GBT 31593.8-2026 消防安全工程 第8部分：开口气流的计算要求标准立项发展报告

消防安全工程第8部分：开口气流的计算要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FireSafetyEngineering—Part8:CalculationRequirementsforOpeningAirflow摘要随着我国城镇化进程的持续推进与高层及超高层建筑、大型综合交通枢纽及地下空间的快速涌现，建筑消防安全设计面临前所未有的技术挑战。开口气流作为建筑火灾烟气蔓延与人员疏散安全的关键影响因素，其科学计算与精准评估已成为消防安全工程领域的研究重点。本报告围绕国家标准GB/T31593.8-2026《消防安全工程第8部分：开口气流的计算要求》的立项背景、技术内容、编制原则及预期应用效益展开系统论述。报告指出，该标准的制定基于对国际标准化组织ISO23932-2及欧美先进技术规范的深度比较研究，结合我国建筑防火设计实践与火灾事故统计数据，确立了涵盖开口气流物理模型、计算输入参数、边界条件设置、求解方法选择及结果验证的完整技术框架。标准的发布实施将有效填补我国在开口气流计算领域基础性技术标准的空白，为性能化防火设计提供科学工具，促进消防安全工程方法的规范化应用，对提升我国建设工程消防安全水平、推动消防技术标准体系与国际接轨具有重要的现实意义与深远的战略影响。关键词：消防安全工程；开口气流；计算要求；性能化防火设计；烟气蔓延；技术标准Keywords:firesafetyengineering;openingairflow;calculationrequirements;performance-basedfireprotectiondesign;smokespread;technicalstandards一、引言1.1研究背景火灾是威胁公共安全与社会稳定的重要灾害类型。据应急管理部消防救援局统计，近年来我国年均发生火灾约25万起，直接经济损失数十亿元。在建筑火灾中，烟气是导致人员伤亡的首要因素，约85%的火灾死亡案例与烟气吸入相关。开口——包括建筑外窗、门洞、中庭连通口、竖井开口及楼栋间连通部位等——是火灾烟气蔓延的主要通道，同时也是自然排烟系统发挥作用的关键部位。准确计算火灾条件下通过开口的气体流动速率、方向及温度分布，对于烟气控制系统设计、人员疏散安全评估及消防救援策略制定具有基础性决定作用。然而，开口气流的计算涉及热浮力驱动流、环境风压影响、开口两侧压差耦合等多重复杂物理机制的耦合作用，传统简单经验公式难以满足复杂建筑场景下精细化设计的需要。国际消防工程界已普遍采用基于浮力羽流理论、网络模型或场模型的数值计算方法，相关技术标准也逐步从处方性规范向性能化方法转型。1.2标准编制必要性我国现行消防技术标准体系中，涉及开口气流计算的内容分散于各专项规范的条文或附录中，缺乏系统化、专门化的统一技术标准予以规范。GB/T31593系列标准作为消防安全工程领域的基础性国家标准，此前各分册已分别对火灾风险评估、烟气控制、人员疏散等方向作出规定，但第8分册——开口气流的计算要求——的缺失使该系列标准在技术链条上存在明显断点。伴随《消防法》修订后对性能化防火设计方法的法律认可和《建筑防火通用规范》GB55037-2022对建筑防火技术体系的重构，制定一部专门针对开口气流计算的统一标准，实现对计算流程、参数选取、不确定性分析及结果应用的规范化约束，已成为当前消防标准化工作亟待解决的问题。二、标准编制背景与任务来源2.1国际标准发展动态国际标准化组织消防安全委员会（ISO/TC92/SC4）自20世纪90年代起系统推进消防安全工程系列标准制定工作。其中ISO23932《消防安全工程—总则》确立了性能化防火设计的基本框架；ISO16733则规定了火灾场景选取与设计火灾确定的方法。在开口气流计算领域，ISO23932-2进一步规定了消防安全工程评估中所需数据及计算方法的选用要求。欧美发达国家，如美国消防协会NFPA92《烟气控制系统标准》及英国标准BS7974系列，均对开口流量的计算方法提出了系统的技术规定。与上述国际标准相比，我国在该细分领域尚缺乏与之配套的国家标准，一定程度上制约了我国消防工程技术领域与国际接轨的进程以及国内性能化防火设计实践的规范化发展。2.2国内标准体系需求分析GB/T31593《消防安全工程》系列标准目前已发布或正在制定的分册涵盖火灾动力学计算、烟气流动计算、人员疏散计算、结构抗火计算等多个技术方向。该系列采用模块化架构，各分册之间既相互独立又彼此引用，形成一个完整的技术逻辑链条。在火灾烟气流动分析中，开口流动模型是连接火灾场景设定与烟气蔓延计算的中间枢纽——火灾热释放速率决定了开口两侧温差与压差，而开口流入的新鲜空气又反过来制约火灾的发展速率（即燃料控制与通风控制状态的转换）。因此，第8分册的计算要求直接关系到第5分册（烟气流动计算）、第3分册（火灾动力学计算）等技术环节的数据输入质量与计算结果的可靠性。该分册的立项填补了标准体系的技术空白，对于形成完整的消防安全工程计算方法链具有重要意义。三、标准主要技术内容3.1标准适用范围与总体框架本标准规定了建筑消防安全工程分析中开口气流计算的基本要求，适用于建筑火灾自然条件下通过门、窗、洞口、中庭顶部连通口及幕墙缝隙等各类开口的空气流动计算。标准为首次制定，在框架设计上遵循“物理模型→参数选取→计算方法→结果验证”的技术主线，同时兼顾不同应用场景下的差异化需求。3.2关键术语与物理模型标准明确了开口气流相关的核心术语定义，包括开口流动系数、中性层高度、通风因子、质量流率等，为统一工程实践中的技术表达提供了基准。物理模型方面，标准推荐了两种不同精度层级的技术路径。其一，基于静压分布假设的简化模型（即“均匀压力模型”）。该模型假设开口上下两侧室内外压力仅由静压确定，适用于开口高度相对较小且室内温度分层不明显的中小尺度场景。计算中将开口在高度方向离散为微元，对每个微元基于orificeflowtheory（孔口出流理论）进行求解，典型工程计算速度较快，适合概念设计阶段的参数敏感性分析。其二，考虑温度分层及非均匀压力分布的两区域模型或场模型。当建筑内部存在显著的热烟分层（如高大空间火灾）时，开口流动呈现典型的双向流特征——上部烟气向外流出、下部空气向内流入，此时需在开口高度方向求解压力平衡方程以确定中性面位置。模型需引入湍流脉动修正项来综合考虑烟气层的非稳态波动特征。计算结果表明，由于开口附近烟气紊流卷吸与外界风压脉动的耦合作用，中性层高度存在±5%~15%的波动幅度，直接影响排烟效率的预测精度。标准中设置了与模型层级对应的输入数据质量要求，以确保计算结果的不确定度与使用场景相匹配。3.3计算输入条件计算输入条件的合理确定是保证计算结果可靠性的前提，标准对边界条件、火源参数及环境条件的设定提出了系统要求。边界条件方面，核心在于确定开口两侧的压力差。标准规定应同时考虑以下因素的叠加效应：火灾热释放产生的浮力压头、环境风在建筑外表面形成的风压分布、建筑内机械通风系统引起的附加压差以及烟囱效应对高层建筑竖井及开口的强化抽吸作用。对于风压的计算，标准明确了不同地貌粗糙度类别下的风速剖面指数律取值方法，推荐了风洞试验数据或计算流体力学（CFD）模拟作为复杂建筑形体下风压系数获取手段的技术依据。火源参数直接影响开口两侧的温差分布——即浮力驱动力的根本来源。标准要求根据设计火灾场景设定火源的热释放速率及其增长速率，并考虑火灾达到稳态的时间与通风条件变化之间的反馈作用。通过引用GB/T31593系列其他分册中关于设计火灾的规定，确保分册之间技术参数选取的一致性。环境初始条件方面，标准规定了环境温度、初始压力场的取值参考方法，并对开口的几何特征（高度、宽度、开启角度、窗台高度等）的尺寸测量与公差范围给出了原则性规定。输入数据的恰当记录与可追溯性是性能化FireSafetyEngineering方法合规应用的基石，标準为此设置了清晰的数据文件记录要求，以确保技术论证的透明性与可审核性——这一规定回应了工程实践中“计算过程难以回溯审查”的长期关切。3.4计算方法与模型选用在计算方法层面，标准根据建筑场景复杂程度与工程应用需求，确立了分级计算策略。当建筑体量较小、火灾场景相对简洁、或设计阶段仅需快速敏感性分析时，可采用简化解析公式法，其技术核心即前文所述的孔口出流理论与理想气体状态方程耦合求解。在大型复杂建筑或安全目标要求较高的场景中，则须采用网络模型或计算流体力学（CFD）方法进行精细化分析。标准着重指出，在高层建筑或多层连通空间中，开口气流计算须与竖井流动分析同步求解。由于标准首次引入多楼层非线性流动平衡方程的联立求解要求——该方法要求各层开口流动、竖井内部压力分布及环境风压条件在同一迭代框架中耦合求解，以避免传统逐层计算造成的累积误差，确保整体流动路径的压力-流量-浮力守恒——这一做法在目前各分册中尚属首次，标志着我国消防安全工程从偏重单场景经验分析向系统工程化方法迈出了实质性一步——其技术难度较单开口分析显著提升，但对准确预测火烟在建筑内的整体迁移规律具有决定性的工程价值。对于消防安全工程分析中普遍存在的不确定性问题，标准对输入参数和质量保证提出了相应要求。3.5结果验证与不确定性分析标准还引入了结果验证与不确定性分析的技术要求，旨在将开口气流计算结果从“单一确定值”向“区间与概率”拓展，为风险决策提供更完整的依据。四、与国际及国外先进标准对比分析在编制过程中，标准编制组对ISO23932-2、NFPA92、BS7974等国际主流标准及技术报告进行了系统比对分析。在物理模型选择方面，本标准综合了ISO23932-2中基于流动相似理论的开口流量系数选取方法，同时根据中国建筑门窗加工精度现状给出了合理的流量系数取值范围。相较于NFPA92主要面向烟气控制系统的单一维度规定，本标准扩大了适用范围，将自然排烟、加压送风及灾后通风等多种工况纳入体系。在计算方法层面，吸收BS7974中关于高大空间温度分层对开口流动影响的处理方式，结合实体试验数据进行了参数修正。标准的整体框架及分项技术要求与国际主流标准保持高度一致性，在技术内容深度和工程实用性方面形成了自身特色。五、主要编制单位与工作基础本标准由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会（SAC/TC113/SC13）提出并归口，应急管理部四川消防研究所作为主要起草单位牵头编制。应急管理部四川消防研究所成立于1963年，是我国最早从事建筑防火研究的国家级专业科研机构之一，是ISO/TC92/SC4国内技术对口单位，长期承担消防安全工程领域国际标准跟踪研究与国内标准转化工作。研究所设有火灾理论研究室、建筑防火研究室及性能化防火设计评估中心，拥有国内领先的火灾实验综合体，可开展实体火灾条件下的开口流动规律测试、大空间烟气运动模拟及多楼层连通空间的压力分布测量等实验研究。在开口气流计算领域，该研究所先后承担了国家“十三五”重点研发计划课题“高大空间建筑火灾烟气运动规律及控制技术研究”、国家自然科学基金项目“火灾条件下建筑开口双向流动质量交换机理研究”等多项国家级科研项目。研究团队在开口流动的质量交换系数标定、温度分层对中性层位置的影响规律、竖井—开口耦合流动的瞬态特性等方面取得了一系列具有国际先进水平的研究成果，在国内外核心期刊发表论文80余篇。研究所在大量实体火灾试验基础上建立了开口流动关键参数的验证数据库，可直接支撑标准中公式系数取值及模型适用范围的检验与校准。凭借深厚的科研积淀与丰富的标准化工作经验，该研究所为标准的科学性、先进性与可操作性提供了坚实的技术保障。六、标准预期效益与实施建议6.1经济效益标准实施后，将为建筑防火设计提供统一的开口气流计算工具。设计单位可以减少因计算方法差异导致的重复验算与方案反复修改，缩短设计周期。对于大型复杂建筑工程项目，采用标准化的计算流程有助于降低性能化防火设计评估的成本。对于建筑业主而言，精确的开口气流计算可在保证同等安全水平的前提下优化排烟系统设计容量，降低设备初投资与运行能耗。6.2社会效益标准的发布实施将有效提升我国建筑火灾防控的科学化水平，降低火灾中烟气造成的人员伤亡风险，更好地保障人民群众生命财产安全。同时，该标准纳入消防工程领域标准体系后，为注册消防工程师资格考试、消防技术服务机构从业能力评定及高等院校消防工程专业教学提供了重要的技术参考依据。6.3实施建议建议标准发布后，由归口单位统一组织面向设计单位、图审机构、消防技术服务机构及科研院校的宣贯培训，编制配套的实施指南与算例手册。建立标准实施反馈机制，在使用过程中持续收集工程应用数据和问题建议，为标准的后续修订完善积累素材。鼓励相关软件开发商依据该标准开发或升级开口气流计算模块，促进标准技术内容的工程化应用。七、结论与展望GB/T31593.8-2026《消防安全工程第8部分：开口气流的计算要求》是完善我国消防安全工程标准体系的关键一环。该标准立足于我国建筑防火实践需求，在系统吸收国际先进技术经验的基础上，构建了从物理模型、参数选取、计算方法到验证分析的完整技术框架，填补了国内该领域基础性技术