消防工程结课论文建筑性能化防火设计初探.docx
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消防工程结课论文建筑性能化防火设计初探
建筑大学
论文名称：
建筑性能化防火设计初探
姓名：
专业：
学号：
课程名称：
建筑消防学
指导老师：
完成日期：
建筑性能化防火设计初探
安徽建筑大学姓名：
刘峰学号：
11201040124
摘要：
改革开放后的二十年来，我国的国民经济发展出现了前所未有的大好形势，城市建设也取得了令人瞩目的巨大成就。
然而，由于我们还缺乏在经济高速发展中建筑防火设计上的经验，随着一些功能复杂，面积或空间较大的公共建筑的出现。
如大型超市，超高层办公楼。
对于建筑设计师来说，只单纯的套用现行的规范来进行防火设计已远远不够，应该把整个建筑作为一个整体来考虑，把一部分的消防措施放到一个整体中去分析国际上在20世纪80年代初提出了建立“以性能为基础”的防火规范的概念，目前性能化规范已成为国际消防界人士及建筑设计人员共同关注的热门话题。
我国从1996年开始也开展了这方面的研究工作，遗憾的是国内目前就性能化规范在防火安全设计上没有统一的认识。
关键词：
性能化防火设计、规范、评估和设计工具
Designofbuildingperformancebasedfire
AnhuiJianzhuUniversityName：
LiufengStudentID：
11201040124
Abstract：
InthepasttwentyyearsafterChina’sreformandopening，ournationaleconomyhasbeendevelopingrapidly，whichbroughtaboutgreatsuccessinurbanconstruction．However，alongwiththeappearanceofsomepublicarchitectures，whichhavecomplicatedfunctionsandbigareaandspace，suchassupermarket，officebuildings，it'snotenoughforarchitectstoapplyprescriptivecodesmechanicallytomakedesignsforfireprecaution，forlackoftheexperienceoffireprecautiondesigninginthefastdevelopmentofeconomy．Weshouldconsiderconstructingasawholeandputpartofthefireprotectionmeasurestothewholetoanalyze．TheconceptsofPerformance—BasedBuildingRegulationSystembroughtforwardin1980intheworldhasbeenapoptopicinthisfield．InChina，theresearchbeganfrom1996butit’sapitythatthereisnounitiveperformancecriteriononfireprecautioninChinanow．
Keywords：
Performance-basedfiresafeydesign、Codes、EvaluationandDesignTools
一绪论
（一）研究的背景
当今世界发展性能化规范的工作十分活跃，自80年代起，国际上提出了“以性能为基础的消防安全设计”新概念，许多国家便着手对传统的“规则化”建筑防火规范体系进行改革，开始建立性能化防火规范。
英国1985年发布了第—部性能化的《建筑规范》之后，日本、澳大利亚、美国、加拿大、新西兰以及北欧等发达国家政府先后投入大量研究经费积极开展了消防安全工程学和性能化安全设计方法理论及技术的研究。
南非、埃及、巴西等发展中国家也都纷纷开展了这方面研究工作，目前有不少于13个国家（澳大利亚、加拿大、芬兰、法国、英国、日本、荷兰、新西兰、挪威、波兰、西班牙、瑞典和美国）以及两个国际组织一国际标准组织（ISO）和国际建筑研究与文献委员会（CIB），采用或积极发展I生能化规范和基于规范结构形式下防火建筑所要求的工程工具和方法，并取得了一定成果。
美国已完成性能目标和基本完成性能级别分级的确定，并于2001年发布了《国际建筑性能规范》和《国际防火陛能规范》。
加拿大已于2001年发布其性能化的建筑规范和防火规范，其要求将以不同层次的目标形式表述。
英国于1985年完成了建筑规范，包括防火规范的性能化修改，新规范规定”必须建造一座安全的建筑”，但不详细规定应如何实现这一目标，给设计者—个更开阔的设计空间，澳大利可E于1989年成立了建筑规范审查工作组，起草|生能化的《国家建筑防火安全系统规范》，并于1996年颁布了性能化《澳大利亚建筑一1996》（BCA96），并自1997年陆续被各州政府采用。
新西兰1992年发布了性能化的《新西兰建筑规范》，新规范中保留了处方式的要求，并作为可接受的设计方法：
1993～1998年，开展了”消防安全性能浮估方法的研究”，制定了性能化建筑消防安全框架；其中功能要求包括防止火灾的发生、安全疏}瓣施、防止倒塌、消防基础设施和i臣道要求以及防止火灾相互蔓延5部分。
从国外性能化规范的研究过程看，大部分是首先或同时研究与性能设计有关的消防安全设计评估技术，只有少数国家是先修改规范，后开发设计指南。
我国属于发展中国家，但同国际上—些发达国家所遇到的问题一样，随着建筑事业的发展，传统的防火规范，越来越适应不了需要。
再者，我I雪实行开放政策，与世界各国在经济、技术等各方面都有广泛的交流，防火规范更需要与国际接轨，从这个意义出发，发展性能化防火规范，我国还应奋起直追，作为新世纪建筑防火领域里的中心课题。
（二）研究的意义
所谓“性能化防火设计’’是对‘以性能为基础的防火设计”（Perfozmance—orobjective‘codes）的简称，它是传统的建筑设计防火规范发展进化的必然结果。
在我国传统的建筑设计防火规范主要有《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》、《人民防空工程设计防火规范》、《建筑内部装修设计防火规范》等，这些规范中对建筑设计的各个环节的防火要求，从技术指标到具体做法都作了具体的规定，但针对具体建筑物要达到的总的安全目标则不予要求，也不进行评估。
对这种传统规范称谓为“指令性规范”。
性能化规范与指令性规范相比，有其显著的特点：
①它首先确定建筑物的防火安全目标和性能要求；
②达到安全目标所采取的方法是灵活的，不作硬性的规定；
③设计是否达到安全目标的要求，需要对设计方案进行评估。
无论国际与国内，规则化规范的诞生使建筑设计人员有法可依，有章可循，
对于增强建筑物的防火安全，避免和减轻火灾危害，对于保卫社会财产和人们的生命安全，发挥了巨大的作用，而且今后的一段时期中还将继续发挥其重要的作用。
但社会在不断的进步，建筑在不断的发展，随着日益增强的建筑形式的多样化、建筑物综合功能要求的复杂化、建筑物管理运行智能化以及超高层建筑、群体建筑的发展，传统的指令性规范，越来越难于适应建筑设计的需要。
80年代中期，随着火灾科学和计算机技术的发展，使人们有可能对火灾过程进行定量的描述和分析，并使用工程学的原理和方法来进行建筑防火设计，从而产生了性能化防火设计方法，进而产生了性能化防火规范。
性能化防火规范具有突出的优越性：
①更有利于在建筑防火设计中为达到明确的安全目标而充分发挥设计人员的创造力；
②更有利于新思维、新技术、新材料、新设备的发展与推广应用；
③更有利于各项防火技术的优化组合和总体防火效果的发挥；
④更有利于对工程投资的恰如其分的合理使用。
（三）研究框架
本论文通过对有关文献的研究，希望通过对国外性能化防火设计要点的比铰，提出对建筑陛能化防火设计的要求。
并集合珊在一些已经运用性能化防火设计的建筑物的实例，提出性能化设计在防火中的一点建议，为将来我国实行性能化防火设计的可行性作初探。
二性能化防火设计的构成
现代的建筑防火规范是根据火灾事故的发生、发展和扑救等经验教训，以及火灾科学研究等消防实践的总结，经过不断修改完善而成的。
目前已成为防火设计的主要依据。
这些规范属于指令性规范。
它对于大部分建筑而言是有效的，设计者只要按照规范、规定进行设计就认为该建筑的防火设计是符合要求的。
但随着国民经济的迅速发展，现行的防火规范有较大的缺陷性，远远满足不了社会发展的需求，特别是近几年不少超高层建筑的出现，大量的超大型公共建筑的应运而生，如上海浦东金贸大厦、浦东国际机场等建筑，它不仅无经验可遵循，无依据可查，乃至在世界范围内也是—个新课题。
因此，现行的建筑防火规范势必受到新的思维、新的理念的冲击，人们也势必寻求一种新的理念以满足社会发展的需求。
性能化规范又称目标式规范。
含义是依目标为原则，只要达到目标，通过任何途径、任何手段都可以。
如北京是一个目标，骑马可以到达，徒步也可以到达：
在现代的年代里乘火车可以到达，乘飞机也能到达，问题在于哪种方式效果更好，性能化规范就是不受传统规范所约束，依达到防火要求为目标。
其原则如下：
1．一旦火灾发生不致于把整幢建筑物烧跨；
2．一旦火灾发生只限制于局部范围之中，不致于向其他部位蔓延；
3.一旦火灾发生消防人员能及时到达和安全营救；
4．一旦火灾发生建筑物内部的人员能安全疏散，人们的生命财产不受损失。
这就是建筑防火设计的总体目标。
一、建筑性能化舫火设计的特点
性能化防火规范设计只确定建筑防火要求为总体目标，这个目标可以依量化的性能准则和设计准则，并伴有一般指导设计的技术文件，设计人员可以根据设计对象，按规范许可的措施或性能设计和评估方法来完成可以满足尉氐规定安全水平的设计。
建筑性能化防火规范设计具有以下特点：
1．设计不受传统规范的约束、做到既灵活又科学先进。
现行各种传统建筑防火规范是实践的总结，属于强制性的，如浦东国际机场属于超大空间，屋面又是钢结构，假如按照目前的强制性规范，根本就不能实现，如按现行钢结构规范规定钢结构必须刷防火涂料，这是笼统的、不完全是科学的。
理论与实践证明：
钢结构只有温度到达500℃时，强度才会发生变化，如此大的浦东国际机场，假如一旦某部位发生火灾，烟气到达屋顶，它的温度到底是多少，会不会使钢结构的强度发生变化，它必须有一个科学的说法。
因此，性能化防火规范的准则不是对某些要求做不到而让步，而是完全能满足而让步，因此，它更为科学、灵活。
2．性能化防火规范设计是一项系统工程，它要求设计人员转变理念，树立良好的科学态度。
建筑性能化防火规范设计涉及到总体、单体、结构、设备以及当地的实际条件等方方面面，是—个系统工程，这就对设计人员的要求越来越高。
设计人员首先要从观念上改变，需要一改过去“要我做”、“机械地执行”的错误想法和做法，建筑防火设计本身就是建筑设计的—个重要组成部分。
因此，一
幢建筑的防火设计做的好坏，不仅仅是衡量一个设计人员的技术水准，同时包含了道德规范和法律的内涵。
严格地说，一幢建筑设计首先必须满足功能需求，然后是美观，而技术设计中防火设计应该是首当其冲，因为它涉及到防火间距、防火分区、安全疏散、装饰材料的选择、设备的配备措施，等等。
而建筑性自主化防火规范设计对一些特殊建筑而言，更是无章可循、无法可依、无经验可参考，因此，针对某一个目标，对于设计人员而言，必须具有良好的科学态度，认真分析，如火灾场景分析、火势蔓延途径分析等等，周密考虑，协同各工种以总目标为原则，提出更优化的方案设计。
二、建筑性能化防火设计的条件
建筑性能化防火规范设计不仅是社会发展的需要，而且是社会进步的象征。
但它又是—个复杂的系统工程，它决不是针对某一个项目轻而易举部可以照搬照抄，它必须具备以下几个条件：
1.从目前状况而言，广大建筑设计人员重点在于功能、效果、构造安全疏散等方面的设计，而对消防技术缺乏系统的了解，特别是在对不同火灾条件下的变化规律，如火灾场景、火势的蔓延途径、材料的发烟量等知识缺乏，因此，必须对广大设计人员补上“火灾工程学”一课，但是，至今国际、国内还没有完整的“火灾工程学”，这是一个难点。
2．要有—个深层次的科研机构。
“火灾工程”不同于其他工程，它比较复杂，例如，在同一建筑物内在不同的条件下，它的火势场景是完全不同的，它的变化觑律也是不同的，同时火灾实验不同于其他实验，其他项目（或者火灾实验），建筑物可以按比例缩小，但火势无法按比例缩小。
3．要有一个综合性的性能化防火规范设计小组。
一个大型项目，性能化防火规范设计，它决不可能由—个工种来完成，它涉及到方方面面，目前像加拿大、日本等国家都有建筑性能防火规范设计研究机构，加拿大国家建筑性能化防火设计研究所仅工作人员就有3000多人。
—个项目先由建筑设计人员提出建筑方案，然后由该小组从不同角度进行反复比较分析，如火灾场景分析、安全性分析等，最后拿出完整的方案，反复比较，再进—步实施。
4．要有先进的设备。
先进的设备是技术保证的—个方面，特别是中国加入世贸组织之后，我们与国际交往，技术合作更加广泛，我们要吸取国际的先进经验，引进先进的技术和设备，不断提高自己，以使我们的技术水平能进入世界先进的行列。
三建筑性能化防火设计的方法
有人认为，采用以性能为基础的建筑防火设计方法，有利于在消防工程中使用新材料和新设计，从而降低建筑中的消防投资，同时还能保证建筑达到一个可接受的消防和生命安全水平。
但是也有人认为，没有一套规格式的规定，就没有评估新材料和新设计方案是否满足建筑物消防和生命安全目标的标准。
在{艮多方面，这两种说法都是正确的。
建筑物消防安全设计的性能方法可以以低造价达到可接受的安全水平。
但要使性能设计达到可接受的水平，必须清楚地阐明消防安全设计的目标、证明所需评估的消防安全设计的合理性、消防安全设计工具必须有效和可被验证，并清楚地规定由分析得出的推荐消防安全措施的安装、测试和维修的要求。
如果不考虑这些设计参数，就可能有人会对消防安全设计能否满足不断发展变化的建筑规定产生疑虑。
本文讨论了以性能为基础的消防安全分析和设计的基本概念，概括了分析、设计和性能化设计报告的框架，另外还讨论了建筑物消防安全设计的性能方法在陛能规范结构内外的应用。
一、性能化规范和性能化设计
第一个需要搞清楚的就是性能化规范和性能化设计是两个不同的概念。
—般规范（建筑规范或规定）规定的是建筑物内的健康、安全和舒适程度。
传统上，规范都指定或规定建筑设施的方方面面：
结构要求、耐火要求、机械系统、电气系统、消防系统等等。
在性能化规范中，这些对建筑物内的健康、安全和舒适程度的要求都通过政策性的总体目标、功能目标和性能要求等术语来表述的。
在大多数情况下，规范不明确规定某项解决方案，而是确定能达到规范要求的可接受的方法。
给出了总体目标、功能目标、性能要求、认为合格的解决方案以及性能化设计方法之间的关系。
在95％的情况中，用于确保符合规范要求的工程方法都属于规格式的要求。
在很多国家中，这些方法都被称为“被批准的文献”（ApprovedDocuments）或“视为合格的解决方案”（Deemed—to-complysolutions）。
然而，在所有使用性能化规范的情况中，都存在可以采用以性能为基础的替代方法。
如果选用了以性能为基础的替代方法，那么其结果就是性能化设计。
从根本上说，性能化设计只是—个描述能够达到某种规定性能水平的谢樾程的术语。
二、以性能为基础的消防安全设计
以性能为基础的消防安全设计是消防安全设计中的一种工程方法，其基础是：
1）要有明确的消防安全总体目标和功能目标
2）火灾场景的确定性和概率性评估
3）根据消防安全总体目标和功能目标而进行的对防火设计方案的定量评估
这种工程方法（即性能化设计方法）可以同性能化规范—起使用，也可以不跟它—起使用。
如果使用了性能化规范，那就应该有—套崮定的消防安全总体目标、功能目标和性能要求，如果不借助性能化规范，那就必须先明确总体目标。
性能化防火设计过程包括7个基本步骤，它们自始至终指导着分析和设计的进行：
1．确定工程地址和工程的具体内容。
2．确定消防安全总体目标、功能（或损失）目标和性能要求。
3．建立性能指标和设计指标标准。
4．建立火灾场景。
5．建立设计火灾。
6．提出防火设计方案并对其进行评估。
7．写出最终报告。
步骤1：
确定工程地址和工程的具体内容
收集关于1：
程场址、结构、设施或作业方面的信息，包括建筑的特点，如大小、布局、使用形式和施工。
还应特别注意建筑的特殊特征，如高吊顶和大空间（如中庭或仓库），或者较大密度的使用人员荷载（如商场、礼堂和运动场），或者是超高层建筑（如商务中心办公楼）。
运行特性通常与建筑或设计过程的特殊功能或者设计本身的需要有关。
该范畴包括特殊或非同一般的作业区、危险物品的使用或贮存区、昂贵设备区以及零故障区，如半导体洁净室等。
其次，应当注意的是使用者的特征也很重要。
不同使用功能的建筑，其使用者特征也不同（如住宅建筑或商业建筑），使用者特征包括年龄、能力、是否睡觉、是能够自己做出决定的人员还是需要别人引导的群体（如有小孩或学龄期儿童的家庭）等因素。
最后，应注意建筑物的高度，不同高度的建筑对其消防的要求也相应不同。
如多层、高层和超高层。
步骤2：
确定消防安全总体目标、性能目标和性能指标
总体目标
一般对总体目标的确定没有争议，很容易达成共识：
并且如果要计量的话，可以对其进行量化计量。
在消防安全方面，有4个总体目标符合这个定义：
①保护生命；②保护财产；③保护使用功能；④保护环境不受火灾和火灾控制的有害影响。
在消防安全设计方面，人们—般都认为消防安全总体目标是—个范围比较广泛的概念，它反映了客户所期望的安全水平。
从规范角度看，这个定义也是有效的，客户一词可以用“公众”一词代替，或者从法人角度用“风险承担人”一词。
消防安全总体目标要在规范中得以体现。
性能目标
—般为如何达到总体目标提供更多的指导，并且通常都可计量的术语表示。
在性能化规范中，我们常见到建筑或其系统如何达到消防安全总体目标的功能目标要求。
例如，“给予不邻近初起火灾的人员足够的时间到达—个安全的地方而不受火灾的影响。
也就是说，为了达到生命安全的总体目标，建筑及其系统所起到的作用是其必须能够使f电f门在火灾发生时逃到安全的地方，如我们超高层建筑中的避难层。
为了满足这些目标，一旦功能目标或者损失目标搞清楚了，我们就必须有—个确定建筑及其系统发挥作用的性能水平的方法，这项工作是通过性能要求完成的。
性能要求
是性能水平的表述，指建筑材料、建筑构件、系统、组件以及建筑方法等必须满足性能水平的要求，从而达到消防安全总体目标和功能目标。
我们不仅能够量化这些参数，还应对其进行计量和计算。
例如，在性能化规范中，人们可能遇到这样的性能要求，“将火灾的传播限制在起火房间内，在烟气蔓延出起火房间以前通知使用者，保证疏散通道处于可使用状态直到使用者至鞑安全地点”，这些要求中的每一个都涉及到建筑及其系统如何工作才能满足规定的生命安全总体目标和功能目标，并且我们可对每项要求都可进行计量或计算。
人们也可以为保护使用功能制定性能要求，如：
将燃烧的腐蚀l生分解物限制在能够导致设备不可复原的损害量以下。
在这种情况下，如果知道导致破坏的产物沉积限量，并且能够计算物质的分解物和沉积率，就可以进行符合该要求的设计。
这就提出了对性能要求进行评估的指标：
性能指标，这些指标都是定义的可接受水平的临界值。
步骤3：
制订性能指标和设计指标（设计目标）
现在大家公认的性能指标是防止起火房间内发生轰燃，大家都认为这一指标在预防火灾传播方面非常重要，但是建筑师对此有—些疑问：
会议室和旅馆客房的指标—样吗?
其设计参数（设计指标）一样吗?
也许不一样。
这是以性能为基础的设计过程经常忽略的—个方面：
除了性能指标以外，还需要特定工程的特别设计指标。
从根本上说，设计指标是评估设计方案是否满足性能指标的依据。
对于预防发生轰燃，热释放速率、通风口面积以及烟气上层温度等都是很重要的参数。
因为每座建筑以及每个设计方案的情况不同，所以其设计指标也会不一样，这就是为什么目前世界上大多数性能化规范没有包括设计指标，而是允许建筑师按实际情况自己依据工程特点选择相应指标的原因。
事实上，大多数性能化规范也没有包括性能指标
步骤4：
建立火灾场景
火灾场景是对某特定火灾从引燃或者从设定的燃烧到火灾增长到最高峰以及火灾所造成的破坏的描述。
火灾场景的建立应包括概率因素和确定性因素，也就是说，此种火灾发生的可能性有多大，如果真的发生了，那么火灾又是怎么发展和蔓延的?
在建立火灾场景时，我们应该考虑的因素有很多，其中包括：
1）火灾前的情况：
建筑、内部分隔、状况。
火源：
温度、能量、时间以及与燃料的接触面积。
2）初始燃料：
状态、表面积、质量比、热释放速率。
3）可被引燃的燃料：
邻近的初始燃料、数量、分布。
4）扩展潜在性：
超出隔间、设施，面积（如果是在外面）。
5）目标位置：
在火灾和火灾生成物蔓延的可能路径E注明与客户损失目标有关的目标物体及其面积。
6）使用者的状态：
清醒、睡着、自己能动、残疾、婴儿、老人等。
7）关键因素：
通风（窗户，门）、环境因素、运行因素等。
8）相关的统计数据。
该步骤有助于很好地应用火灾危害和风险评估，一旦建立了火灾场景，下一步就是建立设计火灾曲线。
步骤5：
建立设计火灾
设计火灾是对某—特定火灾场景的工程描述，可以用—些参数如热释放速率、火灾增长速率、物质分解物、物质分解率等或者其他与火灾有关的可以计量或计算的参数来表现其特征。
概括设计火灾特征的最常用方法是采用火灾增长曲线。
给出了热释放速率随时间变化的“典型”火灾增长曲线，或设计火灾曲线。
它具有火灾增长期、最高热释放速率期、稳定燃烧期和衰减期等共同特征。
每一个需要考虑的火灾场景都应该具有这样的设计火灾曲线。
步骤6：
提出防火设计方案并对其评估
在建立了火灾场景和设计火灾曲线之后，下一步就是提出并评估设计方案。
在该步骤中，应提出多个消防安全设计方案，并按照规范的规定进行评估，以确定最佳的设计方案。
规范的规定通常在评估中起标准的作用，搞清楚规范要求是满足设计目标、还是超越了目标规定范围、或达不到其规定等都是重要的。
评估过程是—个不断反复的过程。
在此过程中，许多消防安全措施的评估都是依据设计火灾曲线和设计目标进行的。
例如增加感烟探测器或自动喷淋装置、对通风特征的修改、变更建筑材料、内装修和建筑内部摆设等因素，都在该步骤进行评估。
前面我们定义了性能化设计的基本概念。
在定义过程中，采用了与消防安全有关的—个通过例子。
尽管例子很普通，但它清楚地表明性能化设计必须考虑许多因素。
这些因素至少应包括：
·起火和发展
·烟气蔓延和控制
·火灾蔓延和控制
·火灾探测和灭火
·通知使用者和疏散，以及疏散通道的畅通
·消防部门的接警和响应
纵览世界上各种各样的消防安全工程方法，可发现每种方法均考虑了这些因素。
步骤7：
编制报告和说明
该过程的最后一步就是记录分析和设计方面的资料，编制设备和装置的技术说明。
分析和设计报告是性能化设计能否被批准的关键因素，该报告需要概括分析和设计过程中的全部步骤，并且报告分析和设计结果所提出的格式和方式都要符合权威机构和客户的要求。
该报告至少应该包括：
1）分析或设计目标：
制订此目标的理由。
2）设计方法（
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