2015年二級消防工程師《綜合能力》命題考點7

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建筑性能化防火設計評估

一、性能化防火設計產(chǎn)生的背景

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會財富的積累，火災發(fā)生的頻率和造成的損失越來越大，火災的防治技術也越來越受到人們的重視。1666年9月英國倫敦發(fā)生火災，大火持續(xù)了4天，約80%的城市被燒毀。為了防止建筑物之間火災的蔓延，英國制定了第一部有關消防的建筑規(guī)范，規(guī)定了建筑物之間的最小間距，并對建筑材料的使用進行了限制性規(guī)定。同樣，世界各國的建筑防火設計規(guī)范都是長期以來人們與火災斗爭過程中總結(jié)出來的防火滅火經(jīng)驗的體現(xiàn)，同時綜合考慮了當時的社會經(jīng)濟水平、科技水平以及其他國家的相關經(jīng)驗。這些規(guī)范中大多數(shù)規(guī)定是依照建筑物的用途、規(guī)模和結(jié)構形式等提出的，并且詳細地規(guī)定了防火設計必須滿足的各項設計指標或參數(shù)，設計人員不需要復雜的計算和分析過程，容易理解和掌握。

由于每座建筑的結(jié)構、用途及內(nèi)部可燃物的數(shù)量和分布情況千差萬別，因此按照規(guī)范統(tǒng)一給定的設計參數(shù)得到的設計方案，不一定是最合理和最有效的。特別是隨著科學技術和經(jīng)濟的發(fā)展，各種復雜的、多功能的建筑迅速增多，新材料、新工藝、新技術和新的建筑結(jié)構形式不斷涌現(xiàn)，這些都對建筑的消防設計提出了新的要求，出現(xiàn)了許多規(guī)范難以解決的消防設計問題。在這種形勢下，上世紀70年代出現(xiàn)了性能化防火設計的概念，到現(xiàn)在為止，已被10多個國家所接受，并成為當前國際建筑防火設計領域研究的重點。

所謂性能化防火設計，是指根據(jù)建設工程使用功能和消防安全要求，運用消防安全工程學原理，采用先進適用的計算分析工具和方法，為建設工程消防設計提供設計參數(shù)、方案，或?qū)ㄔO工程消防設計方案進行綜合分析評估，完成相關技術文件的工作過程。

雖然性能化防火設計是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，但性能化防火設計的出現(xiàn)與火災科學和消防安全工程學的發(fā)展是分不開的。從19世紀末英國出現(xiàn)了利用金屬受熱膨脹原理制成的感溫火災自動探測裝置以來，消防工程技術的發(fā)展已有100多年的歷史。1946年第一臺電子管計算機在美國研制成功，半導體和微電子技術發(fā)展迅速，計算機技術在社會各領域得到了充分的應用，消防工程技術也得到快速提升，各種智能化的火災探測和自動滅火系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。特別是大容量高性能計算工作站的出現(xiàn)，科學計算的能力越來越強大，使得大量復雜的火災數(shù)據(jù)分析和處理成為現(xiàn)實，這些都為性能化防火設計的發(fā)展提供了基礎。

火災科學與消防工程是一門以火災發(fā)生與發(fā)展規(guī)律和火災預防與撲救技術為研究對象的新興綜合性學科，是綜合反映火災防治科學技術的知識體系。火災科學是反應火災發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的知識，如物質(zhì)的燃燒與爆炸機理、火焰的化學反應機理、燃燒抑制與滅火機理、煙氣的生成及其毒性，以及火災的發(fā)展、蔓延與控制等基礎理論內(nèi)容。消防工程是反映應用科學與工程原理防治火災的知識，如對火災危險性和危害性的分析評估、火災?；?、建筑防火技術、火災探測報警技術、自動滅火技術、阻燃與耐火技術、火災原因鑒定技術、火場通信指揮技術，以及人在火災中的行為和反應，包括體能、心理和生理等，是應用基礎理論和應用技術部分?？梢姡阅芑阑鹪O計是建立在火災科學和消防工程學基礎之上的一門應用技術，它的出現(xiàn)是火災科學和消防工程學發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。

美國、英國、日本、澳大利亞等國從20世紀70年代起就開展了性能化防火設計的相關研究，如火災增長分析、煙氣運動分析、人員安全疏散分析、建筑結(jié)構耐火分析和火災風險評估等，并取得了一些比較實用化的成果，各國紛紛制定各自的性能化防火設計規(guī)范和指南等文件。

二、我國性能化防火設計發(fā)展

我國從1980年代初期就開始了火災?；矫娴难芯?，此后在火災科學、火災動力學演化、建筑火災煙氣運動等方面也開展了大量工作。但直到1995年國家“九五”科技攻關項目“地下大型商場火災研究”，我國還只有少數(shù)從事此方面研究的人員對建筑物性能化防火設計有所認識。1996年，特別是1997年 FORUM會議（天津）以后，我國開始組織人員比較系統(tǒng)地搜集整理和分析研究國內(nèi)外有關建筑物性能化設計與標準方面的成果與信息。

“十五” 期間開始針對建筑性能化防火設計技術進行深入研究，在國家“十五”科技攻關課題《城市火災與重大化學災害事故防范與控制技術的研究》中分別開展了建筑物性能化防火設計技術導則的研究、高層建筑性能化防火設計評估技術研究、中庭式建筑性能化防火設計方法及其應用的研究和人員密集大空間公共建筑性能化防火設計應用研究等。

在這些研究工作的基礎上，相關機構同時開展了工程應用。公安部天津消防研究所在“十一五”國家科技攻關項目中，開展了建筑物性能化防火設計規(guī)范研究項目，以保障我國建筑工程的消防安全水平，規(guī)范建筑消防安全工程技術在實際工程中的應用。

三、性能化防火設計與傳統(tǒng)的規(guī)范做法對比

傳統(tǒng)規(guī)范的技術要求是建立在部分火災案例的經(jīng)驗和火災模擬實驗等研究基礎之上。歷史上防火規(guī)范的出現(xiàn)和發(fā)展有著其相關的社會背景。當時人們掌握的科學技術水平尚無法透徹、系統(tǒng)地認識所處的客觀社會，因此人類的技術行為難免呈現(xiàn)出多樣性和不確定性。而為了保證工程最基本的安全度，有關的社會組織便通過一些成功的經(jīng)驗和理論描述，制定出了一些規(guī)范條文去約束相應人員的技術行為。

傳統(tǒng)的規(guī)范對設計過程的各個方面做了具體規(guī)定，但難以定量確定設計方案所能達到的安全水平。傳統(tǒng)規(guī)范具有以下的特點：

（1）沒有細化的設計目標；

（2）所使用的方法是確定的；

（3）不需要再對設計的結(jié)果進行評估確認。

應該說，傳統(tǒng)的防火設計規(guī)范為社會的發(fā)展和進步做出了巨大的貢獻，但從社會進步的角度看，也存在著一些不足之處：

（1） 無法給出一個統(tǒng)一、清晰的整體安全度水準?，F(xiàn)行規(guī)范適用于各類建筑，而各種建筑風格、類型和使用功能的差異，則無法在現(xiàn)行規(guī)范中給予明確的區(qū)別。因此，現(xiàn)行規(guī)范給出的設計結(jié)果無法告訴人們各建筑所達到的安全水準是否一致，當然也無法回答一幢建筑內(nèi)各種安全設施之間是否能協(xié)調(diào)工作以及綜合作用的安全程度如何。

（2）是經(jīng)驗及科研技術的總結(jié)，難以跟上新技術、新工藝和新材料的發(fā)展。規(guī)范嚴格的定量規(guī)定妨礙設計人員使用新的研究成果進行設計，盡管這樣的設計可能導致系統(tǒng)安全程度的提高和投入的減少，但很可能會與規(guī)范不符。大多數(shù)的規(guī)范條款來源于對歷次火災經(jīng)驗教訓的總結(jié)，這種經(jīng)驗總結(jié)不可能涵蓋所有的影響因素，尤其是隨著建筑形式的發(fā)展而出現(xiàn)的新問題，更不可能是規(guī)范編寫者在幾年，甚至十幾年前編寫規(guī)范時就能全部考慮到的。

（3） 限制了設計人員主觀創(chuàng)造力的發(fā)展。非靈活的、太過具體的規(guī)范條文，常常桎梏設計人員的想象力，無形中僵化了人們的思維。與此同時設計者對規(guī)范中未規(guī)定或規(guī)定不具體的地方，也會因盲目性而導致設計結(jié)果的失誤。比如人們可以這樣認為：符合規(guī)范條文要求的設計就是合格的，而對于規(guī)范沒有規(guī)定的因素，設計人員就無從著手了。因此對任何小的細節(jié)考慮不周都可能導致系統(tǒng)失效，完全背離設計的宗旨。

（4）無法充分體現(xiàn)人的因素對整體安全度的影響。建筑是為人類的生產(chǎn)和生活服務的，人的素質(zhì)無疑在很大程度上影響著建筑防火安全的水平。比如人的生產(chǎn)、生活習慣，樓宇物業(yè)管理水平，人在火災中的心理狀態(tài)等都在事實上成為安全設計的主要考慮因素之一。然而，現(xiàn)行規(guī)范中無法充分體現(xiàn)該類因素的作用。

當前，建筑防火相關領域新成果的不斷涌現(xiàn)和現(xiàn)代信息處理技術，在不斷充實現(xiàn)行的規(guī)范體系。與傳統(tǒng)的防火設計規(guī)范相對比，性能化的防火設計規(guī)范具有以下特點：

（1）加速技術革新。在性能化的規(guī)范的體系中，對設計方案不做具體規(guī)定，只要能夠達到性能目標，任何方法都可以使用，這樣就加快了新技術在實際設計中的應用，不必考慮應用新設計方法可能導致與規(guī)范的沖突。性能化的規(guī)范給防火領域的新思想、新技術提供了廣闊的應用空間。

（2）提高設計的經(jīng)濟性。性能化設計的靈活性和技術的多樣化給設計人員提供更多的選擇，在保證安全性能的前提下，通過設計方案的選擇可以采用投入效益比更優(yōu)化的系統(tǒng)。

（3）加強設計人員的責任感。性能設計以系統(tǒng)的實際工作效果為目標，要求設計人員通盤考慮系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，減小對規(guī)范的依賴，不能以規(guī)范規(guī)定不足為理由忽視一些重要因素。這對于提高建筑防火系統(tǒng)的可靠性和提高設計人員技術水平都是很重要的。

由于是一種新的設計方法，工程應用范圍并不廣泛，許多性能化防火設計案例尚缺乏火災驗證。目前使用的性能化方法還存在以下一些技術問題：

（1）性能評判標準尚未得到一致認可。

（2）設計火災的選擇過程確定性不夠。

（3）對火災中人員的行為假設的成分過多。

（4）預測性火災模型中存在未得到很好證明或者沒有被廣泛理解的局限性。

（5）火災模型的結(jié)果是點值，沒有將不確定性因素考慮進去。

（6）設計過程常常要求工程師在超出他們專業(yè)之外的領域工作。

需要注意的是，傳統(tǒng)的防火設計規(guī)范與性能化的防火設計規(guī)范并不是對立的關系，恰恰相反，建筑設計既可以完全按照性能化消防規(guī)范進行或與現(xiàn)行規(guī)格式規(guī)范一起使用，也可以獨立按照消防安全工程的性能化判據(jù)與要求進行。在實際工程設計中，并不是所有的建筑物都應該或有必要按照性能化的工程方法進行設計。事實上，目前在一些開展這方面工作較早的國家也只有1%～5%的建筑項目需要采用性能化的方式進行設計，如美國，約1%；新西蘭和澳大利亞，約3%～5%；德國，約 1.5%.在我國，部分地區(qū)可能達到3%～5%，但總體應不會超過0.5%.

建筑物的消防設計必須依據(jù)國家現(xiàn)行的防火規(guī)范及相關的工程建設規(guī)范進行。只有現(xiàn)行規(guī)范中未明確規(guī)定、按照現(xiàn)行規(guī)范比照施行有困難或雖有明確規(guī)定但執(zhí)行該規(guī)定確有困難的問題，才采用性能化防火設計方法。即使如此，所設計的建筑物的消防安全性能仍不應低于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的安全水平。

任何建筑的消防安全都是一個復雜的系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)其消防安全性能能夠達到一定安全水平，必須根據(jù)采用性能化設計的部分出發(fā)，從整體設計進行系統(tǒng)的分析研究。即使這樣，也只能通過改善建筑環(huán)境來控制和降低其發(fā)生火災的可能性及其火災危害，而無法完全消除其火災危險。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式進行設計的問題略有差異，但從總體上看，主要有人員安全疏散設施、防火分區(qū)面積、鋼結(jié)構耐火保護以及建筑防排煙幾個方面的問題。對于設計者提出需要進行性能化防火設計的問題，還必須由省級公安機關消防機構批準。必要時，如某些重大或較復雜的工程建設項目，還應組織相關國家標準管理機構共同復審確定。