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對建筑工程性能化防火設計的思考論文
摘要：為科學合理地實現(xiàn)建筑工程的消防安全目標，保障建筑工程消防安全，筆者通過學習《黑龍江省建設工程性能化防火設計應用導則》，對建筑工程“性能化”防火設計的理解，并與傳統(tǒng)的按照規(guī)范條文進行防火設計的“處方式”規(guī)范設計理論進行了比較，指出了“性能化”設計的優(yōu)點。另外，文章還指出了“性能化”防火設計應注意的一些問題，并對該設計的應用前景進行了展望。
關鍵詞：性能化 處方式 建筑工程 防火設計
隨著科學技術(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)美學化方向發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的建筑工程防火設計是按照“處方式”規(guī)范來進行的，這種“處方式”規(guī)范規(guī)定了詳細的設計參數(shù)和指標，因而具有設計的局限性，使設計出來的建筑工程單調(diào)而呆板。因此，傳統(tǒng)的“處方式”防火設計方法越來越不適應現(xiàn)代建筑的飛速發(fā)展。上個世紀80年代開始，美國就提出了“以性能為基礎的防火設計”新概念，并開始對傳統(tǒng)的“處方式”建筑防火安全設計法規(guī)體系進行改革，提出了制定“以性能為基礎的防火規(guī)范”的新思路。性能化設計規(guī)范為設計人員提供了很大的靈活性，也使設計更加科學合理。由于性能化防火設計的方法與傳統(tǒng)的“處方式”設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用。
一、性能化防火設計的概念
所謂性能化防火設計，是建立在消防安全工程學基礎上的一種新的建筑防火設計方法，是針對特定建筑對象確立消防安全目標，提出消防安全問題的解決方案，并采用被廣泛認可或驗證為可靠的分析工具和方法，對方案設計在建筑對象中的火災場景進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，從而得到最優(yōu)化的防火設計方案，為建筑結(jié)構(gòu)提供最合理的防火保護。它是傳統(tǒng)消防設計方法的一種替代辦法，描述能夠達到某種規(guī)定性能水平的設計。
建筑防火設計最終應達到的安全目標是：
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、保護建筑結(jié)構(gòu)不致因火災而損失或波及鄰房；
4、為消防救援提供必要的設施。為此，建筑物防火安全設計須對建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)耐火性能、防火分區(qū)劃分、內(nèi)部裝修、防火設備、防排煙系統(tǒng)及避難對策等方面做出考慮。應該說現(xiàn)行的、條文式的設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，無法體現(xiàn)各消防系統(tǒng)間的協(xié)同功效，并導致綜合經(jīng)濟性低下。但是，消防安全的性能化設計方法能夠考慮到項目所特有的危險和防護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，而不是分別獨立設計的，人們除了可增進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－效率的建筑防火設計方案。
二、性能化消防安全設計的基本步驟
筆者認為，一個完整的性能化消防安全設計過程應該分為七個基本步驟：
�。�1）確定性能化防火設計的工程范圍與內(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、功能目標和性能目標。在消防安全設計中，消防安全設計總體目標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，消防安全應達到的總體目標應該是保護生命、保護財產(chǎn)、保護使用功能、保護環(huán)境不受火災的有害影響。功能目標是設計總目標的基礎，它把總目標提煉為能夠用工程語言進行量化的數(shù)值，指出了一個建筑物怎樣才能達到總體目標中所要求的社會期望的安全目標。性能目標及性能要求，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，從而達到消防安全總體目標和功能目標。
（3）將定性的消防安全目標轉(zhuǎn)化為定量的性能化判據(jù)�；九袚�(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）確定火災場景�；馂膱鼍笆菍δ程囟ɑ馂膹囊蓟蛘邚脑O定的燃燒到火災增長到最高峰以及火災所造成的破壞的描述。在建立火災場景時，應考慮的因素包括：建筑的平面布局；火災荷載及分布狀態(tài)；火災可能發(fā)生的位置；室內(nèi)人員的分布與狀態(tài)；火災可能發(fā)生時的環(huán)境因素等。
�。�5）建立設計火災“熱釋放速率-時間”變化曲線。綜合考慮火災場景中燃料、點火源、通風狀況、空間分布、火災發(fā)生時主動式消防系統(tǒng)的動作情況等因素，確定火災載荷、火災規(guī)模的大小和增長趨勢、以及發(fā)生轟燃的可能性，采用火災增長曲線，熱釋放速率隨時間變化的典型火災增長曲線，一般具有火災增長期、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場景都應該具有這樣的設計火災曲線。
�。�6）提出和評估設計方案。評估過程是一個不斷反復的過程。在此過程中，許多消防安全措施的評估都是依據(jù)設計火災曲線和設計目標進行的。像增加報警裝置和自動噴淋裝置、對通風特征的修改、變更建筑材料、內(nèi)裝修和建筑內(nèi)部擺設等因素，都在該步驟進行評估。在評估不同的方案時，清楚地了解該方案是否達到了設計目標是很重要的。在性能化設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；火災蔓延和控制；火災探測和滅火；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。分析和設計報告是性能化設計能否被批準的關鍵因素。該報告需要概括分析和設計過程的全部步驟，并且報告分析和設計結(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、性能化消防安全設計與處方式消防安全設計的比較
傳統(tǒng)的建筑消防安全設計被國外稱為“處方式”設計，將傳統(tǒng)的建筑防火規(guī)范稱為“處方式”規(guī)范�！疤幏绞健币�(guī)范簡單明了，便于設計方案的制定�！疤幏绞健币�(guī)范中給出的設計參數(shù)和指標是在總結(jié)過去的實踐經(jīng)驗和火災教訓的基礎上確定的，具有一定的實用性。應該說，“處方式”規(guī)范為社會的發(fā)展和進步做出了十分巨大的貢獻，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；
c、部分技術(shù)問題國家消防技術(shù)標準尚未規(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)范和設計方法在客觀上存在著相當大的局限性。而性能化消防安全設計是運用消防安全工程學的原理和方法，考慮火災本身發(fā)生、發(fā)展和蔓延的基本規(guī)律，結(jié)合實際火災中積累的經(jīng)驗，通過對建筑物及其內(nèi)部可燃物的火災危險性進行綜合分析和計算，從而確定性能指標和設計指標；然后再預設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的消防安全工程措施并評估、核定預定的消防安全目標是否已達到；最后再視具體情況對設計方案作調(diào)整、優(yōu)化。其主要思想是在消防設計時僅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指標，而不直接要求設計人員為此而必須采用某些特定的解決方法。如何達到這一指標要求，采取什么樣的工程措施則由設計人員自己確定，但是設計人員最終要向?qū)徍巳藛T證明其所選擇的工程解決方法是安全可靠的，所采用的設計計算方法是得到公認的，審核人員也要利用相應的評估工具檢驗設計方案是否達到了安全目標。
與傳統(tǒng)的消防安全設計相比，性能化消防安全設計具有以下優(yōu)點
�。�1）性能化設計體現(xiàn)了一座建筑的獨特性能或用途、某個特定風險承擔者的需要；
�。�2）性能化設計注重安全目標的達到，而不考慮采取什么樣的途徑，有利于發(fā)揮防火設計人員的主觀創(chuàng)造性；
�。�3）性能化設計根據(jù)工程需要，為開發(fā)和選擇替代消防方案提供了方法；
�。�4）性能化設計可在安全水平方面與替代設計方案進行比較，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計；
�。�6）性能化設計體現(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，而不是孤立地進行設計；
（7）性能化設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、性能化消防安全設計時應注意的問題
從總體看，性能化設計是一個發(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”設計相比，性能化分析和設計過程需要在分析、計算和設計文件制作上花費更多的工程時間。增加了工程設計的人力投入，帶來了較高的設計成本。綜合起來看，目前使用性能化方法還存在一些技術(shù)問題：如性能判斷標準不一致；對火災中人員的行為假設的成分過多或預測性火災模型中存在未得到很好證明或者沒有廣泛理解的局限性；火災模型沒有將不確定性因素考慮進去；設計過程常常要求專業(yè)人員在超出他們專業(yè)之外的領域工作。
五、性能化設計的未來展望
由于性能化消防安全設計的目的是以最有效、最經(jīng)濟的方法從系統(tǒng)安全的角度將火災的損失控制在最低限度。從而保證總體消防安全目標的實現(xiàn)，其設計方法具有靈活性和科學性，比傳統(tǒng)“處方式”消防設計具有更多的優(yōu)點。因此，目前這種設計已成為世界各國建筑消防設計的發(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，消防安全工程學已隨著其潛力、復雜性以及應用性而在基礎理論、方法學和實用工具領域得到較大的發(fā)展，性能化設計方法將會越來越完善。
參考文獻：
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2肖學鋒．發(fā)展性能化防火設計：迎接加入ＷＴＯ的挑戰(zhàn)，《消防科學與技術(shù)》 2002
3霍然，袁宏永．《性能化建筑防火分析與設計》 安徽科學技術(shù)出版社，2003，9
4李引擎主編. 《建筑防火性能化設計》 化學工業(yè)出版社，
5《黑龍江省建設工程性能化防火設計應用導則》
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