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1、性能化防火设计方法与传统防火设计方法的区别及慨念第一节 性能化防火设计的基本概念 消防安全工程学原理和方法在建筑防火设计中的应用，产生了一种新的建筑防火设计方法以性能为基础的建筑防火设计方法，简称为性能化防火设计或性能化设计（Perfomance-based Design）。 一、处方式的防火设计（Prescriptive Design） 详细地规定了防火设计必须满足的各项设计指标或参数，设计人员只需要按照规范条文的要求按部就班地进行设计，不用考虑所设计的建筑物具体达到什么样的安全水平 ，有些像医生看病开处方一样，这种设计方法被称为“处方式”的设计方法，也有的人称之为“规格式的”、“规范化的”
2、或“指令性的”设计方法。 优点： 处方式的防火设计规范，是长期以来人们与火灾斗争过程中总结出来的防火灭火经验的体现，同时也综合考虑了当时的科技水平、社会经济水平以及国外的相关经验，这种规范清楚明了、简单易行，对设计和验收评估人员的要求不高，能够满足大多数规模或功能等要求较简单建筑的设计与监督需要。因此，处方式的防火设计规范，在规范建筑物的防火设计、减少火灾造成的损失方面起到了重要作用。 随着科学技术和经济的发展，各种复杂的、多功能的大型建筑迅速增多，新材料、新工艺、新技术和新的建筑结构形式不断涌现，都对建筑物的防火设计提出了新的要求。新形式下出现的新问题： 建筑规模越来越大，功能越来越复杂；
3、新的建筑形式的出现 ； 结构形式的个性化； 中庭类建筑的出现。 处方式防火设计存在的问题： 处方式的防火设计规范，通常都详细地规定了设计必须满足的各项设计指标或参数，这严重束缚了建筑师和设计人员的创造性，限制了新技术的应用，往往导致设计千篇一律。 尽管规范的规定是按照建筑的用途、规模、结构形式等进行划分的，但是不能否认这只是在某一范围内对各个不同的建筑物比较粗的划分。这使得在规范应用中会出现一些不应有的偏差，对一些建筑物要求过严，而对另一些建筑物则过松。 规范中的一些内容来自于经验，缺乏科学的定量的论据。另外，参考国外的做法可能不完全适合我国的情况，更何况我国幅员辽阔，各地区具有较大的差异。
4、规范的制定或修订过程的周期较长，因此执行的规范与实际的设计需要之间存在时间上的滞后，在一定程度上限制了新技术、新材料、新工艺、新建筑形式的应用和发展。 难以达到“安全性”和“经济性”的合理匹配。处方式防火设计规范一般不明确指出合理的安全目标或标准是什么，而是给出设计的最低标准。因此，这种设计很难做到既经济又合理。 二、性能化防火设计 “性能化设计”源于英文词汇“performance-based design”，它是以某些安全目标为设计目标，基于综合安全性能分析和评估的一种工程方法。性能化的防火设计是建立在火灾科学和消防工程学基础之上的。 性能化防火设计方法是建立在火灾科学和消防工程（消防安全
5、工程学）基础上的一种新的建筑防火设计方法，它运用消防安全工程学的原理与方法，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，对建筑物的火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估，从而得出最优化的防火设计方案，为建筑物提供最合理的防火保护。 性能化防火设计与处方式的防火设计相比较具有以下特点： （一）基于目标的设计 在性能化防火设计中，安全目标却是设计人员必须关心的内容之一。安全目标是防火设计应该达到的最终目标或安全水平，除非规范中有明确的规定，一般应该同消防主管部门、建筑业主、建筑使用方共同协商确定。安全目标确定后，设计人员应根据建筑物的各种不同空间条件、功能要求、及其他相关条件，自由选择达到
6、防火安全目标而应采取的各种防火措施并将其有机地结合起来，构成建筑物的总体防火设计方案。 （二）综合的设计 在性能化设计中，应该综合考虑各个防火子系统在整个设计方案中的作用，而不是将各个子系统单纯地叠加。 其次，只考虑建筑物的设计是不够的，而必须同时考虑在施工阶段应该体现设计中所要求的性能，防止在维护管理时功能下降，并要正确合理地使用。 （三）合理的设计 保证建筑物需要满足的防火安全水平的前提下，更合理的配置各个防火子系统。既安全又经济。 第二节 性能化设计的支撑体系和基本内容 一、性能设计的运行流程 二、性能化设计的三个支撑要素 实现性能设计首先必须要有三个必要的支撑要素： （一）性能规范 规
7、范的作用是制定防火安全的系统目标。其条文非常简洁，性能规范的制定必须有配套科研项目的配合，需要来自科研、工程及管理等各个领域的专家共同进行。 由指令性规范向性能规范的转型不是一蹴而就的。目前国际上所谓性能规范都只是包含部分性能规定，并没有百分之百的性能规范。指令性规定将逐步被性能规定替代，在相当长时期内二者可以并存。 （二）技术指南 与性能规范相配套的技术指南提供了一些较成熟的设计方法供设计人员参考，并对建筑物内消防系统整体的有效性进行评估。还给出为实现规范中的性能目标所应达到的性能参数的取值范围。 美国消防工程师协会出台的设计指南明确表明了它的三个基本功能： 1、为消防工程师和消防审核部门提
8、供指导，以帮助他们确定并验证某个建筑项目达到了消防安全目标； 2、对性能化设计过程中应予考虑的参数进行明确说明； 3、为消防工程师提供一种设计方法，使他们能够制定出既达到消防安全要求，又不受其他不必要的限制，同时又能被各有关方面所接受的消防安全设计方案。 （三）评估模型 建立在科学实验、计算模型和概率分析基础上的评估模型可对设计方案在建筑火灾中的实际应用效果进行测算和模拟，并判断其是否能实现既定的性能目标。在火灾安全评估中有许多评估模型，其中有两种较复杂的评估模型被认为是评价性能设计的最重要的评估模型。 1、区域模型 区域模型通常把房间分为两个控制体，即上部热烟气层与下部冷空气层。目前使用的比
9、较多的、有典型作用的区域模型是由美国标准与技术研究所（NIST）开发的计算多室火灾与烟气蔓延的CFAST模型。CFAST可以用来预测用户设定火源条件下建筑内的火灾环境。 2、场模型 场模型也称作CFD（Computational Fluid-Dynamics ）模型，即计算流体动态模型。是用数学方法，通过求解代表物理定律的数学方程，来预测流体流动、热传输、质量传输、化学反应和相关现象的学科。 目前国际上广泛采用的FLUENT和FDS软件。FLUENT软件作为大型商业软件的杰出代表，在模型制作、网格划分、湍流模型等方面具有无与伦比的优势，其劣势为虽然具有燃烧模型，但是没有为消防专门进行过优化，模
10、型配置需要较强流体力学背景；而FDS作为专业消防的惟一一款免费软件，也具有相当的普及性，但是只能用矩形来模拟复杂形状，结果会有一定程度失真。 三、性能化设计的基本内容 英国建筑物防火安全工程（FSE）设计主要参考资料为英国国家标准“BSDD240：Part1：1997建筑物防火安全工程防火安全工程原则的应用指南”。 有关FSE设计可区分为四个阶段：定性设计、定量分析、基准比对评估、报告与结果。 定性设计的目的用以探讨建筑设计有何危害、会造成什么后果，或设定防火安全目标及分析方法。此阶段可使设计师了解整体的防火策略。 定量分析则对防火建议方案的有效性加以计算验证。定量分析有两种： （1）决定性程
11、序 将火灾成长、扩展、烟移动及对人员后果影响予以定量化（从理论分析、经验关系推论、使用方程式及火灾模拟方法）。 （2）概率性程序 估算发生某种不预期火灾情景的可能性（利用火灾发生频率的统计数据、系统可靠度、建筑背景资料及决定性程序所获得的资料）。 定量分析系统包含以下六项子系统。 SS1：起火居室内火灾发生及发展； SS2：烟及有毒气体的扩散； SS3：火灾延烧超过起火居室以外； SS4：火灾探测及消防设施的启动； SS5：消防行动介入； SS6：人员避难。 基准比对评估则以所设定的基准值（从决定或概率性程序所获得）用来与实际结果（绝对限界值或比较限界值）比较。 报告与结果的内容宜包括研究目标
12、、建筑物基本资料描述、结果分析（假设条件、计算过程、灵敏度分析）、结果与合格基准比较、管理要求、结论、参考资料等。 第三节 性能化设计的基本步骤一、确定性能化设计的内容 及工程参数 （一）性能化设计内容 建筑物的防火设计必须依据国家现行的防火规范进行，只有在下列情况下才允许采用性能化的设计方法： 防火规范和标准没有涵盖、按现行规范和标准实施确有困难或影响建筑物使用功能的建筑工程。 由于采用新技术、新材料、新的建筑形式和新的施工方法，在实际应用中有可能产生防火安全问题的建筑工程。 重大建筑工程，安全目标超出一般要求的政治敏感度高的工程，一旦发生火灾危害严重、影响大的工程。 特殊工程，如地铁、隧道
13、、地下建筑工程等。 根据具体情况可以是整座建筑物、建筑物中的某些特殊部分或建筑物的某一特定系统。 （二）工程参数 包括但不限于以下内容：建筑的用途、功能、使用与管理方法，建筑的规模、尺寸、结构形式和布局，特殊的需要重点保护的区域，可燃物的分布、数量和性质，人员的数量、类型、精神状态、健康状况等。 二、确定消防安全总体目标、功能目标和性能目标 1、总体目标 消防安全总体目标是一个范围比较广泛的概念，它表示的是社会所期望的安全水平。主要是用概括性的语言进行描述，概括地说，消防安全应达到的总体目标应该是保护生命安全、保护财产安全、保护使用功能或服务的连续性、保护环境不受火灾的有害影响。 2、功能目标
14、 其要求常常可以在性能化规范中找到。例如，“使不临近起火位置的人员有足够的时间达到一个安全的地方，而不受火灾的危害。”也就是说，为了达到保护生命安全的目标，建筑及其系统所具有的功能必须能够保证人员在火灾发生时疏散到安全的地方。一旦功能目标确定后，下一步需要确定建筑及其系统具备上述功能应该达到的性能要求，即性能目标。 3、性能目标 为了实现防火总体目标和功能目标，建筑材料、建筑构件、系统组件以及建筑方法等必须满足一定性能水平的要求。性能水平是可以量化的，在性能化设计中还将对其并行计量和分析计算。该性能目标将对建筑的防火分隔、火灾探测与报警系统、防排烟系统，甚至自动喷水灭火系统的性能提出要求。 三、制定设计目标 指为了实现防火总体目标，设计必须达到的性能水平，称为设计目标或性能指标，因此，设计目标是评估设计方案是否能够达到总体安全目标的最终依据。 下面以保护生命安全为总体目标，举例： 防火安全总体目标是保护生命安全。 功能目标为保证整个建筑物内的人员能够有充足的时间疏散到安全的地点，在疏散过程中必须保护人们不会受到热辐射和火灾烟气的危害。 性能目标为限制着火房间火灾的蔓延。如果火灾没有蔓延到着火房间以外，那么起火房间以外的人员就不会受到火灾热辐射和火灾烟气的影响。
