ISOTR 24679-52023 消防安全工程-结构在火灾中的性能-第5部分加拿大木结构建筑实例标准立项发展报告

消防安全工程——结构在火灾中的性能——第5部分：加拿大木结构建筑实例标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FireSafetyEngineering—PerformanceofStructuresinFire—Part5:ExampleofaTimberBuildinginCanada摘要随着全球绿色低碳建筑理念的深入推进，木结构建筑在现代城市建设中的地位日益凸显。然而，木材作为可燃建筑材料，其在火灾中的结构性能直接关系到建筑安全与人员生命财产安全，是制约木结构建筑规模化应用的关键技术瓶颈。为回应这一行业关切，国际标准化组织（ISO）于2023年7月正式发布ISO/TR24679-5:2023《消防安全工程——结构在火灾中的性能——第5部分：加拿大木结构建筑实例》。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制依据与核心内容，着重分析了加拿大典型木结构建筑火灾试验案例的技术路径与应用方法，阐述了该标准在完善ISO24679系列框架体系、推动性能化防火设计方法在木结构领域落地方面的重要意义。报告指出，该标准通过实例化、数据化、流程化的技术呈现方式，为各国木结构建筑消防安全设计与评估提供了可操作的参考范式，对于促进我国木结构建筑消防技术标准体系建设具有重要借鉴价值。未来，随着更多国家工程实例的持续补充，ISO/TR24679系列有望形成覆盖多结构类型、多地域特征的国际消防性能化设计方法体系。关键词：消防安全工程；木结构建筑；结构抗火性能；性能化防火设计；国际标准；工程实例Keywords:Firesafetyengineering;Timberbuilding;Structuralfireperformance;Performance-basedfiredesign;Internationalstandard;Engineeringexample一、引言在全球应对气候变化和推动可持续发展的宏观背景下，木材作为唯一的可再生建筑结构材料，正受到世界各国建筑业的高度关注。加拿大、瑞典、芬兰、日本、澳大利亚等国纷纷出台政策鼓励木结构建筑向多层、高层方向发展，交叉层压木材（CLT）、胶合木（Glulam）等现代工程木产品的应用日益广泛。据联合国欧洲经济委员会（UNECE）统计，全球现代化木结构建筑市场规模正以年均超过8%的速度增长。然而，木结构建筑的火灾安全始终是工程界和公众关注的核心议题。与混凝土结构、钢结构不同，木材在火灾高温作用下会发生热解、炭化，其有效截面将随燃烧时间逐渐减小，从而导致结构承载力持续衰减。这一特性决定了传统的耐火极限规定性设计方法难以精确反映木结构建筑在真实火灾场景下的结构响应行为，亟需发展基于性能的消防安全工程设计方法。ISO/TR24679系列技术报告正是在这一技术需求背景下形成的重要国际标准化成果。该系列以ISO23932《消防安全工程——总则》所确立的性能化设计框架为基础，针对建筑结构在火灾中的力学性能评价，提供了一套系统的方法论和技术指导。其中，第5部分聚焦于木结构建筑，以加拿大的工程实践为实例，详细展示了从火灾场景设定、热力作用分析到结构热-力耦合响应评估的全过程应用案例，填补了该系列在木结构建筑领域的实例空白，对于推动性能化防火设计方法在木结构领域的工程应用具有里程碑意义。二、标准编制背景与立项依据2.1木结构建筑发展的时代趋势木结构建筑在全球范围内的复兴绝非偶然。从资源环境维度看，木材在生长过程中能够固碳，每立方米木材约可封存0.9吨二氧化碳，以木材替代钢材和混凝土等碳密集型材料可显著降低建筑行业的碳排放足迹。从工程技术维度看，现代工程木产品（如CLT、LVL等）的出现，使得木结构在强度、尺寸稳定性、防火性能等方面均实现了质的飞跃，已能够满足多层乃至高层建筑的受力与安全需求。目前，全球已建成多栋超过8层的现代木结构建筑，如挪威的Mjøstårnet（85.4米，18层）、加拿大的BrockCommonsTallwoodHouse（53米，18层）等，标志着木结构建筑已正式迈入高层时代。2.2消防安全设计方法的历史演进建筑防火设计方法经历了从处方式规定性方法向性能化设计方法演进的历史过程。传统处方式规范以固定的耐火极限等级和构造措施要求为核心，虽便于工程执行与审查，但难以适应建筑功能、结构类型和火灾场景的多样化需求。随着消防安全工程学的快速发展，性能化防火设计方法逐渐成为国际火灾安全科学领域的主流方向。ISO23932:2017和ISO/TS24679系列为性能化方法在结构抗火设计中的应用提供了标准化框架，但各结构类型的工程实践案例仍相对不足，尤其是木结构领域，尚缺少系统性的工程示范和方法验证。2.3ISO/TR24679系列框架与第5部分的定位ISO/TR24679系列技术报告由ISO/TC92（消防安全）SC4（消防安全工程）分技术委员会负责制定，旨在为不同结构类型的建筑在火灾中的性能评估提供统一的工程方法论。该系列各部分分别针对混凝土结构、钢结构、组合结构等展开讨论。ISO/TR24679-5:2023作为该系列的第五部分，以加拿大木结构建筑为工程背景，对性能化结构抗火设计方法在木结构中的应用进行了完整的技术示范，不仅完善了该系列的标准框架体系，更对国际木结构建筑防火设计实践具有直接的指导价值。三、标准主要内容与技术要点3.1标准适用范围与框架定位ISO/TR24679-5:2023在ISO23932所确立的消防安全工程总则框架内，针对木结构建筑的结构抗火性能评估，提供了基于工程实例的应用指南。该技术报告适用于采用现代工程木产品（包括但不限于CLT、胶合木、木基结构板材等）建造的各类建筑，涵盖从单一构件到整体结构的多个评估层次。作为技术报告（TechnicalReport），其内容侧重于方法示范与实践指导，而非强制性的规范性要求，旨在为工程技术人员、科研人员和消防审查人员提供一套清晰、可操作的技术路线。3.2核心方法论架构该技术报告的系统架构建立在消防安全工程方法论的基础之上，以下按照从参数设定到结构响应评价的完整技术链条进行阐述。（一）火灾场景的设定与选择火灾场景的合理设定是性能化设计的基础。标准强调需根据建筑的实际使用功能、可燃荷载分布、通风条件等因素，确定设计火灾场景。对于木结构建筑而言，火灾场景的设计不能仅基于室内可燃物，还需充分考虑木材本身作为燃料对火灾发展过程的影响，建筑内部裸露木构件有可能显著增大火灾荷载密度，延长火灾持续时间，这些都是场景分析中不可忽略的变量。在ISO/TR24679-5中，针对这一特点，对室内火灾的轰燃条件进行了重点讨论，并基于欧洲规范（EN1991-1-2）和北美防火设计规范中的参数化火灾模型，给出了适用于木结构建筑的火源模型选取建议。这种对木结构特有燃烧行为的深入考虑，是较传统规定性方法的重要进步。（二）火灾热作用分析在确定火灾场景后，需进一步分析火灾产生的热作用在结构构件表面的分布特征。标准推荐采用热释放速率曲线结合区域模型或场模型（CFD）的方法，计算火灾中的温度-时间历程曲线。对于木结构建筑，还需考虑木材炭化层与未炭化木材之间热物理性能的显著差异，合理选取导热系数、比热容、密度等热物理参数。标准中还专门论述了木材炭化速率的计算方法及其影响因素（包括热辐射强度、氧气供应、木材密度和含水率等），为后续的结构响应分析提供准确的温度场输入条件。（三）结构热-力耦合响应分析在获取构件温度场信息的基础上，需要进一步开展结构构件乃至整体结构在火灾荷载与力学荷载共同作用下的响应分析。针对木结构构件，高温下材料力学性能的退化规律是关键输入参数。标准系统梳理了木材在高温下的强度折减、弹性模量变化、蠕变行为等力学特性，给出了不同温度水平下木材设计强度和建议取值方法。同时，标准结合普通胶合木构件在四面受火、三面受火或非对称受火等不同条件下的力学响应关系，对构件承载力的计算方法和评估流程作了详细说明，为工程人员提供了明确的计算参考。（四）性能判据与评估标准性能化设计的最终环节是判断结构在火灾下的响应是否满足预定的安全目标。标准明确提出了以结构稳定性为核心，兼顾完整性、隔热性的多层次性能判据体系，建议将构件变形速率、炭化深度、承载力冗余度等作为量化指标，以判定结构是否可能发生整体或局部坍塌。同时，报告还针对木材的连烧特性，提出了火灾后残余结构承载力评估的推荐方法，为消防救援和灾后建筑损伤评定提供了技术支撑。3.3加拿大木结构建筑实例分析作为本部分的核心亮点，标准完整呈现了一项在加拿大实施的木结构建筑火灾试验案例。该案例选取了一栋具有代表性的多层木结构建筑，按照上述方法论体系，完成了从火灾场景设定、火蔓延与热释放分析到结构响应预测的全流程评估，并将理论预测结果与足尺火灾试验数据进行了系统对比分析。结果表明，基于该标准方法建立的计算模型能够较为准确地预测木结构构件在火灾中的温度分布和炭化深度，承载力退化时间的预测误差控制在可接受的工程范围内。这一结果充分验证了ISO/TR24679-5所推荐方法的有效性和工程适用性，为其在更广泛工程实践中的应用提供了可信的证据支撑。四、标准创新性与推广应用价值4.1技术特点与创新ISO/TR24679-5:2023的技术创新性主要体现在以下三个方面：其一，以完整的工程实例构建了木结构建筑性能化防火设计的全流程技术范式，改变了以往标准仅提供抽象原则而缺乏可操作性实例的局限；其二，充分考虑了木结构建筑区别于混凝土和钢结构建筑的耐火特性，包括木材的炭化行为、热解反应及由此带来的火灾荷载变化，建立了更具针对性的分析方法；其三，通过将理论计算与足尺试验结果进行对比验证，增强了方法的技术可信度，为标准用户提供了可靠的参考基准。4.2对国际木结构建筑防火设计的推动作用该技术报告的发布，为各国木结构建筑消防安全设计和审查工作提供了统一的技术参照。当前，许多国家和地区的建筑防火规范仍以规定性方法为主，性能化方法的应用缺乏统一的技术依据。ISO/TR24679-5的出台，将有效促进性能化设计方法在木结构建筑领域的规范化应用，为各国标准制定机构修订本国木结构防火设计规范提供了重要参考。同时，该标准也有利于促进国际间木结构建筑消防安全技术的交流与互认，为跨国工程项目的防火设计与审批提供了共同的技术语言。4.3对我国相关标准化工作的启示我国正处于推广现代木结构建筑的关键时期。近年来，随着《木结构设计标准》（GB50005-2017）等标准的修订完善以及多高层木结构试点工程的推进，木结构建筑的防火设计需求日益迫切。但总体而言，我国木结构建筑性能化防火设计方法的应用仍处于起步阶段，尚缺乏系统性的技术导则和工程案例积累。ISO/TR24679-5:2023提供了可资借鉴的完整方法论和工程实践经验，对我国制修订木结构建筑防火技术标准、开展木结构建筑性能化防火设计研究具有直接的参考价值。建议我国相关标准化技术委员会加快对该国际标准的跟踪研究和转化工作，结合我国木结构建筑的技术特点和应用需求，适时推动相应国家标准或行业标准的制定。五、标准修订与归口单位介绍ISO/TR24679-5:2023由国际标准化组织消防安全技术委员会（ISO/TC92）下属的消防安全工程分技术委员会（SC4）负责制定和管理。ISO/TC92成立于1961年，是国际标准化组织中专门从事消防安全标准化工作的技术委员会，其工作范围涵盖防火安全设计、火灾探测与报警、灭火系统、火灾安全工程等多个领域。SC4分技术委员会则聚焦于消防安全工程领域，致力于制定和完善火灾安全性能化设计与评估的国际标准体系。在该标准的制定过程中，加拿大标准协会在技术协调和组织推进方面发挥了重要作用。作为ISO/TC92的积极成员和SC4的活跃参与方，加拿大标准协会协调了来自加拿大国家研究委员会（NRC）等国内权威研究机构的专家资源，将加拿大在木结构建筑防火研究方面积累的丰富成果——包括BrockCommonsTallwoodHouse等标志性工程项目的防火设计与评估经验——系统地纳入国际标准的编制工作。同时，来自加拿大木业协会（WoodWorks!）、英属哥伦比亚大学（UBC）等机构和高校的专家也为案例的技术分析和方法论构建提供了重要智力支持，确保了该标准内容的专业性、严谨性和工程适用性。六、结论与展望ISO/TR24679-5:2023作为ISO/TR24679系列的重要组成部分，以加拿大木结构建筑为工程背景，系统展示了性能化防火设计方法在木结构建筑结构抗火性能评估中的完整应用流程，填补了该系列在木结构建筑领域实例支撑的空白。该标准的技术内容融合了现代火灾安全科学的最新研究成果和工程实践经验，为全球木结构建筑消防安全设计提供了重要的方法指导和实践参照。展望未来，随着世界各国对木结构建筑关注度的持续升温以及工程实践的不断丰富，ISO/TR24679系列有望进一步拓展和深化。一方面，更多国家（如芬兰、日本、澳大利亚等）的木结构建筑防火工程实例有望纳入该系列标准，形成更为多元化的技术参考库；另一方面，随着数字孪生、人工智能等新兴技术在火灾安全工程领域的应用深化，未来标准有望融合更为智能化的结构火灾响应预测方法，进一步提升结构抗火性能评估的精度和效率。参考文献[1]ISO/TR24679-5:2023,Firesafetyengineering—Performanceofstructuresinfire—Part5:Exampleofatimberbuilding