建筑性能化防火设计
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作者: 晏文锋
收稿日期：2006－09－08
作者简介：晏文锋(1966－)，男，湖南新化人高级工程师。
摘要：当今社会，火灾已成为继水灾、旱灾后的第三大灾害，给人们的生命财产安全构成巨大的威胁。我国现行的建筑设计防火规范，考虑从火灾发生的各阶段，对火灾发生的必要条件进行控制，从而达到防火目的，对火灾各阶段之间、发生燃烧的各个条件之间的有机联系考虑不够，与社会经济的发展已不相适应。性能化防火设计通过对建筑物内部可燃物的分布情况和火灾危险性进行分析和计算，确定建筑物的性能指标和设计指标，有其优越性，也存在不足。
关键词：火灾；性能化；防火；设计
中图分类号：TU243．1
文献标识码：B
文章编号：1008－0422(2007)02－0028－02
火灾伴随着火的发明和利用而产生，随着经济社会的发展和人类活动方式的改变而呈现出一定的变化规律和特征。当今社会，火灾已成为继水灾、旱灾后的第三大灾害，它发生频繁高、影响直接，给人们的生命财产安全构成巨大的威胁。
新中国刚成立时，我国社会经济发展水平较低，火灾直接损失平均每年约0．6亿元。随着工业化和城市化的发展，火灾直接经济损失越来越大：20世纪60年代年平均值为1．4亿元，70年代为年平均值2．4亿元，80年代为年平均值3．2亿元，到90年代年平均值急剧上升到10．6亿元，本世纪前5年年平均值达到15．5亿元。同时，火灾造成的人员伤亡也非常惨重，群死群伤现象时有发生，如1994年11月辽宁省阜新市艺苑歌舞厅发生的火灾死亡人数为233人，同年12月新疆克拉玛依友谊宾馆发生的火灾死亡人数为325人，2000年12月河南洛阳市东都商厦火灾死亡人数为309人。
火灾给社会造成的损失如此之大，而社会用于防止和消除火灾的发生所投入的财力则更是巨大。据测算，对于大、中型建筑物，用于消防设施的建设投资约占土建工程总造价的10％～15％，还不包含日常管理和维护费用。如何才能既减少火灾损失，又能最大限度地满足建筑物的使用要求，而且还不过多地增加建设投资呢?
1 现行建筑设计防火规范的不足
火灾是一种在时间或空间上失去控制的燃烧。燃烧有四个必要条件：可燃物、氧化剂、温度和链式反应。建筑物火灾由起火到火灾形成必须经过5个过程，即起火点出现一着火物燃烧一室内轰燃一火灾蔓延。因此，建筑消防就是要在火灾发生前的某一个阶段，对燃烧产生的必要条件进行控制，从而有效地预防和消灭火灾的发生。
我国现行的建筑设计防火规范，考虑了从火灾发生的各阶段，对火灾发生的必要条件进行控制，从而防止和消灭火灾的发生。但规范对有关设计指标控制过死，而对火灾各阶段之间、发生燃烧的各个条件之间的有机联系考虑不够，与社会经济的发展已不相适应。如：部分大型体育运动场馆，即使将其外围护结构全部敞开。可能也无法满足规范中消防疏散的要求。随着我国加入WTO和建筑领域的对外开放，许多建筑由国外设计事务所设计，甚至一些工业厂房直接由国外复制而来，但这些建筑在防火设计方面往往不能满足我国的防火规范要求。
如何解决既能有效地控制火灾的发生，减少由火灾造成的损失，又能适应我国各种新型、大型建筑物使用功能日益复杂的需要，我国消防工作者和其他从业人员做了大量的研究和探索，参照国外的成功经验，提出了消防性能化设计的方法，并在国内的一些大型项目中加以应用，如2008年奥运场馆的设计和国家大剧院工程等，取得了良好的效果，为我国的消防规范体系寻求到了一个补充和完善的途经。
2 消防性能化设计方法的主要思想和基本程序
2．1设计思想
人们设计和建造一栋建筑物，其首要的目的是利用建筑物的使用功能，提高建筑物的观赏价值，而不是用于消防。性能化设计正是在这个前提下，运用消防安全工程学的基本原理和方法，根据建筑物的结构和用途，考虑火灾发生、发展和蔓延的基本规律，结合工程实践中所积累的经验，对建筑物内部可燃物的分布情况和火灾危险性进行分析和计算，确定建筑物的性能指标和设计指标，然后再预设各种可能起火的条件和由此所造成的火、烟蔓延途径，以及人员疏散情况，由设计者自由选择和确定各种防火措施，并将各种措施有机组合成一个设计方案加以评估，确定其是否能达到预设的消防安全目标，再根据评估结果对设计方案进行调整优化，最终形成满足消防安全目标要求的总体防火安全设计方案。以尽量少的投资保证消防安全，使建筑物的安全性能与空间造型、使用功能等各方面达到最大的和谐统一。
性能化设计虽然能够提供最优化的消防安全设计方案，但它要求设计人员具有较高的专业素质，在设计过程中需进行大量的计算，往往还要采用计算机火灾模拟软件等分析和计算工具，并通过一个基本的设计程序来获得相关结果。
2．2基本程序
消防性能化设计的基本程序包括以下几个方面：
2．2．1确定工程场址或工程的具体内容；
2．2．2分析建筑物的性质及内部情况；
2．2．3确定消防安全总体目标、功能目标和性能要求：
2．2．4建立可量化的性能要求和设计指标：
2．2．5建立火灾场景和设计火灾；
2．2．6选择工程分析计算方法和工具；
2．2．7提出和评估设计方案：
2．2．8修订设计方案并编写设计报告等。
在进行性能化设计时，应同时考虑以下7个方面的因素：一是起火和发展的可能性；二是烟气蔓延和控制的条件；三是火灾蔓延和控制的条件：四是火灾探测和灭火的条件；五是通知使用者并完成疏散所需要的时间；六是消防部门接警和响应的时间；七是使用者的消防知识和技能等。
3 消防性能化设计的应用
现行防火规范根据建筑物性质分类，通过对建筑物的防火等级、防火分区、安全疏散、消防给水、防排烟及自动报警等各方面提出基本要求，以条文的形式规定出各种设计参数和技术指标，设计人员只需按照规范条文的规定套用，不需进行过多的计算，也不需设计者具有深厚的专业理论知识。因此，被人们形象地称为“处方式设计”方法。与之相比，性能化防火设计方法具有以下优点：
3．1性能化防火设计是一种综合的整体性防火设计方法，它能将建筑物内的所有消防设施有机地组合起来进行综合利用，而不是针对某一局部或某一区域进行单独设计，其结果通常导致设计突破现行规范的要求，但又不降低甚至高于现行规范要求的消防安全性能，因此，更加科学、合理且成本效益最佳。
如对于大面积的展览馆、博物馆、候车(机)厅等，按照现行防火规范的要求，必须将一个整体空间用防火墙或防火卷帘、防火水幕等消防设施划分成几个防火分区，这样将影响建筑物的使用功能或增加消防投资。而性能化设计则可根据建筑物内可燃物的数
量、温升条件、烟气扩散条件等进行综合分析，从而少设或只设一个防火分区，使设计更趋于合理。
3．2性能化设计注重消防安全目标的达到，而对建筑物内消防设施的布置和其他消防措施的采取不做具体规定，有利于发挥设计人员的灵感和自由度，同时也有利于不断涌现的新材料、新产品、新技术的推广和应用，避免设计方法的千篇一律和制约建筑物的功能应用。
3．3可适用于各种特殊建筑的防火安全要求。随着社会经济的发展，出现了一些形式特殊、功能特定的建筑物，规范中对这些建筑物没有涵盖，按现行防火规范无法选用合适的防火设计方案。而性能化设计方法可适用于各种不同要求，不同形式的建筑物，并提出科学合理的设计方案，从而确保建筑物的消防安全。
3．4可以充分考虑环境条件和社会因素的影响。现行防火规范对建筑物按其使用性质、高度、每层建筑面积进行防火类别的划分，而没有考虑周围环境因素(如距离消防站的远近、周边是否有特殊场所等)和使用人员(或整个地区人员)的防火意识及素质。对于同一类建筑物来说，规范规定过于笼统，如：同样属于商业建筑，服装商场和五金配件商场的可燃物数量和性质均大不相同，而规范要求所采用的消防措施却一样，造成对部分建筑物的要求过严，对另一部分建筑物要求过宽的情形，无论从安全上还是从经济上都是不合理的。
3．5由于性能化防火设计必须要进行计算机模拟实测，可以为业主、设计人员、消防监督部门及公众提供一个较好的直观的交流平台，同时由于性能化消防设计可对火灾的危险性进行量化分析，也有利于保险部门参与到建筑消防工作之中，推动消防保险的进一步开展。
虽然性能化消防设计方法有很多优点，但作为一种新生事物，还存在一些缺点和不足，主要体现在：
①性能化设计方法需要进行大量的数据分析和计算机模拟检测，需要更多的时间和程序，不如规范设计方法的简便和易于操作。
②性能化设计方法不仅要求设计者有较高的专业理论知识，同时消防监审者和评估专家也要有较高的专业素质，才能对设计方案给予正确的评价。
③对于已建建筑物的使用用途改变，性能化设计方案也将随之失效，并不能一劳永逸地解决建筑物的消防安全。
④性能化设计方法在我国尚处于探索阶段，所积累的经验不足，相关的科研水平、评估手段尚不够完善，国家也没有相配套的规范，因此还不能在建筑物的防火设计中大量地应用，只能作为现行防火规范的补充，解决按现行防火规范实施确有困难、严重影响建筑物的使用功能、政治敏感度高的特殊场所、火灾危害影响大的工程及采用新材料、新技术、新工艺的项目的防火设计。
自英国在1985年颁布了全世界第一部性能化防火规范后，澳大利亚、日本、加拿大、美国等13个国家及两个国际组织(国际标准组织（ISO)和国际建筑研究与文献委员会(CIB))均做了大量的工作，取得了巨大的经济效益和社会效益。我国自上世纪90年代末开始引入性能化防火设计的思想，展开了相关研究，同时迅速投入到生产实践之中。目前，我国北京、上海、重庆等许多大城市都在进行性能化防火设计的应用，他们所积累的经验和成功做法，将有力推动性能化消防设计在我国的广阔发展，对我国的建筑消防设计将产生深远的影响，为我国高速发展的经济建设保驾护航。
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