性能化設計在高層建筑防火中的運用

李鑫

摘 要：高層建筑對消防設計及安全防范等提出了更高的要求，其設計始終是設計人員最大的困擾，依據消防技術標準設計的建筑方案中存在許多無法解決的問題。性能化設計是基于火災安全工程學的一種防火設計方法，利用該設計方法能夠有效解決高層建筑消防中的問題。

關鍵詞：高層建筑；消防；性能化設計

1 引言

隨著經濟的發展，我國城市建筑層數越來越高，數量不斷增加，建筑技術的發展及完善也推動著高層建筑物的增加，超過百米高的建筑逐漸增加。但是當前的消防設計規范是通過不斷經驗教訓而積累出來的，這種積累性的設計規范比較適用于傳統的建筑物，對于高層建筑卻難以有效發揮作用，也就是說其難以滿足高層建筑的需要。因為傳統建筑同高層建筑在結構、性能、建筑材料及配套設施等方面都存在較大區別，按照現有的消防設計規范進行設計會導致許多新問題出現。如何既能確保原有建筑設計風格又能確保消防設計成為學者關注的焦點。而性能化設計為此問題的解決提供了重要的方法。

2 高層建筑現有消防設計中存在的問題

高層建筑中存在的消防設計難題主要是其使用功能所致。我國高層建筑的消防設計標準是根據民用高層建筑防火設計規范實施的，對于超過 250 米的建筑必須進行特殊防火，其消防設計方案應經國家消防主管單位審計通過方能實施。當前，尚未有專門的設計標準對其進行規范。

消防設計及實踐表明，消防水槍的最大充實水柱可達 11.3m，對高層建筑來說其滅火效果不高，難以滿足滅火需要。但在普通建筑物種，市政供水也難以滿足消防用水水壓及水量。同時，高層建筑中通常設吊頂來隱藏建筑結構梁、管道等，管道多集中在走道上，所以設計消防設備及設施必須認真研究。加上高層建筑的面積通常較大，且房間多，容易帶來許多新問題。比如極易發生火災、架設消防管道的地形復雜、架設困難等問題。

3 性能化的消防設計

現有的消防設計方法難以滿足高層建筑的需要，因此，探討更加科學的新的設計方法顯得非常必要，性能化設計正是在此背景下產生的一種新型設計方法。該設計方法被西方發達國家廣泛應用，并在全球范圍內推廣使用，許多國家也對其出臺了相應的設計指南。

3.1 性能化消防設計的特點

消防的性能化設計必須先明確火災安全目標，而后應用消防工程學方法及原料詳細分析高層建筑的火災危險性，并對火災發生后導致的煙霧及火焰擴散進行全面分析，并全面考慮火災中的人員疏散狀況等，完成分析后在將該計算結果同性能化的標準數據進行比較分析，以此判斷是否達到了火災安全目標。

3.2 實施性能化消防設計的優點

同傳統的消防設計相比，性能化設計的操作性及實踐性更強，更符合現代建筑發展的形勢，比較適應功能復雜、面積超大的建筑物。同時，性能化設計不受設計規范框架的限制，比較符合當前的消防設計要求。

4 高層建筑消防性能化設計

前期準備階段：通過對建筑物現場狀況的了解，確定防火設計目標，主要包括消防安全目標和火災損失目標；定量計算：根據火災場景，進行計算機模擬。目前用于火災現場模擬的軟件主要有CAFS、ASET等區域模擬軟件和FDS、FLUENT、C以等現場模擬軟件；提出初步設計方案：針對設計對象性能設計多個嘗試性設計方案，以首個設計方案定為準確設計方案的數量。首個設計方案需要設定在最不利的火災發生情形。隨后的方案與這個方案相比較，確保在最不利的情況下滿足安全目標；最終方案確定：在多個方案中擇優選出一個最好方案，需考慮以下因素：①火災類型具有多樣性，要確保所選方案在多個火災場景中均可行；②確保成本合理性；③確保消防設施容易操作；④消防設施易維護性。消防設施需要定期檢查，檢查程序太過復雜容易造成厭倦心理、工作懈怠；⑤消防設施整體可靠性。消防實施多樣化，設計中相輔相成，一旦一個環節出現問題，將影響整個消防系統；分析報告：分析報告應明確表明消防安全目標，介紹滿足目標的方法，以及使用到的標準，送第三方或專家進行復查評估。

5 性能化防火設計的建議

5.1 合理布置火災場景

設置火災場景時，應充分體現火災場景設置的危險性、全面性和最不利性，對部分火災場景的火源位置、火災最大熱釋放速率、火災荷載密度等進行分別考慮。同時應增加若干火災場景，通過對不同火災場景的復核分析，提出可行的消防策略建議，從而有效的控制火災蔓延，保證火災時人員能夠安全疏散。

5.2 合理布置防火分區

防火分區在高層建筑防火設計中應用較廣，在設置防火分區時需要結合高層建筑的結構特點和實際需要，合理有效的劃分區域，以實現對火災蔓延趨勢的有效控制，同時也為疏散人員、火災施救提供足夠的時間。

5.3 加大防火材料的應用

裝修材料燃燒釋放出來的毒性氣體是造成人員群死群傷的主要原因，裝修材料的選擇對于高層建筑火災防控具有重要作用。在性能化防火設計時，可盡量減少易燃、可燃材料的使用，多選擇具有防火性能的不燃、難燃材料進行裝修。如賓館客房的除了吊頂、墻面采用難燃材料外，使用的寢具、窗簾、地毯等也最好采用阻燃材料；空調保溫材料采用巖棉、玻璃棉、酣醛復合風管等難燃、不燃材料。

明確相關的疏散參數，如安全出口計算寬度、人員數量、人員行走速度等，選用成熟的人員疏散模型進行模擬分析，得出準確的疏散寬度，確保火災發生后，確保建筑內人員安全疏散至安全區域。設置避難走道。在對于疏散距離不夠的大商業設計，可以采取設置避難走到的方式來解決，在最不利點至室外的直線距離超過規范所限定的距離時，可以將人員疏散至避難走道來滿足規范要求。落實消防安全管理制度。嚴格落實自動消防設施定期巡查維護制度，確保建筑內自動消防設施的可靠性。

5.4 消防安全設施建設

要明確相關的疏散參數。如安全出口計算寬度、人員數量、人員行走速度等，選用成熟的人員疏散模型進行模擬分析，得出準確的疏散寬度，確保火災發生后，確保建筑內人員安全疏散至安全區域。設置避難走道。在對于疏散距離不夠的大商業設計，可以采取設置避難走道的方式來解決，在最不利點至室外的直線距離超過規范所限定的距離時，可以將人員疏散至避難走道來滿足規范要求。落實消防安全管理制度。嚴格落實自動消防設施定期巡查維護制度，確保建筑內自動消防設施的可靠性和有效性。

5.5 其他輔助設施

火災時產生的煙氣攜帶大量熱量，熱煙氣層在頂棚聚集，如果不及時排出室外，煙氣沉降后將會造成嚴重的后果。設置排煙措施，降低煙氣密度和沉降速度，在熱煙層沉降之前及時排除，可以防止煙氣在水平方向擴散，保證人員安全疏散。加強排煙措施，是根據性能化設計目標，對防火帶、亞安全區、燃料艙等設計，采取的輔助加強措施。此外，對于大空間建筑，提高建筑耐火等級，從嚴控制可燃、易燃材料使用，降低火災荷載，也是非常必要的輔助加強措施。

6 結束語

雖然性能化防火設計的方法有很多的有點，但是由于高層建筑其自身獨特的特殊性和復雜性，在進行性能化設計的過程中，必須要正確的把握性能化設計的關鍵和范圍，加大消防設施建設和對防火材料的應用，而不是盲目的突破規范的要求來進行設計，凡是有條件按國家規范設計的部分仍應嚴格按照規范的要求進行設計，不能貪圖省事而擴大性能化防火設計的范圍。

參考文獻：

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