（环境工程专业论文）某财富会所性能化防火设计方案研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文以某财富会所为例，分析了“处方式规范 在此类建筑防火设计中存在的问 题和不足，从而引入以满足功能要求为先导的性能化防火设计方法，同时针对某财富 会所不同的功能区进行详细的分析、计算，以建筑构件耐火性能为指标，以各项消防 设施有效运行为基础，以人员安全疏散为重点，将人员安全疏散时间与火灾危险来临 时间作对比分析，重点分析性能化防火设计在会展类建筑消防设计中的应用，从而保 障建筑内人员的生命安全，有效遏制火势的蔓延扩大，最大限度地减少火灾损失，确 保国家和人民的财产安全。 方案研究结果表明：性能化防火设计将是处方式规范设计的有效补充和完善，在 发展趋势上将超出处方式规范设计的模式，并将极大地促进消防安全设计的科学化、 合理化和成本效益的最优化。为此，要加快步伐认真研究性能化规范及配套技术，将 其优越性体现出来，以便于在理论和实践上为会展类建筑的防火设计提供一定的参考 依据。 关键词：会展类建筑建筑防火设计性能化防火设计方案研究防火安全性分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 量璺量置量罾暑置量置置置量量量量量一i i a b s t r a c t b a s e do naw e a l t hc l u b ，f o re x a m p l e ，a n a l y s i so ft h e p r e s c r i p t i v en o r m s i ns u c ha b u i l d i n gf i r es a f e t yd e s i g np r o b l e m sa n dd e f i c i e n c i e s ，s o a st ob r i n go r d e rt om e e tt h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sf o rt h ep i l o tp e r f o r m a n c e - b a s e df i r es a f e t yd e s i g nm e t h o d s ，w h i l ea w e a l t hc l u bf o rd i f f e r e n tf u n c t i o n a la r e a sf o rd e t a i l e da n a l y s i s ，c a l c u l a t i o n s ，t ot h ef i r e r e s i s t a n c eo fb u i l d i n gc o m p o n e n t sa sa f t i n d e xt ot h ee f f e c t i v eo p e r a t i o no ff i r e f a c i l i t i e s - b a s e d ，f o c u so nt h es a f e t yo fe v a c u a t i o n ，t h ee v a c u a t i o nt i m ea n dt h es a f e t yo ft h e f i r ed a n g e rc o m e st i m ef o rc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h ef o c u so fp e r f o r m a n c e - b a s e df i r es a f e t y d e s i g ni nt h ee x h i b i t i o nc l a s sa r c h i t e c t u r a ld e s i g no ft h ea p p l i c a t i o no ff i r et op r o t e c tt h e l i v e sa n ds a f e t yo f w o r k e r si nc o n s t r u c t i o n , e f f e c t i v ec o n t r o lo ff i r es p r e a da n dt om i n i m i z e f i r el o s s e s ，t ob 既 l s u r en a t i o n a ls e c u r i t ya n dp e o p l e sp r o p e r t y t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o g r a m ：p e r f o r m a n c e - b a s e df i r ep r o t e c t i o nd e s i g nh a sb e e n a ni n e v i t a b l et r e n d ，i tm e a n ss u p e r - s o u r c es t a n d a r dd e s i g np a t t e r n s ，w h i c hg r e a t l yp r o m o t e f i r es a f e t yd e s i g ns c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l ea n dc o s t e f f e c t v e n e s so p t i m i z a t i o n t ot h i se n d ， t os p e e du pt h ep e r f o r m a n c e - b a s e ds p e c i f i c a t i o n sa n dm a t c h i n gt h ep a c eo ft e c h n o l o g yi no u r s t u d y , t h es u p e r i o r i t yo fp e r f o r m a n c e - b a s e df i r ed e s i g ni n t of u l lp l a y , s oi nt h e o r ya n d p r a c t i c ef o rt h ec l a s so f b u i l d i n gf i r es a f e t yd e s i g ne x h i b i t i o np r o v i d ea r e f e r e n c e k e yw o r d s ： e x h i b i t i o nc l a s sb u i l d i n gb u i l d i n gf i r es a f e t yd e s i g np e r f o r m a n c e - b a s e df i r e s a f e t yd e s i g n t h ep r o g r a mr e s e a r c h f i r es a f e t ya n a l y s i s 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 建筑性能化防火设计概述 1 1 1 消防工程学与性能化防火 近半个世纪以来，很多国家的科研机构和学者通过大量的火灾实验和理论研究， 对火灾的燃烧特性、烟流特性、火灾发展特性等有了深入的了解，并逐惭发展和形成 了一门新的安全工程学科消防工程学。消防工程学是一门以火灾发生与发展规律和 火灾预防与扑救技术为研究对象的新兴综合学科，是综合反映火灾防治科学技术的知 识体系。消防工程学研究的范围包括：火灾基础理论、火灾数学模型的开发和应用、 火灾危险性分析、火灾统计、火灾调查结果的分析应用、消防技术法规的制定与应用 等内容。通过建立火灾的数学模型，来量化描述火灾的危害性、危险性。运用这种数 学模型对建筑的消防设计进行安全分析评估，评价消防设计是否既满足了规定的消防 安全要求，又符合经济合理的原则。 性能化防火设计是一种新的防火设计思路，是建立在更加理性条件上的一种新的 设计方法。如在执行现行规范时，当某建筑的防火间距不能达到规范要求时，可以通 过设置防火墙或减小开窗面积来弥补；当安全疏散距离较长时，可以通过增加安全出 口或加强防、排烟设施来保证；当防火分区面积超过规范规定时，可以通过设置自动 喷水灭火设施来弥补，对某一建筑物，当某些方面不能达到消防规范要求时，是可以 采取其它措施补救的。其主要优点包括： ( 1 ) 有利于建筑防火设计中为达到安全目标而充分发挥设计人员的创造力，加强 设计人员的责任感。性能化设计以系统的实际工作效果为目标，要求设计人员通盘考 虑系统的各个环节，减小对规范的依赖，不能以规范规定不足为理由忽视一些重要因 素。这对于提高建筑防火系统的可靠性和提高设计人员技术水平都是很重要的。 ( 2 ) 有利于新思维、新技术、新工艺、新材料、新设备的发展与及时推广应用， 有利于各项防火技术的优化组合和总体防火效果的发挥。在性能规范的体系中，对设 计方案不做具体规定，只要能够达到性能目标，任何方法都可以使用，这样就加快了 新技术在实际设计中的应用，不必考虑应用新型设计方法会导致与规范的冲突。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 3 ) 有利于对工程投资恰如其分的合理使用，提高设计的经济性。性能化设计的 灵活性和技术的多样化给设计人员提供更多的选择，在保证安全性能的前提下，通过 设计方案的选择可以采用投入效益比最优化的系统。 1 1 2 国内外性能化防火研究概况 自2 0 世纪7 0 年代起，一些发达国家就开始系统研究以火灾性能为基础的建筑防火 设计方法，二三十年来，性能化防火设计已成为国际上火灾科学研究领域的一个热点。 一些著名的火灾防治研究机构和大学开展了许多与性能化设计有关的研究课题，如关 于设定火灾的研究、火灾过程的计算机模型、火灾风险分析、火灾中的人员行为分析 等。这些为发展性能化设计方法与制订相应的规范创造了条件。国际上一些主要的火 灾科学学术刊物上均登载了大量关于性能化设计与规范方面的文章，并探讨了如何将 有关的火灾研究成果应用于解决工程实践的问题。 国际上对性能化建筑防火设计的研究与讨论，对我国的消防部门与建筑设计部门 产生了重大的影响。在过去十几年间，公安部消防局和中国消防协会近年来组织举办 了多次有关火灾危险分析和性能化防火设计的专门研讨会。1 9 9 6 年，国家“九五 科 技攻关项目中设置了“重大工业事故和特殊建筑火灾预防与控制技术研究 项目，公 安部组织了天津、沈阳、四川、上海等四个消防科学研究所和中国科技大学火灾重点 实验实、中国建筑科学研究院防火研究等单位联合攻关，这种合作推进了我国性能化 防火设计的研究。2 0 0 0 年，根据第三届全国消防标准化技术委员会的决定，在公安部 消防局的组织下成立了“消防安全工程学 工作组，负责推进相关的火灾基础科学研 究，开发建筑物消防安全性能化评估方法，建立基础数据库，有利地推动我国性能化 防火设计工作发展。在国家的“十五一科技攻关项目中，也专门对我国性能化防火设 计方法的研究给予大力的支持，与此相关的基础研究工作得到了加强，并有望初步提 出一适应我国国情的性能化设计指南。对于当前一些重要的“超规范 建筑的性能化 评估，我国采用的是一家防火机构做评估方案，另一家防火机构进行监督评估的模式。 1 1 3 建筑性能化防火设计的条件 建筑性能化防火设计不仅是社会发展的需要，而且是社会进步的象征。但它又是 一个复杂的系统工程，它决不是针对某一个项目轻而易举都可以照搬照抄的，它必须 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 具备以下几个条件： 1 、从目前状况而言，广大建筑设计人员重点在于功能、效果、构造、安全疏散等 方面的设计，而对消防技术缺乏系统的了解，特别是在对不同火灾条件下的变化规律， 如火灾场景、火势的蔓延途径、材料的发烟量等知识缺乏，因此，必须对广大设计人 员补上“消防工程学 一课。同时，我们必须要发展对消防工程学的研究，建立火灾 基础数据库，开发实用的消防安全评估模型和方法以及可靠的计算机设计软件等。 2 、要有一个深层次的科研机构。“火灾工程“不同于其它工程，它比较复杂，例 如，在同一建筑物内的不同的条件下，它的火势场景是完全不同的，它的变化规律也 是不同的，同时火灾实验不同于其他实验，其他项目建筑物可以按比例缩小，但火势 无法按比例缩小。 3 、要有一个综合性的性能化防火设计小组。一个大型项目的性能化防火设计决不 可能由一个工程来完成，它涉及到方方面面，目前像加拿大、日本等国家都有建筑性 能化防火规范设计研究机构，加拿大国家建筑性能化防火设计研究所仅工作人员就有 3 0 0 0 多人。一个项目先由建筑设计人员提出建筑方案，然后由该小组从不同角度进行 反复比较分析，如火灾场景分析、安全性分析等，最后拿出完整的方案，反复比较， 再进一步实施。 4 、要有先进的设备。先进的设备是技术保证的一个方面，特别是中国加入世贸组 织之后，我们与国际交往，技术合作更加广泛，我们要吸取国际的先进经验，引进先 进的技术和设备，不断提高自己，以使我们的技术水平进入世界先进的行列。 5 、在发达国家，性能化设计方法几乎都是在性能化规范制订出来以前就已经在建 筑防火设计中发挥着重要作用。传统的处方式规范不可能覆盖所有建筑的要求，对于 超规的设计方案就采用性能化分析方法和工具来计算和论证。另一方面即使是性能化 规范制订出来以后，性能化设计方法不可能、也没有必要完全取代处方式的设计方法。 1 2 性能化防火设计研究现状 1 2 1 国内性能化防火设计研究现状 中国从1 9 8 0 年代初期就开始了火灾模化方面的研究，在火灾科学、火灾动力学演 化、建筑火灾烟气运动等方面也开展了大量工作，系统地对单室火灾、多室火灾和大 空间火灾等建筑火灾的发展过程进行了试验研究，揭示了火灾发生和发展具有随机性 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 和确定性的双重特点，提出了场一区一网综合模拟方法，编制了场一区模拟方法相结 合的综合模型。 1 9 8 6 年，公安部天津消防研究所编写了火灾模化方法的发展译文集，介绍了 当时国际上几种有影响的火灾计算机程序，开展了单室客房火灾的模拟实验，出版了 人在火灾中的行为( 1 9 8 9 ) 、火灾科学导论( 1 9 9 3 ) 、建筑物综合防火设 计( 1 9 9 4 ) 等著作。 1 9 9 6 年公安部天津消防研究所、公安部四川消防研究所、中国科学技术大学火灾 科学国家重点实验室、中国建筑科学研究院防火所分别开展了“地下建筑与大空间建 筑火灾特性研究 、“高层建筑火灾预防与扑救技术的研究 、“地下建筑与大空间 建筑火灾预防与控制技术研究与开发 和“地下建筑与大空间建筑消防工程新技术综 合应用 等国家“九五 科技攻关研究项目，对地下建筑和大空间建筑的火灾特性与 控制技术、消防技术在工程中的综合应用等开展了研究，公安部天津消防研究所开发 了针对地下大型商场人员疏散的模型f e g r e s s ，利用大空间实验馆( 中国科技大学火灾 国家重点实验室) 、通过地下商场实体模拟建筑和自动扶梯连通的二层实验馆( 公安 部天津消防研究所) 、高层建筑实验塔( 公安部四川消防研究所) 开展了大空间建筑 室内火蔓延的足尺试验研究、火灾早期特性的研究、高层建筑烟气运动和部分可燃材 料火灾特性的研究。特别是1 9 9 7 年f o r u m 会议( 天津) 以后，中国开始组织人员比 较系统地研究建筑物性能化设计方法、技术与标准、火灾模型，组织翻译了大量介绍 国外开展性能化防火设计和评估的著作和文献，出版了建筑火灾安全工程导论 ( 1 9 9 9 ) 。 f 1 2 0 0 0 年以后，中国成立了“消防安全工程工作组 ，负责收集和分析国外相关 资料，提出中国的消防安全工程标准发展规划并组织制订性能化设计标准，推进火灾 科学的研究和建立建筑物性能化评估方法以及建立相关数据库。此后，组织编写了国 外建筑火灾人员安全疏散研究译文集( 2 0 0 1 ) 、 国外建筑物性能化设计研究译文 集( 2 0 0 1 ) 、 高层建筑性能化设计案例汇编( 2 0 0 2 ) 。有关研究机构结合大空 间公共建筑、高层民用建筑、地下建筑等建筑的火灾发展、烟气运动研究与试验，建 筑结构对火反应等全面开展了相关研究，建立了钢筋混凝土结构在火灾中的热反应和 结构反应的非线性有限元分析模型，开发了相关结构分析软件s t r u f i r e 和高层建筑 火灾网络模拟软件h r b f s 。结合欧洲规范( e u r o c o d e1 ) 提出了钢结构和钢管混凝土结 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 构构件的耐火设计和验证计算方法。对运用场模拟和区域模拟分析计算中的网格独立 性和单元分割与区域数量对计算结果的敏感度进行了研究，提出了在性能化防火设计 中保证数值计算结果相对精确和可靠的方法。 2 0 0 1 - 2 0 0 4 年，公安部天津、四川消防研究所、中国科学技术大学火灾科学国家重 点实验室、中国建筑科学研究院防火所分别开展了建筑物性能化防火设计技术导则和 高层建筑、大空间建筑、人员密集场所的性能化防火设计安全评估技术与应用的研究， 对建筑的性能化防火设计和评估进行了系统、深入的研究。在近5 年的研究中，编制了 建筑物性能化防火设计技术导则( 2 0 0 4 ) ，建立了适合高层建筑、中庭式建筑和 人员密集大空间建筑的火灾安全分析模型与评估方法；采取场、区、网相结合的方法， 建立了适用于工程应用的量化分析模型，并以模拟实验与实体实验相结合的方式，验 证了数学模型的可靠性；提出了火灾场景与设计火灾的确定方法，提出了适合我国的 人员密集大空间建筑性能化防火设计原则和方法，采用情境实验法和等距图法进行人 员动态模拟，建立了人员疏散动态分析模型，并在此基础上完成了人员疏散动态模拟 分析软件的开发研究工作，出版了 ：性能化建筑防火分析与设计( 2 0 0 3 ) 、 火灾 风险评估方法学( 2 0 0 4 ) 、建筑性能化防火设计( 2 0 0 5 ) 等专著。此外，还对 性能化设计中的确定性标准( 包括火灾点燃、火灾发展、限制火灾蔓延、生命安全标 准以及安全因子) 和偶然性标准( 主要运用火灾风险评估方法分析偶然性的不确定因 素) 进行了初步研究。此外，中国还多次在大陆和香港组织了以性能化防火设计和评 估为主要议题的研讨会和报告会。 1 2 2 正在开展的相关研究 2 0 0 4 年至今，公安部天津、上海、四川消防研究所、中国科学技术大学火灾科学 国家重点实验室、中国建筑科学研究院防火所分别开展了以下主要研究工作： ( 1 ) 大型公共建筑的人员安全疏散技术、火灾探测报警应用技术、烟气控制技术和 钢结构火灾防护技术的研究。这些研究主要包括开展大型公共建筑人流密度和换算系 数调查研究，提出大型公共建筑安全疏散设计的优化计算方法，开发火灾中人员疏散 的定量计算模型，研究大型公共建筑火灾及其他紧急状态下人员安全疏散的诱导技术； 研究典型场所火灾烟气、温度、火焰及环境干扰因素对各类火灾探测及报警装置的影 响，分析各类火灾探测及报警装置在大型公共建筑典型场所的适用性；研究不同挡烟、 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 i ii 目皇量| 量量量曼曼量| 奠量量皇皇皇皇量量皇皇置_ 排烟及补风条件下大型公共建筑烟气控制措施的有效性；研制基于最优控制技术或遗 传算法的顶层设计平台，进行烟气控制系统的优化设计；对建筑钢结构热力耦合进行 模拟分析，提出大型公共建筑钢结构屋面系统的耐火设计修正方法。 ( 2 ) 地铁火灾烟气流动规律、防排烟设计参数及烟气控制系统、安全逃生技术和灭 火救援现场排烟技术研究。这些研究主要建立合理的隧道及地铁车站的火灾物理模型 和计算机仿真模型，研究地铁火灾演化、烟气流动蔓延、烟雾浓度及温度、压力传播 分布规律；研究地铁通风排烟设施对火灾初期烟气控制及人员逃生的有效性，地铁站 厅站台区域和隧道区间的几何结构尺寸及通风排烟方式对火灾烟气的影响，研究不同 通风排烟系统的防排烟设计参数：研究在事故发生时人员的逃生行为以及救助人员在 人员疏散、救援等方面的处理方式，提出一套系统、有效的安全逃生及疏散方法；开 发适用于地铁空间救援逃生的专用装备( 整套装备可由一个或几个可移动的充气式快 速逃生通道和救护站单元组成) ；研究与可移动的充气式快速逃生通道和救护站相匹 配的辅助装备( 如紧急医疗设备、通讯线路、路线指示标记等) ，拓展可移动的充气 式快速逃生通道和救护站的功能；研究消防人员在地铁火灾现场进行灭火救援时，利 用排烟车、移动式排烟机、喷雾水枪、高倍泡沫产生器和其他特种喷射装置等装备， 在地铁火灾环境下不同特征位置时的实战排烟参数和技术战术以及这些装备在火场中 不同战斗编成时的总体排烟效能：研制地铁专用的大型水力驱动排烟装置。 1 2 3 安全疏散的研究状况 建筑防火设计的主要目标之一是确保人身安全。安全疏散设计的最终要求为验证 建筑设计中所确定的疏散设施及其他保证疏散安全的条件能否使人员在火灾发展到危 害自身安全之前安全疏散到安全的地方。评价指标包括建筑空间出口及楼梯等处群集 滞留人数、滞留时间以及疏散结束所需时间和可用疏散时间。 安全疏散时间判据，主要按照火灾发展与人员疏散时间为同时沿一条不可逆的时 间线进行，保证建筑物内人员安全疏散完毕所需时间必须小于火灾发展到危险状态的 时间。火灾中人的疏散过程是在人的意识干预下，感知、认知火灾和环境信息与行为 决策以及执行决策的过程，是一种在时间压力下的人体位移。由于人的行为受到年龄、 身高、体重、敏捷度、习性、行动能力等心理与生理状态和文化背景与受教育程度的 影响，十分复杂，同时人员在建筑内的实际状况以及建筑空间特性，如人员的分布情 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 形、熟悉环境的程度、人数及其组成和楼梯或出口的宽度、照明、走道宽度、数量、 建筑高度等都对人员疏散结束所需时间和可用于人员疏散的时间有很大影响。因此， 要对上述时间进行验算，必须以长期的观察和实验统计为基础，进而通过工程简化编 成可较好模拟现实的计算机分析软件。中国目前已开发的相关软件大部分只能用于预 测疏散时间，模型中几乎没有量化考虑人的心理和个体与群体行为特性等因素的影响。 人员疏散时间为火灾探测报警时间、人员预动时间与人员疏散运动时间之和。在计算 预测时间时，中国通常采用1 5 - - 2 的安全系数，来考虑设计计算中的不确定性因素。中 国在这方面的研究主要集中在高层建筑、地下建筑和大型商业建筑室内人员的疏散流 动聚集时间设计特性、安全出口的人流流出时间特性等以及在不同环境与设施条件下 人流中人群密度等对人员步行速度的影响，并对火灾条件下人员的疏散行为规律、行 为失误进行了观测、实验和分析研究，对商场的疏散人员进行了部分统计调查，开发 了建筑物中的人员疏散模型( 如王志刚的网络模型f e g r e s s ，卢兆明、方正等的网格模 型s g e m 和徐高的疏散仿真模型e v a c s a 等) ，提出了运用动力学方法建立的人员疏 散速度数学模型。目前的研究正从观察调查和定性描述逐步转向对疏散行为的定量研 究，但不同人员在时间压力下的移动速度、应急心理和生理反应、疏散行为等的量化 分析数据还需要进行大量观察、调查与演习、实测工作。 1 2 4 建筑物性能化防火设计技术导则的框架 2 0 0 1 - - 2 0 0 4 年，公安部天津消防研究所通过借鉴和消化吸收国内外研究成果与先 进技术，编制了 建筑物性能化防火设计技术导则。该导则规定了性能化防火设计 的基本程序和步骤，对每一步骤的具体操作过程及应考虑因素作了详细说明，提出了 建筑中火灾场景的设计与分析方法，人员安全疏散中时间的计算和相关模拟模型的应 用，建筑中的烟气控制方法与分析以及相关判断标准。 1 3 性能化防火设计的研究内容和研究方法 1 3 1 研究内容 1 3 1 1 人员安全疏散的性能化防火设计 从建筑内人员安全疏散方面进行综合考虑，采用性能化的设计方法分析各种火灾 因素对人员逃生的影响，以此保证建筑物内人员的安全。其性能化的设计准则是：人 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 员安全疏散所需的时间必须小于烟层下降高度和烟气浓度达到人不能忍耐的时间。 1 3 1 2 建筑构件耐火的性能化防火设计 从建筑物的稳定性方面进行综合考虑，采用性能化的设计方法分析建筑构件在火灾 中的反应，采取性能化的消防安全策略，以此保证在火灾情况下建筑物结构的稳定， 防止倒塌和严重变形。其性能化设计准则是：火灾持续时间小于构件的耐火时间。 1 3 2 研究方法 性能化消防设计的两个关键点，第一是确认危害，第二是明确设计目标。具体来 说，它针对建筑物的特点，建筑物内人员特点，建筑物内部操作方式，建筑物外部特 征，消防灭火组织特点等。从而针对每种危害或者每个设计区域选择设计方法及评估 方法。这种设计方法突破了传统设计针对建筑物结构类型、相应的层高及面积的限制， 同时提供了更加灵活而有效的设计选择性。 性能化消防设计包括确立消防安全目标，建立可量化的性能要求，分析建筑物及 内部情况，设定性能设计指标，建立火灾场景和设计火灾，选择工程分析计算方法和 工具，对设计方案进行安全评估，制定设计方案并编写设计报告等步骤。在设计过程 中，需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析，并对典型火灾场景下火灾及烟气的 发展蔓延过程进行模拟计算，因此计算的工作量以及各类基础数据的需要量非常大， 往往需要采用计算机火灾模拟软件等分析和计算工具。 见性能化设计方法的流程图1 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图1 1性能化设计方法的流程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 1 4 性能化防火设计的基本思想 任何建筑的消防安全都是一个复杂的系统工程，要实现其消防安全性能能够达到 一定安全水平，必须根据采用性能化设计的部分出发，从整体设计进行系统地分析研 究。即使这样，也只能通过改善建筑环境来控制和降低其发生火灾的可能性及其火灾 危害，而无法将其火灾风险降低n o 。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式进行设 计的问题略有差异，但从总体上看，主要解决的问题是： ( 1 ) 建筑内部的防火分区面积及其分隔方式： ( 2 ) 建筑内人员的安全疏散综合设计； ( 3 ) 建筑内防排烟系统的设计； ( 4 ) 钢结构耐火保护； ( 5 ) 少量涉及到新技术或新材料的应用。 1 5 性能化防火设计的必要性 人们设计和建设建筑物首先要保证建筑和场所的功能需求，并且要美观实用，目 的是为了利用其生活、生产功能。换句话说，建设工程不仅仅只为“消防 设计考虑， 同时还要考虑适合市场需求的新、奇、特建筑，实现满足功能为主要的根本目标，在 这种情况下必须要引入以满足功能要求为先导的性能化防火设计方法。 建筑物性能化防火设计是建筑防火设计的一个发展趋势。当然，并非所有建筑均 需要采用性能化方式进行设计，而且性能化防火设计和评估还有许多技术难题和应用 技巧有待进一步深入研究。中国目前在性能化防火设计和评估方面的研究已取得了长 足的进步，但火灾基础科学研究还较薄弱， 步伐，在消化吸收国外已有成果的基础上， 工程实践少。中国将加快相关课题研究的 大力开展火灾基础科学和消防安全工程应 用技术研究，从多个层面推进建筑物性能化防火设计和评估技术的进步和实际工程应 用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第2 章会展类建筑常规消防设计存在的问题与解决办法 2 1 会展类建筑火灾特性 2 1 1 不宜进行防火防烟分隔 会展类建筑防火防烟分区的建筑面积大、建筑空间高，采取通常的防火防烟分隔 措施无法进行有效的分隔。同时，会展类建筑往往设计有中庭，中庭的周围通常与多 个楼层相连，火灾可能发生在中庭的底部，也有可能发生在相邻的任何一个楼层，因 此，不但要解决中庭顶部的排烟问题，同时还要解决起火楼层以及起火楼层流入中庭 的排烟问题，以及中庭反流到周围其它楼层的排烟问题。 2 1 2 普通建筑常用的火灾探测技术达不到及时发现火灾的要求 普通建筑中最常用的就是以烟气浓度或温度为信号进行探测的火灾探测器，且绝 大多数是顶棚安装式。这类探测器只适合于楼层高度在6 米以下的普通建筑，而像楼层 高度在十几米或几十米的高处的会展类大空间建筑中就不适合了，因为楼层高度太高 有可能烟气达不到这个高度，即使达到了也可以发生很长时间的火灾了，其它部位火 灾也可能已经发展到猛烈阶段了，这个时候报警肯定就延误了早期灭火的有利时机。 2 1 3 普通建筑常用的自动喷水灭火系统装置不能在大空间建筑中有效发 挥作用 洒水喷头在普通建筑中通常按照建筑火灾危险等级和建筑实际情况按一定间距沿 顶棚分布安装的。当气相温度达到喷头的动作温度后，洒水喷头便开始自动连续不问 断洒水而将其火势扑灭。与普通火灾探测技术有相似问题，在十几米或几十米以上的 会展类大空间建筑物内，这种自动喷水灭火装置也就不适用了。另外，在采用闭式系 统的场所洒水喷头超出最大净空高度时就无法满足灭火的要求。 2 1 4 人员安全疏散相当困难 会展类建筑容纳人员多，而且大多数人对建筑内的安全疏散设施不熟悉，对整个 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 建筑的平面和立面布局不熟悉，对周围环境不了解，一旦发生火灾，将会有大量人员 涌到某个或某个区域的安全出口阻塞安全疏散通道和出口，如果在消防设计和管理方 面不严格要求，将会造成重大作伤亡。 2 1 5 钢结构的耐火性能差 我国建筑设计防火规范( 以下简称建规) 规定：无保护层的钢柱、钢梁、 钢屋架、钢吊项的耐火极限为0 2 5 h 就会超过耐火极限，构件本身会扭曲变形、失去承 载能力，导致建筑物坍塌毁坏。因此建筑中采用的钢结构如未作防火保护，在发生火 灾时将直接影响整个建筑的耐火时间，从而严重威胁到内部人员疏散和消防队员扑救 工作。要加强钢结构材料在实际应有中防火性能的提高，必须要采取防火处理的技术 手段，以达到建规规定的耐火等级要求。 2 2 会展类建筑常规消防设计遇到的问题 常规消防设计通常会存在以下几方面的问题。 2 2 1 建筑设计 会展类建筑用现行消防规范设计防火防烟分区、安全疏散与其特殊功能需要方面 存在较大矛盾，考虑会展类建筑面积巨大、建筑高度相当高的因素，防火分区的面积 和安全疏散距离与安全疏散宽度都无法满足规范要求。 2 2 2 火灾探测报警 由于安装在顶部的火灾探测器距地面火灾高度大，烟气温度、浓度在火灾初起阶 段都无法及时启动火灾探测器，待启动时，火灾将已发展到猛然阶段无法控制。因此 点式感烟或感温探测器在会展类大空间建筑内无法正常发挥作用。 2 2 3 灭火设施 洒水喷头是按一定间距安装布置的，当洒水喷头一定范围内的气相温度达到喷头 的动作温度后便自动启动，在十几米或几十米以上的会展类大空间建筑物内，这种自 动喷水灭火装置即使启动了，从十几乃至几十米高处喷出的水滴往往到达不了燃烧物 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 表面就蒸发了，无法进行有效灭火。 2 2 4 防、排烟系统 现行消防技术规范在对防排烟系统的设计中没有考虑火灾荷载、其它消防系统的 影响，同时针对会展类大空间建筑没有详细的防排烟设计规定，导致无法有效进行防、 排烟。 2 3 会展类建筑性能化防火设计的应用 2 3 1 建筑设计 建筑设计防火规范、高层民用建筑设计防火规范中关于防火分区的设置均 有明确的规定。防火分区设置主要目的就是为了防止火势的蔓延扩大，减少火灾损失， 在着火分区外提供给疏散人员相对安全的避难区域。会展类建筑的超大会议室及展厅 的防火分区面积均超过规范的相关规定，如果能够采取有效的措施解决火势的蔓延， 例如，在展区之间按可能的火灾荷载及火灾规模设置相应宽度的防火分隔带，合理设 置火灾探测报警系统，及时发现早期火灾，并采取有效的灭火措施。火灾中对人员生 命安全的最大威胁来自火灾烟气，而会展类建筑的大空间形式，有足够大的蓄烟空间， 要想延缓和降低烟气危险到来时间就必须合理设置烟气控制系统，好在的是会展类建 筑的空间大、建筑内视野开阔，即使发生火灾，在场的所有人员都能够迅速作出反应， 是快速及时疏散的先决条件，这样就减少了疏散开始时间，保障了人员安全疏散，消 除了在疏散距离和疏散宽度上不能满足规范要求的顾虑。 2 3 2 火灾探测报警 会展类建筑物品一般摆放在建筑的下部空间，上部空间相当开阔，在火灾初期阶 段，采用建立在光学原理上的非接触式的红外光束火灾探测器、空气采样式、光截面 式图像探测器都能实现快速早期报警。 同时会展类建筑通常配套设置了很多电子设备，对于电器、电缆等应合理选择缆 式感温探测器等相应的设施，从而起到早期快速报警的目的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 一i i 量量量量量量量曼量曼曼曼喜皇置量量皇奠皇量量曩一 2 3 3 灭火设施 在会展类建筑的低空间区域，可以按选择快速响应喷淋系统，而在大空间区域， 普通喷淋系统难以有效作用，可针对展厅的功能划分，分区域采用开式自动喷水灭火 系统( 雨淋系统) 或者采用自动水泡灭火系统。另外对于大空间常用的顶部钢结构桁 架系统，结构防火保护也应重点考虑。 2 3 4 防、排烟系统 大空间内烟气的控制应结合建筑物的几何特点，火灾荷载的类型、数量、分布， 综合考虑防、排烟系统的设计。合理设置防烟分区，把烟气蓄放在相对固定的空间， 选择合适的排烟方式来满足所处的地理环境及大气运动。采用机械排烟是非常有效的 排烟方式，大空间建筑对排烟量的要求是巨大的，由于受风机功率的限制，机械排烟 很多时候是无法完全满足大空间的需要。在实际设计中应把机械排烟和自然排烟两种 方式合理结合在一起，一是设计面积足够大的自然排烟口，再一个就是在不宜采用自 然排烟的区域或自然排烟口面积不够大的区域设置机械排烟系统来弥补。如果采用自 然排烟时，首先要合理计算自然排烟口的面积，可以利用顶部开窗或较高的侧窗作为 自然排烟口，值得注意的是要充分利用自然对流作用、气流运动方向的设置，选择足 够大的自然排烟口剖面来保障自然排烟的效果。 2 3 5 火灾时人员安全最低标准，确保人员生命安全 通过性能化的防火设计，将人员安全标准用火灾时产生的烟气温度、可见度、毒 性等危险作为判定指标，采用性能化的分析计算方法来评估会展类建筑的火灾危险性， 并把设计的各项消防设施的有效性作为重要依据，确保人员生命安全。 2 3 6 结构构件的耐火保护 提高结构构件的耐火性能是十分重要的，会展类建筑中通常要采用大量的钢结构 构件，为此，要对钢结构构件进行火灾危险性评估，从严控制火灾荷载的数量，采用 一些低热值的可燃物，并加以合理设置，同时加强钢结构构件的防火保护，避免因结 构倒塌导给参展人员以及消防队员造成伤亡的重大事故发生。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 _ _ _ 一i _ i _ _ _ l _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ 曼_ _ _ _ l l _ 量墨囊一 2 3 7 消防策略与日常运营管理 业主或运营方在日常运营管理中，应制定有效及完善的建筑物管理和应急计划， 消防设施应按相关规定要求的进行维护和保养，各类消防设施的有效运行是性能化设 计的前提条件，也是保障生命安全的重要因素。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 第3 章某财富会所工程概况及消防设计的主要问题 3 1 项目概况 3 1 1 项目组成 某财富会所定位为国际会展中心服务的五星级酒店，以及为酒店配套的会议中心 和精口店等。 本工程位于遂宁市河东新区，项目位于河东新区行政文化区核心地带，西临城市 主干道东平大道，北靠涪江三桥东引道，东临旗山东路，南临城市道路。北望遂宁市 行政中心，西、东、南由规划居住区、商业区环绕，项目地块地势平坦、开阔，城市 交通及配套初具规模，是修建大型会展以及配套酒店设施的理想用地。总用地面积： 1 6 9 6 9 7 4 1m 2 ，由控制规划的会所，商业用地，公寓用地等用地构成。财富会所平面布 置图见图1 2 。 某财富会所平面布置图图1 2 ( 南面为财富酒店，以顺时针方向分别为会展、门厅、报告厅、财富会所) 基于不同的使用功能和布局，此工程分为五个花瓣的模式，各区域概况见表2 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 表2 - 1 各区域概况 区域编区域功能 建筑位置概况说明 号及用途 地下商业及停 地下层地下负一层，建筑高度6 m ，建筑 车场 ( 莲台下)面积7 6 8 1m ，。 建筑层数6 f , 建筑高度2 3 8 m ，建筑 花瓣一 o 0 0 标高平面莲面积2 4 6 6 2 9 6i n 。内设天井，串通 酒店 台上( 建筑南端)六层，相邻天井的门、窗采用防火 卷帘分隔。 建筑层数2 f ，建筑高度2 4 m ，建筑 面积1 4 7 7 8 2 7 吖。会展厅位于莲台 5 4 0 标高平面以上 5 4 标高建筑面积1 1 0 9 5 1 6m 2 ；会 花瓣二会展 ( 建筑西端)展厅0 0 0 标高建筑面积3 6 8 3 1 l m l 。5 4 标高和0 0 0 标高层形成 一个开放的大空间。 地下停车场 地下层地下负一层，建筑高度6 m ，建筑 花瓣三 ( 莲台下)面积3 1 2 7 5 8 盯 0 0 0 标高平面莲建筑层数l f ，建筑高度2 3 7 m ，建 门厅 台上( 建筑北端)筑面积3 1 2 7 5 8m l 地下商业及停地下层地下负一层，建筑高度6 m ，建筑 车场 ( 莲台下)面积5 4 6 5 4m 1 花瓣四0 0 0 标高平面莲建筑层数3 f ，建筑高度2 2 9 m ，建 报告厅台上( 建筑东端)筑面积4 9 4 1 2 5m l 。整个区域贯穿 三层，形成一个开放的大空间。 地下商业及停地下层地下负一层，建筑高度6 m ，建筑 车场( 莲台下) 面积6 3 7 5 0 2m 。 花瓣五 会所 5 ：o 0 0 标高平面莲建筑层数3 f , 建筑高度2 3 9 m ，建筑 台上( 建筑东端) 面积9 3 5 6 6 4m 2 。 3 1 2 项目平面和立面布局图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 某财富会所效果图 ( 花瓣二：会展) 负一层平面图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 ( 花瓣二：会展) 一层平面图 ( 花瓣二：会展) 二层平面图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 ( 花瓣二：会展) 三层平面图 3 11 3 工程建筑等级和耐火等级 某财富会所建筑等级和耐火等级见表2 2 表2 2 某财富会所工程建筑等级和耐火等级 建筑名称建筑等级耐火等级 财富酒店( 花瓣一)一类公共建筑 一级 会展( 花瓣二)一类公共建筑一级 门厅( 花瓣三)一类公共建筑一级 报告厅( 花瓣四)一类公共建筑 一级 财富会所( 花瓣五)一类公共建筑 一级 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 3 2 消防设计的主要问题 3 2 1 酒店内设天井，串通六层，天井与一层区域为一个独立防火分区； 空间高( 2 3 8 m ) 。 3 2 1 1防火分区面积超过国家规范规定的面积限制； 3 2 1 2 人员疏散、烟控系统设计与灭火系统设计问题。 3 2 2 会展面积大( 建筑面积1 4 7 7 8 2 7m 2 ) ，5 4 标高和0 0 0 标高层整个区 域为一个独立的防火分区；空间高( 2 4 m ) 。 3 2 2 1防火分区超过国家规范规定的面积限制； 3 2 2 2 人员疏散、烟控系统设计与灭火系统设计问题； 3 2 2 3 防火分隔问题。 3 2 3 门厅地上l 层，建筑高度2 3 7 m ，建筑面积3 1 2 7 5 8 时。 3 2 3 1 防火分区面积超过国家规范规定的面积限制，防火分隔问题； 3 2 3 2 烟控系统设计与灭火系统设计问题。 3 2 4 报告厅建筑层数3 f ，建筑高度2 2 9 m ，建筑面积4 9 4 1 2 5 肝。整个区 域贯穿三层，形成一个开放的大空间。 3 2 4 1防火分区面积超过国家规范规定的面积限制，防火分隔问题； 3 2 4 2 人员疏散、烟控系统设计与灭火系统设计问题。 3 2 5 会所地下建筑面积6 3 7 5 0 2 时；会所地上三层面积共计9 3 5 6 6 4m l ， 整个区域为一个独立的防火分区；整个区域贯穿三层，形成一个开放的大空 间，天花板高度为2 3 9 m 。 3 2 5 1防火分区超过国家规范规定的面积限制； 3 2 5 2 人员疏散、烟控系统设计与灭火系统设计问题： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 3 2 5 3 防火分隔问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 第4 章某财富会所性能化防火设计的范围与采用的方法 4 1 设计依据 由于该公共建筑建筑高度低于2 4 m ，所以其消防设计应遵循建筑设计防火规范 及相应的各消防系统设计规范。对国内规范无法涵盖的部分或系统进行设计时，采用 的性能化设计方法、手段以及数据资料均依据国际权威的规范及文献资料或国内科研 成果。 4 2 性能化设计的安全目标 性能化设计的目的在于防止火灾发生；及时发现火情；通过适当的报警系统及早 发布火灾警报；有组织、有计划地将楼内人员疏散到安全区域；采取正确方法扑灭或 控制大火；将商业损失控制在一定范围内。 本项目性能化防火设计目标如下： 为使用者提供安全保障。 为消防人员提供消防条件，保障其生命安全。 尽量减少财产损失，避免停业损失。 4 3 性能化设计的安全判定准则、判据 ( 1 ) 火灾危险判定准则 r e s t + t s a e s t ( 3 1 ) 式中r e s 卜疏散所需的时间： a e s t m 开始出现人体不可忍受情况的时间； a 安全裕度。 ( 2 )