ISO 24678-42023 消防安全工程.代数公式的管理要求.第4部分烟层标准立项发展报告

消防安全工程代数公式的管理要求第4部分：烟层标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicformulae—Part4:Smokelayers摘要随着建筑功能复杂化与高层及地下空间规模持续扩大，火灾烟气已成为威胁人员生命安全的首要因素。烟气层的形成、发展和稳定过程直接决定疏散通道的可用性与消防扑救的可行性，而代数公式作为烟气层特性快速估算的核心工具，其计算结果的可靠性与适用范围缺乏统一的规范化要求。国际标准化组织（ISO）于2023年6月28日正式发布ISO24678-4:2023《消防安全工程代数公式的管理要求第4部分：烟层》，该标准是全球消防安全工程领域首部专门针对烟层代数公式建立系统管理要求的国际标准。本标准规定了稳态与非稳态条件下烟层厚度、温度及界面高度的代数公式适用条件，明确了公式输出参数的精度等级与验证程序，并给出了标准输入参数的确定方法及不确定性分析框架。标准的发布填补了ISO24678系列在烟层应用场景下的空白，完善了消防安全工程中代数公式管理的标准体系，为性能化防火设计提供了可量化、可验证、可追溯的技术依据，对提升我国建筑防火设计的科学化水平和消防安全的国际协同治理能力具有重要的参考意义和引领价值。关键词：消防安全工程；代数公式；烟层；标准管理；性能化防火设计；ISO246781研究背景1.1火灾烟气危害的严峻形势火灾统计数据分析表明，烟气已成为火灾中人员伤亡的首要原因。根据世界各国的火灾统计数据，火灾致死案例中约有70%—80%与烟气吸入相关，远高于火焰直接灼烧导致的死亡比例。烟气不仅降低能见度、阻碍人员疏散，其含有的有毒气体（如一氧化碳、氰化氢等）在短时间内即可致人中毒昏迷，严重威胁生命安全。随着建筑功能日趋复杂化，高层建筑、地下综合体、大型交通枢纽、大空间商业设施等不断涌现，火灾烟气运动的时空特征更为复杂，对烟气控制系统的可靠性提出了更高要求。1.2代数公式在烟气分析中的应用与挑战在消防安全工程实践中，代数公式（algebraicformulae）因其计算简便、物理意义明确、便于工程应用等特点，被广泛用于烟气层特性参数的快速估算。常见的代数公式涵盖烟层厚度计算、烟气温度估算、烟气产生速率预测、烟层界面位置判定等关键参数。这些公式在性能化防火设计中扮演着不可或缺的角色，是烟气控制系统设计、疏散安全性评估、火灾场景构建的基础工具。然而，工程实践中也暴露出不容忽视的问题：各类代数公式的适用条件界定不清、参数取值缺乏统一依据、计算结果的准确性缺少系统验证。同一火灾场景下，不同设计人员采用不同的公式或输入参数，可能得出差异显著的结果，这种不一致性严重影响了设计方案的可靠性评估和消防审批的科学性。1.3标准需求与国际响应ISO24678系列标准旨在为消防安全工程中代数公式的应用提供统一的管理框架和技术要求。该系列已涵盖烟气填充、烟气羽流等内容，但在烟层（smokelayers）这一关键应用场景方面，尚无专门的标准进行规范。为填补这一空白，ISO消防安全工程领域的专家历经多轮研讨与论证，最终形成并发布了ISO24678-4:2023。这一标准的出台不仅是ISO标准体系的重要补充，也标志着国际消防安全工程领域对代数公式管理规范性认识的深化和共识的达成。2标准主要内容2.1范围与适用边界ISO24678-4:2023适用于消防安全工程中涉及烟层特性分析的各类场景，包括但不限于稳态火灾条件下烟层的形成与维持、非稳态火灾条件下烟层的动态演化，以及机械排烟和自然排烟条件下烟层行为的差异评估等。标准的适用对象主要面向消防安全工程师、性能化防火设计人员、消防科研人员以及消防审批与管理人员。2.2规范性引用文件与术语定义标准参照并引用了ISO13943《消防安全词汇》中的基本术语定义框架，同时结合烟层分析的特殊需求，对以下关键术语进行了明确界定：烟层（smokelayer）、烟层界面（smokelayerinterface）、稳态条件（steady-stateconditions）、非稳态条件（transientconditions）、烟层厚度（smokelayerthickness）、虚源（virtualsource）等。这些定义的明确统一，消除了不同工程实践中的术语理解分歧，为后续技术要求的准确传达奠定了基础。2.3代数公式的分类与层次化管理ISO24678-4:2023对用于烟层特性计算的代数公式采用了层次化管理思路，将公式按照其理论基础和适用范围分为以下层次：-第一层次——基本理论公式：基于质量守恒、能量守恒等基本物理定律推导的公式，具有较为严格的物理基础，适用范围界定清晰。-第二层次——经验修正公式：在基本理论公式基础上，结合实验数据或数值模拟结果进行经验和半经验修正的公式，其适用范围通常有所限定。-第三层次——工程近似公式：以简化和便捷为导向的工程近似公式，适用于初步估算和方案比较阶段，但其精度需要进行明确评估。等级的划分并非优劣排序，而是帮助使用者根据具体工程需求、可用数据资源和精度要求做出合理选择，从而避免公式的误用和滥用。2.4公式应用的适用条件与精度要求标准对烟层代数公式的使用条件进行了详细的界定和明确的要求。首先，标准对不同类型火灾场景下公式的适用性进行了区分，明确了哪些场景适合采用代数公式进行烟层分析，哪些场景则需借助更复杂的数值模拟工具（如场模拟CFD方法）。其次，标准充分考虑了边界条件的影响，对建筑几何尺寸、开口条件、火源功率及热释放速率等因素对公式适用性的影响进行了系统分析。在精度要求方面，标准规定了烟层特性参数计算结果的可接受误差范围。对于烟层厚度、烟层温度等关键输出参数，标准明确要求设计人员应当对计算结果进行敏感性分析，评估输入参数不确定性对输出结果的影响程度，并在设计文件中予以充分说明，为后续的消防审批和安全评估提供参考依据。2.5输入参数确定与不确定性分析标准强调输入参数的准确性直接决定输出结果的可靠性，因此专章规定了主要输入参数（包括火源热释放速率、建筑空间几何尺寸、环境温度、开口条件等）的确定方法。对于具有统计变异的参数，标准要求采用合理的取值方法（如特征值法、保守值法等），并充分考虑不确定性来源及传播。标准引入了分项安全系数法的思想，允许在缺乏精确数据时采用偏保守的估计值，以保障设计的安全性裕度。2.6验证与文档化管理为确保烟层代数公式应用的规范性和可追溯性，标准要求在实际工程应用中形成完整的文档记录，包括公式选择的依据、输入参数的来源、计算过程的详细记录、结果的敏感性分析以及结论的适用范围等内容。同时，标准鼓励将代数公式计算结果与实验数据或数值模拟结果进行对比验证，特别是在大型复杂项目的方案论证阶段，多方法交叉验证已成为推荐做法。3标准修订的企事业单位或标委会介绍3.1ISO/TC92/SC4技术委员会概况ISO24678-4:2023由国际标准化组织消防安全工程技术委员会（ISO/TC92）下属的消防安全工程分技术委员会（SC4）负责制定和修订工作。ISO/TC92/SC4的名称是“消防安全工程”（Firesafetyengineering），其工作范围涵盖消防安全工程领域的基础标准和方法标准的制定与维护，包括火灾动力学、火灾探测与报警、烟气控制、疏散模型、结构耐火和火灾风险评估等关键方向的标准化工作。3.2主要参与单位介绍在本标准的制定过程中，英国标准化协会（BSI）发挥了重要的技术引领作用。作为ISO/TC92的积极成员和长期技术贡献方，英国在火灾科学和消防安全工程领域拥有深厚的研究积淀，其消防安全工程研究可追溯至20世纪50年代。来自英国的多位学者和工程专家在火灾烟气运动的理论建模方面卓有建树，为火灾烟气动力学理论的建立和应用做出了开创性贡献。BSI在标准制定中充分发挥了其开放性和协调性的组织优势，广泛吸纳了来自学术界、工程咨询机构、建筑设计单位、消防主管部门及检测认证机构等多方力量的意见和建议。尤其是来自英国爱丁堡大学、阿尔斯特大学等知名学术机构的火灾安全科学家，在烟层理论模型的构建、代数公式的系统评估以及不确定性分析方法等核心内容的制定过程中发挥了关键作用。此外，来自美国、日本、澳大利亚、新西兰、北欧等国家和地区的专家也深度参与了标准的研讨与审查，充分保证了标准的国际适用性和技术先进性。3.3中国参与情况中国作为ISO的常任理事国，长期以来持续参与ISO/TC92/SC4的各项标准化工作。中国建筑科学研究院有限公司、中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、应急管理部天津消防研究所等多家国内权威机构均积极参与了ISO24678系列的制定工作，追踪该系列标准的国际进展，并在国内积极推动相关标准的转化应用。ISO24678-4:2023的发布为我国防火设计规范的修订和完善提供了重要的国际参考，也为我国参与消防安全工程标准的国际治理提供了新的平台和机遇。4标准的意义与应用前景4.1对消防安全工程实践的深远影响ISO24678-4:2023的发布和实施对全球消防安全工程实践具有广泛而深远的影响。首先，标准的发布为烟层代数公式的规范应用提供了权威依据，有助于减少因公式误用而导致的评估偏差，提高火灾安全评估的科学性和公信力。其次，标准提升了性能化防火设计的规范性和一致性，使消防审批中涉及烟气控制方案的论证更加有据可依，有利于不同项目之间的横向比较和经验积累。第三，标准的实施还有力促进了不同国家和地区的消防安全工程实践的经验互认与交流合作，为消防安全的国际协同治理提供了技术基础和制度保障。4.2对推动性能化防火设计发展的作用性能化防火设计强调以火灾安全目标为导向，采用科学分析工具对设计方案进行评估和优化。烟层分析作为性能化设计中烟气控制与疏散安全评估的核心环节，其计算方法的可靠性直接影响整体设计方案的合理性和安全性。ISO24678-4:2023通过对代数公式的系统化管理，为性能化设计提供了更可靠的技术支撑，增强了消防工程师的计算信心，降低了因方法不当导致的安全风险，对推动性能化防火设计方法在更广泛领域的应用发挥了重要的基础性作用。4.3对产业发展的推动从产业发展的角度来看，该标准的发布还带动了相关软件工具和工程咨询服务的规范化发展。目前国际主流的火灾安全工程软件（如FDS、CFAST等）及各类简化计算工具，均可依据该项标准对其中烟层计算模块进行验证和优化。标准的实施为软件开发企业提供了明确的功能要求和验证基准，有助于提高软件产品的质量和可信度。同时，工程咨询机构在开展烟气控制设计时也有了更加统一的技术依据，有助于规范市场秩序，提升服务质量。5结论与展望5.1标准实施建议中国在积极转化和应用ISO24678-4:2023的过程中，应重点推进以下工作：一是加快标准的国内转化进程，结合我国建筑防火设计规范的体系特点，适时制定相应的国家标准或行业标准；二是加强与国际标准和国外先进标准的对标分析，梳理我国现行标准在烟层代数公式管理要求方面的差距，明确改进方向；三是强化标准实施的配套支持，编制配套技术指南和工程应用手册，完善标准实施的技术支撑体系。5.2人才培养与技术创新在人才培养方面，应在消防工程、安全工程等专业培养方案中加强烟层代数公式规范化应用的相关知识教学，培养具有国际视野的标准化人才。在技术创新方面，应持续关注人工智能和机器学习技术在火灾烟气预测领域的应用，推动新一代智能预测方法与代数公式方法的融合；同时，提升火灾实验测量技术的精度与自动化程度，为代数公式的验证与修正提供更丰富的实验数据支撑，推动标准体系的持续更新与完善。5.3未来发展展望参考文献[1]ISO24678-4:2023,Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicformulae—Part4:Smokelayers[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO13943,Firesafety—Vocabulary[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2017.[3]ISO23932-1:2018,Firesafetyengineering—Generalprinciples—Part1:General[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2018.[4]中华人民共和国国家标准.建筑设计防火规范:GB50016—2014(2018年版)[S].北京:中国计划出版社,2018.[5]中华人民共和国国家标准.火灾自动报警系统设计规范:GB50116—2013[S