鞍山高新大厦“性能化”防火设计的探讨

鞍山高新大厦“性能化”防火设计的探讨[摘要]本文文论述了在我我国建立“性能化”防火设计规规范的必要性性，并通过对对“处方式”规范与“性能化”规范的分析析比较，揭示示了现行“处方式”规范在解决决实际工程问问题时存在的的弊端及“性能化”规范的优越越性。对两种种设计方法在在鞍山高新大大厦中的应用用进行了分析析，探讨了“处方式”设计方法与“性能化”设计方法各各自的优缺点点。最后，分分析了国外在在“性能化”设计规范方方面的研究现现状，展望了了两种规范及及设计方法在在我国的未来来与应用前景景。[关键词]“处处方式”防火设计“性能化”防火设计火灾模拟安全评估1.前言随着我国社会主主义市场经济济的快速发展展,建筑业也得得到了空前的的发展.现代建筑特特别是高层建建筑的体量越越来越大，大大空间、通透透性已经是建建筑设计常用用的方法。这这些建筑内部部设备复杂，建建筑装饰多，火火灾危险性大大。同时，这这类建筑的平平面投影大，人人员疏散至室室外距离长，火火灾的扑救难难度大，因此此这类建筑应应立足于自救救。现行的消消防技术规范范已不能涵盖盖上述规模宏宏大、功能复复杂的超高层层建筑所有的的消防安全要要求。而且现现行的消防技技术规范存在在着诸多不合合理之处，禁禁锢了建筑师师的创新思维维，不利于新新技术、新工工艺、新材料料的推广应用用，某种程度度上阻碍了经经济的发展。因因此，推行一一种完善、高高效适应建筑筑发展要求的的“性能化”防火设计规规范和方法则则成为当前要要解决的首要要问题。“性能化”防火火设计是运用用工程学的原原理和方法，考考虑火灾本身身发生、发展展和蔓延的基基本规律，结结合实际火灾灾中积累的经经验，来确定定性能指标和和设计指标，然然后再预定各各种起火条件件和由此造成成的火焰蔓延延途径以及人人员疏散情况况，来选择相相应的消防安安全工程措施施。并加以评评估，核定预预定的消防安安全目标是否否达到。国外早在上个个世纪80年代便开始始了对“性能化”防火设计规规范和设计方方法的研究。从从英国第一个个颁布了“性能化”防火设计规规范以来，日日本、美国、新新西兰、澳大大利亚等国也也相继投入大大量资金，积积极开展在“性能化”防火设计方方面的研究。而而我国在“性能化”方面的研究究还刚刚起步步，公安部消消防局也正组组织专家、学学者开始了在在这方面的研研究。2.“性能化”规范与“处方式”规范的分析析与比较2.1“处方式式”规范的弊端端2.1.1现行行的“处方式”规范规定过过于死板，缺缺乏灵活性我国幅员辽阔、地地理环境、气气候条件、经经济发展水平平都有很大差差异。地方建建筑各有特点点，都按照统统一不变的标标准要求就显显得缺乏科学学性。而且我我国现行的规规范是作为强强制性的标准准实施，矛盾盾则更为突出出。“处方式”规范范或设计缺乏乏安全评估方方案“处方式”规范范中的一些数数字相当一部部分是依据火火灾发生发展展的规律和灭灭火过程中的的实践经验而而来。如防火火间距的确定定就是如此。但但是“处方式”规范中的另另外一些数字字，如疏散宽宽度、安全疏疏散距离的要要求是否真的的能确保火灾灾中人员的安安全，“处方式”规范并没有有提供一个可可靠的安全评评估。还有在在“处方式”设计中，即即使安装了“处方式”规范要求的的消防设施，也也不能确保建建筑中人员的的安全。“处方式”设计计禁锢了设计计师的创新思思维也不利于于新技术、新新工艺的应用用“处方式”规范范对于大空间间、通透性的的建筑，显得得有些不适用用。如果按照照“处方式”规范的某些些要求就会打打破设计者的的设计初衷，改改变了建筑的的造型、构造造等一系列问问题。2.2“性能化化”规范的优点点“性能化”规范范更灵活，更更科学“性能化”规范范或设计方法法是按照不同同建筑的消防防安全总体目目标、功能目目标和性能要要求，建立性性能指标和设设计指标标准准，然后进行行火灾模拟，包包括建筑各部部分进行不同同的火灾场景景设定，从而而针对不同的的火灾模拟场场景，采取相相应的防火对对策，最后提提出防火安全全评估方案。因因此，可以说说“性能化”防火设计是“因材施教，因因地制宜”同“处方式”规范相比更更灵活，更科科学。“性能化”规范范提供了可靠靠的安全评估估“性能化”规范范提供了对建建筑物的安全全评估，更具具科学性。针针对某一具体体建筑，只要要确定了安全全总目标，功功能要求和性性能要求，建建筑师便可以以充分发挥设设计才能进行行设计，只要要在最后能提提供一个安全全可靠的评估估来说明设计计是安全的就就可以了。安安全评估主要要从建筑结构构的稳定性、耐耐火性能和安安全疏散等方方面进行。“性能化”规范范给建筑设计计师更广阔的的发挥空间“性能化”防火火设计是丰富富建筑艺术，推推广新技术的的最佳途径，防防火“性能化”设计规定该该建筑应达到到的安全性能能要求，建筑筑物应具备的的性能要求的的特征参数或或者指标。建建筑物的设计计师只要满足足了这些性能能要求，就能能摆脱了条条条框框的禁锢锢，更充分的的施展才能。另另外，在建筑筑设计中，也也可大力推广广应用技术成成熟的消防新新技术、新工工艺、新设备备、新材料从从而进一步推推动科学进步步和技术革新新。2.3“性能化化”规范或设计计带来的问题题“性能化”规范范较“处方式”规范虽然有有众多优点，但“性能化”规范的实施意味着将改变所有参与防火设计的人员。建筑设计师、审核部门、业主和保险公司都必须改变以往的处理建筑物防火安全的方式。而且“性能化”规范对设计、审核人员提出了更高的要求，设计审核人员必须掌握大量的专业知识，具有过硬的业务素质才能适应以“性能化”为基础的防火设计和审核工作。3．针对鞍山高高新大厦进行行的“处方式”设计3.1建筑物的的介绍该案例研究的建建筑是一座高高层办公建筑筑，主体建筑筑地上21层，四层以上均均为办公室。附附有一栋五层层的多功能建建筑，内部设有有展览厅、多多功能厅、图图书馆、会议议室，储藏室室和一个能容容纳705人的影剧院院。在主体建建筑和多功能能建筑之间是是设有一个五五层的大空间间中庭相连通通。3.2基于“处处方式”规范的设计计3.2.1防火火分区(1)水平分区区按照《高规》的的规定一类高高层建筑每层层最大的允许许建筑面积不不得超过1000平方米，如如设有自动喷喷淋灭火系统统防火分区可可扩大为2000平方米。对对于建筑物内内的一些特殊殊场所、设备备间等应独立立设立防火分分区。如一层层的图书馆，二二层的影剧院院。（2）垂直分区区建筑内的楼梯井井、电梯井和和管道井都应应是独立的防防火单元，保保证井道外的的火灾不得穿穿入井道内部部，井道内部部的火灾也不不得穿入井道道外部。建筑筑的垂直方向向的每个楼层层都应单独划划分防火分区区。3.2.2烟气气的控制按照《高规》的的要求凡是符符合规范规定定的走道、房房间都应采取取相应的防排排烟措施，并并划分防烟分分区，每个防防烟分区的面面积不得超过过500平方米。3.2.3安全全疏散一般性的房间安安全出口数不不得少于两个个，对人员密密集、火灾荷荷载大的房间间、场所安全全出口数适当当增加。对于于建筑内位于于两个安全出出口之间的房房间安全疏散散距离不应小小于40米，对于位位于袋形走道道两侧或近端端的房间安全全疏散距离不不应小于20米。3.2.4消防防给水和灭火火设备按照《高规》的的要求，该建建筑应设置室室内、外消火火栓给水系统统和自动喷淋淋灭火系统。在在室内消火栓栓给水系统中中，消火栓应应设在走道、楼楼梯附近等明明显易于取用用的地点，消消火栓的间距距应保证同层层任何部位有有两个消火栓栓的水枪充实实水柱同时到到达。3.2.5火灾灾自动报警系系统《高规》中规定定建筑高度不不超过100米的一类高高层的下列部部位应设置火火灾自动报警警系统：图书馆的阅览室室、办公室、书书库。各层的的走道、门厅厅和可燃物品品的库房、空空调机房、配配电室、自备备发电机室。4.依据“处方方式”规范进行设设计遇到的问问题4.1自动报警警系统由于中庭高度117.7米，当烟气气上升到中庭庭顶部时，烟烟气早已被稀稀释和冷却，因因此就很大程程度上影响了了火灾自动报报警系统和灭灭火系统的灵灵敏性和作用用时间，从而而起不到应有有的作用。4.２防火分区区的划分该建筑的第一层层到第五层有有一个共享的的空间结构，这这个设计形成成了一个敞开开的大空间，有有效的交融了了一楼到五楼楼的环境，属属于规范中所所述的中庭的的结构。该中中庭高17.7米，中庭西西面和东面分分别与影剧院院和办公室等等相联接，中中庭的一层面面积近2500平方米。中中庭顶部设有有自动报警系系统和自动灭灭火系统。《高高规》中规定定中庭防火分分区面积应按按上下联通的的面积叠加计计算，该中庭庭一到五层连连同起来的面面积超过了10000平方米，按按照规范规定定一类高层的的防火分区面面积为1000平方米，当当设有自动报报警系统和自自动灭火系统统，且采用不不燃烧或难燃燃烧材料装修修时，地上部部分防火分区区的允许最大大建筑面积为为4000平方米。因因此按照规范范要求应对该该中庭进行防防火分区的划划分。可一旦旦按照规范要要求划分防火火分区就破坏坏了中庭结构构的美观和给给人的这种敞敞开大空间的的视觉效果。鞍鞍山高新大厦厦是由美籍华华裔著名建筑筑设计师贝律律铭所设计，而而这种大空间间的设计也正正是他建筑设设计的特色。5．“性能化”设计方法在在该建筑中应应用的探讨将“性能化”设设计方法应用用到该建筑中中应遵循以下下步骤:5.1确定消防防安全总体目目标、功能目目标和性能目目标消防安全总体目目标对于一般般的建筑都是是一致的：保保护生命、保保护财产、保保护使用功能能和保护环境境不受火灾危危害。人们一一般认为，消消防安全总体体目标是一个个范围比较广广泛的概念，它它反映了客户户所期望的安安全水平。该该案例的安全全总目标是：：（1）保护建筑筑物内人员的的安全在“性能化”规规范中，保护护建筑物内人人员的安全是是最关键、最最重要的环节节。在新西兰兰的“性能化”规范中，同同以往的规范范相比一个很很重要的变化化就是强调了了人员的生命命安全大于财财产保护。该该建筑中的影影剧院、图书书馆、多功能能厅和会议室室等场所人员员密集，火灾灾荷载大，一一旦发生火灾灾，很可能会会造成群死群群伤的恶性事事故。那么，在在具体的“性能化”设计过程中中，怎样做才才能保证人员员的安全呢？？安全疏散和和烟气控制是是两个重要的的因素。在澳澳大利亚的“性能化”规范中，有有关安全疏散散出口和烟气气控制的可供供选择的解决决方案的验收收标准，是可可用的安全疏疏散时间足以以超过需要的的安全疏散时时间。如下图图所示图1定量的的“时间线”评估图在特定的火灾场场景下，如果果保证人员逃逃离到安全地地带的时间小小于火灾发展展到不可忍耐耐的条件的时时间，则可实实现人员疏散散安全。保护建筑物内财财产的安全为了确保建筑物物内的财产安安全，设计时，对对于建筑中的的重要设备间间，存放有贵贵重物品的房房间等都设有有自动报警装装置和自动喷喷水灭火系统统。（2）灭火过程程中消防员的的安全为了保证消防员员在灭火过程程中的安全和和灭火扑救行行动的展开，应应当在建筑中中设立消防控控制室。并且且消防控制室室应始终发挥挥它的作用。消消防控制室必必须满足下列列要求：a)结构的稳定定，火灾过程程中建筑不能能发生达倒塌塌b)能够防止火火灾中烟气和和传热的影响响而功能目标是为为如何达到总总体目标而提提供更多的指指导。该建筑筑要求的功能能目标为建筑筑物内任何区区域发生火灾灾后，能够在在有限时间内内扑灭，并不不向其他区域域蔓延。为了了达到这一指指标,该建筑的建建筑材料、建建筑构件、系系统等必须达达到一定的性性能要求。5.2制定性能能指标和设计计指标为了满足性能要要求，我们可可以制定防止止房间发生轰轰燃的性能指指标，工程师师们再根据这这个指标建立立设计指标。5.3建立火灾灾场景和进行行火灾模拟火灾场景是对某某一特定火灾灾从引燃或者者从设定的燃燃烧到火灾增增长到最高水水平以及火灾灾所造成的破破坏的描述。火火灾场景的建建立包括概率率因素和确定定因素。在建建立火灾场景景时应考虑火火灾前的情况况、点火源、初初始燃烧、可可被引燃的燃燃料、目标位位置、使用者者的状态等因因素。在建立立了火灾场景景后，下一步步就是进行火火灾模拟。对对建筑物不同同的房间和区区域进行不同同类型火灾的的模拟。设计计火灾的类型型有火灾的发展阶段段及其轰燃对于多数房间一一般都是假设设为火灾处于于发展及其轰轰燃阶段。设设计时的热释释放速率由传传统的方法决决定，即增长长，稳定的热热释放速率是是由通风条件件和燃料表面面的形状决定定的，如图（2）局部火灾灾对于少量易燃物物在一个大空空间内的燃烧烧则模拟成局局部火灾。局局部火灾的热热释放速率与与时间的关系系如图所示图3局部火灾灾的热释放速速率（3）闷烧火灾灾。在密闭的房间中中，当氧被消消耗后，火灾灾处于闷烧状状态。闷烧状状态的热释放放率将迅速降降低，但是如如果这时门被被打开，燃烧烧将再次迅速速增大。消防防员的灭火救救援可能是门门被打开的原原因之一。因因此，火灾闷闷烧只能发生生在正常情况况下无人停留留的房间内，但但在储藏室和和管道竖井中中也会发生。5.4火灾的控控制将上述三种类型型的火灾应用用到建筑的各各个部分。如如火灾发展阶阶段适用于会会议室、展览览馆、办公室室和影剧院。闷闷烧火灾一般般适用于用防防火墙、防火火门等防火构构件分隔的楼楼梯、通道或或者设备间。根根据计算出的的火灾发展速速率和火灾持持续当量时间间来采取相应应的防火对策策。如建筑构构件的耐火时时间必须比火火灾持续当量量时间长。如如火灾暴露的的当量时间为为70分钟，则该该房间的墙、门门的耐火极限限必须大于70分钟。5.5安全审核核在进行了火灾控控制后，要进进行安全审核核，以检验对对火灾的控制制是否能保证证人员安全，达达到性能指标标。安全审核核主要从建筑筑结构的耐火火性能和人员员的安全疏散散两方面着手手．5.5.1结构构的耐火性能能该建筑上部楼层层是由经防火火保护的钢结结构组成的,下部楼层采采用的是钢筋筋混凝土框架架结构.对于下部的的钢筋混凝土土框架结构一一般认为这种种结构是足够够稳定的,对于上部楼楼层的钢结构构进行检验,需要根据钢钢构件在火灾灾中承受的最最高温度与极极限温度进行行比较.审核时首先先计算传送给给钢构件的热热量.然后,计算钢构件件的升温情况况。最后,将钢构件能能承受的最高高温度与能保保证结构稳定定的极限温度度进行比较。5.5.2人员员的安全疏散散对于人员安全疏疏散的审核，分分为上部办公公楼层的安全全审核和下部部综合性建筑筑的审核。下下部综合建筑筑主要包括会会议室、展览览馆、图书馆馆、影剧院和和多功能厅等等。在计算疏疏散时间时，引引用《高层建建筑“性能化”防火设计案案例汇编》一一书中日本案案例的计算方方法。疏散时间为疏散散开始时间和和人员行走时时间之和。t=t+t（１）开始疏散散时间根据保守的假设设，开始疏散散时间可根据据烟气层的发发展时间来计计算。对于t-火灾，Q=at地面上烟层高度度的计算公式式为：SS(t)=(()式中，是指着火火房间的地板板面积（m）H是着火火房间的吊顶顶高度（m）代入S=0.99H解出时间,我们可得到:t={利用该公式可以以估算开始疏疏散时间。（２）行走时间间行走时间是根据据一系列简单单的模型计算算的：t＝max(ppA/NB++NB/2ppv,l/v)式中，p是人人群的密度（人人／m）N是通行系数数（人／m.s）v是步行速度度（m/s）l是到出出口的最大行行走距离。（3）烟气充满满时间t={将上述公式应用用于该建筑中中的影剧院，对对影剧院进行行安全审核。该该建筑的影剧剧院面积为824m2,可容纳705人，顶棚高高度为24m。在设计过过程中，该影影剧院作为独独立的烟气控控制区。在起起火时，人们们按照制定的的疏散预案，从从影剧院两侧侧的安全出口口进行疏散。tt={α=α+αα=2.6×110-6qbα由墙面内装修修材料的可燃燃等级确定q为不同房间间的火灾荷载载密度该影剧院墙面均均采用不燃材材料装修，α=0..035借鉴日本案例中中的q取值，在这这里q=3733将上述数值带入入公式中计算算的t=399.5st=maxx(pA/NNB+NB//2pv,ll/v)在该影剧院中，设设有六个安全全出口，门宽宽为1.2m,通行系数为1.3人/m.s,人的步行速速度为1m/s.将这些数据据带入公式计计算得到t=81..2s同理计算得到tt=324.11st+t=1200.7<3224.1,因此，影剧剧院的疏散设设计是安全的的。通过两种设计方方法在鞍山高高薪大厦中的的比较，不难难看出“性能化”的设计方法法通过火灾场场景的设定和和对火灾的模模拟进而采取取相应的防火火措施的做法法比“处方式”的设计方法法更科学，而而且可以解决决一些应用“处方式”规范无法处处理的工程中中的问题。6.结束语“处方式”规范范虽然对于超超高层建筑显显得不太适用用，但“处方式”规范对于解解决一般功能能和规模的低低多层建筑，基基本上还是能能满足消防安安全的要求，也也没必要采用用“性能化”的设计方法法。“性能化”规范对于功功能复杂、规规模宏大或高高度超高的建建筑物，在达达到同样消防防安全的前提提下，则具有有较灵活的处处理措施。经经过多年的应应用，广大规规范的使用人人员非常熟悉悉“处方式”规范的格式式、条款和含含义，用起来来得心应手。而“性能化”规范是近几年来才发展起来的全新形式的规范，规定条款简单、内涵