案》，這部規(guī)范草案對一些歐洲國家產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響，同時其中部分的章節(jié)也被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采用。1996年，澳大利亞正式首次頒布實施了建筑性能化防火設(shè)計規(guī)范。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，我國便已開展了建筑性能化防火設(shè)計規(guī)范的研究工作。直到1986年，天津消防科學(xué)研究所編譯了“火災(zāi)?；椒ǖ陌l(fā)展”的相關(guān)著作，對幾個仿真模擬計算軟件做了全面地介紹，并探討了FAST程序在我國的應(yīng)用前景。1987年至1996年期間又連續(xù)多次舉辦了關(guān)于火災(zāi)科學(xué)與消防技術(shù)的國際研討會，極大的推進了我國火災(zāi)計算機模擬仿真和火災(zāi)危險評估方面的研究。

21世紀(jì)初至今，我國又多次召開關(guān)于消防科學(xué)與技術(shù)的國際會議，其中一個非常重要的議題就是建筑性能化防火設(shè)計。截至目前，我國性能化防火設(shè)計研究工作已取得一系列成果，比如四川消防科學(xué)研究所研究的《大空間公共建筑火災(zāi)疏散評估技術(shù)》和《高層建筑性能化防火設(shè)計安全評估技術(shù)》等，在建筑設(shè)計方面也有很多新建的大型綜合體和地標(biāo)性高層建筑應(yīng)用了性能化防火設(shè)計方法。然而，由于建筑防火設(shè)計涉及內(nèi)容之廣，全面實現(xiàn)從規(guī)格式設(shè)計向性能化設(shè)計的轉(zhuǎn)變十分困難，因此未來還是要加強度建筑性能化防火設(shè)計的研究工作。

3 性能化防火設(shè)計的主要步驟

建筑性能化防火設(shè)計主要分為以下七個步驟，詳情見圖1。

圖1 建筑性能化防火設(shè)計主要步驟

3.1 確立消防總體安全目標(biāo)

總目標(biāo)包括性能化目標(biāo)和性能化標(biāo)準(zhǔn)兩個方面。性能化目標(biāo)是依據(jù)建筑物的社會目標(biāo)、功能目標(biāo)和社會期望，來制訂的相對應(yīng)的性能要求。性能化標(biāo)準(zhǔn)是針對建筑內(nèi)具體的消防設(shè)備或消防系統(tǒng)提出的防火技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)，比如消防設(shè)計中的一些臨界值的設(shè)定等等。

3.2 確立性能化指標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)

對建筑物結(jié)構(gòu)及內(nèi)部可燃物、人員分布等特征進行詳細(xì)分析，確立性能化指標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)。這些指標(biāo)建筑防火設(shè)計的前提和基礎(chǔ)，如對安全通道和安全出口、防排煙系統(tǒng)、消防材料、自動報警系統(tǒng)、應(yīng)急供電照明等方面的具體要求等等。

3.3 建立合理的火災(zāi)場景

火災(zāi)場景的搭建涉及到如著火源的設(shè)置、火災(zāi)荷載的計算和可燃物種類等，要使建立的火災(zāi)場景更加逼真，必須依靠龐大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?；馂?zāi)場景是對特定的火災(zāi)類型從著火階段開始到火災(zāi)成熟階段以及火災(zāi)所造成的破壞的描述。建立火災(zāi)場景時可以使用一些參數(shù)如熱釋放速率、火災(zāi)增長速率、物質(zhì)分解物和物質(zhì)分解率等來表現(xiàn)其特征。

3.4 選擇適當(dāng)?shù)挠嬎隳M方法

根據(jù)前期建立的火災(zāi)場景，選擇適合的計算公式和計算方法，選取符合建筑物火災(zāi)特點的模擬仿真模型。同時按照火災(zāi)科學(xué)的理論，模擬分析計算火災(zāi)可能發(fā)生的地點或蔓延的途徑和范圍，火災(zāi)煙氣的蔓延擴散方向，消防設(shè)施的工作情況，人員疏散和逃生行為等。合理的選擇火災(zāi)模型和計算模擬方法可以準(zhǔn)確衡量不同防火設(shè)計方案下火災(zāi)危險程度，從而根據(jù)每個建筑物自身特點選定最為經(jīng)濟合理的防火設(shè)計方案。

3.5 確定初步設(shè)計方案

通過模擬計算得出初步的設(shè)計思路進行性能化防火設(shè)計，同時可以參考一些同類型建筑的工程實例，這些技術(shù)方法都是經(jīng)過大量科學(xué)實驗和工程實踐總結(jié)出來的。設(shè)計者可以以此作為參考，選擇相應(yīng)的技術(shù)措施以滿足建筑整體的和建筑物各部分所要求的消防性能化目標(biāo)。

3.6 提出和評估設(shè)計方案

提出和評估設(shè)計方案是對設(shè)計者所設(shè)計的方案進行全面分析和合理評價的過程。主要是為了證明擬采用的設(shè)計方案的有效性和合理性，確定是否能夠滿足建筑本質(zhì)安全。目前常用的評估方法包括等式分析、相關(guān)性分析、實驗分析和計算機模擬分析等。通過這些方法分析建筑消防安全的可靠性，當(dāng)所提供的防火設(shè)計方案不能滿足要求時，則必須修改完善。在此過程中，通常會提出多個性能化防火設(shè)計方案，并分別進行評估，以確定最佳的設(shè)計方案。

3.7 確定最終設(shè)計方案

確定最終的性能化防火設(shè)計方案，并對方案的評估分析整改過程進行詳細(xì)記錄，這是方案能否最終通過的關(guān)鍵因素。最終提交的分析報告和設(shè)計方案都要滿足審核部門和客戶的要求。

4 對于性能化防火設(shè)計的幾點建議

從當(dāng)前的應(yīng)用情況看，建筑性能化防火設(shè)計的研究和應(yīng)用有效地降低了火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險，減小了火災(zāi)發(fā)生的危害，但在很多方面還有所欠缺，國內(nèi)的應(yīng)用也不夠廣泛，因此提出以下幾點建議。

4.1 加強對火災(zāi)基礎(chǔ)科學(xué)的研究

由于火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的復(fù)雜性，對火災(zāi)發(fā)展蔓延機理的研究還有待進一步深入和完善。性能化防火設(shè)計方法的好壞很大程度上取決于是否建立合理的火災(zāi)模型。因此，應(yīng)加強火災(zāi)基礎(chǔ)科學(xué)方面的研究，這既可以為各種火災(zāi)模型的建立提供堅實的理論依據(jù)，又可以在保障性能化防火設(shè)計時的準(zhǔn)確性。

4.2 開展對火災(zāi)模擬軟件的的研發(fā)

現(xiàn)階段我國主要應(yīng)用的火災(zāi)模擬軟件大都是國外開發(fā)的，在應(yīng)用時有一定的局限性。例如最常用的火災(zāi)模型有美國NIST開發(fā)的一種場模擬程序FDS；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CFAST；由英國火災(zāi)研究站開發(fā)的專用于火災(zāi)過程場模擬計算的模型JASMINE?？梢妵庠诖朔矫娴难芯肯鄬Τ墒?，我國也應(yīng)組織相關(guān)人員在對國外軟件深入研究的基礎(chǔ)上，取長補短，開發(fā)出適合的火災(zāi)模擬軟件。

4.3 建立健全性能化防火設(shè)計相關(guān)法律法規(guī)

目前我國性能化防火設(shè)計相關(guān)法律法規(guī)還不健全，制訂符合我國自身情況的性能化設(shè)計的法規(guī)就顯得十分有必要。通過對發(fā)達(dá)國家的性能化防火設(shè)計總結(jié)經(jīng)驗，制定相關(guān)法律法規(guī)不能一蹴而就，必須循序漸進，同時視各項前期基礎(chǔ)工作以及性能化防火設(shè)計的應(yīng)用情況而定。

4.4 建立性能化設(shè)計的評估體系

與規(guī)格式設(shè)計方法相比，性能化設(shè)計的評估過程需要更多的時間，這對我國建筑防火審核者提出了更高的要求。若是不熟悉或不同意設(shè)計者所選用的方法及所選用計算方法的可行性，那么就有可能將方案駁回。因此評估體系的建立十分有必要，一是為了簡化審批人員的工作量，二是對設(shè)計人員提出了系統(tǒng)的要求，三是架起了審批人員與設(shè)計人員中間的一道橋梁。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑性能化防火設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須經(jīng)過較長時間的努力，必須由政府有關(guān)部門牽頭組織，并投入較大的人力物力，需要各個方面協(xié)調(diào)配合，統(tǒng)籌規(guī)劃，從而盡快完善性能化防火設(shè)計方法，使之更好的服務(wù)于經(jīng)濟社會的發(fā)展。