建筑防火性能化設計淺談

英國在1985年頒布了第一部性能化防火規(guī)范后，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)費積極開展了消防安全工程學和性能化安全設計方法理論及技術的研究。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。目前有不少于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)以及兩個國際組織-國際標準組織(ISO)和國際建筑研究與文獻委員會(CIB)采用或積極發(fā)展性能化規(guī)范和基于規(guī)范結構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。?

　　美國已完成性能目標和基本完成性能級別分級的確定，并于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》。加拿大計劃于2001年發(fā)布其性能化的建筑規(guī)范和防火規(guī)范，其要求將以不同層次的目標形式表述。英國于1985年完成了建筑規(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"，但不詳細規(guī)定應如何實現(xiàn)這一目標。澳大利亞于1989年成立了建筑規(guī)范審查工作組，起草性能化的《國家建筑防火安全系統(tǒng)規(guī)范》，并于1996年頒布了性能化《澳大利亞建筑-1996》(BCA96)，并自1997年陸續(xù)被各州政府采用。新西蘭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，并作為可接受的設計方法；1993～1998年，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的發(fā)生、安全疏散措施、防止倒塌、消防基礎設施和通道要求以及防止火災相互蔓延5部分。?

　　從國外性能化規(guī)范的研究過程看，大部分是首先或同時研究與性能設計有關的消防安全設計評估技術，只有少數(shù)國家是先修改規(guī)范，后開發(fā)設計指南。?

　　三、消防安全工程?

　　隨著人們對火災現(xiàn)象及其規(guī)律研究的不斷深入，在一定程度上實現(xiàn)了對火災過程的定量描述和分析，并由此產(chǎn)生了一門新興工程學科--消防安全工程學。在發(fā)展以性能為基礎的規(guī)范的同時，消防安全工程也在快速發(fā)展。消防安全工程學由于其潛力、復雜性以及應用性而在基礎理論、方法學和實用工具領域得到較大的發(fā)展。當然人們?nèi)匀恍枰�進一步研究建筑設計中完全量化的消防安全工程方法。?

　　消防安全工程所涉及的內(nèi)容包括工程原理與原則的應用，基于火災現(xiàn)象、火災影響，以及人的反應和行為的專家判斷。由于現(xiàn)在仍然缺乏完全量化的建筑設計消防安全工程方法，因此要求采用由專家或工程分析判斷而形成的比較保守的方法。不過，在很多國家，這些能夠作出專家判斷的經(jīng)過認可或被接受的消防工程師為數(shù)不多。?

　　四、性能化設計方法?

　　性能化設計方法是建立在消防安全工程學基礎上的一種新的建筑防火設計方法，它運用消防安全工程學的原理與方法，根據(jù)建筑物的結構、用途和內(nèi)部可燃物等方面的具體情況，對建筑的火災危險性和危害性進行定量的預測和評估，從而得出最優(yōu)化的防火設計方案，為建筑物提供最合理的防火保護。?

　　性能化設計利用火災科學和消防安全工程去建立設計指標，評估設計方案；并利用火災危害分析和火災風險評估去建立從總體目標和功能目標到火災場景等領域內(nèi)所需要的參數(shù)。性能化的消防安全設計是一種可以對諸如非工程參數(shù)如人在火災中的行為和反應進行定義的工程過程。?

　　五、性能化規(guī)范與性能化設計方法?

　　性能化規(guī)范中，一般只確定能達到規(guī)范要求的可接受的方法，對建筑物內(nèi)的要求通過政策性的總目標、功能目標和性能要求來表敘。例如澳大利亞于1996年12月由澳大利亞建筑規(guī)范委員會(ABCB)編制的第一個"性能化"的綜合性的建筑規(guī)范《澳大利亞建筑規(guī)范(BCA96)》由四個層次的體系構成，即目標、功能描述、性能要求?quot;視為滿足的條款"以及驗證的方法。性能化設計是選用以性能為基礎的替代辦法，即描述能夠達到某種規(guī)定性能水平的設計過程的術語，其設計方法是設計中的一種工程方法。?

　　如果性能化設計方法同性能化規(guī)范一起使用，就必需有一套規(guī)范中要求的固定的總目標、功能目標和性能要求。如果不借助性能化規(guī)范，就由以下7個步驟來指導分析和設計，即1?確定工程場址或工程的具體內(nèi)容。2?確定消防安全總體目標、功能(或損失)目標和性能要求。3?建立性能指標和設計指標標準。4?建立火災場景。5?建立設計火災。6?提出和評估設計方案。7?寫出最終報告。性能化設計必需考慮的因素至少包括以下因素：1?起火和發(fā)展。2?煙氣蔓延和控制。3?火災蔓延和控制。4?火災探測和滅火。5?通知使用者并疏散。6?消防部門的接警和響應。?

　　六、評估方法?

　　建筑防火評估方法是性能化設計的關鍵技術，在世界范圍內(nèi)，對于這一方法及相關概念體系的逐步完善作出重要貢獻的各類方法和模型主要包括：美國的建筑防火評估方法(BFSEM：The  Building  Fire  Safety  Evaluation  Method)。評估特定場所內(nèi)所用產(chǎn)品火災風險的FRAME  works方法，火災致?lián)p評估方法(FIVE：Fire-Induced  Vulnerability  Evaluation)；澳大利亞的風險評估模型(RAM:Risk  Assessment  Modeling)；日本的建筑物綜合防火安全設計方法；加拿大的FIRECAM方法。?

　　加拿大國家建筑研究院(NRC)正在研究并已開始應用的性能化設計工具：火災風險與成本評估模型(FiRECAMTM--Fire  Risk  Evaluation  and  Cost  Assessment  Model))，它通過分析所有可能發(fā)生的火災場景來評估火災對建筑物內(nèi)居民造成的預期風險，同時還能評估消防費用(基建及維修)和預期火災損失。FiRECAMTM依靠兩個主要參數(shù)來評估火災安全設計的火災安全性能，即火災對生命造成的預期風險(ERL)和預期火災損失(FCE)；運用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來預測火災場景發(fā)生的幾率，比如可能發(fā)生的火災類型或火災探測器的可靠性，同時還運用數(shù)學模型來預測火災隨時間的變化，比如火的發(fā)展和蔓延及居民的撤離；FiRECAMTM利用火災增長、火災蔓延、煙氣流動、居民反應和消防部門反應的動態(tài)變化(以時間為函數(shù))來計算ERL和FCE的數(shù)值。它包括：火災增長模型、煙氣流動和居民逃生模型。FiRECAMTM對火災蔓延的可能性及火災后修復建筑物的費用采用的是保守的評估模型，所以對財產(chǎn)損失的評估結果比實際的偏高。

　　  

;澳大利亞消防規(guī)范改革中心(FCRC)正在開發(fā)一個用以量化建筑消防安全系統(tǒng)性能的風險評價模型叫CESARE--Risk(注：它和FiRECAMTM同基于Beck的預測多層、多房間內(nèi)火災的影響的風險評價系統(tǒng)模型)，它采用多種火災場景，其中考慮了火災及對火災的反應的概率特性，采用確定性模型預測建筑內(nèi)火災環(huán)境隨時間的變化。某些組成部分如下：事件樹與預期值模型、火災發(fā)展與煙氣流動模型、人員行為模型、消防隊模型和工作人員模型、分隔失效模型、經(jīng)濟模型。?

　　七、消防工程指南  ?

　　目前，為與消防安全工程相一致，必須為單個消防技術起草實施指南，1996年澳大利亞消防規(guī)范改革中心出版了"消防工程指南"，為消防安全評估提供了指導。該指南提出設計過程的一個重要部分是制定一個設計大綱，對建筑整體方案進行分析，確定潛在火災危害以便提出使項目組、消防安全工程師、消防部門和審批機關均認為滿意的消防系統(tǒng)設計方案。消防安全系統(tǒng)分析可以分下列幾極：?  

　　第一極--組件和子系統(tǒng)等效評估(SEE--SYSTEM  EQUIVALENT  EVALUATION)，只考慮一個子系統(tǒng)的單獨運行情況。?

　　第二極--系統(tǒng)性能評估(SPE)，考慮不同子系統(tǒng)和組件之間的互相影響，這一極分析可能只建立在一個簡單的火災場景和時間曲線分析基礎上，也可能需要單獨考慮一個以上的"最壞"火災場景。?

　　第三極--系統(tǒng)風險評估(SRE)，適用于大型綜合建筑或者高度創(chuàng)新的建筑，能大大降低建筑成本或者解決非常困難的設計問題。它屬于概率風險評估，其量化非常復雜，需要消防工程師具有更高的技術水平，也要求有關審批部門掌握更高的評估技能。同時指南還為所考慮的消防安全子系統(tǒng)規(guī)定了必要的分析和輸入數(shù)據(jù)。?

　　八、我國的前景

　　我國1996年開始組織有關單位和人員系統(tǒng)地開展相關研究，也認識到開展大型公共建筑(包括地下和地上)、大空間建筑、高層民用建筑、高火災危險工業(yè)建筑和儲罐區(qū)、建筑內(nèi)的煙氣控制、人員安全疏散的性能化設計和評估技術研究的必要性和迫切性。?

　　性能化防火規(guī)范以及性能化防火設計，正受到越來越多的國家的關注，建筑安全評估技術是性能化規(guī)范的重要組成部分，也是我國推行性能化規(guī)范急需解決的關鍵技術問題。?  

　　隨著建筑的不斷復雜化，以及消防技術的不斷多樣化，采用性能化設計的壓力越來越大，這使我們認識發(fā)展更好的消防安全工程教育的必要性。建議我國為了普及性能化標準，必須實施性能化的教育方案，這一點可以向其他各國借鑒學習，如英國編制了消防安全工程(《國家FSE基礎課程》；消防工程師學會(SFPE)召開的美國建筑行業(yè)各界代表參加的討論會也提出向性能化體系發(fā)展的第一步應包括在建筑界和消防界提高每個人員的素質(zhì)。?

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