一、引言

　　目前，我國建筑防火設計是依據有關(guān)《規范》進(jìn)行的，這種設計被稱(chēng)為“規范化設計”。隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，這種設計方法越來(lái)越難以適應現代建筑所表現出的“形式多樣、功能復雜”的特點(diǎn)。從80年代開(kāi)始，國際建筑界和火災科研界已有許多學(xué)者在倡導“性能化防火設計”也可稱(chēng)之為“火災安全工程設計法”。這種設計方法不僅可使建筑物的防火設計更合理，而且，能夠節約大量的消防投資費用，使火災防治方案更為科學(xué)、經(jīng)濟。

　　二、性能化設計方法的必要性和步驟

　　經(jīng)濟不斷發(fā)展，火災是難免的。減少火災及其損失每一項的設計方案都不是完美無(wú)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，性能化設計在現階段是比較靈活合理的一種設計方法，更適應現代建筑發(fā)展的需要。

　�。ㄒ唬┈F代建筑的發(fā)展趨勢的特點(diǎn)：

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

　　現代建筑發(fā)展的趨勢迫切要求有與之相適應設計方法的出現。

　�。ǘ�）性能化設計的幾個(gè)步驟

　　“性能化設計”的主要目的在于解決某些現代建筑設計方案超過(guò)《規范》設定要求的問(wèn)題。主要步驟有：

　　1.防火安全目標

　　防火安全目標是安全系統最終應達到的總體效果，安全目標中還包括兩個(gè)較為具體的項目“性能目標和性能標準。性能目標是消防系統必須滿(mǎn)足的建筑物在防火、滅火等方面的具體要求。性能標準更加量化，它是指單個(gè)消防設備或整個(gè)系統的有關(guān)技術(shù)指標，性能標準所提供的臨界值可以在設計方案中作為計算數據使用。

　　2.建筑物內部的可燃物、人員等的具體特征，并確定設計指標。

　　3.建立火災場(chǎng)景模型。

　　該過(guò)程涉及到防火設計中一些十分關(guān)鍵的問(wèn)題，如點(diǎn)火源性狀、起火點(diǎn)位置、可燃物種類(lèi)、火災荷載、建筑布局等，該過(guò)程同時(shí)應該給出火災試驗及計算過(guò)程需要的技術(shù)條件。

　　4.選擇分析計算方法

　　5.制定設計方案并進(jìn)行評估

　　6.對設計方案進(jìn)行審核，并最終確定設計方案

　　總之，“性能化防火設計”和“性能化防火規范”是建筑消防設計的發(fā)展趨勢，要大力開(kāi)展對“火災安全工程學(xué)”的研究，研究適用于建筑工程設計的消防評估方法和評估模型，開(kāi)發(fā)計算機設計軟件，為逐步建立和完善“性能化防火設計”創(chuàng )造條件。

　　三、性能化設計的火災安全工程理論基礎

　　建筑工程消防設計包括：總平面設計、防火分隔和建筑構造、安全疏散、消防給水和固定滅火系統、采暖通風(fēng)和防排煙及電氣等內容。

　　要建立火災場(chǎng)模型，也是必須基于火災燃燒理論及火災中煙氣的流動(dòng)理論。下面僅以安全疏散的“火災安全工程理論”為代表，對“火災安全工程理論”加以簡(jiǎn)要說(shuō)明。

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　　釋熱速率時(shí)表示火災發(fā)展的一個(gè)主要參數。

　　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）

　　一般認為，應當通過(guò)實(shí)驗來(lái)認識典型物品的火災燃燒特性，據此估計特定火災中的釋熱速率。因此盡可能以全尺寸火災試驗來(lái)對這些參數進(jìn)行研究。

　�。ǘ�）火災煙氣產(chǎn)生的特性

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

　　1.火災煙氣的來(lái)源

　　火災煙氣一般來(lái)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測量一定光束穿過(guò)煙場(chǎng)后的強度衰落值來(lái)確定。設I0位易光遠射入長(cháng)度給定的空間的強度，I為射出強度，其比值I/IO成為該空間的透射率。透射慮倒數的常用對數成為煙氣的光學(xué)密度。即：

　　D = lg（I0/I）

　　而單位長(cháng)度光學(xué)密度：D0 = lg（I0/I）

　　根據BeerLambert定律：

　　I = I0×exp（- KC）

　　式中：KC—減光系數

　　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(chǎng)合下的能見(jiàn)度必然下降。煙氣的減光性對人員的安全疏散構成嚴重威脅。

　　3.煙氣的毒性

　　火災中具有毒性的煙氣，最普遍的是CO�；馂闹兴劳鋈藛T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�；馂闹腥毖鮾H是一種特殊情況，并不常見(jiàn)。煙氣的毒性不僅來(lái)自氣體，也來(lái)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。但目前火災危險評估數據為：一段時(shí)間內連續暴露的安全溫度為：65100℃。

　�。ㄈ�）煙氣的流動(dòng)

　　根據流體的特性，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：

　�。é裬 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

　　∴（ρk ρy）ghy = ζρy /2*（Q/Bhy）²

　　由實(shí)驗得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、火災模型在性能化設計中的應用

　　在火災安全工程理論的基礎上，我們可以結合實(shí)際的建筑物，建立火災模型，用工程學(xué)的方法加以解析，得到科學(xué)合理的設計參數。

　　近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的火災模型有許多中，但設計方向大致有兩個(gè)。一是采取既定的設計方案，按一定的程序進(jìn)行設計，然后對計算結果進(jìn)行評價(jià)。二是調用“人員及建筑物”在火災時(shí)的反應狀況，對設計結果進(jìn)行估算。后者的設計方向較為理想化，但因為火災場(chǎng)景的設定數據比較難以確定，現有數據的數量也相對較少，而且現階段已確定的數據，可靠性沒(méi)有保證。建筑火災的實(shí)際情況也不盡相同，所以在現階段，這種設計方法較難實(shí)現。因此，就其可行性而言，一般選用既定的工程學(xué)設計方法，根據建筑物的實(shí)際情況加以計算，并對結果的安全性進(jìn)行評價(jià)。

　　五、我國性能化設計的現狀及前景

　　《高規》第1.0.5條：當高層建筑的建筑高度超過(guò)250m時(shí)，建筑設計防火應對特殊的防火設施進(jìn)行專(zhuān)題研究，并應提交國家消防主管部門(mén)組織專(zhuān)題研究論證。就是針對現代建筑“摩天化”的特點(diǎn)而提出的。而專(zhuān)家論證的本質(zhì)就是一種性能化設計。我國自90年代以來(lái)，摩天大樓在各大城市如雨后春筍般悄然升起；火車(chē)站、飛機場(chǎng)和大型集貿市場(chǎng)等大空間建筑層出不窮；智能建筑也在一些發(fā)達地區不斷興起。但消防法規的建設卻顯得滯后。所以現階段我國的建筑行業(yè)迫切地呼喚消防設計的改革。在我國，此項工作大致可分為以下三個(gè)步驟推進(jìn)：

　　用現有的規范對給定的建筑作出符合規范的消防設計，而后，在“規范化設計”的基礎之上，對既定的設計參數和設計方案，運用工程學(xué)理論加以確證。所以第一步驟可以稱(chēng)之為“規范化設計”和“性能化設計”的結合。

　　以工程學(xué)理論為指導，對指令性規范作出合理的修改，制定“性能化規范”。如前所述，對火災場(chǎng)景的設定在現階段還不能實(shí)現，對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的規范還是有必要的。

　　通過(guò)計算機這一工具，建立火災場(chǎng)景模型。要建立火災場(chǎng)景模型，其工作量十分繁重。所以必須有數據庫來(lái)支持，而且，其中的數據也必須具有一定的可靠性。

　　六、結束語(yǔ)

　　本文中所提到的“性能化設計”，也僅限于民用建筑，避免了建筑防火設計的先天不足，減輕了日后防火工作的壓力；火災場(chǎng)景模型的建立，為將來(lái)的火災調查工作奠定了基礎；火災蔓延的場(chǎng)景預想，也為滅火預案的制定提供了參考。性能化設計將消防工作一體化，真正的做到：“以防為主，防消結合！”