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1、1 1建筑防火性能化设计与评估建筑防火性能化设计与评估及其科学与技术基础及其科学与技术基础2 2 提提 纲纲一、性能化防火设计的时代背景一、性能化防火设计的时代背景二、性能化防火设计的方法与步骤二、性能化防火设计的方法与步骤三、性能化防火设计的科学与技术基础三、性能化防火设计的科学与技术基础四、性能化防火设计举例四、性能化防火设计举例五、结束语五、结束语3 3一、性能化防火设计的时代背景一、性能化防火设计的时代背景3 3 建筑与科技发展对防火设计的新要求建筑与科技发展对防火设计的新要求2 2 处方式建筑防火设计处方式建筑防火设计4 4 性能化防火设计的兴起性能化防火设计的兴起1 1 建筑防火的
2、目的与措施建筑防火的目的与措施5 5 性能化设计和处方式设计的关系性能化设计和处方式设计的关系4 4建筑防火目的：建筑防火目的：(1) (1) 保护建筑物内及其周围人员生命安全和健康；保护建筑物内及其周围人员生命安全和健康；(2) (2) 保护建筑物内及其周围财产并限制火灾损失；保护建筑物内及其周围财产并限制火灾损失；(3) (3) 保护消防人员的安全并能够开展有效的灭火工作；保护消防人员的安全并能够开展有效的灭火工作；(4) (4) 保护环境（大气、水和土壤）。保护环境（大气、水和土壤）。1. 1. 建筑防火的目的与措施建筑防火的目的与措施5 5保护人员安全措施：保护人员安全措施：预防火灾预
3、防火灾疏散通道疏散通道限制火灾蔓延限制火灾蔓延尽早发现火灾并进行有效灭火尽早发现火灾并进行有效灭火避免发生轰燃避免发生轰燃通过限制疏散通道的长度、防烟、排烟、排热通过限制疏散通道的长度、防烟、排烟、排热以及防止建筑物倒塌等措施减少人员的危险性以及防止建筑物倒塌等措施减少人员的危险性实现防火的技术措施实现防火的技术措施6 6保护财产安全的措施：保护财产安全的措施：预防火灾预防火灾减少财产密度减少财产密度尽早发现火灾并进行有效灭火尽早发现火灾并进行有效灭火限制火灾蔓延限制火灾蔓延避免发生轰燃避免发生轰燃通过排烟、排热、避免水造成的损失以及防止通过排烟、排热、避免水造成的损失以及防止建筑物倒塌等措施
4、减少财产的损失建筑物倒塌等措施减少财产的损失实现火灾防护目的的技术措施实现火灾防护目的的技术措施7 72 2 处方式建筑防火设计处方式建筑防火设计定义：定义：处方式建筑防火设计：按照传统建筑防火设计规处方式建筑防火设计：按照传统建筑防火设计规范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确要求，范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确要求，对建筑防火系统进行设计的工程。对建筑防火系统进行设计的工程。处方式防火设计评估：按照按照传统建筑防火设处方式防火设计评估：按照按照传统建筑防火设计规范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确计规范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确要求，对建筑防火系统设计进行评估。要求，对
5、建筑防火系统设计进行评估。8 8特点：特点：一般是指根据火灾事故的发生、发展和扑救等经验教训和火灾科学研究试一般是指根据火灾事故的发生、发展和扑救等经验教训和火灾科学研究试验等消防实践总结出来的，并经不断修改完善的一套有明确防火设计措施验等消防实践总结出来的，并经不断修改完善的一套有明确防火设计措施和各种具体的设计参数要求的规定。和各种具体的设计参数要求的规定。优点是清楚明了、简单易行，对设计和验收评估人员的要求不高，能够满优点是清楚明了、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设计监督需要。足大多数规模或功能等要求较简单建筑的设计与设计监督需
6、要。缺点是它使建筑设计千篇一律，不利于新消防技术和产品的采用、很难满缺点是它使建筑设计千篇一律，不利于新消防技术和产品的采用、很难满足技术进步的要求，并且无法确切地知道人们认为安全的具体指标到底是足技术进步的要求，并且无法确切地知道人们认为安全的具体指标到底是多少、为满足这种安全的建设投入与所能达到的安全性能水平之间具有多多少、为满足这种安全的建设投入与所能达到的安全性能水平之间具有多高的投资效益比。高的投资效益比。9 93 3 建筑和科技发展对防火设计的新要求建筑和科技发展对防火设计的新要求现代建筑的特点：攀高比阔，争奇斗艳，彰显时尚，各领风骚现代建筑的特点：攀高比阔，争奇斗艳，彰显时尚，各
7、领风骚1010火灾科学方兴未艾：火灾科学方兴未艾：1.火灾机理日见清晰火灾机理日见清晰2.现象描述逐渐量化现象描述逐渐量化3.数值模拟日臻完善数值模拟日臻完善4.研究群体日益强大研究群体日益强大火灾科学和消防技术的发展为火灾科学和消防技术的发展为消防工程的变革提供了可能消防工程的变革提供了可能1111消防技术层出不穷：消防技术层出不穷：1.火灾探测智能化火灾探测智能化2.火灾扑救自动化火灾扑救自动化3.成套设备系列化成套设备系列化4.消防管理信息化消防管理信息化火灾科学和消防技术的发展为火灾科学和消防技术的发展为消防工程的变革提供了可能消防工程的变革提供了可能细细水水雾雾灭灭火火遥控水炮遥控水
8、炮1212 定义：定义：定义：定义：n n性性性性能能能能化化化化设设设设计计计计：针针针针对对对对特特特特定定定定建建建建筑筑筑筑对对对对象象象象的的的的消消消消防防防防安安安安全全全全目目目目标标标标，运运运运用用用用消消消消防防防防安安安安全全全全工工工工程程程程学学学学原原原原理理理理，采采采采取取取取计计计计算算算算机机机机模模模模化化化化或或或或数数数数理理理理推推推推算算算算的的的的方方方方法法法法，并并并并结结结结合合合合实实实实验验验验方方方方法法法法，确定合理的消防安全设计。确定合理的消防安全设计。确定合理的消防安全设计。确定合理的消防安全设计。n n性性性性能能能能化化化
9、化评评评评估估估估：采采采采用用用用确确确确定定定定性性性性或或或或概概概概率率率率方方方方法法法法，基基基基于于于于消消消消防防防防安安安安全全全全工工工工程程程程学学学学的的的的逻逻逻逻辑辑辑辑关关关关系系系系，对对对对已已已已设设设设计计计计或或或或现现现现有有有有的的的的建建建建筑筑筑筑对对对对象象象象，结结结结合合合合其其其其消消消消防防防防工工工工程程程程体体体体系系系系的的的的合合合合理理理理性性性性、实实实实用用用用性性性性，数数数数值值值值化化化化地地地地分分分分析析析析论论论论证证证证其其其其火火火火灾灾灾灾危危危危害害害害与风险。与风险。与风险。与风险。4 4 性能化防火
10、设计的兴起性能化防火设计的兴起1313特点：特点：只确定建筑要达到的总体目标要求或设计性能只确定建筑要达到的总体目标要求或设计性能水平，规定一系列性能目标和可以量化的性能准水平，规定一系列性能目标和可以量化的性能准则和设计准则，一般附有一个指导设计的技术文则和设计准则，一般附有一个指导设计的技术文件。设计人员或其他规范执行者根据设计对象特件。设计人员或其他规范执行者根据设计对象特点，按规范要求，采用点，按规范要求，采用“处方式处方式”规范或以性能规范或以性能为基础的设计和评估方法来完成认为可以接受或为基础的设计和评估方法来完成认为可以接受或能够取得最低规定安全水平的设计。在大多数情能够取得最低
11、规定安全水平的设计。在大多数情况下，规范不明确规定某项解决方案，而是确定况下，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。能达到规范要求的可接受的方法。1414可以针对不同的建筑物确定不同的安全水平，可以针对不同的建筑物确定不同的安全水平，能使设计者或监督者具有自由发挥的较大余地，能使设计者或监督者具有自由发挥的较大余地，解决解决“处方式处方式”规范中存在的大部分问题，但对规范中存在的大部分问题，但对于规范使用者而言则要求经过专门的严格训练，于规范使用者而言则要求经过专门的严格训练，并要有不同建筑物的火灾大小数据以及大量建筑并要有不同建筑物的火灾大小数据以及大量建筑材料的
12、燃烧特性数据、专门的设计和评估工具等材料的燃烧特性数据、专门的设计和评估工具等作为支撑。作为支撑。15155. 5. 性能化设计和处方式规范的关系性能化设计和处方式规范的关系1 1 1 1、两者的目标是一致的，可以相互验证；、两者的目标是一致的，可以相互验证；、两者的目标是一致的，可以相互验证；、两者的目标是一致的，可以相互验证；2 2 2 2、两者各具特点：、两者各具特点：、两者各具特点：、两者各具特点： 指令性的简捷、明确，便于操作，可直观理解，运指令性的简捷、明确，便于操作，可直观理解，运指令性的简捷、明确，便于操作，可直观理解，运指令性的简捷、明确，便于操作，可直观理解，运用成本低。性
13、能化的演绎、推理，可以模化，需要理用成本低。性能化的演绎、推理，可以模化，需要理用成本低。性能化的演绎、推理，可以模化，需要理用成本低。性能化的演绎、推理，可以模化，需要理解力，运用成本高。解力，运用成本高。解力，运用成本高。解力，运用成本高。3 3 3 3、两者将长期互补共存。性能化适应于新型的、特殊的、两者将长期互补共存。性能化适应于新型的、特殊的、两者将长期互补共存。性能化适应于新型的、特殊的、两者将长期互补共存。性能化适应于新型的、特殊的建筑设计与评估；指令性适用于一般的、普遍的建筑建筑设计与评估；指令性适用于一般的、普遍的建筑建筑设计与评估；指令性适用于一般的、普遍的建筑建筑设计与评
14、估；指令性适用于一般的、普遍的建筑设计与评估。设计与评估。设计与评估。设计与评估。4 4 4 4、两者可相互变化。性能化的归纳，总结成律可作为指、两者可相互变化。性能化的归纳，总结成律可作为指、两者可相互变化。性能化的归纳，总结成律可作为指、两者可相互变化。性能化的归纳，总结成律可作为指令性。指令性的细化，数理表述可化为性能化。令性。指令性的细化，数理表述可化为性能化。令性。指令性的细化，数理表述可化为性能化。令性。指令性的细化，数理表述可化为性能化。1616二、性能化防火设计方法与步骤二、性能化防火设计方法与步骤（一）基本概念（一）基本概念1.总体目标：保护生命、保护财产、保护使用功总体目标
15、：保护生命、保护财产、保护使用功能、保护环境能、保护环境2.功能目标：对如何达到总体目标说明功能目标：对如何达到总体目标说明3.性能要求：材料、构件、系统、组件以及建筑性能要求：材料、构件、系统、组件以及建筑方法满足性能水平要求，从而达到安全总体目方法满足性能水平要求，从而达到安全总体目标和功能目标标和功能目标4.性能指标性能指标5.设计指标设计指标1717总体目标：建筑物在火灾条件下不垮塌功能目标：保护钢构件不烧毁性能目标：钢构件有1小时耐火时间性能指标：在1小时内，温度不高于530C设计指标：保护层厚度不小于3mm总体目标：保护人员安全功能目标：远离起火点的人员有足够的疏散时间性能目标：限
16、制火灾蔓延和控制烟气聚积与流动。性能指标：燃烧速率小于10MW，40分钟内烟气层高度3米以上。设计指标：水喷淋1套（水压2个大气压）、机械通风300m3/min。1818二、性能化防火设计方法与步骤I.确定分析对象的现场状况l弄清待评估建筑的结构特点l识别重大火灾危险源l设计火源功率1919二、性能化防火设计方法与步骤II.确定防火安全的目的和目标l保证人员安全l减少起火的可能性l防止火蔓延l防止火灾进一步扩大2020二、性能化防火设计方法与步骤III.选择合适的定量分析方法l定量分析是性能化分析的基本方法，定量分析是性能化分析的基本方法，需要根据分析的需要选择合适的定量需要根据分析的需要选择
17、合适的定量方法；方法；l火灾过程的计算机模拟是一种主要的火灾过程的计算机模拟是一种主要的方法（方法（CFASTCFAST、FDSFDS、FLUENTFLUENT、PHOENICSPHOENICS）2121二、性能化防火设计方法与步骤IV.具体分析影响火灾安全的因素l建筑物的结构特点；l可燃物的燃烧特性与分布；l火灾与烟气蔓延的特点；l室内消防设施的配置状况；l建筑物使用者的特征；l消防救援状况2222二、性能化防火设计方法与步骤l“ “安全安全” ”是一个相对概念；是一个相对概念；l消防投入有一个最佳范消防投入有一个最佳范围，以人们可接受的火围，以人们可接受的火险为基础确定；险为基础确定；l运
18、用经济学知识对消防运用经济学知识对消防投入的费用与火灾损失投入的费用与火灾损失进行恰当的平衡分析进行恰当的平衡分析火灾代价消防投入火灾损失V.火灾防治有效性与经济性评价2323二、性能化防火设计方法与步骤VI.给出分析报告l风险分析结束后应当给出客观、全面的结论报告；l明确指出该建筑物是否符合有关规范的要求，原有设计是否需要进行任何修改等；l结论具有很强的时效性2424二、性能化防火设计方法与步骤n基本的设计步骤：三个阶段：A.设计准备阶段；设计准备阶段；B.定量评估阶段；定量评估阶段；C.文件编制阶段；文件编制阶段；八个步骤2525二、性能化防火设计方法与步骤性性能能化化设设计计步步骤骤示示
19、意意图图2626Steps in the Performance-Based Analysis and the Conceptual Design Procedure for Fire Protection Design确定工程具体内容建立性能判据确定安全总体目标、功能目标、性能目标设计目标：性能指标和设计指标选择最终设计建立火灾场景试设计试设计评估准备设计文件修改设计或目标性能化设计报告说明、图纸操作与维护手册Developing a Fire Protection Engineering Design Brief 试设计是否满足性能标准否是PSGDSODPCDFSTDFSM ?2727二、
20、性能化防火设计方法与步骤（一）设计准备阶段l基本任务：确定一些基本参数，包括：评估所设计建筑物的现场状况；评估所设计建筑物的现场状况；确定业主的损失目标（定性）；确定业主的损失目标（定性）；把业主的损失目标定量为设计目标；把业主的损失目标定量为设计目标；2828二、性能化防火设计方法与步骤（一）设计准备阶段l确定建筑防火设计的基本目标：保障生命安全，包括民众、工作人员和保障生命安全，包括民众、工作人员和消防人员的安全；消防人员的安全；保护财产安全，包括建筑结构、设备和保护财产安全，包括建筑结构、设备和物品；物品；提供连续的操作，例如保护系统可以继提供连续的操作，例如保护系统可以继续运作；续运作
21、；限制火灾与火灾防治措施的不良影响。限制火灾与火灾防治措施的不良影响。2929二、性能化防火设计方法与步骤（一）设计准备阶段l应当确定防火设计目标的优先顺序：多数情况下，应优先考虑人员生命安全；多数情况下，应优先考虑人员生命安全；特殊情况下，也可优先考虑其它目标。如特殊情况下，也可优先考虑其它目标。如人员少，容易疏散，或存储高价值物品；人员少，容易疏散，或存储高价值物品；应当兼顾多个防火目标。应当兼顾多个防火目标。3030二、性能化防火设计方法与步骤（二）定量评估阶段1.选择火灾场景和设定火灾曲线：选择火灾场景；设定火灾曲线3131二、性能化防火设计方法与步骤l l选择火灾场景选择火灾场景 火
22、灾场景：对火灾发展过程的一种语言描述，包括对火灾场景：对火灾发展过程的一种语言描述，包括对起火、增长、发展到最大程度（轰燃）以及熄灭过程起火、增长、发展到最大程度（轰燃）以及熄灭过程的说明。的说明。 需要确定的内容：需要确定的内容：历史资料；历史资料；实际火灾过程的数据；实际火灾过程的数据；火灾实验数据火灾实验数据3232二、性能化防火设计方法与步骤l l选择火灾场景主要涉及以下具体内容：主要涉及以下具体内容：起火前的状况起火前的状况点火源点火源初始可燃物初始可燃物二次可燃物二次可燃物火蔓延的可能性火蔓延的可能性物体的摆放位置物体的摆放位置室内人员状况室内人员状况统计数据统计数据3333二、性
23、能化防火设计方法与步骤l l设定火灾曲线火灾的热释放速率是决定火灾发展的基本参火灾的热释放速率是决定火灾发展的基本参数之一；数之一；性能化分析中所用的性能化分析中所用的HRRHRR是人为设定的，设是人为设定的，设定的越合理，计算结果越可靠；定的越合理，计算结果越可靠；火灾发展可分为三种基本形式：火灾发展可分为三种基本形式：不断增长；不断增长；稳定燃烧；稳定燃烧；逐渐衰弱逐渐衰弱3434二、性能化防火设计方法与步骤时间时间 (s)热热释释放放速速率率稳定阶段稳定阶段增长阶段增长阶段减弱阶段减弱阶段设定火灾曲线示意图设定火灾曲线示意图3535二、性能化防火设计方法与步骤（二）定量评估阶段定量评估阶
24、段2.2.发展与评估初步防火设计发展与评估初步防火设计： 按照确定的火灾场景，依据设定的火灾曲线，按照确定的火灾场景，依据设定的火灾曲线，发展初步设计方案；发展初步设计方案； 通常有多个方案；通常有多个方案； 评估、比较这些方案时，应灵活区分新建建评估、比较这些方案时，应灵活区分新建建筑和已有建筑。筑和已有建筑。3636二、性能化防火设计方法与步骤（三）文件编制阶段uu分析和设计过程的参与者分析和设计过程的参与者uu分析或设计的理由分析或设计的理由uu设计方法的说明（方法、假设和工具）设计方法的说明（方法、假设和工具）uu设计的背景资料设计的背景资料uu业主的目标说明业主的目标说明uu性能判据
25、性能判据uu火灾场景火灾场景uu设定火灾设定火灾uu设计替代方案设计替代方案uu其它资料其它资料3737三、性能化防火设计的科学与技术基础三、性能化防火设计的科学与技术基础2 2 热释放速率模型及其实验测试方法热释放速率模型及其实验测试方法3 3 羽流模型羽流模型1 1 火灾过程模拟火灾过程模拟4 4 人员疏散模型人员疏散模型5 5 自动报警与灭火系统自动报警与灭火系统6 6 烟气流动与控制系统烟气流动与控制系统7 7 建筑构件耐火保护建筑构件耐火保护38381 1 火灾过程（烟气流动）模拟火灾过程（烟气流动）模拟方法分类方法分类火灾防护的工程火灾防护的工程方法方法分析方法分析方法模拟方法模拟
26、方法区域模拟方法区域模拟方法场模拟方法场模拟方法3939火灾模拟方法及其对比火灾模拟方法及其对比分析方法与模拟方法对比分析方法与模拟方法对比分析方法：运用工程基本原理、经验和规范给出具体工程问题的解决方案。模拟方法：建立火灾过程数学模型，真实近似地再现火灾过程，并根据具体工程问题的给出解决方案。4040火灾模拟方法及其对比火灾模拟方法及其对比区域模拟与场模拟方法区域模拟与场模拟方法区域模拟方法：通常将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，并且假设两个区域内的参数是均匀的。针对两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，区域之间的质量交换主要由羽流和通风口的掺混作用造成，能量交
27、换除了由质量交换带来的能量传递外，还考虑辐射和导热损失场模拟方法：根据质量守恒、动量守恒（N-S方程）、能量守恒和化学反应定律建立描述火灾过程的控制方程组。为了能够从整体上求解火灾过程必须建立火灾各主要分过程的理论模型，如受浮力影响的湍流模型、湍流燃烧模型、辐射换热模型和碳黑模型，从而使场模拟的方程组封闭。4141火灾模拟方法及其对比火灾模拟方法及其对比区域模拟与场模拟方法对比区域模拟与场模拟方法对比4242火灾模拟方法及其对比火灾模拟方法及其对比区域模拟与场模拟方法对比区域模拟与场模拟方法对比4343室内火灾及热烟气发展过程室内火灾及热烟气发展过程44442 2 火源热释放速率模型火源热释放
28、速率模型引言引言火灾过程中火源的热释放速率是评火灾过程中火源的热释放速率是评价火灾危险性的重要参数，也是进价火灾危险性的重要参数，也是进行火灾模拟研究的基础参数。在过行火灾模拟研究的基础参数。在过去的去的20多年时间里，火灾过程中多年时间里，火灾过程中热释放速率的测试方法法较大的发热释放速率的测试方法法较大的发展，出现了基于氧消耗原理的热释展，出现了基于氧消耗原理的热释放速率测试方法，如小尺寸热释放放速率测试方法，如小尺寸热释放速率实验的速率实验的ISO5660标准、全尺标准、全尺寸墙角实验的寸墙角实验的ISO9705标准，一标准，一些火灾实验室还发展了基于氧消耗些火灾实验室还发展了基于氧消耗
29、原理的大型热释放速率测试方法。原理的大型热释放速率测试方法。此外，基于质量损失速率的热释放此外，基于质量损失速率的热释放速率测试方法可以作为基于氧消耗速率测试方法可以作为基于氧消耗原理测试方法的补充。原理测试方法的补充。与此同时，基于区域模型（与此同时，基于区域模型（Zone Model）的火灾模拟方法也得到）的火灾模拟方法也得到了长足发展，目前比较著名的火了长足发展，目前比较著名的火灾模拟软件有灾模拟软件有CFAST、MRFC、Jasmine、Sophie等，部分软件等，部分软件已经可以在和已经可以在和Windows2000界界面下运行。上述火灾模拟软件已面下运行。上述火灾模拟软件已经成为建
30、筑火灾研究和火灾危险经成为建筑火灾研究和火灾危险性评价的重要工具，部分软件已性评价的重要工具，部分软件已被成功地运用于隧道火灾的研究被成功地运用于隧道火灾的研究和评价。但区域模型的核心是如和评价。但区域模型的核心是如何构造接近于实际情况的火源热何构造接近于实际情况的火源热释放速率模型。释放速率模型。4545几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型t2模型CFAST软件中应用的模型4646几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型t2模型CFAST软件中应用的模型4747几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型t2模型CFAST软件中应用的模型4848几种常用的热释放速率模
31、型几种常用的热释放速率模型t2模型CFAST软件中应用的模型4949几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型MRFC软件中应用的模型5050几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型MRFC软件中应用的模型5151几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型5252几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型FFB应用的模型5353几种常用的热释放速率模型几种常用的热释放速率模型FFB应用的模型54543 3 热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法基于氧消耗原理的测试方法氧消耗原理是指大多氧消耗原理是指大多数数固体材料完全燃烧固体材料完全燃烧每消耗一单位质量的每
32、消耗一单位质量的氧气所释放的热量基氧气所释放的热量基本相同本相同（13.10.05 MJ/kg O2）5555热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法锥形量热计5656热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法锥形量热计实验原理5757热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法大型基于氧消耗原理的测试装置5858热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法小汽车火灾热释放速率测试结果5959热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法家具火灾热释放速率测试结果6060热释放速率的实验测试方法热释放速率的实验测试方法基于质量损失速率原理的测试方法6161热释放速率的实
33、验测试方法热释放速率的实验测试方法房间木垛火灾热释放速率测试结果6262主要结论主要结论火灾过程中火源的热释放速率火灾过程中火源的热释放速率是评价火灾危险性的重要参数，是评价火灾危险性的重要参数，也是进行火灾模拟研究的基础也是进行火灾模拟研究的基础参数。在实际建筑（包括工业参数。在实际建筑（包括工业建筑）火灾中，可燃物种类繁建筑）火灾中，可燃物种类繁多如木材、塑料、纺织品、橡多如木材、塑料、纺织品、橡胶、油品等，多数火灾往往是胶、油品等，多数火灾往往是上述多种可燃物的混合。运用上述多种可燃物的混合。运用实验的方法研究单一可燃物和实验的方法研究单一可燃物和混合可燃物的燃烧过程，获得混合可燃物的燃
34、烧过程，获得这些材料在火灾过程中的热释这些材料在火灾过程中的热释放速率，建立相关数据库，用放速率，建立相关数据库，用于实际火灾的评价和模拟研究于实际火灾的评价和模拟研究工作是十分必要的。工作是十分必要的。火灾实验是一种破坏性试验，火灾实验是一种破坏性试验，大型火灾实验耗费往往很大。大型火灾实验耗费往往很大。运用目前较为成熟的数学模型运用目前较为成熟的数学模型用于火灾模拟研究工作是切实用于火灾模拟研究工作是切实可行的，如可行的，如CFAST和和MRFC软软件中应用的模型，件中应用的模型，但要求使用但要求使用者应具有丰富的经验。模型化者应具有丰富的经验。模型化的方法虽然处理问题较粗糙，的方法虽然处
35、理问题较粗糙，但如果相关参数选用合理，也但如果相关参数选用合理，也可满足相关火灾研究工作的需可满足相关火灾研究工作的需要。要。63634 4 几种常用的羽流模型几种常用的羽流模型Zukoski模型（模型（1）6464几种常用的羽流模型几种常用的羽流模型Zukoski模型（模型（2）6565几种常用的羽流模型几种常用的羽流模型Thomas-Hinkley模型模型6666几种常用的羽流模型几种常用的羽流模型McCaffrey模型模型6767几种常用的羽流模型几种常用的羽流模型NFPA模型模型6868羽流模型对比羽流模型对比羽流温度近似计算羽流温度近似计算对两个火源上方温度相同的点，由温度分对两个火
36、源上方温度相同的点，由温度分布方程布方程得到：得到：利用该方程可以进行模拟实验。利用该方程可以进行模拟实验。羽流温度模拟实验测定羽流温度模拟实验测定6969羽流模型对比羽流模型对比热烟气层的体积变化率热烟气层的体积变化率7070羽流模型对比羽流模型对比计算示例计算示例算例算例1：单位面积上的热释放速率：单位面积上的热释放速率为为800 kW/m2，火源面积为，火源面积为0.5 m2，火源直径为，火源直径为0.8 m，火源的热，火源的热释放速率为释放速率为400 kW，对流热流量，对流热流量为火源热释放速率的为火源热释放速率的80%，可燃，可燃物高度为物高度为0 m。火焰高度为。火焰高度为1.4
37、2 m，虚拟点火源距可燃物表面高度，虚拟点火源距可燃物表面高度为为-0.025 m。算例算例2：选用德国热与烟气排放：选用德国热与烟气排放标准第五部分（标准第五部分（DIN 18232-5）中的第三组火源描述，火源）中的第三组火源描述，火源面积为面积为20 m2，火源直径为，火源直径为5.05 m，火源的热释放速率为，火源的热释放速率为12 000 kW，对流热流量为火源热释放，对流热流量为火源热释放速率的速率的80%，可燃物高度为，可燃物高度为0 m。7171火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比羽 流 质 量 流 量7272火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比羽 流 温 度 变 化7373火灾羽流模
38、型对比火灾羽流模型对比羽 流 体 积 流 量7474火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比羽 流 质 量 流 量7575火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比羽 流 温 度 变 化7676火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比羽 流 体 积 流 量7777火灾羽流模型对比火灾羽流模型对比主要结论主要结论火灾过程中的羽流模型是进行火灾过程中的羽流模型是进行火灾模拟、火灾及烟气发展评火灾模拟、火灾及烟气发展评价和防排烟设计的基础。本文价和防排烟设计的基础。本文总结了几种常见的羽流模型和总结了几种常见的羽流模型和适用条件，运用算例对几种常适用条件，运用算例对几种常见的羽流模型进行了对比分析。见的羽流模型进行了对比分析
39、。结果表明，对同一问题各模型结果表明，对同一问题各模型得出的羽流质量流量存在着差得出的羽流质量流量存在着差异，而这些差异必然对异，而这些差异必然对烟气流烟气流量和温度的计算产生量和温度的计算产生影响影响，这这给火灾的评价造成困难。虽然给火灾的评价造成困难。虽然不同的羽流模型有着不同的适不同的羽流模型有着不同的适用条件，但这些条件的界限并用条件，但这些条件的界限并不十分清楚，使用者很难把握。不十分清楚，使用者很难把握。此外，大部分羽流模型是基于此外，大部分羽流模型是基于早期实验的研究成果，如早期实验的研究成果，如Thomas-HinkleyThomas-Hinkley模型是模型是19631963
40、年年发表的，由于受当时实验条件、发表的，由于受当时实验条件、测试仪器水平以及人们对火灾测试仪器水平以及人们对火灾问题的科学认识程度的限制，问题的科学认识程度的限制，这些成果的适用性需要重新进这些成果的适用性需要重新进行实验和理论评价，以促进火行实验和理论评价，以促进火灾研究及应用技术的发展。灾研究及应用技术的发展。7878火灾温度火灾温度时间关系时间关系标准火灾温度曲线：标准火灾温度曲线：Lie的温度的温度时间关系表达式：时间关系表达式：开口因子开口因子当当当当和和/或或Tg等于等于 的值，直到燃料消耗完毕。的值，直到燃料消耗完毕。t轰燃后的时间，小时。轰燃后的时间，小时。对重物质（密度大于或
41、等于对重物质（密度大于或等于1600kg/m3），），C=0；对轻物质（密度小于对轻物质（密度小于1600kg/m3），），C=1。且5 5 耐火保护耐火保护7979钢构件耐火保护层的厚度计算钢构件耐火保护层的厚度计算轻质保护材料：轻质保护材料：重质保护材料：重质保护材料：干保护材料：干保护材料：计算时不考虑含水量对构件温度的计算时不考虑含水量对构件温度的影响。影响。湿保护材料：湿保护材料：计算时考虑含水量对构件温度的计算时考虑含水量对构件温度的影响。影响。8080重质材料保护层导热方程：轻质材料保护层导热方程：差分形式为：当火灾温度随时间变化的关系已知，且构件的耐火温度和耐火时间已知时，就可
42、以按照上式计算保护层的厚度Br。8181四、性能化防火设计举例四、性能化防火设计举例济南遥墙国际机场新航站楼火灾风险评估济南遥墙国际机场新航站楼火灾风险评估q项目概述q危险源辩识q火灾危害性评估q钢结构保护8282项目概述项目概述n新航站楼建筑面积为新航站楼建筑面积为8万平方米；万平方米；n在建筑形式上，用简单的几何大跨度结构创造出在建筑形式上，用简单的几何大跨度结构创造出一个大空间体。一个大空间体。8383n保证生命安全保证生命安全：发生设定的火灾时确保所有：发生设定的火灾时确保所有人员能够安全疏散；人员能够安全疏散；n保证财产安全保证财产安全：通过早期探测和高效扑救来：通过早期探测和高效扑
43、救来降低火灾的直接和间接损失。降低火灾的直接和间接损失。项目概述项目概述8484n分析新航站楼内火灾危险源的分布、着火特性及热释放速率分析新航站楼内火灾危险源的分布、着火特性及热释放速率；n分析火灾动力学特性和建筑结构的火灾响应特性，分析火灾动力学特性和建筑结构的火灾响应特性，对火灾达到危险状态的对火灾达到危险状态的时间进行评估时间进行评估；n分析人群疏散特性，分析人群疏散特性，计算出人员疏散完毕时间计算出人员疏散完毕时间，并结合到达危险状态时间，并结合到达危险状态时间对人员能否安全疏散进行评估；对人员能否安全疏散进行评估；n分析不同火灾探测报警方法，分析不同火灾探测报警方法，对不同火灾探测方
44、法在航站楼大空间内的适对不同火灾探测方法在航站楼大空间内的适用性进行评估用性进行评估；n分析不同灭火系统的效能分析不同灭火系统的效能，对其延长达到火灾危险状态时间、降低火灾损，对其延长达到火灾危险状态时间、降低火灾损失、保护环境的作用进行评估。失、保护环境的作用进行评估。研究内容8585危险源辨识危险源辨识n分析新航站楼内火灾危险源的分布、着火分析新航站楼内火灾危险源的分布、着火特性及热释放速率特性及热释放速率 分析设计图纸分析设计图纸按照功能区进行危险源辨识；按照功能区进行危险源辨识；确定可燃物着火特性和燃烧热值；确定可燃物着火特性和燃烧热值；计算火灾荷载及火灾增长因子；计算火灾荷载及火灾增
45、长因子；按时间平方类型火灾计算热释放速率。按时间平方类型火灾计算热释放速率。8686n实际大空间中会存在一些可燃物聚集的区域，火灾荷载密度较大，需根据可燃物的空间分布特性对危险源进行进一步辨识，考虑其发生火灾后的热释放速率和火灾蔓延情况。 大空间内火灾热释放速率地点火源面积（m2）等效直径（m）火灾增长因子a（kW/s2）可燃物全部被引燃时间（s）最大热释放速率（MW）二层商亭4440.0883339.76行李堆322.40.046892001.88办票台7.545.20.011274332.12夹层（行李）1.81.61.70.046891420.95一层（行李堆）322.40.046892
46、001.88大空间火灾热释放速率8787火灾危害性评估n比较大空间内烟气运动的全尺寸模拟实验与计算机模拟结果：提出和验证多空间区域模拟方法在计算大空间烟气运动特性方面的合理性。n研究新航站楼内不同火灾场景下，烟气的运动特性和排烟位置及速率对烟气运动的影响。n对火灾动力学演化进行场模拟。n根据计算得到的火灾功率、火焰高度、烟气的温度，分析对钢结构的保护途径。 8888火灾危害性评估大空间火灾实验厅大空间火灾实验厅8989火灾危害性评估自然填充过程中的火源情况自然填充过程中的火源情况机械排烟实验情况机械排烟实验情况自然排烟实验情况图自然排烟实验情况图9090火灾危害性评估扁平型大空间中火灾烟气的发
47、展趋势扁平型大空间中火灾烟气的发展趋势123456789 大空间区域模拟中的多个子空间的划分示意图大空间区域模拟中的多个子空间的划分示意图9191火灾危害性评估a. 火源功率10MW二层大厅自然填充下二层大厅自然填充下烟气层高度烟气层高度的模拟计算结果的模拟计算结果b. 火源功率 40MW9292火灾危害性评估a. 火源功率 10MW二层大厅自然填充下二层大厅自然填充下烟气层温度烟气层温度的模拟计算结果的模拟计算结果b. 火源功率 40MW9393钢结构保护n根据火灾动力学计算结果，烟气层到达钢网架屋盖系统时烟气平均温度低于100，局部最高温度也远小于钢结构的耐火极限温度538 屋盖钢网架不需
48、要进行防火保护。新航站楼用钢量用钢量（吨）单位面积用钢量（kg/m2）钢桁架及支柱263952.4屋面次梁113422.5支撑系统3076.1合计408081.09494五、结束语1.1.性能化防火设计的思想和方法对中国现行的建筑防火审核方式是一次较大的冲击。对一些现行的处方式规范难以做出规定的大型建筑项目，可以采用性能化防火设计方法予以解决； 9595五、结束语2.2.加强性能化防火设计方法基础性研究，包括实验研究和数值模拟研究。同时尽快开发符合我国国情的性能化防火设计规范及工程设计指南；9696五、结束语3.3.大量培养专业的消防安全工程师，确定具有进大量培养专业的消防安全工程师，确定具有进行性能化防火设计资格和能力的大专院校、科行性能化防火设计资格和能力的大专院校、科研机构从事性能化防火设计、评估工作；对工研机构从事性能化防火设计、评估工作；对工程项目进行性能化防火设计的结果，应组织相程项目进行性能化防火设计的结果，应组织相应的、具备法定条件的机构进行审核应的、具备法定条件的机构进行审核4.4.相关科研单位应在国家有关部门的组织领导下，相关科研单位应在国家有关部门的组织领导下，加强合作，就性能化防火设计研究中的关键技加强合作，就性能化防火设计研究中的关键技术问题协力攻关术问题协力攻关9797消防工程 谢谢谢谢大大家家
