GBT 31593.7-2026 消防安全工程 第7部分：顶棚射流的计算要求标准立项发展报告

消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求StandardizationDevelopmentReport:FireSafetyEngineering—Part7:CalculationRequirementsforCeilingJets摘要随着我国城市化进程的快速推进和高大空间建筑的日益增多，建筑火灾中顶棚射流的行为特征对火灾探测、烟气控制及钢结构防火保护等关键消防系统的设计具有决定性影响。顶棚射流作为火灾烟气在顶棚约束下形成的浮力驱动流动现象，其温度场和速度场的分布规律直接决定了火灾探测器与自动喷水灭火系统启动的及时性和有效性。为适应我国消防工程实践的迫切需要，并为消防安全工程性能化设计提供统一、科学且可操作的计算依据，国家标准化管理委员会批准立项制定GB/T31593.7—2026《消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求》。本报告对该标准的立项背景与意义、编制原则、主要技术内容、标准结构、国内外相关标准对比分析以及主要编制单位进行了系统阐述。该标准在充分借鉴ISO16737:2012等国际标准先进技术框架的基础上，结合我国消防工程实践经验和建筑形式特点，明确了顶棚射流计算的基本要求、输入参数确定方法、计算模型选择与适用范围判定规则。标准的发布实施将有效填补我国在顶棚射流计算领域标准化文件的空白，为建筑消防性能化设计与评估提供重要技术支撑，对提升我国建筑火灾安全整体水平、促进消防工程领域与国际接轨具有深远意义。关键词：消防安全工程；顶棚射流；计算要求；性能化防火设计；烟气控制；国家标准AbstractWiththerapidadvancementofurbanizationinChinaandtheincreasingprevalenceoflarge-spacebuildings,thebehavioralcharacteristicsofceilingjetsinbuildingfiresexertadecisiveinfluenceonthedesignofcriticalfireprotectionsystems,includingfiredetection,smokecontrol,andstructuralsteelfireprotection.Theceilingjet,asabuoyancy-drivenflowphenomenonformedbyfiresmokeunderceilingconstraints,determinesthetimelinessandeffectivenessoffiredetectoractivationandautomaticsprinklersystemresponsethroughitstemperatureandvelocityfielddistributionpatterns.ToaddresstheurgentneedsoffiresafetyengineeringpracticeinChinaandprovideunified,scientific,andoperablecalculationbasesforperformance-basedfiresafetydesign,theStandardizationAdministrationofChinahasapprovedthedevelopmentofGB/T31593.7—2026,"FireSafetyEngineering—Part7:CalculationRequirementsforCeilingJets."Thisreportsystematicallyelaboratesontheprojectbackgroundandsignificance,compilationprinciples,maintechnicalcontents,standardstructure,comparativeanalysisofrelevantdomesticandinternationalstandards,andmajorparticipatingorganizations.DrawingupontheadvancedtechnicalframeworkofinternationalstandardssuchasISO16737:2012,andintegratingChina'sfiresafetyengineeringpracticalexperienceandarchitecturalcharacteristics,thestandardspecifiesthefundamentalrequirementsforceilingjetcalculations,determinationmethodsforinputparameters,selectionofcalculationmodels,andapplicablescopedeterminationrules.ThereleaseandimplementationofthisstandardwilleffectivelyfillthegapinstandardizeddocumentationforceilingjetcalculationsinChina,providecriticaltechnicalsupportforperformance-basedfiresafetydesignandassessment,andholdprofoundsignificanceforenhancingtheoveralllevelofbuildingfiresafetyandpromotingalignmentwithinternationalpracticesinthefieldoffiresafetyengineering.Keywords:firesafetyengineering;ceilingjet;calculationrequirements;performance-basedfiredesign;smokecontrol;nationalstandard1引言1.1研究背景建筑火灾中，火灾烟气在浮力作用下上升并撞击顶棚后，沿顶棚下方水平蔓延扩散，形成具有一定厚度的热烟气薄层，这一现象被称为“顶棚射流”（ceilingjet）。顶棚射流是建筑火灾发展过程中的重要物理现象，其温度、速度及厚度等参数的空间分布特征，直接关系到点式感烟/感温火灾探测器、自动喷水灭火系统喷头等消防设施的动作响应时间和灵敏度，同时也是烟气控制系统设计、建筑构件耐火性能评估中的关键输入数据。顶棚射流理论的研究始于20世纪50年代，其理论基础主要建立在弱羽流理论和轴对称浮力射流理论之上。Alpert等学者通过大量全尺寸实验和理论分析，建立了经典的水平光滑顶棚下稳态顶棚射流温度和速度预测公式，即著名的Alpert关联式，该公式至今仍是世界各国消防工程实践中最常用的顶棚射流计算方法。随着建筑形式的日益复杂化——如中庭建筑、大跨度展厅、航站楼、高铁站房等高大空间建筑的涌现，以及性能化防火设计方法在工程实践中的广泛应用，对顶棚射流计算提出了更高的精度要求和更广泛的适用性需求。然而，由于缺少统一的标准规范，设计人员在进行顶棚射流相关计算时往往依据不同的参考文献，采用不同的计算模型和参数取值方法，计算结果存在显著差异，给消防设计与审查工作带来了困扰。1.2标准立项意义GB/T31593.7—2026《消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求》正是在这一背景下立项制定的。该标准是我国消防安全工程系列标准（GB/T31593系列）的重要组成部分，其制定具有以下重要意义：第一，填补国内标准空白。目前，我国在顶棚射流计算领域尚无专门的标准文件，该标准的制定填补了这一技术空白，为工程实践提供了权威的技术依据。第二，统一技术方法。该标准对顶棚射流计算的基本要求、输入参数、计算模型和适用范围进行了统一规定，有利于规范消防性能化设计与评估的技术行为，提高设计质量和审查效率。第三，与国际接轨。该标准在制定过程中充分参考了ISO16737:2012等国际标准，有助于推动我国消防安全工程标准与国际接轨，促进技术交流与合作。第四，支撑性能化防火设计。顶棚射流参数是性能化防火设计中判定火灾探测器启动时间、进行烟气控制系统设计的基础数据来源，标准的制定将显著提升性能化设计的科学性和可靠性。2标准编制概况2.1编制任务来源GB/T31593.7—2026《消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求》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，依据国家标准化管理委员会下达的标准制修订计划进行制定。2.2编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）协调一致性原则。注重与GB/T31593系列标准中其他部分的配套与衔接，确保系列标准的整体性和协调性。同时，充分参考国际标准化组织ISO/TC92/SC4消防安全工程分技术委员会发布的相关国际标准，保持技术内容的国际一致性。（2）科学性原则。顶棚射流计算方法的确定以火灾科学基础理论和大量实验研究成果为依据，确保技术内容的科学性、准确性和可靠性。（3）实用性原则。充分考虑我国消防工程实践的现状和需求，确保标准技术内容具有可操作性和实用性，便于工程设计、审查和监管人员的使用。（4）开放性原则。在确定计算方法体系时，既纳入经典的计算公式，也为其他科学可靠的计算方法（如数值模拟方法）的应用保留了空间。2.3编制过程该标准编制过程经历了前期调研与论证、草案起草、征求意见、技术审查和报批等阶段。编制组在标准制定过程中广泛调研了国内外相关技术文献和标准文件，开展了多轮技术研讨和专家论证，对标准中的关键技术内容进行了反复推敲和验证，确保标准技术内容的科学性和适用性。3标准主要技术内容3.1标准的适用范围GB/T31593.7—2026规定了消防安全工程中顶棚射流计算的基本要求、计算方法和适用条件。该标准适用于建筑火灾中由火灾烟气在水平或近似水平光滑顶棚下方形成的稳态和非稳态顶棚射流的温度、速度及厚度的计算。3.2标准的规范性引用文件该标准在技术内容上引用了多项消防安全工程领域的国家标准和规范性文件，主要包括：-GB/T31593.1《消防安全工程第1部分：计算方法的评估、选定和使用》-GB/T31593.2《消防安全工程第2部分：火灾动力学模型的选择和使用》-GB/T31593.3《消防安全工程第3部分：火灾风险评估指南》-GB/T5907《消防词汇》-GB/T14107《消防基本术语第2部分》3.3标准的主体框架GB/T31593.7—2026的主体框架包括：范围、规范性引用文件、术语和定义、符号、基本要求、顶棚射流计算输入参数确定、顶棚射流计算模型、顶棚射流计算模型的选择与验证、计算报告要求，以及附录等内容。3.4核心技术要点3.4.1顶棚射流计算的基本要求标准从工程应用角度出发，对顶棚射流计算提出了基本要求，主要包括：计算结果应能满足消防安全目标分析的需要，计算中所采用的模型和参数应具有明确的物理意义和科学依据，计算过程应可追溯且结果具有可重复性等方面。此外，标准强调了在工程应用中需对计算结果进行合理判读和必要的敏感性分析。3.4.2输入参数的确定顶棚射流计算的可靠性在很大程度上取决于输入参数的准确性。标准对顶棚射流计算所需的主要输入参数及其确定方法进行了规定，主要包括：火灾热释放速率及其随时间的变化特性、火源面积及火源位置、顶棚高度和顶棚特性（水平度、光滑度等）、环境温度等参数。对于火灾热释放速率这一关键参数，标准建议依据GB/T31593系列标准的相关要求，综合考虑可燃物的种类、分布、引燃方式等因素确定，并应考虑合理的不确定性范围。3.4.3计算模型的规定标准对顶棚射流的计算方法给出了明确的技术规定。在稳态顶棚射流计算中，标准推荐采用基于经典Alpert公式发展的计算方法计算顶棚射流的最高温度和最高速度。标准同时对其适用条件进行了明确限定，指出当顶棚高度较大或火源功率较小时，烟气在上升过程中由于卷吸空气而导致的热浮力衰减将影响计算精度，需谨慎使用。在非稳态顶棚射流计算方面，标准建议采用弱羽流理论结合虚点火源概念进行估算，并指出该方法主要适用于火焰高度未达到顶棚的火源工况。对于火源功率随时间变化的情形，标准建议可采用分段稳态近似或采用经过验证的场模拟方法进行数值计算。对于远离火源轴线的区域，标准对顶棚射流的径向衰减特征进行了规定。在烟气层积效应方面，标准明确指出经典的顶棚射流计算公式并未考虑烟气在顶棚下方积聚形成的热烟气层对射流发展产生的影响，并给出了确定是否需要进行烟气层修正的判定方法。当顶棚下方形成明显烟气层时，标准建议采用考虑烟气层温度影响的修正模型，或采用数值模拟方法进行更为精细的分析。3.4.4计算模型的选择与验证为确保计算结果的可靠性，标准要求在使用顶棚射流计算公式时，应对计算模型与所分析问题的适用性进行评估。标准指出，当工程问题的边界条件与模型假设条件存在明显差异时，应通过对比分析选择更为合适的计算方法。标准强调，若计算结果将用于消防安全关键决策，宜采用其他独立的计算模型或实验数据进行交叉验证。4标准对比分析4.1国际标准化情况国际标准化组织ISO/TC92/SC4（消防安全工程分技术委员会）已发布多项消防安全工程领域的重要国际标准。与本标准密切相关的国际标准是ISO16737:2012《消防安全工程——顶棚射流计算要求》（Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicequationsforceilingjets）。该国际标准对顶棚射流计算中涉及的稳态和非稳态计算方程的应用条件和参数确定方法进行了规定。GB/T31593.7—2026在制定过程中充分参考了ISO16737:2012的技术框架和核心内容，密切跟踪国际消防安全工程标准化技术发展的最新成果，在技术内容上实现了与国际标准的同步对接。4.2国内外标准分析在国际标准体系中，顶棚射流计算方法的标准化已被纳入消防安全工程总体标准框架中加以系统考虑。ISO16737:2012作为消防安全工程系列国际标准的重要组成部分，被世界各国广泛采用。在英美等发达国家，顶棚射流计算的理论方法已被纳入NFPA（美国国家消防协会）相关标准文件和SFPE（消防工程师协会）手册中，作为性能化防火设计的基础工具方法。我国在顶棚射流计算方法方面的研究起步较晚，但在吸收国际先进成果的基础上，结合近年来性能化防火设计方法在国内大量工程应用中所积累的经验数据和技术反馈，形成了一批有价值的研究成果和工程经验。GB/T31593.7—2026正是在这一背景下，将顶棚射流计算的通用性技术要求固化于标准文件中，对我国消防安全工程标准体系的完善起到了重要推动作用。4.3标准对比与国际标准相比，GB/T31593.7—2026在技术框架上保持了与国际标准的一致性。该标准的发布实施将有效解决我国在顶棚射流计算技术方法应用过程中长期存在的“无标可依”问题，有助于工程技术人员和消防审查人员建立对顶棚射流计算方法及其适用范围的统一理解。5主要编制单位5.1主编单位概况GB/T31593.7—2026《消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求》的主要编制单位是应急管理部天津消防研究所（原公安部天津消防研究所）。该所成立于1965年，是我国消防科学技术领域规模最大、综合实力最强的国家级消防科研机构之一。此外，本标准在编制过程中邀请了国内多所知名高校和消防科研院所的专家学者参与技术研讨和审查工作，汇聚了我国消防安全工程领域顶尖的研究力量。6标准实施预期效果GB/T31593.7—2026《消防安全工程第7部分：顶棚射流的计算要求》的实施将产生多方面的积极效应：在技术规范层面，标准的实施将为顶棚射流计算提供统一、规范的技术方法和操作指引，减少因计算方法和参数选择不一致导致的歧义和争议，提升消防性能化设计与评估文件的规范性。在工程应用层面，该标准的实施将有效提升建筑物火灾探测系统设计、自动喷水灭火系统布置和烟气控制系统设计的技术水平，为保障人员安全疏散和消防队员灭火救援创造有利条件。在标准体