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對建筑工程性能化防火設(shè)計的思考論文
摘要：為科學(xué)合理地實現(xiàn)建筑工程的消防安全目標(biāo)，保障建筑工程消防安全，筆者通過學(xué)習(xí)《黑龍江省建設(shè)工程性能化防火設(shè)計應(yīng)用導(dǎo)則》，對建筑工程“性能化”防火設(shè)計的理解，并與傳統(tǒng)的按照規(guī)范條文進(jìn)行防火設(shè)計的“處方式”規(guī)范設(shè)計理論進(jìn)行了比較，指出了“性能化”設(shè)計的優(yōu)點。另外，文章還指出了“性能化”防火設(shè)計應(yīng)注意的一些問題，并對該設(shè)計的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：性能化 處方式 建筑工程 防火設(shè)計
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑工程正在朝智能化、結(jié)構(gòu)化、功能多樣化和形態(tài)美學(xué)化方向發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的建筑工程防火設(shè)計是按照“處方式”規(guī)范來進(jìn)行的，這種“處方式”規(guī)范規(guī)定了詳細(xì)的設(shè)計參數(shù)和指標(biāo)，因而具有設(shè)計的局限性，使設(shè)計出來的建筑工程單調(diào)而呆板。因此，傳統(tǒng)的“處方式”防火設(shè)計方法越來越不適應(yīng)現(xiàn)代建筑的飛速發(fā)展。上個世紀(jì)80年代開始，美國就提出了“以性能為基礎(chǔ)的防火設(shè)計”新概念，并開始對傳統(tǒng)的“處方式”建筑防火安全設(shè)計法規(guī)體系進(jìn)行改革，提出了制定“以性能為基礎(chǔ)的防火規(guī)范”的新思路。性能化設(shè)計規(guī)范為設(shè)計人員提供了很大的靈活性，也使設(shè)計更加科學(xué)合理。由于性能化防火設(shè)計的方法與傳統(tǒng)的“處方式”設(shè)計方法相比具有許多優(yōu)越性，所以很快成為建筑防火的一種新理念，得到越來越廣泛的應(yīng)用。
一、性能化防火設(shè)計的概念
所謂性能化防火設(shè)計，是建立在消防安全工程學(xué)基礎(chǔ)上的一種新的建筑防火設(shè)計方法，是針對特定建筑對象確立消防安全目標(biāo)，提出消防安全問題的解決方案，并采用被廣泛認(rèn)可或驗證為可靠的分析工具和方法，對方案設(shè)計在建筑對象中的火災(zāi)場景進(jìn)行確定性和隨機性定量分析，以判斷不同解決方案所體現(xiàn)的消防安全性能是否滿足消防安全目標(biāo)，從而得到最優(yōu)化的防火設(shè)計方案，為建筑結(jié)構(gòu)提供最合理的防火保護(hù)。它是傳統(tǒng)消防設(shè)計方法的一種替代辦法，描述能夠達(dá)到某種規(guī)定性能水平的設(shè)計。
建筑防火設(shè)計最終應(yīng)達(dá)到的安全目標(biāo)是：
1、防止起火及火勢擴大，減少財物損失；
2、保證安全疏散，確保生命安全
；3、保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不致因火災(zāi)而損失或波及鄰房；
4、為消防救援提供必要的設(shè)施。為此，建筑物防火安全設(shè)計須對建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)耐火性能、防火分區(qū)劃分、內(nèi)部裝修、防火設(shè)備、防排煙系統(tǒng)及避難對策等方面做出考慮。應(yīng)該說現(xiàn)行的、條文式的設(shè)計方法對上述的問題都有相對獨立、完整的考慮。但存在的最大弱點是沒有清晰、統(tǒng)一的安全水準(zhǔn)，無法體現(xiàn)各消防系統(tǒng)間的協(xié)同功效，并導(dǎo)致綜合經(jīng)濟性低下。但是，消防安全的性能化設(shè)計方法能夠考慮到項目所特有的危險和防護(hù)這些危險所特有的消防安全措施，可以實現(xiàn)綜合性的消防對策，所有系統(tǒng)都綜合其中，而不是分別獨立設(shè)計的，人們除了可增進(jìn)對潛在的損失了解外，這種綜合性工程方法通�？商峁└唧w成本－效率的建筑防火設(shè)計方案。
二、性能化消防安全設(shè)計的基本步驟
筆者認(rèn)為，一個完整的性能化消防安全設(shè)計過程應(yīng)該分為七個基本步驟：
�。�1）確定性能化防火設(shè)計的工程范圍與內(nèi)容。首先要了解工程各方面的信息，如建筑的特征，使用功能等；其次對建筑的工藝特征做專門的研究，如非同一般的作業(yè)區(qū)、危險物品的使用或儲存區(qū)、昂貴設(shè)備區(qū)以及零故障區(qū)等；再次就是不同使用功能的建筑，其使用者特征也不同（如住宅建筑與商業(yè)建筑），使用者特征包括年齡、智力、是否睡覺、體能狀態(tài)等因素。
�。�2）確定消防安全總體目標(biāo)、功能目標(biāo)和性能目標(biāo)。在消防安全設(shè)計中，消防安全設(shè)計總體目標(biāo)是一個范圍比較廣泛的概念，它表示的是社會所期望的安全水平。概括地說，消防安全應(yīng)達(dá)到的總體目標(biāo)應(yīng)該是保護(hù)生命、保護(hù)財產(chǎn)、保護(hù)使用功能、保護(hù)環(huán)境不受火災(zāi)的有害影響。功能目標(biāo)是設(shè)計總目標(biāo)的基礎(chǔ)，它把總目標(biāo)提煉為能夠用工程語言進(jìn)行量化的數(shù)值，指出了一個建筑物怎樣才能達(dá)到總體目標(biāo)中所要求的社會期望的安全目標(biāo)。性能目標(biāo)及性能要求，是性能水平的表述，建筑材料、建筑構(gòu)件、系統(tǒng)、組件以及建筑方法等必須滿足性能水平的要求，從而達(dá)到消防安全總體目標(biāo)和功能目標(biāo)。
�。�3）將定性的消防安全目標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量的性能化判據(jù)。基本判據(jù)如下：a.生命安全判據(jù)。煙氣層的高度下限、煙氣層和火焰的溫度上限、煙氣層內(nèi)毒性氣體的濃度上限、煙氣透過能見度下限、人員從建筑內(nèi)最不利位置疏散到安全地點所需時間等。b.結(jié)構(gòu)安全判據(jù)。對建筑結(jié)構(gòu)安全起至關(guān)重要作用的重點構(gòu)件的承溫上限、耐火極限等。c.環(huán)境安全判據(jù)。煙氣的濃度上限、腐蝕性燃燒生成物的濃度上限等。
�。�4）確定火災(zāi)場景�；馂�(zāi)場景是對某特定火災(zāi)從引燃或者從設(shè)定的燃燒到火災(zāi)增長到最高峰以及火災(zāi)所造成的破壞的描述。在建立火災(zāi)場景時，應(yīng)考慮的因素包括：建筑的平面布局；火災(zāi)荷載及分布狀態(tài)；火災(zāi)可能發(fā)生的位置；室內(nèi)人員的分布與狀態(tài)；火災(zāi)可能發(fā)生時的環(huán)境因素等。
�。�5）建立設(shè)計火災(zāi)“熱釋放速率-時間”變化曲線。綜合考慮火災(zāi)場景中燃料、點火源、通風(fēng)狀況、空間分布、火災(zāi)發(fā)生時主動式消防系統(tǒng)的動作情況等因素，確定火災(zāi)載荷、火災(zāi)規(guī)模的大小和增長趨勢、以及發(fā)生轟燃的可能性，采用火災(zāi)增長曲線，熱釋放速率隨時間變化的典型火災(zāi)增長曲線，一般具有火災(zāi)增長期、最高熱釋放速率期、穩(wěn)定燃燒期和衰減期等共同特征。每一個需要考慮的火災(zāi)場景都應(yīng)該具有這樣的設(shè)計火災(zāi)曲線。
（6）提出和評估設(shè)計方案。評估過程是一個不斷反復(fù)的過程。在此過程中，許多消防安全措施的評估都是依據(jù)設(shè)計火災(zāi)曲線和設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行的。像增加報警裝置和自動噴淋裝置、對通風(fēng)特征的修改、變更建筑材料、內(nèi)裝修和建筑內(nèi)部擺設(shè)等因素，都在該步驟進(jìn)行評估。在評估不同的方案時，清楚地了解該方案是否達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)是很重要的。在性能化設(shè)計評估過程中一些基本因素通常需要被充分考慮，即：起火和發(fā)展；煙氣蔓延和控制；火災(zāi)蔓延和控制；火災(zāi)探測和滅火；通知居住者和組織安全疏散；消防部門的接警和現(xiàn)場救助等。
�。�7）編制報告和說明。分析和設(shè)計報告是性能化設(shè)計能否被批準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。該報告需要概括分析和設(shè)計過程的全部步驟，并且報告分析和設(shè)計結(jié)果所提出的格式和方式都要符合審查機構(gòu)和建筑業(yè)主的要求。
三、性能化消防安全設(shè)計與處方式消防安全設(shè)計的比較
傳統(tǒng)的建筑消防安全設(shè)計被國外稱為“處方式”設(shè)計，將傳統(tǒng)的建筑防火規(guī)范稱為“處方式”規(guī)范。“處方式”規(guī)范簡單明了，便于設(shè)計方案的制定。“處方式”規(guī)范中給出的設(shè)計參數(shù)和指標(biāo)是在總結(jié)過去的實踐經(jīng)驗和火災(zāi)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上確定的，具有一定的實用性。應(yīng)該說，“處方式”規(guī)范為社會的發(fā)展和進(jìn)步做出了十分巨大的貢獻(xiàn)，但從社會發(fā)展看，現(xiàn)形的“處方式”規(guī)范也存在著以下一些突出的問題：
a、規(guī)范中有關(guān)條文之間常常出現(xiàn)互不溝通，相互矛盾的現(xiàn)象，條文與條文之間無法解釋清楚；
b、傳統(tǒng)的設(shè)計只能給出局部保障，無法給出一個統(tǒng)一、清晰的整體安全度水準(zhǔn)；
c、部分技術(shù)問題國家消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未規(guī)定或未能涵蓋,跟不上新技術(shù)、新工藝和新材料的發(fā)展；
d、限制了設(shè)計人員主觀創(chuàng)造力的發(fā)展，無法充分體現(xiàn)人的因素對整體安全度的影響。
因此，“處方式”規(guī)范和設(shè)計方法在客觀上存在著相當(dāng)大的局限性。而性能化消防安全設(shè)計是運用消防安全工程學(xué)的原理和方法，考慮火災(zāi)本身發(fā)生、發(fā)展和蔓延的基本規(guī)律，結(jié)合實際火災(zāi)中積累的經(jīng)驗，通過對建筑物及其內(nèi)部可燃物的火災(zāi)危險性進(jìn)行綜合分析和計算，從而確定性能指標(biāo)和設(shè)計指標(biāo)；然后再預(yù)設(shè)各種可能起火的條件和由此所造成的火、煙蔓延途徑以及人員疏散情況來選擇相應(yīng)的消防安全工程措施并評估、核定預(yù)定的消防安全目標(biāo)是否已達(dá)到；最后再視具體情況對設(shè)計方案作調(diào)整、優(yōu)化。其主要思想是在消防設(shè)計時僅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指標(biāo)，而不直接要求設(shè)計人員為此而必須采用某些特定的解決方法。如何達(dá)到這一指標(biāo)要求，采取什么樣的工程措施則由設(shè)計人員自己確定，但是設(shè)計人員最終要向?qū)徍巳藛T證明其所選擇的工程解決方法是安全可靠的，所采用的設(shè)計計算方法是得到公認(rèn)的，審核人員也要利用相應(yīng)的評估工具檢驗設(shè)計方案是否達(dá)到了安全目標(biāo)。
與傳統(tǒng)的消防安全設(shè)計相比，性能化消防安全設(shè)計具有以下優(yōu)點
�。�1）性能化設(shè)計體現(xiàn)了一座建筑的獨特性能或用途、某個特定風(fēng)險承擔(dān)者的需要；
�。�2）性能化設(shè)計注重安全目標(biāo)的達(dá)到，而不考慮采取什么樣的途徑，有利于發(fā)揮防火設(shè)計人員的主觀創(chuàng)造性；
（3）性能化設(shè)計根據(jù)工程需要，為開發(fā)和選擇替代消防方案提供了方法；
（4）性能化設(shè)計可在安全水平方面與替代設(shè)計方案進(jìn)行比較，通過這種對比機制，可確定安全等級與成本之間的最佳點；
�。�5）性能化設(shè)計要求在分析中使用多種分析工具，從而提高了工程精度，并可產(chǎn)生更具有革新性的設(shè)計；
�。�6）性能化設(shè)計體現(xiàn)了一種新的消防戰(zhàn)略，即消防系統(tǒng)是作為一個整體考慮的，而不是孤立地進(jìn)行設(shè)計；
�。�7）性能化設(shè)計能夠為保險部門提供可靠的建筑安全評估報告，有利于保險部門參與建筑的消防工作。
四、性能化消防安全設(shè)計時應(yīng)注意的問題
從總體看，性能化設(shè)計是一個發(fā)展的方向，但就目前的技術(shù)支撐條件看，也存在一些問題。首先，社會各界對它的接受程度不一；另外，與“處方式”設(shè)計相比，性能化分析和設(shè)計過程需要在分析、計算和設(shè)計文件制作上花費更多的工程時間。增加了工程設(shè)計的人力投入，帶來了較高的設(shè)計成本。綜合起來看，目前使用性能化方法還存在一些技術(shù)問題：如性能判斷標(biāo)準(zhǔn)不一致；對火災(zāi)中人員的行為假設(shè)的成分過多或預(yù)測性火災(zāi)模型中存在未得到很好證明或者沒有廣泛理解的局限性；火災(zāi)模型沒有將不確定性因素考慮進(jìn)去；設(shè)計過程常常要求專業(yè)人員在超出他們專業(yè)之外的領(lǐng)域工作。
五、性能化設(shè)計的未來展望
由于性能化消防安全設(shè)計的目的是以最有效、最經(jīng)濟的方法從系統(tǒng)安全的角度將火災(zāi)的損失控制在最低限度。從而保證總體消防安全目標(biāo)的實現(xiàn)，其設(shè)計方法具有靈活性和科學(xué)性，比傳統(tǒng)“處方式”消防設(shè)計具有更多的優(yōu)點。因此，目前這種設(shè)計已成為世界各國建筑消防設(shè)計的發(fā)展趨勢，是不可抗拒的潮流。隨著消防安全工程的快速發(fā)展，消防安全工程學(xué)已隨著其潛力、復(fù)雜性以及應(yīng)用性而在基礎(chǔ)理論、方法學(xué)和實用工具領(lǐng)域得到較大的發(fā)展，性能化設(shè)計方法將會越來越完善。
參考文獻(xiàn)：
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2肖學(xué)鋒．發(fā)展性能化防火設(shè)計：迎接加入ＷＴＯ的挑戰(zhàn)，《消防科學(xué)與技術(shù)》 2002
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4李引擎主編. 《建筑防火性能化設(shè)計》 化學(xué)工業(yè)出版社，
5《黑龍江省建設(shè)工程性能化防火設(shè)計應(yīng)用導(dǎo)則》
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