一、引言

    目前，我國建筑防火設(shè)計(jì)是依據(jù)有關(guān)《規(guī)范》進(jìn)行的，這種設(shè)計(jì)被稱為“規(guī)范化設(shè)計(jì)”。隨著社會(huì)的進(jìn)步，這種設(shè)計(jì)方法越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代建筑所表現(xiàn)出的“形式多樣、功能復(fù)雜”的特點(diǎn)。從80年代開始，國際建筑界和火災(zāi)科研界已有許多學(xué)者在倡導(dǎo)“性能化防火設(shè)計(jì)”也可稱之為“火災(zāi)安全工程設(shè)計(jì)法”。這種設(shè)計(jì)方法不僅可使建筑物的防火設(shè)計(jì)更合理，而且，能夠節(jié)約大量的消防投資費(fèi)用，使火災(zāi)防治方案更為科學(xué)、經(jīng)濟(jì)。

    二、性能化設(shè)計(jì)方法的必要性和步驟

    經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，火災(zāi)是難免的。減少火災(zāi)及其損失每一項(xiàng)的設(shè)計(jì)方案都不是完美無缺的。我們只是在尋找一個(gè)更科學(xué)，更合理的方案。實(shí)踐證明，性能化設(shè)計(jì)在現(xiàn)階段是比較靈活合理的一種設(shè)計(jì)方法，更適應(yīng)現(xiàn)代建筑發(fā)展的需要。

    (一)現(xiàn)代建筑的發(fā)展趨勢的特點(diǎn)：

    外觀體量的龐大化、摩天化，顯示了現(xiàn)代建筑的雄偉和神奇，各類功能場所在一起，共同組成一個(gè)建筑群，甚至一個(gè)超大規(guī)模的建筑物，建筑高度不斷增高，這給消防滅火的登高作業(yè)、內(nèi)攻偵察、火場供水等都帶來了不少困難。結(jié)構(gòu)外殼的輕靈化、通透化，創(chuàng)新了現(xiàn)代建筑的風(fēng)格與形象；新穎的鋼結(jié)構(gòu)使建筑的跨度增大，荷載減少；玻璃或金屬的幕墻的運(yùn)用使建筑外形日趨明快。但這些卻都造成建筑的耐火等級(jí)的降低，建筑構(gòu)件的耐火極限的縮短，也造成豎向防火分隔難以實(shí)施。內(nèi)部環(huán)境的互融化，智能化，豐富了現(xiàn)代建筑的情趣和內(nèi)涵，花園式室內(nèi)庭院；集中控制的樓宇設(shè)施，將整個(gè)建筑融為一體，相映生輝，產(chǎn)生充滿韻味的空間組合，給人以舒適和貫通的感覺。但是傳統(tǒng)的建筑防火分區(qū)的措施難以落實(shí)，火災(zāi)的排煙更加困難。

    現(xiàn)代建筑發(fā)展的趨勢迫切要求有與之相適應(yīng)設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn)。

    (二)性能化設(shè)計(jì)的幾個(gè)步驟

    “性能化設(shè)計(jì)”的主要目的在于解決某些現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)方案超過《規(guī)范》設(shè)定要求的問題。主要步驟有：

    1.防火安全目標(biāo)

    防火安全目標(biāo)是安全系統(tǒng)最終應(yīng)達(dá)到的總體效果，安全目標(biāo)中還包括兩個(gè)較為具體的項(xiàng)目“性能目標(biāo)和性能標(biāo)準(zhǔn)。性能目標(biāo)是消防系統(tǒng)必須滿足的建筑物在防火、滅火等方面的具體要求。性能標(biāo)準(zhǔn)更加量化，它是指單個(gè)消防設(shè)備或整個(gè)系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)，性能標(biāo)準(zhǔn)所提供的臨界值可以在設(shè)計(jì)方案中作為計(jì)算數(shù)據(jù)使用。

    2.建筑物內(nèi)部的可燃物、人員等的具體特征，并確定設(shè)計(jì)指標(biāo)。

    3.建立火災(zāi)場景模型。

    該過程涉及到防火設(shè)計(jì)中一些十分關(guān)鍵的問題，如點(diǎn)火源性狀、起火點(diǎn)位置、可燃物種類、火災(zāi)荷載、建筑布局等，該過程同時(shí)應(yīng)該給出火災(zāi)試驗(yàn)及計(jì)算過程需要的技術(shù)條件。

    4.選擇分析計(jì)算方法

    5.制定設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行評(píng)估

    6.對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核，并最終確定設(shè)計(jì)方案

    總之，“性能化防火設(shè)計(jì)”和“性能化防火規(guī)范”是建筑消防設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，要大力開展對(duì)“火災(zāi)安全工程學(xué)”的研究，研究適用于建筑工程設(shè)計(jì)的消防評(píng)估方法和評(píng)估模型，開發(fā)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，為逐步建立和完善“性能化防火設(shè)計(jì)”創(chuàng)造條件。

    三、性能化設(shè)計(jì)的火災(zāi)安全工程理論基礎(chǔ)

    建筑工程消防設(shè)計(jì)包括：總平面設(shè)計(jì)、防火分隔和建筑構(gòu)造、安全疏散、消防給水和固定滅火系統(tǒng)、采暖通風(fēng)和防排煙及電氣等內(nèi)容。

    要建立火災(zāi)場模型，也是必須基于火災(zāi)燃燒理論及火災(zāi)中煙氣的流動(dòng)理論。下面僅以安全疏散的“火災(zāi)安全工程理論”為代表，對(duì)“火災(zāi)安全工程理論”加以簡要說明。

    (一)火災(zāi)中的釋熱速率

    釋熱速率時(shí)表示火災(zāi)發(fā)展的一個(gè)主要參數(shù)。

    Q = φ×m×ΔH(Kj/s)

    式中 :φ燃燒速率因子

    m 可燃物質(zhì)量燃燒速率(Kg/s)

    ΔH該可燃物的熱值(Kj/Kg)

    一般認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識(shí)典型物品的火災(zāi)燃燒特性，據(jù)此估計(jì)特定火災(zāi)中的釋熱速率。因此盡可能以全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)來對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行研究。

    (二)火災(zāi)煙氣產(chǎn)生的特性

    火災(zāi)煙氣是一種混合物，由于它的減光性、毒性和高溫的影響，使得煙氣對(duì)火災(zāi)中被困人員生命的威脅最大。

    1.火災(zāi)煙氣的來源

    火災(zāi)煙氣一般來源于：

    1)可燃物熱解或燃燒產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物

    2)由于卷吸而進(jìn)入的空氣

    3)多種微小固體顆粒和液滴

    2.煙氣的減光性

    煙氣的減光性一般根據(jù)測量一定光束穿過煙場后的強(qiáng)度衰落值來確定。設(shè)I0位易光遠(yuǎn)射入長度給定的空間的強(qiáng)度，I為射出強(qiáng)度，其比值I/IO成為該空間的透射率。透射慮倒數(shù)的常用對(duì)數(shù)成為煙氣的光學(xué)密度。即：

    D = lg(I0/I)

    而單位長度光學(xué)密度：D0 = lg(I0/I)

    根據(jù)BeerLambert定律：

    I = I0×exp(- KC)

    式中：KC—減光系數(shù)

    KC = - ln(I/IO)/L

    KC = 2.303D0

    由于煙氣的減光性的作用，人們在有煙場合下的能見度必然下降。煙氣的減光性對(duì)人員的安全疏散構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

    3.煙氣的毒性

    火災(zāi)中具有毒性的煙氣，最普遍的是CO。火災(zāi)中死亡人員一般是CO中毒。還有許多高分子聚合物的燃燒釋放出有毒氣體�；馂�(zāi)中缺氧僅是一種特殊情況，并不常見。煙氣的毒性不僅來自氣體，也來自懸浮固體顆粒和吸附煙塵粒子上的物質(zhì)。

    4.煙氣的高溫

    一般煙氣具有較高的溫度。人在高溫下個(gè)人承受極限時(shí)間：5-10分鐘。但目前火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)為：一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)暴露的安全溫度為：65100℃

    (三)煙氣的流動(dòng)

    根據(jù)流體的特性，流動(dòng)煙氣的寬度一般等于空間的寬度。由煙氣流動(dòng)的質(zhì)量守恒可得：

    Q = B × hy × wsy (m3/s)

    式中：Q空間流動(dòng)煙氣的體積流量

    B—空間寬度(m)

    hy — 煙層厚度(m)

    wsy—煙氣水平流動(dòng)速度(m/s)

    ∴wsy = Q / B × hy

    由力學(xué)平衡式得：

    (ρk ρy)ghy = ζ(ρywsy)/2

    式中：ρk —空間的冷空氣密度

    ρy—空間的煙氣層的平均密度

    ζ—折算系數(shù)

    ∴(ρk ρy)ghy = ζρy /2*(Q/Bhy)2

    由實(shí)驗(yàn)得ζ= 0.9

    ∴ hy = 0.9[(273+tk)/(tytk)]1/3*(Q/B)2/3

    式中：Q空間煙氣的平均流動(dòng)速度(m/s)

    tk空間的冷空氣的溫度(℃)

    ty空間流動(dòng)的煙層的平均溫度(℃)

    四、火災(zāi)模型在性能化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

    在火災(zāi)安全工程理論的基礎(chǔ)上，我們可以結(jié)合實(shí)際的建筑物，建立火災(zāi)模型，用工程學(xué)的方法加以解析，得到科學(xué)合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。

    近年來已經(jīng)開發(fā)的火災(zāi)模型有許多中，但設(shè)計(jì)方向大致有兩個(gè)。一是采取既定的設(shè)計(jì)方案，按一定的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。二是調(diào)用“人員及建筑物”在火災(zāi)時(shí)的反應(yīng)狀況，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行估算。后者的設(shè)計(jì)方向較為理想化，但因?yàn)榛馂?zāi)場景的設(shè)定數(shù)據(jù)比較難以確定，現(xiàn)有數(shù)據(jù)的數(shù)量也相對(duì)較少，而且現(xiàn)階段已確定的數(shù)據(jù)，可靠性沒有保證。建筑火災(zāi)的實(shí)際情況也不盡相同，所以在現(xiàn)階段，這種設(shè)計(jì)方法較難實(shí)現(xiàn)。因此，就其可行性而言，一般選用既定的工程學(xué)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)建筑物的實(shí)際情況加以計(jì)算，并對(duì)結(jié)果的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

    五、我國性能化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及前景

    《高規(guī)》第1.0.5條：當(dāng)高層建筑的建筑高度超過250m時(shí)，建筑設(shè)計(jì)防火應(yīng)對(duì)特殊的防火設(shè)施進(jìn)行專題研究，并應(yīng)提交國家消防主管部門組織專題研究論證。就是針對(duì)現(xiàn)代建筑“摩天化”的特點(diǎn)而提出的。而專家論證的本質(zhì)就是一種性能化設(shè)計(jì)。我國自90年代以來，摩天大樓在各大城市如雨后春筍般悄然升起；火車站、飛機(jī)場和大型集貿(mào)市場等大空間建筑層出不窮；智能建筑也在一些發(fā)達(dá)地區(qū)不斷興起。但消防法規(guī)的建設(shè)卻顯得滯后。所以現(xiàn)階段我國的建筑行業(yè)迫切地呼喚消防設(shè)計(jì)的改革。在我國，此項(xiàng)工作大致可分為以下三個(gè)步驟推進(jìn)：

    用現(xiàn)有的規(guī)范對(duì)給定的建筑作出符合規(guī)范的消防設(shè)計(jì)，而后，在“規(guī)范化設(shè)計(jì)”的基礎(chǔ)之上，對(duì)既定的設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案，運(yùn)用工程學(xué)理論加以確證。所以第一步驟可以稱之為“規(guī)范化設(shè)計(jì)”和“性能化設(shè)計(jì)”的結(jié)合。

    以工程學(xué)理論為指導(dǎo)，對(duì)指令性規(guī)范作出合理的修改，制定“性能化規(guī)范”。如前所述，對(duì)火災(zāi)場景的設(shè)定在現(xiàn)階段還不能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于模型的建立只能是向“按部就班”的方向發(fā)展，制定一部以性能為基礎(chǔ)的規(guī)范還是有必要的。

    通過計(jì)算機(jī)這一工具，建立火災(zāi)場景模型。要建立火災(zāi)場景模型，其工作量十分繁重。所以必須有數(shù)據(jù)庫來支持，而且，其中的數(shù)據(jù)也必須具有一定的可靠性。

    六、結(jié)束語

    本文中所提到的“性能化設(shè)計(jì)”，也僅限于民用建筑，避免了建筑防火設(shè)計(jì)的先天不足，減輕了日后防火工作的壓力；火災(zāi)場景模型的建立，為將來的火災(zāi)調(diào)查工作奠定了基礎(chǔ)；火災(zāi)蔓延的場景預(yù)想，也為滅火預(yù)案的制定提供了參考。性能化設(shè)計(jì)將消防工作一體化，真正的做到：“以防為主，防消結(jié)合!”