2015年二級消防工程師《綜合能力》命題考點7

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建筑性能化防火設(shè)計評估

一、性能化防火設(shè)計產(chǎn)生的背景

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和社會財富的積累，火災(zāi)發(fā)生的頻率和造成的損失越來越大，火災(zāi)的防治技術(shù)也越來越受到人們的重視。1666年9月英國倫敦發(fā)生火災(zāi)，大火持續(xù)了4天，約80%的城市被燒毀。為了防止建筑物之間火災(zāi)的蔓延，英國制定了第一部有關(guān)消防的建筑規(guī)范，規(guī)定了建筑物之間的最小間距，并對建筑材料的使用進(jìn)行了限制性規(guī)定。同樣，世界各國的建筑防火設(shè)計規(guī)范都是長期以來人們與火災(zāi)斗爭過程中總結(jié)出來的防火滅火經(jīng)驗的體現(xiàn)，同時綜合考慮了當(dāng)時的社會經(jīng)濟水平、科技水平以及其他國家的相關(guān)經(jīng)驗。這些規(guī)范中大多數(shù)規(guī)定是依照建筑物的用途、規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式等提出的，并且詳細(xì)地規(guī)定了防火設(shè)計必須滿足的各項設(shè)計指標(biāo)或參數(shù)，設(shè)計人員不需要復(fù)雜的計算和分析過程，容易理解和掌握。

由于每座建筑的結(jié)構(gòu)、用途及內(nèi)部可燃物的數(shù)量和分布情況千差萬別，因此按照規(guī)范統(tǒng)一給定的設(shè)計參數(shù)得到的設(shè)計方案，不一定是最合理和最有效的。特別是隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，各種復(fù)雜的、多功能的建筑迅速增多，新材料、新工藝、新技術(shù)和新的建筑結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，這些都對建筑的消防設(shè)計提出了新的要求，出現(xiàn)了許多規(guī)范難以解決的消防設(shè)計問題。在這種形勢下，上世紀(jì)70年代出現(xiàn)了性能化防火設(shè)計的概念，到現(xiàn)在為止，已被10多個國家所接受，并成為當(dāng)前國際建筑防火設(shè)計領(lǐng)域研究的重點。

所謂性能化防火設(shè)計，是指根據(jù)建設(shè)工程使用功能和消防安全要求，運用消防安全工程學(xué)原理，采用先進(jìn)適用的計算分析工具和方法，為建設(shè)工程消防設(shè)計提供設(shè)計參數(shù)、方案，或?qū)ㄔO(shè)工程消防設(shè)計方案進(jìn)行綜合分析評估，完成相關(guān)技術(shù)文件的工作過程。

雖然性能化防火設(shè)計是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，但性能化防火設(shè)計的出現(xiàn)與火災(zāi)科學(xué)和消防安全工程學(xué)的發(fā)展是分不開的。從19世紀(jì)末英國出現(xiàn)了利用金屬受熱膨脹原理制成的感溫火災(zāi)自動探測裝置以來，消防工程技術(shù)的發(fā)展已有100多年的歷史。1946年第一臺電子管計算機在美國研制成功，半導(dǎo)體和微電子技術(shù)發(fā)展迅速，計算機技術(shù)在社會各領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用，消防工程技術(shù)也得到快速提升，各種智能化的火災(zāi)探測和自動滅火系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。特別是大容量高性能計算工作站的出現(xiàn)，科學(xué)計算的能力越來越強大，使得大量復(fù)雜的火災(zāi)數(shù)據(jù)分析和處理成為現(xiàn)實，這些都為性能化防火設(shè)計的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

火災(zāi)科學(xué)與消防工程是一門以火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展規(guī)律和火災(zāi)預(yù)防與撲救技術(shù)為研究對象的新興綜合性學(xué)科，是綜合反映火災(zāi)防治科學(xué)技術(shù)的知識體系?；馂?zāi)科學(xué)是反應(yīng)火災(zāi)發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的知識，如物質(zhì)的燃燒與爆炸機理、火焰的化學(xué)反應(yīng)機理、燃燒抑制與滅火機理、煙氣的生成及其毒性，以及火災(zāi)的發(fā)展、蔓延與控制等基礎(chǔ)理論內(nèi)容。消防工程是反映應(yīng)用科學(xué)與工程原理防治火災(zāi)的知識，如對火災(zāi)危險性和危害性的分析評估、火災(zāi)?；⒔ㄖ阑鸺夹g(shù)、火災(zāi)探測報警技術(shù)、自動滅火技術(shù)、阻燃與耐火技術(shù)、火災(zāi)原因鑒定技術(shù)、火場通信指揮技術(shù)，以及人在火災(zāi)中的行為和反應(yīng)，包括體能、心理和生理等，是應(yīng)用基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)部分?？梢姡阅芑阑鹪O(shè)計是建立在火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)基礎(chǔ)之上的一門應(yīng)用技術(shù)，它的出現(xiàn)是火災(zāi)科學(xué)和消防工程學(xué)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果。

美國、英國、日本、澳大利亞等國從20世紀(jì)70年代起就開展了性能化防火設(shè)計的相關(guān)研究，如火災(zāi)增長分析、煙氣運動分析、人員安全疏散分析、建筑結(jié)構(gòu)耐火分析和火災(zāi)風(fēng)險評估等，并取得了一些比較實用化的成果，各國紛紛制定各自的性能化防火設(shè)計規(guī)范和指南等文件。

二、我國性能化防火設(shè)計發(fā)展

我國從1980年代初期就開始了火災(zāi)?；矫娴难芯浚撕笤诨馂?zāi)科學(xué)、火災(zāi)動力學(xué)演化、建筑火災(zāi)煙氣運動等方面也開展了大量工作。但直到1995年國家“九五”科技攻關(guān)項目“地下大型商場火災(zāi)研究”，我國還只有少數(shù)從事此方面研究的人員對建筑物性能化防火設(shè)計有所認(rèn)識。1996年，特別是1997年 FORUM會議（天津）以后，我國開始組織人員比較系統(tǒng)地搜集整理和分析研究國內(nèi)外有關(guān)建筑物性能化設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)方面的成果與信息。

“十五” 期間開始針對建筑性能化防火設(shè)計技術(shù)進(jìn)行深入研究，在國家“十五”科技攻關(guān)課題《城市火災(zāi)與重大化學(xué)災(zāi)害事故防范與控制技術(shù)的研究》中分別開展了建筑物性能化防火設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則的研究、高層建筑性能化防火設(shè)計評估技術(shù)研究、中庭式建筑性能化防火設(shè)計方法及其應(yīng)用的研究和人員密集大空間公共建筑性能化防火設(shè)計應(yīng)用研究等。

在這些研究工作的基礎(chǔ)上，相關(guān)機構(gòu)同時開展了工程應(yīng)用。公安部天津消防研究所在“十一五”國家科技攻關(guān)項目中，開展了建筑物性能化防火設(shè)計規(guī)范研究項目，以保障我國建筑工程的消防安全水平，規(guī)范建筑消防安全工程技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用。

三、性能化防火設(shè)計與傳統(tǒng)的規(guī)范做法對比

傳統(tǒng)規(guī)范的技術(shù)要求是建立在部分火災(zāi)案例的經(jīng)驗和火災(zāi)模擬實驗等研究基礎(chǔ)之上。歷史上防火規(guī)范的出現(xiàn)和發(fā)展有著其相關(guān)的社會背景。當(dāng)時人們掌握的科學(xué)技術(shù)水平尚無法透徹、系統(tǒng)地認(rèn)識所處的客觀社會，因此人類的技術(shù)行為難免呈現(xiàn)出多樣性和不確定性。而為了保證工程最基本的安全度，有關(guān)的社會組織便通過一些成功的經(jīng)驗和理論描述，制定出了一些規(guī)范條文去約束相應(yīng)人員的技術(shù)行為。

傳統(tǒng)的規(guī)范對設(shè)計過程的各個方面做了具體規(guī)定，但難以定量確定設(shè)計方案所能達(dá)到的安全水平。傳統(tǒng)規(guī)范具有以下的特點：

（1）沒有細(xì)化的設(shè)計目標(biāo)；

（2）所使用的方法是確定的；

（3）不需要再對設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行評估確認(rèn)。

應(yīng)該說，傳統(tǒng)的防火設(shè)計規(guī)范為社會的發(fā)展和進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)，但從社會進(jìn)步的角度看，也存在著一些不足之處：

（1） 無法給出一個統(tǒng)一、清晰的整體安全度水準(zhǔn)?，F(xiàn)行規(guī)范適用于各類建筑，而各種建筑風(fēng)格、類型和使用功能的差異，則無法在現(xiàn)行規(guī)范中給予明確的區(qū)別。因此，現(xiàn)行規(guī)范給出的設(shè)計結(jié)果無法告訴人們各建筑所達(dá)到的安全水準(zhǔn)是否一致，當(dāng)然也無法回答一幢建筑內(nèi)各種安全設(shè)施之間是否能協(xié)調(diào)工作以及綜合作用的安全程度如何。

（2）是經(jīng)驗及科研技術(shù)的總結(jié)，難以跟上新技術(shù)、新工藝和新材料的發(fā)展。規(guī)范嚴(yán)格的定量規(guī)定妨礙設(shè)計人員使用新的研究成果進(jìn)行設(shè)計，盡管這樣的設(shè)計可能導(dǎo)致系統(tǒng)安全程度的提高和投入的減少，但很可能會與規(guī)范不符。大多數(shù)的規(guī)范條款來源于對歷次火災(zāi)經(jīng)驗教訓(xùn)的總結(jié)，這種經(jīng)驗總結(jié)不可能涵蓋所有的影響因素，尤其是隨著建筑形式的發(fā)展而出現(xiàn)的新問題，更不可能是規(guī)范編寫者在幾年，甚至十幾年前編寫規(guī)范時就能全部考慮到的。

（3） 限制了設(shè)計人員主觀創(chuàng)造力的發(fā)展。非靈活的、太過具體的規(guī)范條文，常常桎梏設(shè)計人員的想象力，無形中僵化了人們的思維。與此同時設(shè)計者對規(guī)范中未規(guī)定或規(guī)定不具體的地方，也會因盲目性而導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果的失誤。比如人們可以這樣認(rèn)為：符合規(guī)范條文要求的設(shè)計就是合格的，而對于規(guī)范沒有規(guī)定的因素，設(shè)計人員就無從著手了。因此對任何小的細(xì)節(jié)考慮不周都可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效，完全背離設(shè)計的宗旨。

（4）無法充分體現(xiàn)人的因素對整體安全度的影響。建筑是為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)的，人的素質(zhì)無疑在很大程度上影響著建筑防火安全的水平。比如人的生產(chǎn)、生活習(xí)慣，樓宇物業(yè)管理水平，人在火災(zāi)中的心理狀態(tài)等都在事實上成為安全設(shè)計的主要考慮因素之一。然而，現(xiàn)行規(guī)范中無法充分體現(xiàn)該類因素的作用。

當(dāng)前，建筑防火相關(guān)領(lǐng)域新成果的不斷涌現(xiàn)和現(xiàn)代信息處理技術(shù)，在不斷充實現(xiàn)行的規(guī)范體系。與傳統(tǒng)的防火設(shè)計規(guī)范相對比，性能化的防火設(shè)計規(guī)范具有以下特點：

（1）加速技術(shù)革新。在性能化的規(guī)范的體系中，對設(shè)計方案不做具體規(guī)定，只要能夠達(dá)到性能目標(biāo)，任何方法都可以使用，這樣就加快了新技術(shù)在實際設(shè)計中的應(yīng)用，不必考慮應(yīng)用新設(shè)計方法可能導(dǎo)致與規(guī)范的沖突。性能化的規(guī)范給防火領(lǐng)域的新思想、新技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用空間。

（2）提高設(shè)計的經(jīng)濟性。性能化設(shè)計的靈活性和技術(shù)的多樣化給設(shè)計人員提供更多的選擇，在保證安全性能的前提下，通過設(shè)計方案的選擇可以采用投入效益比更優(yōu)化的系統(tǒng)。

（3）加強設(shè)計人員的責(zé)任感。性能設(shè)計以系統(tǒng)的實際工作效果為目標(biāo)，要求設(shè)計人員通盤考慮系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，減小對規(guī)范的依賴，不能以規(guī)范規(guī)定不足為理由忽視一些重要因素。這對于提高建筑防火系統(tǒng)的可靠性和提高設(shè)計人員技術(shù)水平都是很重要的。

由于是一種新的設(shè)計方法，工程應(yīng)用范圍并不廣泛，許多性能化防火設(shè)計案例尚缺乏火災(zāi)驗證。目前使用的性能化方法還存在以下一些技術(shù)問題：

（1）性能評判標(biāo)準(zhǔn)尚未得到一致認(rèn)可。

（2）設(shè)計火災(zāi)的選擇過程確定性不夠。

（3）對火災(zāi)中人員的行為假設(shè)的成分過多。

（4）預(yù)測性火災(zāi)模型中存在未得到很好證明或者沒有被廣泛理解的局限性。

（5）火災(zāi)模型的結(jié)果是點值，沒有將不確定性因素考慮進(jìn)去。

（6）設(shè)計過程常常要求工程師在超出他們專業(yè)之外的領(lǐng)域工作。

需要注意的是，傳統(tǒng)的防火設(shè)計規(guī)范與性能化的防火設(shè)計規(guī)范并不是對立的關(guān)系，恰恰相反，建筑設(shè)計既可以完全按照性能化消防規(guī)范進(jìn)行或與現(xiàn)行規(guī)格式規(guī)范一起使用，也可以獨立按照消防安全工程的性能化判據(jù)與要求進(jìn)行。在實際工程設(shè)計中，并不是所有的建筑物都應(yīng)該或有必要按照性能化的工程方法進(jìn)行設(shè)計。事實上，目前在一些開展這方面工作較早的國家也只有1%～5%的建筑項目需要采用性能化的方式進(jìn)行設(shè)計，如美國，約1%；新西蘭和澳大利亞，約3%～5%；德國，約 1.5%.在我國，部分地區(qū)可能達(dá)到3%～5%，但總體應(yīng)不會超過0.5%.

建筑物的消防設(shè)計必須依據(jù)國家現(xiàn)行的防火規(guī)范及相關(guān)的工程建設(shè)規(guī)范進(jìn)行。只有現(xiàn)行規(guī)范中未明確規(guī)定、按照現(xiàn)行規(guī)范比照施行有困難或雖有明確規(guī)定但執(zhí)行該規(guī)定確有困難的問題，才采用性能化防火設(shè)計方法。即使如此，所設(shè)計的建筑物的消防安全性能仍不應(yīng)低于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的安全水平。

任何建筑的消防安全都是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要實現(xiàn)其消防安全性能能夠達(dá)到一定安全水平，必須根據(jù)采用性能化設(shè)計的部分出發(fā)，從整體設(shè)計進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。即使這樣，也只能通過改善建筑環(huán)境來控制和降低其發(fā)生火災(zāi)的可能性及其火災(zāi)危害，而無法完全消除其火災(zāi)危險。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式進(jìn)行設(shè)計的問題略有差異，但從總體上看，主要有人員安全疏散設(shè)施、防火分區(qū)面積、鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)以及建筑防排煙幾個方面的問題。對于設(shè)計者提出需要進(jìn)行性能化防火設(shè)計的問題，還必須由省級公安機關(guān)消防機構(gòu)批準(zhǔn)。必要時，如某些重大或較復(fù)雜的工程建設(shè)項目，還應(yīng)組織相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)管理機構(gòu)共同復(fù)審確定。