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1、建筑物性能化防火设计简介建筑物性能化防火设计简介1 1n n性能化防火设计，是指针对特定建筑物的消防安全目标，综合考虑其使用功能、建筑构造、火灾荷载、环境条件等相关因素，运用消防安全工程学的原理和方法，提出具体防火设计方案；对设计方案进行消防安全评估，验证其设计结果是否达到现行国家工程建设消防技术标准要求的同等消防安全水平；根据评估结论对设计方案进行修改完善，形成相应的设计文件，是设计与评估一体化的一个完整过程。2 2n n 建建建建筑筑筑筑物物物物防防防防火火火火设设设设计计计计分分分分为为为为建建建建筑筑筑筑物物物物指指指指令令令令性性性性防防防防火火火火设设设设计计计计和和和和建建建建筑
2、筑筑筑物物物物性性性性能能能能化化化化防防防防火火火火设设设设计计计计，建建建建筑筑筑筑物物物物指指指指令令令令性性性性防防防防火火火火设设设设计计计计又又又又称称称称处处处处方方方方式式式式，设设设设计计计计者者者者只只只只要要要要按按按按照照照照规规规规范范范范规规规规定定定定进进进进行行行行设设设设计计计计就就就就认认认认为为为为该该该该建建建建筑筑筑筑的的的的防防防防火火火火安安安安全全全全是是是是符符符符合合合合要要要要求求求求的的的的。建建建建筑筑筑筑物物物物性性性性能能能能化化化化防防防防火火火火设设设设计计计计又又又又称称称称目目目目标标标标式式式式，是是是是社社社社会会会会需
3、需需需求求求求和和和和经经经经济济济济技技技技术术术术发发发发展展展展的的的的结结结结果果果果，具具具具有有有有可可可可预预预预见见见见性性性性，前前前前瞻瞻瞻瞻性性性性。设设设设计计计计者者者者可可可可根根根根据据据据设设设设计计计计对对对对象象象象，按按按按规规规规范范范范许许许许可可可可的的的的措措措措施施施施或或或或性性性性能能能能化化化化设设设设计计计计和和和和评评评评估估估估方方方方法法法法来来来来完完完完成成成成可可可可以以以以满满满满足足足足最最最最低低低低规规规规定定定定安安安安全全全全水水水水平平平平的的的的设设设设计计计计。性性性性能能能能化化化化适适适适应应应应于于于于
4、新新新新型型型型的的的的、特特特特殊殊殊殊的的的的建建建建筑筑筑筑设设设设计计计计与与与与评评评评估估估估；指指指指令令令令性性性性适适适适用用用用于于于于一一一一般般般般的的的的、普普普普遍遍遍遍的的的的建建建建筑筑筑筑设计与评估。设计与评估。设计与评估。设计与评估。 3 3一、建筑物性能化防火设计的一、建筑物性能化防火设计的总体目标和内容总体目标和内容4 4n n（一）建筑物性能化防火设计的总体目标：（一）建筑物性能化防火设计的总体目标：n n建筑物的消防安全目标随建筑物的使用功能和性建筑物的消防安全目标随建筑物的使用功能和性建筑物的消防安全目标随建筑物的使用功能和性建筑物的消防安全目标随
5、建筑物的使用功能和性质及其建筑高度而有所区别，设计中应根据实际质及其建筑高度而有所区别，设计中应根据实际质及其建筑高度而有所区别，设计中应根据实际质及其建筑高度而有所区别，设计中应根据实际情况确定是否应达到下述全部或部分目标。情况确定是否应达到下述全部或部分目标。情况确定是否应达到下述全部或部分目标。情况确定是否应达到下述全部或部分目标。n n1 1 1 1保证建筑物内使用人员的生命安全以及救援人保证建筑物内使用人员的生命安全以及救援人保证建筑物内使用人员的生命安全以及救援人保证建筑物内使用人员的生命安全以及救援人员的人身安全；员的人身安全；员的人身安全；员的人身安全；n n2 2 2 2保证
6、建筑物的结构不会受到严重破坏而发生垮保证建筑物的结构不会受到严重破坏而发生垮保证建筑物的结构不会受到严重破坏而发生垮保证建筑物的结构不会受到严重破坏而发生垮塌，或虽有局部垮塌，但不会发生连续垮塌而影塌，或虽有局部垮塌，但不会发生连续垮塌而影塌，或虽有局部垮塌，但不会发生连续垮塌而影塌，或虽有局部垮塌，但不会发生连续垮塌而影响建筑物结构的整体稳定性；响建筑物结构的整体稳定性；响建筑物结构的整体稳定性；响建筑物结构的整体稳定性；n n3 3 3 3保证建筑物内财产的安全，防止火灾发生或延保证建筑物内财产的安全，防止火灾发生或延保证建筑物内财产的安全，防止火灾发生或延保证建筑物内财产的安全，防止火灾
7、发生或延缓火灾增长，减少火灾损失；缓火灾增长，减少火灾损失；缓火灾增长，减少火灾损失；缓火灾增长，减少火灾损失；n n4 4 4 4保证相邻建筑物不会被引燃，控制火灾扩散；保证相邻建筑物不会被引燃，控制火灾扩散；保证相邻建筑物不会被引燃，控制火灾扩散；保证相邻建筑物不会被引燃，控制火灾扩散；n n5 5 5 5保证建筑物不会因火灾而对商业运营、生产作保证建筑物不会因火灾而对商业运营、生产作保证建筑物不会因火灾而对商业运营、生产作保证建筑物不会因火灾而对商业运营、生产作业产生较大损失，保护环境。业产生较大损失，保护环境。业产生较大损失，保护环境。业产生较大损失，保护环境。 5 5n n（二）建筑
8、物性能化防火设计的主要内容：（二）建筑物性能化防火设计的主要内容：（二）建筑物性能化防火设计的主要内容：（二）建筑物性能化防火设计的主要内容：n n建筑物性能化消防设计的核心是建筑物的总体消防安全性建筑物性能化消防设计的核心是建筑物的总体消防安全性能评估。该评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与能评估。该评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与现行规定的规定等效或者是否能达到与该建筑相适应的消现行规定的规定等效或者是否能达到与该建筑相适应的消防安全水平，也是为了进一步修改和完善现有设计方案。防安全水平，也是为了进一步修改和完善现有设计方案。不同功能的建筑物，其评估重点略有差异。一般应至少包不
9、同功能的建筑物，其评估重点略有差异。一般应至少包括下列全部或其中几项内容：括下列全部或其中几项内容：n n1 1确定建筑防火规范设定的评估目标及其相应的定量指确定建筑防火规范设定的评估目标及其相应的定量指标标n n2 2火灾场景确定和火灾设定火灾场景确定和火灾设定n n3 3建筑物的结构特征、性能和防火分区评价建筑物的结构特征、性能和防火分区评价n n4 4人员的特征、特性和安全疏散能力分析与评价人员的特征、特性和安全疏散能力分析与评价n n5 5火灾的蔓延特性预测火灾的蔓延特性预测n n6 6烟气的流动特性预测烟气的流动特性预测n n7 7钢结构耐火性能评价钢结构耐火性能评价n n8 8火灾
10、探测与报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等火灾探测与报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等消防系统的可行性与可靠性分析与评价消防系统的可行性与可靠性分析与评价n n9 9危险性评价与不确定性分析危险性评价与不确定性分析6 6二、建筑物性能化消防设计的二、建筑物性能化消防设计的程序和步骤程序和步骤7 7n n（一）建筑物性能化消防设计的程序n n建筑物性能设计一般由设计师、业主、消防工程咨询专家等共同参与实施。建筑物性能化消防设计的一般程序为：n n1确定建筑物的使用功能和用途、建筑设计的性能设计目标；n n2检查为实现建筑师的设计思想与业主的要求，现行标准中哪些规定无法按规定要求实施，从而确定需
11、要采用性能化设计方法进行设计的问题。 8 8n n确定设计标准过程示意图（1）9 93进行性能化试设计和评估验证 评估结果综合分析过程示意图（2） 1010n n 4修改完善设计并进一步评估验证确定是否满足所确定的消防安全目标 n n防火性能改进决策过程示意图（防火性能改进决策过程示意图（3 3） 1111n n5提交审查与标准。n n（二）性能化设计的基本步骤：n n建筑物性能化防火设计是建筑设计的一部分，一般在建筑的方案设计或扩初设计阶段开始。对于可能需要采用性能化防火设计方法的建筑设计，消防工程师应尽可能早地参与其中。建筑物性能化消防设计一般步骤（图4）：1212n n防火性能化设计步骤
12、图（4）1313n n1 1定定性性设设计计。确确定定建建筑筑物物进进行行性性能能化化设设计计的的范范围围和和目目标标，建建立立一一个个或或几几个个设设计计方方案案, ,收收集集设设计计要要素素，性性能能化化设设计计与与评评估估应应清清楚楚地地阐阐明明消消防防安安全全设设计计目目标标并并根根据设计范围设定更为具体的安全目标。据设计范围设定更为具体的安全目标。n n2 2量量化化分分析析。应应用用火火灾灾科科学学原原理理，采采用用确确定定性性研研究究方方法法或或概概率率性性风风险险评评估估方方法法，评评估估设设计计方方案案。分分析析可可针对一个、几个或全部的分系统进行。分系统如下：针对一个、几个
13、或全部的分系统进行。分系统如下：n n（1 1）火火灾灾在在着着火火部部位位的的增增长长过过程程。目目的的：量量化化火火灾灾增长，为建筑消防设施和消防扑救提供设计依据。增长，为建筑消防设施和消防扑救提供设计依据。n n（2 2）烟烟气气在在着着火火部部位位内内外外蔓蔓延延过过程程。目目的的：确确定定场场所所形形成成人人员员不不可可耐耐受受条条件件产产生生的的时时间间及及火火灾灾探探测测系系统统的响应时间。的响应时间。n n（3 3）火火灾灾在在着着火火部部位位外外的的蔓蔓延延。目目的的：确确定定建建筑筑构构件的耐火等级或抗火能力。件的耐火等级或抗火能力。n n（4 4）建建筑筑消消防防设设施施
14、的的运运作作。目目的的：确确定定火火灾灾探探测测和和防排烟、喷淋等相关系统的的效应。防排烟、喷淋等相关系统的的效应。n n（5 5）消消防防救救援援系系统统。目目的的：消消防防灭灭火火救救援援资资源源组组合合效率的评估。效率的评估。n n（6 6）安全疏散系统）安全疏散系统. .目的：评估建筑的疏散体系。目的：评估建筑的疏散体系。1414n n3目标判定：可采用确定性研究方法，对重大项目同时应使用概率性研究方法。n n（1）确定性研究方法的判定标准是设计对象在假设发生火灾(通常为最不利情况)的基础上, 应该达到的消防安全指标。n n（2）概率性研究方法的判定标准是一个给定事件的可接受的低发生概
15、率。n n4方案产生：在完成上述程序的基础上进行试设计，对试设计进行评估和修改完善设计； 选择和确定最终性能化设计方案。 1515n n（三）性能化设计必须具备的设计要素：（三）性能化设计必须具备的设计要素：n n性能化设计必须收集相关设计要素（图性能化设计必须收集相关设计要素（图5 5），设计），设计要素一般分为：要素一般分为：n n1 1特征要素：建筑物的特征、发生火灾的规模、特征要素：建筑物的特征、发生火灾的规模、人员特征、热释放速率、火焰尺寸、烟量、烟气人员特征、热释放速率、火焰尺寸、烟量、烟气温度、烟密（浓）度、毒性气体浓度等。温度、烟密（浓）度、毒性气体浓度等。n n2 2环境要素
16、：疏散策略、环境影响、构件的耐火环境要素：疏散策略、环境影响、构件的耐火极限、消防队灭火能力等。极限、消防队灭火能力等。n n3 3时间要素：轰燃时间、火在封闭空间内蔓延的时间要素：轰燃时间、火在封闭空间内蔓延的时间、报警系统动作时间、防排烟系统动作时间、时间、报警系统动作时间、防排烟系统动作时间、防火防烟分隔物动作时间、灭火系统动作时间、防火防烟分隔物动作时间、灭火系统动作时间、消防队响应时间、消防扑救时间、疏散时间等。消防队响应时间、消防扑救时间、疏散时间等。n n4 4概率要素：火灾统计数据，建筑消防设施各系概率要素：火灾统计数据，建筑消防设施各系统可靠性数据等。进行性能化评估，如采用概
17、率统可靠性数据等。进行性能化评估，如采用概率性研究方法需增加概率要素。性研究方法需增加概率要素。1616n n收集性能数据过程示意图 （5）1717人员疏散分析方法人员疏散分析方法n n人员安全疏散分析是建筑物性能化消防设计与评估的重要内容之一，其目的是通过计算火灾发展到致使环境条件达到人体耐受极限的时间（ASET）和从火灾发生到人员疏散到安全地点所用的时间（RSET），从而判定人员在建筑物内的疏散过程是否安 全 （ 图 7） 。 判 定 标 准 为 ： 如 果AESTRSET，则可认为人员的疏散过程是安全的；否则，人员的疏散过程应视为不安全，需要修改设计。1818火灾发展与人员安全疏散时间线
18、示意图（7） 19n n（一）ASET的计算n n计算ASET时，通过分析火灾燃烧过程中产生的高热毒性烟气环境对人体生理及心理的影响，从而判定火灾发展达到人员的耐受极限的时间。火灾时建筑物内影响人员安全疏散的主要因素包括：着火空间内的烟气层高度、对人的热辐射、热对流、毒性和可视度、人员的生理与心理特征、建筑物内其他区域内的人员分布状况和疏散条件。n n在性能化设计中，一般如果同时满足以下两个条件，则认为能够保证人员的疏散安全：n n12m以上空间的烟气平均温度不大于180；n n22m以下空间内的烟气温度不超过50且可视度不小于10m。2020n n（二）（二）RESTREST的计算。的计算。
19、n n火灾发生之后，人员疏散行动受诸多环境因素的影响，火灾发生之后，人员疏散行动受诸多环境因素的影响，且不会同时、马上开始。一般，人员疏散时间可由报且不会同时、马上开始。一般，人员疏散时间可由报警时间、人员的疏散预动时间和从开始疏散到到达安警时间、人员的疏散预动时间和从开始疏散到到达安全地点的行动时间组成，即：全地点的行动时间组成，即：n nRSET=RSET=Td+Tpre+TtTd+Tpre+Ttn n式中：式中：TdTd报警时间报警时间n n TpreTpre人员的疏散预动时间人员的疏散预动时间n n TtTt人员疏散行动时间人员疏散行动时间n n1 1报警时间。火灾发展到一定阶段，可燃
20、物燃烧产报警时间。火灾发展到一定阶段，可燃物燃烧产生的火焰、热烟气或辐射热将触发火灾探测与报警装生的火焰、热烟气或辐射热将触发火灾探测与报警装置而发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，置而发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉察觉到火灾征或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉察觉到火灾征兆并且报警。这个过程所耗时间一般视为报警时间。兆并且报警。这个过程所耗时间一般视为报警时间。n n报警时间的长短取决于所采用的火灾探测与报警装置报警时间的长短取决于所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模
21、、着火空间的高度等因素，还应考虑当时建筑内人员的密度及间的高度等因素，还应考虑当时建筑内人员的密度及人员的安全意识与清醒状态等。人员的安全意识与清醒状态等。 2121n n2人员的疏散预动时间。人员的疏散预动时间为人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的之段时间间隔，包括识别时间和反应时间。识别时间为从火灾警报发出后到人员还未开始反应的这一时间段。反应时间为从人员识别警报并开始做出反应至开始直接朝出口方向疏散的时间。与识别阶段类似，反应阶段的时间长短也与建筑空间的环境状况有密切关系，从数秒钟到数分钟不等。n n 3人员疏散行动时间。人员疏散计算主要有水力模型和人员行为模型两种方法。在设计中涉
22、及到人员密度、疏散速度、建筑的有效疏散宽度、建筑的功能与用途、平面布置等参数。2222n n建筑结构耐火安全分析建筑结构耐火安全分析n n建筑火灾是一种损失较大的多发性灾害，火灾后往往建筑火灾是一种损失较大的多发性灾害，火灾后往往会对建筑结构造成一定的破坏和损伤。通过建筑构件会对建筑结构造成一定的破坏和损伤。通过建筑构件的耐火设计，合理确定构件的耐火能力，以限制火灾的耐火设计，合理确定构件的耐火能力，以限制火灾蔓延，保证建筑结构构件的完整，减轻建筑物的火灾蔓延，保证建筑结构构件的完整，减轻建筑物的火灾损害是建筑防火设计中必须考虑的重要内容。损害是建筑防火设计中必须考虑的重要内容。n n（一）结
23、构耐火设计的目标（一）结构耐火设计的目标n n结构耐火一般通过对结构构件采取防火保护措施，使结构耐火一般通过对结构构件采取防火保护措施，使其在火灾中承载力基本不下降。因此，建筑物结构耐其在火灾中承载力基本不下降。因此，建筑物结构耐火设计的总目标可描述为：建筑物中主要受力构件的火设计的总目标可描述为：建筑物中主要受力构件的耐火性能应能在合理的基础上保持建筑结构在火灾条耐火性能应能在合理的基础上保持建筑结构在火灾条件下的安全性和整体稳定性，力求实现结构安全与消件下的安全性和整体稳定性，力求实现结构安全与消防投入的高效统一。结构耐火设计的具体目标可描述防投入的高效统一。结构耐火设计的具体目标可描述为
24、：为：n n1 1减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局减轻结构在火灾中的破坏，避免结构在火灾中局部倒塌影响内部人员安全疏散和造成外部灭火救援困部倒塌影响内部人员安全疏散和造成外部灭火救援困难。难。n n2 2预防因构件破坏而加剧火灾中的热对流和热辐射，预防因构件破坏而加剧火灾中的热对流和热辐射，使火灾蔓延至其它防火分隔空间或相信建筑物。使火灾蔓延至其它防火分隔空间或相信建筑物。n n3 3能为灾后修复提供条件、减少灾后结构的修复费能为灾后修复提供条件、减少灾后结构的修复费用和难度。用和难度。2323n n三、建筑物性能化防火设计的使用范围和社会条件n n建筑物性能化消防设计是建筑物设计的
25、一种可供选择工程设计方法之一,它可以完全按照性能化消防规范或火灾数学模拟与数值分析方法进行,也可以与现行规格式规范一起使用.但在实际工程设计中,并不是所有的建筑物都应该或有必要完全按照性能化的工程方法进行设计。2424n n（一）建筑物性能化防火设计的适用范围（一）建筑物性能化防火设计的适用范围n n建筑物的消防设计必须依据国家现行的防火规范建筑物的消防设计必须依据国家现行的防火规范及相关的工程建筑规范进行及相关的工程建筑规范进行. .只有对于现行国家和只有对于现行国家和地方消防技术规范和标准未明确规定的、或按规地方消防技术规范和标准未明确规定的、或按规范和标准实施确有困难，并影响建筑使用功能
26、的范和标准实施确有困难，并影响建筑使用功能的一些特殊、大型的项目可以就整座建筑物或建筑一些特殊、大型的项目可以就整座建筑物或建筑物中的某些特殊部位进行全部或部分系统的性能物中的某些特殊部位进行全部或部分系统的性能化设计与评估。即使如此，化设计与评估。即使如此，所设计的建筑物的消所设计的建筑物的消所设计的建筑物的消所设计的建筑物的消防安全性能仍不低于现行规范规定的安全水平防安全性能仍不低于现行规范规定的安全水平防安全性能仍不低于现行规范规定的安全水平防安全性能仍不低于现行规范规定的安全水平。一般为：一般为：n n1 1大型的车站、机场、展览馆、体育馆、剧院；大型的车站、机场、展览馆、体育馆、剧院
27、；n n2 2空间高大的商场、超市、物资仓库、物流中心；空间高大的商场、超市、物资仓库、物流中心；n n3 3中庭等共享空间中庭等共享空间n n4 4医药、电子等洁净厂房医药、电子等洁净厂房n n5 5其他性质重要、火灾危险性大、发生火灾后影其他性质重要、火灾危险性大、发生火灾后影响大的建筑。响大的建筑。 2525n n对于现行国家工程建设消防技术标准未作规定的、或执行现行国家工程建设消防技术标准确有困难的功能复杂或空间超大的建筑物，可以就其整体或其中的某些特殊部位进行性能化防火设计。2626n n对于符合下列情况的建筑物，以及其他现行国家工程建设消防技术标准已有明确规定的建筑物，不应采用性能化防火设计的方法进行设计：n n（一）住宅、公寓、宿舍等居住建筑；n n（二）公共建筑的办公室、客房、病房、教室等普通场所；n n（三）甲、乙类厂房、仓库；n n（四）歌舞娱乐放映游艺场所；n n（五）老年人建筑；n n（六）托儿所、幼儿园的儿童用房及儿童游乐厅等儿童活动场所。 27272828
