2019二級消防工程師講義：性能化設(shè)計程序與步驟

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性能化設(shè)計程序與步驟

一、基本程序

建筑消防性能化設(shè)計的基本程序如下：

1)確定建筑的使用功能、用途和建筑設(shè)計的適用標(biāo)準(zhǔn)。

2)確定需要采用性能化設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計的問題。

3)確定建筑的消防安全總體目標(biāo)。

4)進(jìn)行消防性能化試設(shè)計和評估驗(yàn)證。

5)修改、完善設(shè)計，并進(jìn)一步評估驗(yàn)證，確定性能是否滿足既定的消防安全目標(biāo)。

6)編制設(shè)計說明與分析報告，提交審查和批準(zhǔn)。

其中建筑消防性能化試設(shè)計的一般程序如下：

1)確定建筑設(shè)計的總目標(biāo)或消防安全水平及其子目標(biāo)。

2)確定需要分析的具體問題及其性能判定標(biāo)準(zhǔn)。

3)建立火災(zāi)場景，設(shè)定合理的火災(zāi)和確定分析方法。

4)進(jìn)行消防性能化設(shè)計與計算分析。

5)選擇和確定最終設(shè)計(方案)。

建筑消防性能化設(shè)計與計算分析一般應(yīng)包括下列全部或幾項(xiàng)內(nèi)容：

1)針對設(shè)定的性能化分析目標(biāo)，確定相應(yīng)的定量判定標(biāo)準(zhǔn)。

2)合理設(shè)定火災(zāi)。

3)分析和評價建筑的結(jié)構(gòu)特征、性能和防火分區(qū)。

4)分析和評價人員的特征、特性以及建筑和人員的安全疏散性能。

5)計算預(yù)測火災(zāi)的蔓延特性。

6)計算預(yù)測煙氣的流動特性。

7)分析和驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的耐火性能。

8)分析和評價火災(zāi)探測與報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)等消防系統(tǒng)的可行性與可靠性。

9)評估建筑的火災(zāi)風(fēng)險，綜合分析性能化設(shè)計過程中的不確定性因素及其處理方法。

1.消防安全總目標(biāo)

消防安全總目標(biāo)可能包括人員和財產(chǎn)保護(hù)等級或者能夠提供建筑使用的連續(xù)性、古跡或文物保護(hù)和環(huán)境保護(hù)。根據(jù)業(yè)主的需要，不同工程的消防安全總目標(biāo)有所不同，其表述方式也不相同。

建筑防火設(shè)計的總目標(biāo)應(yīng)在進(jìn)行性能化設(shè)計開始之前作為設(shè)計的重點(diǎn)問題，由設(shè)計單位、建設(shè)單位、委托方、公安消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)、消防安全技術(shù)咨詢機(jī)構(gòu)等共同研究確定。

建筑的消防安全總目標(biāo)一般包括如下內(nèi)容：

1)減小火災(zāi)發(fā)生的可能性。

2)在火災(zāi)條件下，保證建筑內(nèi)使用人員以及救援人員的人身安全。

3)建筑的結(jié)構(gòu)不會因火災(zāi)作用而受到嚴(yán)重破壞或發(fā)生垮塌;或雖有局部垮塌，但不會發(fā)生連續(xù)垮塌而影響建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

4)減少由于火災(zāi)而造成商業(yè)運(yùn)營、生產(chǎn)過程的中斷。

5)保證建筑內(nèi)財產(chǎn)的安全。

6)建筑發(fā)生火災(zāi)后，不會引燃其相鄰建筑。

7)盡可能減少火災(zāi)對周圍環(huán)境造成的污染。

建筑的消防安全總目標(biāo)視其使用功能、性質(zhì)及建筑高度而有所區(qū)別，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在上述六個目標(biāo)中確定一個或者兩個目標(biāo)作為主要目標(biāo)，并列出其他目標(biāo)的先后順序。例如，對于人員聚集場所或旅館等公共建筑，其主要目標(biāo)是保護(hù)人員的生命安全;對于倉庫，則更注重于保護(hù)財產(chǎn)和建筑結(jié)構(gòu)安全。建筑火災(zāi)具有確定性和隨機(jī)性的雙重特性，無論采取什么措施，一座建筑的消防安全總是相對的。因此，上述安全目標(biāo)所反映的是與將要發(fā)生的消防投入水平相一致的相對安全水平。這實(shí)際上反映了投資方以及社會公眾的安全期望與建設(shè)投資的關(guān)系。建筑的消防安全水平應(yīng)依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范的規(guī)定和建筑的實(shí)際情況，由設(shè)計單位、建設(shè)單位、委托方、公安消防監(jiān)督機(jī)構(gòu)、消防安全技術(shù)咨詢機(jī)構(gòu)等共同研究確定。

確定建筑的消防安全性能目標(biāo)時，應(yīng)首先將消防安全總目標(biāo)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可量化的性能目標(biāo)，包括：火災(zāi)后果的影響、人員傷亡和財產(chǎn)損失、溫度以及燃燒產(chǎn)物的擴(kuò)散等。

2.性能判定標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計目標(biāo)的性能判定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)能夠體現(xiàn)由火災(zāi)或消防措施造成的人員傷亡、建筑及其內(nèi)部財產(chǎn)的損害、生產(chǎn)或經(jīng)營被中斷、風(fēng)險等級等的最大可接受限度。

常見的性能判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

1)生命安全標(biāo)準(zhǔn)。包括熱效應(yīng)、毒性和能見度等。

2)非生命安全標(biāo)準(zhǔn)。包括熱效應(yīng)、火災(zāi)蔓延、煙氣損害、防火分隔物受損、結(jié)構(gòu)的完整性和對暴露于火災(zāi)中的財產(chǎn)所造成的危害等。

性能判定標(biāo)準(zhǔn)是一系列在設(shè)計前把各個明確的性能目標(biāo)轉(zhuǎn)化成用確定性工程數(shù)值或概率表示的參數(shù)。這些參數(shù)包括：構(gòu)件和材料的溫度、氣體溫度、碳氧血紅蛋白(COHb)含量、能見度以及熱暴露水平。人的反應(yīng)，如決策、反應(yīng)和運(yùn)動次數(shù)在一定的數(shù)值范圍內(nèi)變動。當(dāng)評估某疏散系統(tǒng)設(shè)計是否可行時，需要為計算選擇或假設(shè)合適的數(shù)值以考慮人員暴露于火災(zāi)的判定標(biāo)準(zhǔn)。

一項(xiàng)設(shè)計目標(biāo)可能需要多個性能判定標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證，而一個性能判定標(biāo)準(zhǔn)也可能需要多個參數(shù)值予以支持。但并不是每一個性能目標(biāo)都能夠采用這種方式表達(dá)，因此，在量化時應(yīng)主次有別，把握關(guān)鍵性參數(shù)。

二、設(shè)計步驟

性能化設(shè)計過程可分為若干個步驟，各步驟相互聯(lián)系，最終形成一個整體。其主要步驟包括：

1)確定工程范圍。

2)確定總體目標(biāo)。

3)確定設(shè)計目標(biāo)。

4)建立性能判定標(biāo)準(zhǔn)。

5)設(shè)定火災(zāi)場景。

6)建立試設(shè)計。

7)評估試設(shè)計及性能指標(biāo)判定。

8)確定最終設(shè)計方案。

9)完成報告，編寫設(shè)計文件。

1.確定工程范圍

性能化設(shè)計的第一步就是要確定工程的范圍及相關(guān)的參數(shù)。首先要了解工程各方面的信息，如建筑的特征、使用功能等。對特殊的建筑，如大空間(中庭或倉庫)，或者人員密集的商場、禮堂和運(yùn)動場等要格外關(guān)注。對建筑的工藝特征也要進(jìn)行專門的研討，如特殊的作業(yè)區(qū)、危險物品的使用或儲存區(qū)、昂貴設(shè)備區(qū)以及零故障區(qū)等。

不同使用功能的建筑，其使用者的特征也不同(如住宅建筑與商業(yè)建筑)，使用者特征包括年齡、智力、是否睡覺、體能狀態(tài)等因素。

2.確定總體目標(biāo)

一旦確定了工程的范圍，性能化設(shè)計過程的下一步就是要確定消防安全總目標(biāo)。在消防安全設(shè)計中，消防安全總體目標(biāo)是一個范圍比較廣泛的概念，它表示社會所期望的安全水平。它們主要是用概括性的語言進(jìn)行描述，通常指保護(hù)人類生命和相鄰建筑及其他財產(chǎn)安全等方面的需要。概括地說，消防安全應(yīng)達(dá)到的總體目標(biāo)是：保護(hù)生命、保護(hù)財產(chǎn)、保護(hù)使用功能、保護(hù)環(huán)境不受火災(zāi)的有害影響。

功能目標(biāo)是設(shè)計總體目標(biāo)的基礎(chǔ)，它把總體目標(biāo)提煉為能夠用工程語言進(jìn)行量化的數(shù)值。概括地說，它們指出一個建筑如何才能達(dá)到上述的社會所期望的安全目標(biāo)。功能目標(biāo)通?？捎糜嬃康男g(shù)語加以表征。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，一旦功能目標(biāo)或損失目標(biāo)明確了，人們就必須有一個確定建筑及其系統(tǒng)發(fā)揮作用的性能水平的方法。這項(xiàng)工作是通過性能要求完成的。

性能要求是性能水平的表述。建筑材料、建筑構(gòu)件、系統(tǒng)、組件以及建筑方法等必須滿足性能水平的要求，從而達(dá)到消防安全的總體目標(biāo)和功能目標(biāo)。在設(shè)計時，不僅要能夠量化這些參數(shù)，還應(yīng)對其進(jìn)行計量和計算。例如，要求：將火災(zāi)的傳播限制在起火房間內(nèi)，在煙氣蔓延出起火房間以前通知使用者，保證疏散通道處于可使用狀態(tài)直到使用者到達(dá)安全地點(diǎn)。以上每一個具體要求都涉及建筑及其系統(tǒng)如何工作才能滿足規(guī)定的生命安全總體目標(biāo)和功能目標(biāo)，并且可對每項(xiàng)要求進(jìn)行計量或計算。

3.確定設(shè)計目標(biāo)

設(shè)計目標(biāo)是指為滿足性能要求所采用的具體方法和手段。因此，允許采用兩種方法來滿足性能要求。這兩種方法可以獨(dú)立使用，也可以聯(lián)合使用。

1)視為合格的規(guī)定。包括如何采用材料、構(gòu)件、設(shè)計因素和設(shè)計方法的示例，如果采用了，其結(jié)果就滿足性能要求。

2)替代方案。如果可以證明某設(shè)計方案能夠達(dá)到相關(guān)的性能要求，.或者與視為合格的規(guī)定等效，那么對于與上述“視為合格的規(guī)定”不同的設(shè)計方案，仍可以被批準(zhǔn)為合格。

該性能方法為使用消防安全工程提供了許多機(jī)會。評估替代方案的方法不是特別指定的，所以，事實(shí)上消防安全工程評估將是證明設(shè)計方案是否符合性能規(guī)范的一個主要途徑。消防安全總體目標(biāo)是保護(hù)那些沒有靠近初起火災(zāi)處的人員不致喪命。這一目標(biāo)雖然很容易理解，但卻很難量化。為了達(dá)到這一總體目標(biāo)，其功能目標(biāo)之一就是為人們提供足夠到達(dá)安全地方而不被火災(zāi)吞噬的時間。因此可制定更具體的規(guī)定：即必須保護(hù)人們不受熱、熱輻射和煙氣的侵害。為了達(dá)到這一目標(biāo)，其性能要求之一就是限制起火房間內(nèi)的火災(zāi)蔓延。如果火災(zāi)沒有蔓延到起火房間之外，那么起火房間以外的人員就不會暴露于熱輻射或高溫中，他們受到煙氣的影響也會大大減小。為了滿足這一性能要求，可以制訂防止起火房間發(fā)生轟燃的性能指標(biāo)。其依據(jù)是火災(zāi)蔓延至起火房間之外的情況總是出現(xiàn)在轟燃發(fā)生之后，上層煙氣引燃并使火災(zāi)前鋒開始蔓延之時。工程設(shè)計人員可能會建立一個設(shè)計目標(biāo)，從而將上層煙氣溫度限制在500%，該溫度以下不大可能發(fā)生轟燃。以上就是從一個總體目標(biāo)到建立一種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的整個分析過程。

4.設(shè)定火災(zāi)場景

火災(zāi)場景是對某特定火災(zāi)從引燃或者從設(shè)定的燃燒到火災(zāi)增長到最高峰以及火災(zāi)所造成的破壞的描述?；馂?zāi)場景的建立應(yīng)包括概率因素和確定性因素，也就是說，此種火災(zāi)發(fā)生的可能性有多大，如果火災(zāi)真的發(fā)生了，它是如何發(fā)展和蔓延的。在建立火災(zāi)場景時，應(yīng)主要考慮以下因素：建筑的平面布局，火災(zāi)荷載及分布狀態(tài)，火災(zāi)可能發(fā)生的位置，室內(nèi)人員的分布與狀態(tài)，火災(zāi)可能發(fā)生時的環(huán)境因素等。

設(shè)計火災(zāi)是對某一特定火災(zāi)場景的工程描述，可以用一些參數(shù)，如熱釋放速率、火災(zāi)增長速率、物質(zhì)分解物、物質(zhì)分解率等或者其他與火災(zāi)有關(guān)的可以計量或計算的參數(shù)來表現(xiàn)其特征。

概括設(shè)計火災(zāi)特征的最常用方法是采用火災(zāi)增長曲線。熱釋放速率隨時間變化的“典型”火災(zāi)增長曲線，一般具有火災(zāi)增長期、最高熱釋放速率期、穩(wěn)定燃燒期和衰減期等共同特征。每一個需要考慮的火災(zāi)場景都應(yīng)該具有這樣的設(shè)計火災(zāi)曲線。

5.建立試設(shè)計并進(jìn)行評估

在本步驟中，應(yīng)提出多個消防安全設(shè)計方案，并按照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行評估，以確定最佳的設(shè)計方案。

評估過程是一個不斷反復(fù)的過程。在此過程中，許多消防安全措施的評估都是依據(jù)設(shè)計火災(zāi)曲線和設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行的。例如增加感煙探測器或自動噴淋裝置，修改通風(fēng)特征，變更建筑材料、內(nèi)裝修和建筑內(nèi)部擺設(shè)等因素，都可在本步驟內(nèi)進(jìn)行評估。在評估不同的方案時，清楚地了解該方案是否達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)是很重要的。

設(shè)計目標(biāo)是一個指標(biāo)。其實(shí)質(zhì)是性能指標(biāo)(如起火房間內(nèi)轟燃的發(fā)生)能夠容忍的最大火災(zāi)尺寸，這可以用最大熱釋放速率來描述其特征。例如，為了達(dá)到防止轟燃發(fā)生的目標(biāo)，一種替代方法是使用自動噴水滅火系統(tǒng)。為了保證其有效性，自動噴水滅火系統(tǒng)必須在起火房間到達(dá)轟燃階段以前啟動并控制火災(zāi)的增長。縱覽世界上各種消防安全工程方法，以下一些基本因素總是在性能化設(shè)計評估中被充分考慮：起火和發(fā)展、煙氣蔓延和控制、火災(zāi)蔓延和控制、火災(zāi)探測和滅火、通知居住者和組織安全疏散、消防部門的接警和現(xiàn)場救助。

試設(shè)計完成后即可選定最終設(shè)計方案。

6.完成報告，編寫設(shè)計文件

分析和設(shè)計報告是性能化設(shè)計能否被批準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。該報告需要概括分析和設(shè)計過程中的全部步驟，并且報告分析和設(shè)計結(jié)果所提出的格式和方式都要符合權(quán)威機(jī)構(gòu)和客戶的要求。該報告包括：

1)工程的基本信息。

2)分析或設(shè)計目標(biāo)。包括制訂此目標(biāo)的理由。

3)設(shè)計方法(基本原理)陳述。包括所采用的方法，為什么采用，做出了什么假設(shè)，采用了什么工具和理念。

4)性能評估指標(biāo)。

5)火災(zāi)場景的選擇和設(shè)計火災(zāi)。

6)設(shè)計方案的描述。

7)消防安全管理。

8)參考的資料、數(shù)據(jù)。

有關(guān)性能判定標(biāo)準(zhǔn)的確定請見《消防安全技術(shù)實(shí)務(wù)》第五篇第四章的有關(guān)內(nèi)容。

從總體看，性能化設(shè)計是一個發(fā)展方向，但就目前的技術(shù)支持條件看，也存在一些問題和缺點(diǎn)。

首先，社會各界對它的接受程度不一;另外，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，性能化分析和設(shè)計過程需要在分析、計算和設(shè)計文件制作上花費(fèi)更多的工程時間。

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