ISO 24678-52023 消防安全工程.代数公式的管理要求.第5部分排气流量标准立项发展报告

消防安全工程代数公式的管理要求第5部分：排气流量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FireSafetyEngineering—RequirementsGoverningAlgebraicFormulae—Part5:VentFlows摘要随着建筑复杂化与消防安全性能化设计的深入推进，烟气控制系统的可靠性与可验证性日益成为消防安全工程领域关注的焦点。排气流量（Ventflows）作为烟气控制系统的核心参数，其计算方法的统一与规范直接关系到人员安全疏散和消防救援的有效性。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年6月28日正式发布了ISO24678-5:2023《消防安全工程代数公式的管理要求第5部分：排气流量》。该标准是ISO24678系列标准的重要组成部分，系统规定了排气流量计算中代数公式的适用范围、假设条件、输入参数及不确定性分析方法，填补了国际消防安全工程在排气流量计算规范化方面的标准空白。本报告在系统梳理ISO24678-5:2023标准编制背景、技术内容及与相关标准关系的基础上，深入分析了该标准的技术框架与核心要素，详细介绍了主要起草单位的标准研制工作实践，并对该标准的实施应用前景和未来发展趋势进行了展望。报告指出，ISO24678-5:2023的发布标志着消防安全工程从经验设计向性能化、规范化、可量化评估的深度转型迈出了关键一步，对于提升全球范围内烟气控制系统设计的一致性和可信度具有重要的指导意义。关键词：消防安全工程；代数公式；排气流量；烟气控制；性能化设计；国际标准Keywords:FireSafetyEngineering;AlgebraicFormulae;VentFlows;SmokeControl;Performance-BasedDesign;InternationalStandard一、引言随着城市化进程的持续推进和建筑形态的日益复杂化，高层建筑、地下空间、大型交通枢纽等人员密集场所不断涌现。这类建筑发生火灾时，烟气作为导致人员伤亡的首要因素，其扩散行为与有效控制直接关系到生命安全。据统计，火灾中约85%的人员死亡由烟气吸入所致。烟气控制系统作为建筑消防系统的关键组成部分，其设计科学性与可靠性至关重要。在消防安全工程的实践发展中，定量计算工具的应用经历了从经验公式到复杂场模拟（CFD）的演进过程。其中，代数公式以其计算简便、物理意义明确、便于工程审验等优势，在烟气控制系统的初步设计、方案比选和性能化评估中发挥着不可替代的作用。然而，代数公式的适用边界条件、参数取值方法及结果的不确定性在不同工程实践和不同国家之间存在显著差异，导致设计方案的可比性和审查的一致性面临挑战。此外，随着消防安全工程从"处方式"规范向性能化设计范式转型，对计算工具的规范管理提出了更高要求——如何在保持代数公式简便性优势的同时，确保其应用的严谨性与可追溯性，成为国际消防安全工程标准化工作亟需解决的关键课题。国际标准化组织消防标准委员会（ISO/TC92/SC4）长期致力于消防安全工程领域基础标准的研究与制定，其推出的ISO24678系列标准正是针对代数公式管理要求的系统性规范。该系列标准以ISO23932《消防安全工程——总则》所确立的性能化设计框架为基础，分别针对不同典型火灾场景中的代数公式提出了统一的管理要求。ISO24678-5:2023作为该系列的第五部分，聚焦于排气流量这一烟气控制系统设计中的核心参数，为全球工程实践提供了规范化指导。二、标准编制的背景2.1消防安全工程标准化发展脉络消防安全工程作为一门系统学科，其标准化进程经历了长期发展。1999年，ISO/TC92/SC4发布了ISO/TR13387系列技术报告，首次系统提出了消防安全工程的设计框架和方法论。此后，ISO23932（消防安全工程——总则）的发布进一步确立了性能化消防设计的总体流程，涵盖场景设定、设计火灾、模型选择、不确定性分析等关键环节。在这一框架下，计算工具特别是代数公式的有效管理与合理应用成为标准化工作的重点方向。2.2ISO24678系列标准的总体框架ISO24678系列标准以"代数公式的管理要求"为主题，旨在为消防安全工程中各类典型火灾现象的计算提供统一规范。该系列目前已发布或正在制定的部分包括：-ISO24678-1：烟气层的确定-ISO24678-2：火源附近的羽流-ISO24678-3：顶棚射流-ISO24678-4：烟气探测器启动-ISO24678-5：排气流量-ISO24678-6：自然排烟口设置-ISO24678-7：热辐射暴露该系列标准在体系中的定位，是连接通用方法论（ISO23932）与具体工程计算之间的桥梁，为工程技术人员提供了从"知道用什么方法"到"知道如何正确使用方法"的操作性指引。2.3排气流量标准化的现实需求在建筑烟气控制系统中，排气流量是决定排烟系统规模、风口布置和设备选型的核心设计参数。目前工程实践中常用的排气流量计算方法包括：-基于理想气体状态方程的理论计算方法-基于经验系数的简化计算模型-基于CFD模拟的数值计算方法然而，上述方法在实际应用中存在以下突出问题：一是各方法对同一场景的计算结果差异显著，缺乏统一的验证基准；二是公式中关键参数（如流量系数、温度修正因子等）的取值依据不透明；三是缺乏对计算结果不确定性的系统评估方法。这些问题严重影响了消防设计方案的可比性、可审查性和跨区域互认。ISO24678-5:2023的制定正是为了回应上述行业痛点，在全球层面建立排气流量代数公式应用的统一规范。三、标准主要内容概述3.1标准的适用范围ISO24678-5:2023适用于建筑火灾烟气控制系统中排气流量计算的代数公式管理，主要覆盖以下应用场景：-机械排烟系统的排烟量计算-自然排烟系统的排烟能力评估-火灾试验和性能化设计中的烟气流量估算该标准关注的排气流量计算涵盖多种典型工况，包括稳态火源条件下的排气、非稳态火灾发展阶段的排气、多空间连通条件下的烟气流动等。3.2核心公式体系标准中管理并规范的核心代数公式主要包括以下类别：（1）质量流量计算公式$${\dotm}_g=C_d\cdotA_v\cdot\sqrt{2\cdot\DeltaP\cdot\rho_g}$$其中：${\dotm}_g$为烟气质量流量（kg/s），$C_d$为流量系数，$A_v$为排烟口有效面积（m²），$\DeltaP$为烟层与周围环境之间的压差（Pa），$\rho_g$为烟气密度（kg/m³）。（2）体积流量计算公式$$\dotV={\dotm}_g/\rho_g$$（3）压差计算关联式$$\DeltaP=(\rho_0-\rho_g)\cdotg\cdotH$$其中：$\rho_0$为环境空气密度（kg/m³），$g$为重力加速度（m/s²），$H$为烟层底面到排烟口中心的高度差（m）。3.3参数取值与管理要求标准对上述公式中各输入参数的获取与确定提出了明确的管理要求：|参数|确定方法|管理要求||------|----------|----------||流量系数$C_d$|试验测定或文献数据|需注明来源，说明适用条件||烟气温度|火源功率与烟层高度推算|需说明假设条件与计算依据||烟层厚度|基于设计火灾场景确定|需与烟气层测定标准（ISO24678-1）保持一致||环境温度|依据建筑所在地气候条件|需考虑季节变化的影响||开口面积|建筑图纸或现场测量|需考虑实际开启方式和有效面积折算|3.4不确定性分析方法本标准引入不确定度评估要求，强调代数公式计算结果需进行敏感性分析和不确定性量化。标准推荐采用以下方法：-参数敏感性分析（单因素与多因素分析）-区间分析与最不利工况组合分析-概率方法（如蒙特卡洛模拟的简化应用）标准同时要求，当计算结果用于安全判据比对时，应取保守估计值，并明确记录所有假设条件。3.5与其他标准的协调关系ISO24678-5:2023在编制过程中注重与以下标准的技术协调：-ISO23932（消防安全工程——总则）：作为方法论框架的上位标准-ISO16730（消防安全工程——计算方法的评估、验证与确认）：为公式的验证方法提供指导-ISO24678-1（烟气层的确定）：提供烟气层参数的计算支撑-ISO21927系列（排烟系统）：规定排烟设备的技术要求四、标准修订的主要研制单位介绍4.1ISO/TC92/SC4标准技术委员会ISO24678-5:2023由国际标准化组织消防安全工程分技术委员会（ISO/TC92/SC4）负责制定。SC4是国际消防安全工程标准化领域最权威的技术组织，其秘书处长期由英国标准协会（BSI）承担，目前共有来自全球30余个国家的正式成员和观察成员。SC4的工作范围涵盖消防安全工程基础方法论、计算工具管理要求、火灾动力学参数确定及性能化设计框架等关键方向。截至目前，SC4已发布和正在制定的国际标准超过40项，构成了全球消防安全工程领域最完整、最具权威性的标准体系。中国是SC4的积极成员，中国建筑科学研究院有限公司等国内权威机构长期深度参与其标准制定工作，持续将我国在消防安全工程领域的研究成果和工程实践经验贡献于国际标准的制定。在ISO24678-5:2023的研制过程中，中国专家全程参与了各阶段草案的技术讨论和意见反馈，提出了关于流量系数取值方法和不同建筑场景适用性的多项技术建议。4.2中国建筑科学研究院有限公司作为国内参与ISO24678-5:2023研制的核心单位之一，中国建筑科学研究院有限公司（以下简称"中国建研院"）在标准制定中发挥了重要作用。中国建研院成立于1953年，是隶属于国务院国有资产监督管理委员会的大型综合性建筑科学研究机构，是全国建筑行业最大的综合性研究和开发机构。在建筑防火领域，中国建研院建筑防火研究所是国内最早从事建筑火灾安全研究的专业机构之一，拥有应急管理部消防产品合格评定中心认可的耐火构件检测实验室和火灾实验大厅，具备开展实体火灾试验、烟气流动测试和数值模拟研究的先进平台。在ISO24678-5:2023的编制过程中，中国建研院团队承担了以下关键工作：-组织国内多家高校和科研机构开展排气流量计算公式的系统性文献调研和比对研究，为公式适用范围的确定提供了翔实的数据基础；-依托实体火灾试验平台开展了一系列不同规模通风条件下排气流量验证试验，为流量系数的合理取值提供了实验依据；-牵头组织国内征求意见工作，汇总国内消防安全工程领域的反馈意见，通过中国国家标准化管理委员会和中国消防协会渠道向ISO/TC92/SC4提交了中国立场和建议；-参与了标准草案中关键条款的讨论和修订工作，特别是在排气流量公式的适用边界条件和不确定性分析要求方面贡献了中国工程实践经验。五、标准实施与影响分析5.1对工程实践的指导意义ISO24678-5:2023的实施对消防安全工程实践具有多方面的指导意义：（1）提高设计一致性：通过统一公式选取规则和参数取值方法，减少不同设计人员之间的主观差异，使同类建筑的设计结果具有可比性。（2）增强审查透明度：标准要求详细记录假设条件、参数来源和不确定性分析过程，为消防审查机构提供了明确的审查依据，有利于设计方案的顺利通过和归档管理。（3）促进国际互认：标准的国际属性为跨国项目的消防设计提供了共同语言，有助于消除技术壁垒，推动消防工程服务的国际化。5.2性能化设计的支撑作用随着我国及全球范围内建筑防火设计从"处方式"规范向性能化设计方向快速发展，ISO24678-5:2023为性能化设计提供了重要的基础支撑。在性能化设计的烟气分析环节中，代数公式往往作为CFD模拟的补充工具或初步筛选手段。该标准通过规范代数公式的使用流程和边界条件，提高了性能化设计文件中烟气分析部分的可信度和可审计性，为设计方案的专家评审提供了更为扎实的技术基础。5.3人才培养与学科发展该标准的发布对消防安全工程专业人才培养提出了新要求。高等院校和职业培训机构应将标准中确立的公式管理理念和分析方法纳入课程体系，使新一代消防工程师在从业之初即建立规范化计算、透明化记录的专业素养。同时，标准的研究也为高校和科研机构提供了新的学术方向，如公式的不确定度量化方法、多参数耦合敏感性分析技术等。六、结论与展望6.1主要结论ISO24678-5:2023《消防安全工程代数公式的管理要求第5部分：排气流量》的发布，是消防安全工程国际标准化进程中的重要里程碑。该标准具有以下突出特点：（1）填补了排气流量计算领域代数公式规范化管理的标准空白，为全球工程实践提供了统一的技术准则。（2）构建了"公式—参数—不确定性"三位一体的管理框架，推动了代数公式从经验工具向规范化工程方法的转型。（3）强化了与ISO23932等通用框架标准的衔接，进一步完善了消防安全工程标准体系的层次性和协调性。（4）为世界各国特别是发展中国家的消防安全工程实践提供了可借鉴、可采纳的国际方案，有利于全球消防安全水平的整体提升。6.2未来展望展望未来，ISO24678-5:2023的发展方向和应用空间可以从以下维度加以拓展：（1）标准体系的持续完善：随着ISO24678系列其他部分的陆续发布，排气流量标准将与烟气层确定、火羽流、自然排烟口设置等标准形成更加紧密的技术链条，构建起覆盖烟气控制设计全流程的标准工具箱。（2）技术方法的迭代更新：随着人工智能和机器学习技术在火灾科学领域的应用探索，未来代数公式的生成方式和管理范式可能发生深刻变革。数据驱动的经验模型与经典理论公式的融合，将成为ISO24678系列未来修订中值得关注的技术方向。（3）应用领域的延伸拓展：当前标准主要面向建筑火灾场景，未来可考虑向隧道火灾、工业过程火灾、森林-城镇交界域火灾等特殊场景延伸，扩大标准的适用范围。（4）国际互认的深入推进：随着标准在国际工程中的广泛应用，预计将有更多国家和地区将该标准采纳为国家标准或行业标准，实现消防安全工程计算方法在更深层次、更广范围的国际互认。（5）中国话语权的持续提升：作为ISO/TC92/SC4的重要参与方，中国应继续深化在消防安全工程标准化领域的研究投入和国际合作，推动中国方案在全球标准体系中发挥更大影响力。参考文献[1]ISO24678-5:2023,Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicformulae—Part5:Ventflows,InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO23932:2009,Firesafetyengineering—Generalprinciples,InternationalOrganizationforStandardization,2009.[3]ISO16730-1:2015,Firesafetyengineering—Assessment,verif