ISOTS 16733-22021 消防安全工程 - 设计火灾情景和设计火灾的选择 - 第2部分设计火灾标准立项发展报告

*消防安全工程设计火灾情景和设计火灾的选择第2部分：设计火灾标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Firesafetyengineering—Selectionofdesignfirescenariosanddesignfires—Part2:Designfires摘要本报告旨在系统分析国际标准ISO/TS16733-2:2021《消防安全工程设计火灾情景和设计火灾的选择第2部分：设计火灾》的技术内涵、应用背景及其在消防安全工程领域的战略价值。随着建筑结构日益复杂及性能化防火设计方法的深入应用，如何科学、合理地确定设计火灾参数成为保证消防安全工程可靠性的关键。ISO/TS16733-2:2021提供了关于选择与确定设计火灾的技术规范，包括火灾功率、燃烧持续时间、火灾增长速率等核心参数的确定方法。本报告首先阐述了该标准的立项背景与必要性，指出其在连接火灾情景分析与工程防火设计之间的桥梁作用；其次，深入解读了标准的核心技术框架，包括设计火灾的分类、确定流程及不确定性分析；最后，对标准的应用现状与发展趋势进行了展望。报告认为，该标准虽已废止，但其确立的基于性能化的设计火灾确定方法论，为全球消防安全工程实践提供了重要的技术基准。当前，我国应积极跟踪国际标准最新动态，结合自身建筑防火规范体系，推动设计火灾确定方法的本土化与规范化，以提升消防安全设计的科学性和有效性。关键词：消防安全工程；设计火灾；火灾情景；性能化设计；火灾功率曲线；国际标准；标准化Keywords:Firesafetyengineering;Designfires;Firescenarios;Performance-baseddesign;Firepowercurve;Internationalstandards;Standardization1.引言消防安全工程是一门综合性学科，旨在运用工程原理和技术方法，通过分析火灾的发生、发展及烟气蔓延规律，评估建筑结构及人员的风险，并据此制定有效的防火与灭火方案。在性能化防火设计日益成为主流趋势的背景下，传统基于“处方式”规范的设计方法正逐渐被更为灵活、科学的性能化方法所补充。实施性能化设计的关键前提在于，必须建立一套能够代表潜在火灾危险属性的“设计火灾”。设计火灾（DesignFire）是消防安全工程分析中的核心输入参数，它并非对真实火灾的精确复现，而是一种经过简化、标准化和量化处理的火灾模型，用于评估防火系统的性能及人员的生命安全。其基本特征通常包括火灾功率（热释放速率，HRR）及其随时间的变化曲线（火灾增长阶段、稳定燃烧阶段、衰退阶段）、烟气产生量、有毒气体释放速率等。ISO/TS16733系列标准正是为了满足这一需求而诞生。其中，第1部分（ISO/TS16733-1）主要关注如何选择和定义设计火灾情景，而第2部分（ISO/TS16733-2:2021）则专注于如何从选定的火灾情景中确定具体的、可用于工程计算的“设计火灾”。该标准的发布，为全球消防工程师提供了一套系统化、透明化的方法论，显著提升了不同项目、不同团队之间设计火灾确定的规范性与可比性。本报告基于ISO/TS16733-2:2021的技术内容，结合当前全球消防安全工程发展趋势，对其立项背景、核心技术与应用价值进行深入剖析。2.标准立项背景与必要性2.1从“处方式”到“性能化”的范式转变传统的建筑防火设计主要依据“处方式”规范（如我国《建筑设计防火规范》GB50016），该类规范对建筑构件的耐火极限、疏散通道的宽度、消防设施的配置等做出了具体的、强制性的规定。然而，在面对大跨度空间、超高层建筑、特殊功能建筑（如机场航站楼、体育场馆、工业厂房）等复杂结构时，“处方式”规范往往难以适用或缺乏技术经济性。因此，基于性能化防火设计的方法应运而生。该方法要求设计者设定明确的、可量化的安全目标（如保持结构稳定性、保证人员生命安全），并通过工程分析来证明设计方案能否达到这些目标。2.2设计火灾定义的科学化需求性能化设计的核心计算环节不可避免地需要输入“火灾荷载”。过去，工程师常采用“保守”的假设，如采用一个固定的、最大的火灾功率（如25MW），或采用标准火灾曲线（如ISO834标准升温曲线）。然而，这种过度保守的假设往往导致设计成本高昂，且无法反映真实火灾的复杂性和多样性。例如，一个在办公室内由废纸篓引发的小火，与一个在仓库中由易燃化学品引发的大火，其火灾功率曲线截然不同。因此，需要一种更为精细、科学的方法来“定制”设计火灾，使之与具体的建筑空间、可燃物分布、点火源及通风条件相匹配。ISO/TS16733-2:2021正是为这一“定制”过程提供了详细的技术导则。2.3国际协同与标准化的需求随着全球化进程的加速，跨国工程公司、权威认证机构及保险业在评估建筑防火安全时，需要统一的标准语言和计算方法。缺乏统一的设计火灾确定标准，会导致不同地区、不同工程师得出的分析结果缺乏可比性和互认性，阻碍了先进防火设计理念和消防产品的国际贸易与国际工程合作。制定一项全球性的、基于共识的设计火灾技术规范，成为国际消防安全工程界的共同呼声。国际标准化组织ISO/TC92（消防安全工程）技术委员会承担了这一重任。3.ISO/TS16733-2:2021核心技术架构与内容解读ISO/TS16733-2:2021为设计火灾的确定提供了一套结构化、透明化的流程。该标准并非直接给出具体数值，而是强调一个基于逻辑推理和数据分析的方法论。3.1设计火灾的基本构成要素标准首先明确了设计火灾应包含的核心量化参数，主要包括：1.热释放速率曲线（HRRCurve）：这是描述火灾随时间演变的最关键参数。标准强调HRR曲线不应是简单常数，而应以时间函数形式呈现，通常包括火灾增长阶段（一般采用超快速、快速、中速、慢速四种t²火模型）、稳定燃烧阶段（最大热释放速率）和衰减阶段。2.火灾总释放能量：与可燃物质量及其燃烧特性密切相关，决定了火灾的潜在危害程度。3.火灾功率密度分布：描述火源在空间上的分布情况。4.烟气特性：包括烟气生成率、烟气的光学密度、毒性（如CO,HCN,CO2等气体浓度）和温度。标准强调，在某些场景下（如人员疏散分析），烟气的毒性和能见度比热效应更关键。5.火源位置：火源位置直接影响火灾蔓延路径、喷头响应时间和烟气流动模式。3.2设计火灾确定的分类与流程标准将设计火灾的确定分为三类主要方法，并推荐按优先级顺序使用：1.A类：基于特定项目数据：当项目可获得特定建筑内的可燃物类型、数量、分布及燃烧特性等实测数据时，应优先采用此类数据。这种方法的准确性最高。2.B类：基于文献与经验数据：当缺乏特定项目数据时，应从权威的文献、数据库（如SFPE防火工程手册）或已发表的实验研究中查找与设计情景类似的可燃物火灾特性参数。标准提供了选择和使用这类数据的导则。3.C类：基于工程判断与推理：当上述两类数据均不可得时，工程师需依赖其专业知识和经验进行推理。标准要求此类过程必须进行严格的逻辑论证和敏感性分析，并记录所有假设。确定设计火灾的标准流程通常包括：1.输入数据收集：明确建筑功能、空间尺寸、通风条件、可燃物分布与特性。2.初步火灾情景分析：基于ISO/TS16733-1，识别出一系列关键的火灾情景。3.选择设计火灾类型：针对每个关键火灾情景，选择合适的火灾模型（如t²火模型、稳态火模型等）。4.参数量化：确定t²火的“增长系数”（决定燃烧快慢）、“最大热释放速率”（取决于火灾控制和通风控制两种情况）。5.不确定性分析：标准特别强调，由于火灾本身就是一种随机现象，设计火灾的确定过程包含大量不确定性。因此，必须进行敏感性分析，评估输入参数的波动对最终计算结果（如可用安全疏散时间ASET、结构响应）的影响。这是该标准最突出的亮点之一。3.3与其他标准的协同ISO/TS16733-2:2021不是孤立存在的技术文件。它与ISO23932（消防安全工程总则）、ISO16732（火灾风险评估）、ISO16730（消防安全工程计算方法的验证与确认）等构成了完整的消防安全工程标准体系。设计火灾的确定是整个评估流程的中间环节，其输出结果将直接输入到CFD软件（计算流体动力学）、烟气扩散模型或结构响应模型中进行后续计算。4.标准主要参与单位与核心技术支撑ISO/TS16733-2:2021由国际标准化组织ISO/TC92（消防安全工程）技术委员会下的WG2（火灾场景）工作组负责起草。在该标准制定的过程中，多个国家的顶尖研究机构和工程咨询公司发挥了关键作用。其中一个极具代表性的主要参与单位是美国消防工程师协会（SocietyofFireProtectionEngineers,SFPE）。4.1美国消防工程师协会（SFPE）基本情况：SFPE成立于1950年，总部位于美国马里兰州，是全球规模最大、最权威的消防工程专业组织。其会员包括来自世界各地的工程师、科学家、建筑师、监管人员及保险业者。SFPE致力于推动消防安全工程科学与实践的发展，通过出版权威手册、组织技术研讨会、制定行业指南来引领行业发展。在该标准制定中的角色与贡献：1.知识库与数据基础：SFPE编纂的《SFPE防火工程手册》被誉为消防安全工程领域的“圣经”，其中包含了海量的可燃物燃烧特性数据（热释放速率、燃烧热、产烟率等）、火灾模型的理论基础及大量实验研究成果。ISO/TS16733-2:2021中关于B类方法（基于文献与经验数据）的核心数据来源和计算方法，大量借鉴和引用了《SFPE防火工程手册》中的内容。可以说，SFPE为该标准提供了坚实的数据和理论基石。2.工程实践方法论：SFPE长期以来倡导和推广基于性能化的防火设计方法，并出版了多部关于性能化设计的指南（如《SFPE性能化防火设计指南》）。该指南详细阐述了如何设定安全目标、如何选择设计火灾、如何评估可靠性等内容。ISO/TS16733-2:2021中的“基于工程判断与推理”（C类方法）的决策树和不确定性分析框架，很大程度上融合了SFPE的工程实践智慧。3.国际影响力与作为ISO/TC92的美国技术咨询组成员（USTechnicalAdvisoryGroup），SFPE通过其专家参与到标准的起草、讨论和投票环节中。SFPE的专家们将美国乃至全球在绩效化设计领域的先进案例、研究前沿和面临的挑战带到国际标准制定平台，使得最终发布的标准更具代表性和实用性。4.持续教育与推广：在标准发布后，SFPE通过开设专题培训课程、网络研讨会和发布技术解释文件，帮助全球消防工程师理解和应用这一新标准。这种持续的教育活动对于标准的落地与推广至关重要。5.结论与展望ISO/TS16733-2:2021虽已处于废止状态（通常意味着国际标准化组织已推出更新版本或该技术规范已转化为正式国际标准），但其确立的基于工程逻辑、数据驱动和不确定性分析的设计火灾确定方法论，无疑是消防安全工程领域的一座重要里程碑。它正式宣告了只采用单一标准火灾曲线或经验火源的粗放式设计时代的终结，引领行业进入了基于“情景-数据-模型”三位一体的精细化设计新时代。该标准的主要贡献在于：1.提供了分类分层的方法论，使工程师能根据数据可靠性灵活选择设计方法。2.强调了不确定性分析的重要性，提升了评估结果的科学性和可信度。3.推动了技术数据的全球共享，促进了消防工程知识的积累与传播。展望未来，设计火灾技术标准的发展将呈现以下趋势：1.与国际建筑规范（IBC）及各国标准深度整合：未来，设计火灾的确定流程将不再仅仅是消防工程师的工具，而会与企业风险管理、保险精算、建筑结构抗火设计规范更深度地融合。2.人工智能与大数据辅助：随着机器学习和大数据技术的进步，未来有望利用历史火灾案例数据、建筑BIM模型数据和自动喷淋系统响应数据，智能生成更符合特定场景的、动态变化的火灾功率曲线，从而进一步提高设计火灾确定的准确性和效率。3.从确定性向概率性过渡：当前的设计火灾确定仍以确定性方法为主（如给定一个固定的t²火增长速率）。未来的标准将可能推动概率性设计火灾的广泛应用，即不仅给出最可能的值，还给出其概率分布，从而进行基于风险的全生命期成本效益分析。4.关注新型材料和复杂场景：随着锂电池储能、氢能利用、木材高层建筑等新技术和新业态的出现，未来标准必须及时更新其数