建筑性能化防火設計應用研究

摘要：由于現代建筑朝著功多樣化，復雜化的方向發展，國家制定的建筑防火技術已經不適應現代建筑在設計防火方面的要求，本文提出了性能化防火設計的概念以及在現實防火中的應用的重要性和方法進行探討.

關鍵詞：性能設化計；設計目標；高層建筑

隨著科技和現代建筑學科和實踐不斷地進步，性能化防火設計已經成為消防科學和建筑設計學科前沿的應用課題。西方發達國家對這一理念進行理論研究和實踐操作取得了很大的進展，是社會效益和經濟效益得到了提高。而我國相對來說對建筑性能化防火設計還處于理論研究和實踐的初級階段，因此不能夠適應我國在城市化進程過程中對現代建筑防火性能的要求。所以希望對建筑性能化防火設計的方法進行探討能夠對我國大型建筑在防火措施設計過程中具有借鑒意義。

一、建筑性能化防火設計的內涵

（一）性能化防火設計的定義

性能化設計源于英文詞“performance –based design”，以某些安全目標為設計目標，基于綜合安全性能分析和評估的一種工程方法[1]。性能化防火設計是依照消防工程學原理，根據活在燃燒的規律，結合實際經驗，通過對建筑物內部的可燃物和危險程度進行分析后做出評估和預測來評價防火的目標是否達到[2]。

（二）建筑性能化設計方法的必要性和意義

由于近年來我國經濟的不斷發展，大型建筑的建設速度和數量在逐步加快，傳統的建筑防火設計目標不一致，那么科學的建筑防火目標體系的建立已經迫在眉睫。但是性能化的防火設計方法還在進一步地探索當中，此方法需要運用多方面學科的知識，包括運籌學，計算科學和物理學等學科。但是這些學科的綜合應用需要建立的數學工具模型的精度對建筑物防火性能的評估過程和結果有著重要的影響，因此對性能防火設計方法的研究直接影響到建筑設計的整個過程。將會改變傳統的防火規范已經不能適應新時期我國對建筑防火體系其防火功能的要求，有必要將其防范的推廣和應用[3]。

（三）建筑性能化防火設定防火目標的原則

建筑性能化防火的目標可分為被動式防御和主動式控制。

被動式防御通過技術設計提高建筑材料的耐燃燒強度，以避免建筑物發生火災的可能性。要劃分防火區域，當火災發生時盡量能將其控制在一定的范圍之內，避免火災的面積蔓延，以造成更大的損失。通過對火災發生時的燃燒規律的研究和實際經驗的總結和建筑屋內人員的消防意識，合理地設計安全通道和緊急出口。設計合理的滅火設施和濃煙排放設施，減少火災發生時的人員傷亡[4]。

主動的防火目標也要在建筑物防火設計中得到足夠的重視，這些原則包括當火災發生時有相應的報警系統，能夠實時的檢測火災放生的過程，再通過有效的滅火系統能夠及時有效地進行滅火，避免造成巨大的財產損失。

二、性能化設計的基本內容

所謂的性能化設計就是對建筑物各種規范要求的實現過程。根據國外的理論可將將建筑物防火設計分為四個部分如下圖1：

圖1建筑物防火設計象限圖

定性分析是對對總體防火目標的原則性指導而定量分析是對各種防火措施的的實用和效率進行對比研究。按照系統論原理可將其劃分為以下六個子系統如圖2所示：

火災發生與發展煙氣的擴散起火區域外的火勢蔓延探測和消防設備的啟動進入消防行動人員逃離

圖2 定量分析子系統

對比評估時設計的目標和現實效果的比較。報告評估時對建筑物總體狀況和結果的的研究。

三、性能化的設計步驟如下圖3

圖3 性能化設計流程圖

首先，在工程設計時要了解建筑物的特性和功能要求，劃分功能區域。

其次，確定總體目標，功能目標和性能目標。總體目標就是指性能化設計所要達到的保護財產和人身生命安全以及建筑物實用功能的不受危害。功能目標是總體總體目標的分解，就是指建筑物的使用功能的安全保障。性能目標就是指建筑物的各個組成部分所達到的性能水平，可對其進行量化分析和計算.

再次，性能化目標的制定。是指為達到總體目性能標結果而制定的評判依據。滿足總體性能要求就是合格的可選方案。假如可證明某種方案能到到要求，就可作為可選方案。

最后，對火災的確定并進行對其設計。火災場景就是火災發生發展的全過程，對火災發生的各種原因進行描述就是火災場景的確定。利用燃燒的基本參數進行對火災場景進行描述就是火災設計。依照設計目標對火災設計的各種方案進行初步的評估，確定最優方案。根據使用者和管理者的要求完成性能化設計報告，報告當中要其設計的原理和方法，設計的參考和各種指標都要有清晰的表述。

四、建筑物性能化設計中人員的安全疏散

當火災發生時人員的安全和建筑物的可供人活動的空間和當火災發生時的反應以及采取的行動密切相關，火災發生的嚴重程度是人員能否安全離和疏散的根本條件。人員能否撤離主要是看火災發生時到危害人生明所需要的時間，也就是人能否安全撤離的時間，而大部分火災實踐表明，當火災發生造成比較大的傷亡情況是因為當火災發生的前期，人沒有能夠及早的發覺到，煙霧彌漫致使人被熏昏，中毒身亡。人要是能夠及時的察覺以及能夠采取有效的滅火手段，就可以增加安全疏散時間。

（一）火災發生時對火災危害程度的判定

對火災危害程度的判定可分為對溫度，毒氣的危害程度判定。火災發生時溫度越高，人所能忍受的時間越短，溫度主要是輻射和煙氣的溫度對人所造成的傷害，一般火災發生時，沒有完全燃燒的物質會發出有毒害的氣體，二氧化硫，HCN等。當火災持續一段時間后，由于燃燒消耗了大量氧氣，當空氣中氧氣的含量降低到一定程度時會對認的生命造成威脅。以性能化的方法對火災進行研究，是對火災發生時各種數據進行計算，來確定安全疏散時間。

（二）火災發生時人的心理特征以及影響因素

研究表明，當發生火災時人都有一種本能的恐懼心理致使逃生的行為極具敏捷性。習慣性心理使人逃生的路徑基本上都是向悉的樓梯，向有關的地方逃生，當逃生路徑選擇失敗時會立刻做出下一個路徑的選擇。火災發生時人的心理有時具有很大的盲目從中心理，這也是許多火災發生時由于逃生時擁擠而產生踐踏發生的直接原因。光線也是影響人老生行為的一個因素，在火災發生時，人往往不會選擇向漆黑的方向逃生。

人在火災發生時作出的反應是由多種因素影響，如人的心理特征和判斷能力，以及年齡和性格因素。疏散人員需要時間的確定人員疏散所需要的時間可分為火災發生時人到達疏散口所需時間和通過疏散口所需時間，以及通過樓梯所需時間以及連續疏散所需時間。

（三）性能化設計中人員疏散模型

在人員疏散模型中常用的是STEPS計算機模型，此模型適用于大建筑物的公共場所發生火災時人員的安全疏散，模型的最大亮點就是當火災發生時人的把人員進行分類，并對其行為進行模擬設計，人員疏散口按照每人每時段進行確定。模型圖如下4

圖4網格系統模型

五、結束語

由于現代城市中高層比較大的高層建筑比較多，一旦發生火災會造成較大的人身傷亡和財產損失，性能化的防火設計方法在應用新技術新材料的同時注重數學以及其它相關模型理論研究以增進我國消防安全的建設。在工程實踐的過程中各級管理部門要對工程實施的質量進行嚴格的檢查。對不符合標準飛材料要堅決禁止應用，處罰相關責任人。對于建筑物是否能夠進行性能化的防火設計要進行行科學評估，對火災的發生隱患做好防控工作。

參考文獻：

[1]崔艷東.建筑性能化防火設計研究[D].西安建筑科技大學.2008

[2]吳先強.建筑性能化防火設計探討[J].中國西部科技2008（14）

[3]王躍強.性能化防火設計中人員安全疏散研究[D].浙江大學.2005

[4]趙新輝.高層建筑性能化防火設計研究[D].西安建筑科技大學.2011

[5]田玉敏.論\"性能化\"防火設計中的\"設計火災場景[J].火災科學.2013（01）