关于建筑防火性能化设计的探讨

关于建筑防火性能化设计的探讨关于建筑防火性能化设计的探讨 1 前言 现代建筑正在朝电气与智能化 结构复杂化 功能多样化 和形态美学化方向发展 然而 传统的消防安全设计是按照 处 方式 规范来进行的 这种 处方式 规范规定了详细的设计参数 和指标 因而限制了设计的灵活性 使设计出来的建筑如同 豆 腐块 单调而呆板 因此 传统的 处方式 消防安全设计方法 越来越不适应现代建筑的飞速发展 从 世纪 年代开始 国外就提出了 以性能为基础的消防安全设计 新概念 并开始 对传统沿用的 处方式 建筑消防安全设计法规体系进行改革 提出了制定 以性能为基础的防火规范 的新思路 性能化设计 规范为设计人员提供了很大的灵活性 也使设计更加科学合理 由于性能化防火设计的方法与传统的 处方式 设计方法相 比具有许多优越性 所以很快成为建筑防火的一种新理念 并 将发展成为建筑防火技术领域里一个全球性发展潮流 受到许 多发达国家和发展中国家的高度重视 得到越来越广泛的应用 2 性能化消防设计的概念 性能化消防设计是建立在消防安全工程学基础上的一种新 的建筑防火设计方法 它运用消防安全工程学的原理与方法首 先制定整个防火系统应该达到的性能目标 并针对各类建筑物 的实际状态 应用所有可能的方法去对建筑物的火灾危险和将 导致的后果进行定性 定量地预测与评估 从而得到最优化的 防火设计方案 为建筑结构提供最合理的防火保护 它是传统 消防设计方法的一种替代办法 描述能够达到某种规定性能水 平的设计 建筑防火设计最终应达到的安全目标是 1 防止起火及 火势扩大 减少财物损失 2 保证安全疏散 确保生命安全 3 保护建筑结构不致因火灾而损失或波及邻房 4 为消防救 援提供必要的设施 为此 建筑物防火安全设计须对建筑规划 结构耐火性能 防火分区划分 内部装修 防火设备 防排烟 系统及避难对策等方面做出考虑 应该说现行的 条文式的设 计方法对上述的问题都有相对独立 完整的考虑 但存在的最 大弱点是没有清晰 统一的安全水准 无法体现各消防系统间 的协同功效 并导致综合经济性低下 但是 消防安全的性能 化设计方法能够考虑到项目所特有的危险和防护这些危险所特 有的消防安全措施 可以实现综合性的消防对策 所有系统都 综合其中 而不是分别独立设计的 人们除了可增进对潜在的 损失了解外 这种综合性工程方法通常可提供更具体成本 效 率的建筑防火设计方案 3 性能化消防安全设计的基本步骤 一个完整的性能化消防安全设计过程分为三个主要阶段和 七个基本步骤 三个主要阶段为 设计准备阶段 定性 定量 评估阶段和文件编制阶段 以上三个主要阶段又分为七个基本 步骤 1 确定工程参数及具体评估内容 首先要了解工程各 方面的信息 如建筑的特征 使用功能等 其次对建筑的工艺 特征做专门的研究 如非同一般的作业区 危险物品的使用或 储存区 昂贵设备区以及零故障区等 再次就是不同使用功能 的建筑 其使用者特征也不同 如住宅建筑与商业建筑 使 用者特征包括年龄 智力 是否睡觉 体能状态等因素 2 确定消防安全总体目标 功能目标和性能目标 在 消防安全设计中 消防安全设计总体目标是一个范围比较广泛 的概念 它表示的是社会所期望的安全水平 概括地说 消防 安全应达到的总体目标应该是保护生命 保护财产 保护使用 功能 保护环境不受火灾的有害影响 功能目标是设计总目标 的基础 它把总目标提炼为能够用工程语言进行量化的数值 指出了一个建筑物怎样才能达到总体目标中所要求的社会期望 的安全目标 性能目标及性能要求 是性能水平的表述 建筑 材料 建筑构件 系统 组件以及建筑方法等必须满足性能水 平的要求 从而达到消防安全总体目标和功能目标 3 制定设计目标 该目标是为满足性能要求所采用的 具体方法和手段 为此允许两种方法去满足性能要求 这两种 方法可以独立使用 也可以联合使用 1 视为合格的规定 这 包括如何采用材料 构件 设计因素和设计方法的示例 如果 采用了 其结果就满足性能要求 2 替代方案 如果能证明某 设计方案能够达到相关的性能要求 或者与视为合格的规定等 效 那么与上述 视为合格的规定 不同的设计方案 仍可以被 批准为合格 4 确定火灾场景 火灾场景是对某特定火灾从引燃或 者从设定的燃烧到火灾增长到最高峰以及火灾所造成的破坏的 描述 在建立火灾场景时 应考虑的因素包括 建筑的平面布 局 火灾荷载及分布状态 火灾可能发生的位置 室内人员的 分布与状态 火灾可能发生时的环境因素等 5 建立设计火灾 设计火灾是对某一特定火灾场景的 工程描述 可以用一些参数如热释放速率 火灾增长速率 燃 烧产物 物质分解率等或者其他与火灾有关的可以计量或计算 的参数来表现其特征 最常用方法是采用火灾增长曲线 热释 放速率随时间变化的典型火灾增长曲线 一般具有火灾增长期 最高热释放速率期 稳定燃烧期和衰减期等共同特征 每一个 需要考虑的火灾场景都应该具有这样的设计火灾曲线 6 提出和评估设计方案 评估过程是一个不断反复的 过程 在此过程中 许多消防安全措施的评估都是依据设计火 灾曲线和设计目标进行的 像增加报警装置和自动喷淋装置 对通风特征的修改 变更建筑材料 内装修和建筑内部摆设等 因素 都在该步骤进行评估 在评估不同的方案时 清楚地了 解该方案是否达到了设计目标是很重要的 在性能化设计评估 过程中一些基本因素通常需要被充分考虑 即 起火和发展 烟气蔓延和控制 火灾蔓延和控制 火灾探测和灭火 通知居 住者和组织安全疏散 消防部门的接警和现场救助等 7 编制报告和说明 分析和设计报告是性能化设计能 否被批准的关键因素 该报告需要概括分析和设计过程的全部 步骤 并且报告分析和设计结果所提出的格式和方式都要符合 审查机构和客户的要求 性能化消防安全设计与处方式消防安全设计的比较 传统的建筑消防安全设计是根据建筑物的使用类型 高度 层数 面积 平面布局等情况 对照有关设计规范的条文中给 定的消防设施的设置要求及设计参数和指标进行设计 通过对 建筑的防火等级 防火分区 安全疏散 消防给水 防排烟及 报警等各方面提出具体要求来保障建筑物的消防安全 国外将 这种设计方法称为 处方式 方法对应地 将传统的建筑防火规 范称为 处方式 规范 处方式 规范的特点是 1 没有确定的整体目标 2 所 使用的方法是确定的 3 不需要再对设计的结果进行评估认定 处方式 规范简单明了 便于设计方案的制定 处方式 规范中给出的设计参数和指标是在总结过去的实践经验和火灾 教训的基础上确定的 具有一定的实用性 应该说 处方式 规范为社会的发展和进步做出了十分巨大的贡献 但从社会进 步的角度看 现形的 处方式 规范也存在着以下一些致命的弱 点 1 由于历史原因 现形规范之间和规范中有关条文之间常 常出现互不沟通 相互矛盾的现象 即设计方法之间无法形成 一个完整的闭环系统 2 无法给出一个统一 清晰的整体安全 度水准 3 跟不上新技术 新工艺和新材料的发展 4 限制 了设计人员主观创造力的发展 5 无法充分体现人的因素对整 体安全度的影响 因此 处方式 规范和 处方式 设计方法在客 观上存在着相当大的局限性 而性能化消防安全设计是运用消 防安全工程学的原理和方法 考虑火灾本身发生 发展和蔓延 的基本规律 结合实际火灾中积累的经验 通过对建筑物及其 内部可燃物的火灾危险性进行综合分析和计算 从而确定性能 指标和设计指标 然后再预设各种可能起火的条件和由此所造 成的火 烟蔓延途径以及人员疏散情况来选择相应的消防安全 工程措施并评估 核定预定的消防安全目标是否已达到 最后 再视具体情况对设计方案作调整 优化 其主要思想是在消防 设计时仅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指标 而不直 接要求设计人员为此而必须采用某些特定的解决方法 如何达 到这一指标要求 采取什么样的工程措施则由设计人员自己确 定 但是设计人员最终要向审核人员证明其所选择的工程解决 方法是安全可靠的 所采用的设计计算方法是得到公认的 审 核人员也要利用相应的评估工具检验设计方案是否达到了安全 目标 与传统的消防安全设计相比 性能化消防安全设计具有以 下优点 1 性能化设计体现了一座建筑的独特性能或用途 某 个特定风险承担者的需要 2 性能化设计注重安全目标的达到 而不考虑采取什 么样的途径 有利于发挥防火设计人员的主观创造性 3 性能化设计根据工程需要 为开发和选择替代消防 方案提供了方法 4 性能化设计可在安全水平方面与替代设计方案进行 比较 通过这种对比机制 可确定安全等级与成本之间的最佳 点 5 性能化设计要求在分析中使用多种分析工具 从而 提高了工程精度 并可产生更具有革新性的设计 6 性能化设计体现了一种新的消防战略 即消防系统 是作为一个整体考虑的 而不是孤立地进行设计 7 性能化设计能够为保险部门提供可靠的建筑安全评 估报告 有利于保险部门参与建筑的消防工作 性能化消防安全设计时应注意的问题 从总体看 性能化设计是一个发展的方向 但就目前的技 术支撑条件看 也存在一些问题 首先 社会各界对它的接受 程度不一 另外 与条文式设计相比 性能化分析和设计过程 需要在分析 计算和设计文件制作上花费更多的工程时间 增 加了工程设计的人力投入 带来了较高的设计成本 综合起来 看 目前使用性能化方法还存在以下一些技术问题 1 性能评判标准尚未得到一致认可 2 设计火灾的选择过程确定性不够 3 对火灾中人员的行为假设的成分过多 4 预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有广 泛理解的局限性 5 火灾模型的结果点值 没有将不确定性因素考虑进 去 6 设计过程常常要求工程师在超出他们专业之外的领 域工作 6 性能化设计的未来展望 由于性能化消防安全设计的目的是以最有效 最经济的方 法 从系统安全的角度将火灾的损失控制在最低限度 从而保证 总体消防安全目标的实现 其设计方法具有灵活性和科学性 比传统 处方式 消防设计具有更多的优点 因此 目前这种设 计已成为世界各国建筑消防设计的发展趋势 是不可抗拒的潮 流 随着消防安全工程的快速发展 消防安全工程学已随着其 潜力 复杂性以及应用性而在基础理论 方法学和实用工具领 域得到较大的发展 性能化设计方法将会越来越完善 性能化评估中面对的问题 1 在目前性能化设计应用之初 在消防行政管理部门不熟 悉 不适应的情况下 由于缺少相应的专业人员进行分析审查 可能对批准这种设计方案存在顾虑 2 与处方式设计相比 性能化设计分析和设计步骤需要更 多的工程时间以便进行分析 计算和准备设计档 3 相关人员对该项技术的理解存在差异 存在被 滥用 的 可能 它更多地要求设计者和审查者的自身素质以保证设计适 当性的质量控制措施 特别是 当前设计者的素质差别很大 而性能化设计的要求又具有很大的弹性 所以难以根据他们的 素质给出正确的评价 4 如同在处方设计中一样 建筑物的占用或使用性质的变 更可能改变防火的需要 而这直接与性能化设计初设的各种前 提条件相关 因而 这种类似建筑使用用途的改变 将直接导 致性能化设计方案的失效 5 性能化设计与日常的消防安全管理密切相关 因为性能 化设计的安全目标与消防系统 人员疏散组织等密不可分 火 灾时需要保证消防系统如同所预想的那样运行 这就要求消防 监督部门在日常监督中时刻注意 因而也给监督管理工作提出 了更高的要求 正确对待和推动性能化防火设计 1 必须审慎地确定性能化防火设计的适用范围 性能化防 火设计的对象必须是国家和本地现行的消防技术规范和标准所 未能涵盖 按规范和标准实施确有困难或影响建筑物使用功能 的建筑工程 不能以消防安全性能化设计为由任意突破国家规 范 把它作为不按规范施工逃避监督的借口 因此 对那些国 家和本地现行的消防技术规范和标准已有明确规定 的建筑工程 和国家现行消防技术规范明令禁止的设计内容 不能使用性能 化防火设计 在性能化设计的过程中还必须遵循严格的设计审 核程序 实行全程监控 确保设计能达到确定的消防安全目标 2 缺乏统一的设计指南 工作程序 从业人员的素质缺乏 统一标准和要求 尚未建立资质认证体系 必须尽快制定性能 化设计导则 为其提供广阔的应用舞台 性能化防火设计需要 较高的技术背景 需要有一支高素质的设计审核队伍 因此 必须深入开展对火灾安全工程学的研究 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 制订设计导则 进而制 订与导则相配套的技术规范和技术法规 如建筑防火审查的方 法与程序等 使性能化设计有法可依 有章可循 3 必须处理好性能化设计规范和处方式设计规范的关系 现行的处方式设计方法以其应用简单 安全目标的可评估性强 而具有强大的生命力 即使是性能化规范制订出来以后 性能 化设计方法也不可能完全取 代 处方式 的设计方法