王繼紅 馮勇

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

淺談建筑防火的性能化設(shè)計

王繼紅 馮勇

河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

隨著新型建筑材料、建筑技術(shù)和建筑物大量涌現(xiàn)，建筑物出現(xiàn)了向大規(guī)模、復(fù)雜化和個性設(shè)計等方向發(fā)展的趨勢，為順應(yīng)現(xiàn)代建筑發(fā)展的需要，一種更為先進的設(shè)計方法，性能化設(shè)計正是時代發(fā)展的需求。根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、內(nèi)部裝修、火災(zāi)荷載等的具體情況，自由選擇各種防火措施，對建筑火災(zāi)危險性和危害性進行定量的預(yù)測和評估，為建筑物提供最合理的防火保護，從而保證建筑物內(nèi)的人員生命和財產(chǎn)安全。

建筑防火；性能化設(shè)計；安全評估

性能化設(shè)計是一種新型的防火系統(tǒng)設(shè)計思路，是建立在更加理性條件上的一種新的設(shè)計方法。從根本上說，性能化設(shè)計只是一個描述能夠達到某種規(guī)定性能水平的設(shè)計過程的術(shù)語。它是運用消防安全工程學(xué)的原理和方法首先制定整個防火系統(tǒng)應(yīng)該達到的性能目標,并針對各類建筑物的實際狀態(tài)，應(yīng)用所有可能的方法對建筑物的火災(zāi)危險和將導(dǎo)致的后果進行定性、定量的預(yù)測與評估，以期得到最佳的防火設(shè)計方案和最好的防火保護。

1 性能化設(shè)計方法的必要性和步驟

1.1 性能化設(shè)計方法的必要性

1）是適應(yīng)社會發(fā)展的客觀需要

隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，超高層建筑、大型商場、大型娛樂游藝場所等大量涌現(xiàn)，群死群傷、特大、重大火災(zāi)事故時有發(fā)生，現(xiàn)行消防技術(shù)規(guī)范已不能涵蓋所有建筑的消防安全要求。所以，推行完善、高效、適應(yīng)建筑發(fā)展需求的防火性能化設(shè)計規(guī)范或性能化設(shè)計方法是解決問題的根本出路。

2）是豐富建筑藝術(shù)、推廣新技術(shù)的最佳途徑

建筑防火性能化設(shè)計只需要規(guī)定建筑物達到的安全規(guī)定的性能要求和應(yīng)具備的性能要求的特征參數(shù)指標，使得建筑師在設(shè)計時充分施展才能，設(shè)計出更有人情味、更富理性的建筑藝術(shù)作品。同時，在建筑設(shè)計中，可大力推廣使用新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備。

3）是建筑設(shè)計方法發(fā)展的必然趨勢

以火災(zāi)性能為基礎(chǔ)的性能化設(shè)計方法已成為世界各國建筑界與消防界的共識。目前，已有不少國家實行了防火性能化設(shè)計規(guī)范。如澳大利亞頒布了《性能化建筑防火設(shè)計規(guī)范》，美國發(fā)布了《國際建筑性能規(guī)范》和《國際防火性能規(guī)范》。英國、法國、加拿大、國際標準組織（ISO）、國際建筑研究與文獻研究委員會（CIB）等多個國家和國際組織采用了性能化規(guī)范或性能化設(shè)計方法。我國也開始了相關(guān)研究，但發(fā)展較慢，已遠遠落后于部分發(fā)達國家。研究適用于建筑工程設(shè)計的消防評估方法和評估模型，開發(fā)計算機設(shè)計軟件，逐步建立和完善性能化設(shè)計迫在眉睫。

1.2 性能化設(shè)計的步驟

1）確定工程場址

2）確定防火安全目標

防火安全目標是安全系統(tǒng)最終達到的總體效果，安全目標還包括性能目標和性能標準。性能目標是必須滿足的建筑物在防火、滅火等方面的具體要求。性能標準是指單個消防設(shè)備或整個系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)指標。

3）建筑物內(nèi)部的可燃物、人員等的具體特征，確定設(shè)計指標。

4）建立火災(zāi)場景模型

火災(zāi)場景模型涉及諸如點火源性狀、起火點位置、可燃物種類、火災(zāi)荷載、建筑布局等，同時應(yīng)該給出火災(zāi)試驗及計算過程需要的技術(shù)條件。

5）選擇分析計算方法

6）提出和評估設(shè)計方案

7）對設(shè)計方案審核，并最終確定設(shè)計方案，寫出最終報告。

性能化設(shè)計還需考慮到起火和發(fā)展、煙氣蔓延和控制、火災(zāi)蔓延和控制、火災(zāi)探測和滅火、通知使用者和疏散、消防部門的接警和響應(yīng)等因素。

2 建筑防火性能化設(shè)計的理論基礎(chǔ)

建筑工程消防設(shè)計包括：總平面設(shè)計、防火分隔和建筑構(gòu)造、安全疏散、消防給水和滅火系統(tǒng)、采暖通風(fēng)、防排煙及電氣等內(nèi)容。建立火災(zāi)場模型，必須基于火災(zāi)燃燒理論及火災(zāi)中煙氣的流動理論。

2.1 火災(zāi)中的釋熱速率

釋熱速率是表示火災(zāi)發(fā)展的一個主要參數(shù)。一般應(yīng)當通過實驗來認識典型物品的火災(zāi)燃燒特性，據(jù)此估計特定火災(zāi)中的釋熱速率。

2.2 火災(zāi)煙氣的特性

火災(zāi)煙氣是一種混合物,由于它的減光性、毒性和高溫的影響,對火災(zāi)中被困人員生命的威脅最大。

2.2.1 火災(zāi)煙氣的來源

1）可燃物熱解或燃燒產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物。

2）由于卷吸而進入的空氣。

3）多種微小固體顆粒和液滴。

2.2.2 煙氣的減光性

可見光波的波長為0.4～0.7 μm，一般火災(zāi)煙氣中煙粒子粒徑為幾微米到幾十微米，對可見光有完全的遮蔽作用。煙氣彌蔓時，可見光因受到煙粒子的遮蔽而大大減弱，能見度大大降低。發(fā)生火災(zāi)時，煙氣蔓延進入疏散通道，使火場中疏散人員的疏散速度大大降低。

2.2.3 煙氣的毒性

1）缺氧

煙氣中含氧量往往低于人們生理正常所需要的數(shù)值。當空氣中含氧量降低到15%時，人的肌肉活動能力下降；降到10%～14%時，人就四肢無力，智力混亂，辯不清方向；降到6%～10%時，人就會暈倒。雖然短時不會死亡，但也會因失去活動能力而不能逃離火場最終被火燒死。

2）中毒

煙氣中含有各種有毒氣體，這些氣體的含量已超過人們生理正常所允許的濃度，造成人們中毒死亡。人員接觸1 h一氧化碳的安全濃度為0.04%～0.05%；接觸10%左右濃度的二氧化碳，會引起頭暈；嚴重者，會發(fā)生昏迷、呼吸困難，甚至失去知覺。接觸20%左右濃度的二氧化碳，人體的神經(jīng)中樞系統(tǒng)出現(xiàn)麻痹，導(dǎo)致死亡。

3）塵害

危害最大的是顆粒直徑小于10 μm的飄塵。由于氣體擴散作用，進入人體肺部粘附并聚集在肺泡壁上，引起呼吸道疾病、增大心臟病死亡率，對人造成直接危害。

4）高溫

火災(zāi)煙氣具有較高的溫度,在著火房間內(nèi)，煙氣溫度可高達數(shù)百攝氏度。在地下建筑中，火災(zāi)煙氣溫度可高達在1 000℃以上。人們在65℃時，可短時忍受；在120℃時，15 min內(nèi)就將產(chǎn)生不可恢復(fù)的損傷；140℃時約為5 min，170℃時約為1 min；而在幾百度的高溫?zé)煔庵校? min也無法忍受的。

2.2.4 煙氣的恐怖性

發(fā)生火災(zāi)時，特別是發(fā)生爆燃時，火焰和煙氣沖出門、窗洞口，濃煙滾滾，烈火熊熊，使人產(chǎn)生恐怖感，常常給疏散造成混亂局面，使人失失去理智，驚慌失措。

2.3 煙氣的流動

根據(jù)流體的特性，流動煙氣的寬度一般等于空間的寬度。煙氣在水平方向擴散流動速度較小，火災(zāi)初期為0.1～0.3 m/s，中期為0.5～0.8 m/s。煙氣在垂直方向擴散流動速度較大，通常為1～5 m/s。在樓梯間或管道豎井中，煙氣上升流動速度可達6～8 m/ s，甚至更大。

3 建筑防火性能化設(shè)計的內(nèi)容

1）保證建筑內(nèi)人員安全疏散

從安全性方面綜合考慮各種火災(zāi)因素對人員逃生的影響，采用性能化設(shè)計保證建筑物內(nèi)人員的火災(zāi)安全性，從而防止人員傷亡。保證煙層下降高度和煙氣濃度達到人不能忍耐的時間大于人員安全疏散所需的時間。

2）保證建筑構(gòu)件耐火

從穩(wěn)定性方面分析建筑構(gòu)件在火災(zāi)中的反應(yīng)，采用性能化設(shè)計方法來保證建筑物結(jié)構(gòu)的火災(zāi)穩(wěn)定性，從而防止建筑物的倒塌，保證火災(zāi)持續(xù)時間小于構(gòu)件的耐火時間。

4 防火安全評估的判定標準及其量化指標

建筑防火的性能化評估過程就是證明性能化設(shè)計是否達到安全性能判定標準的過程，只有達到性能判定標準的設(shè)計才是最佳的設(shè)計方案。

4.1 以人員暴露于火災(zāi)中的危險狀況作為判定標準

火災(zāi)發(fā)展到使環(huán)境達到人體耐受極限的時間(ASET)必須大于以火災(zāi)發(fā)生到人員疏散到安全地點所用的時間(RSET)，即ASET＞RSET。

4.2 具體化指標

我國一些評估機構(gòu)參照國外性能化評估案例，確定了人員安全疏散的性能判定標準，量化指標如下：

1）2.1 m以上空間內(nèi)的煙氣層平均溫度不大于200℃。

2）2.1 m以下空間的煙氣層平均溫度不大于100℃，且可視度不小于10 m。

在需要考慮煙氣毒性影響的情況下，還要滿足一氧化碳濃度不超過2 500 pm(即0.25%)，二氧化碳濃度不超過1%的條件。

5 結(jié)語

性能化設(shè)計已成為世界建筑消防設(shè)計發(fā)展的必然趨勢，它的發(fā)展將大大促進消防安全設(shè)計的科學(xué)化、合理化和成本效益的最優(yōu)化，對于提高我國城市消防安全水平和管理水平，促進建筑防火設(shè)計和消防安全咨詢的專業(yè)化，提高設(shè)計的科學(xué)合理性都有著重要的意義。