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對(duì)建筑工程性能化防火設(shè)計(jì)的思考論文
摘要:為科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)建筑工程的消防安全目標(biāo),保障建筑工程消防安全,筆者通過(guò)學(xué)習(xí)《黑龍江省建設(shè)工程性能化防火設(shè)計(jì)應(yīng)用導(dǎo)則》,對(duì)建筑工程“性能化”防火設(shè)計(jì)的理解,并與傳統(tǒng)的按照規(guī)范條文進(jìn)行防火設(shè)計(jì)的“處方式”規(guī)范設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了比較,指出了“性能化”設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。另外,文章還指出了“性能化”防火設(shè)計(jì)應(yīng)注意的一些問(wèn)題,并對(duì)該設(shè)計(jì)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:性能化 處方式 建筑工程 防火設(shè)計(jì)
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,建筑工程正在朝智能化、結(jié)構(gòu)化、功能多樣化和形態(tài)美學(xué)化方向發(fā)展。然而,傳統(tǒng)的建筑工程防火設(shè)計(jì)是按照“處方式”規(guī)范來(lái)進(jìn)行的,這種“處方式”規(guī)范規(guī)定了詳細(xì)的設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo),因而具有設(shè)計(jì)的局限性,使設(shè)計(jì)出來(lái)的建筑工程單調(diào)而呆板。因此,傳統(tǒng)的“處方式”防火設(shè)計(jì)方法越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代建筑的飛速發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始,美國(guó)就提出了“以性能為基礎(chǔ)的防火設(shè)計(jì)”新概念,并開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)的“處方式”建筑防火安全設(shè)計(jì)法規(guī)體系進(jìn)行改革,提出了制定“以性能為基礎(chǔ)的防火規(guī)范”的新思路。性能化設(shè)計(jì)規(guī)范為設(shè)計(jì)人員提供了很大的靈活性,也使設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。由于性能化防火設(shè)計(jì)的方法與傳統(tǒng)的“處方式”設(shè)計(jì)方法相比具有許多優(yōu)越性,所以很快成為建筑防火的一種新理念,得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
一、性能化防火設(shè)計(jì)的概念
所謂性能化防火設(shè)計(jì),是建立在消防安全工程學(xué)基礎(chǔ)上的一種新的建筑防火設(shè)計(jì)方法,是針對(duì)特定建筑對(duì)象確立消防安全目標(biāo),提出消防安全問(wèn)題的解決方案,并采用被廣泛認(rèn)可或驗(yàn)證為可靠的分析工具和方法,對(duì)方案設(shè)計(jì)在建筑對(duì)象中的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行確定性和隨機(jī)性定量分析,以判斷不同解決方案所體現(xiàn)的消防安全性能是否滿足消防安全目標(biāo),從而得到最優(yōu)化的防火設(shè)計(jì)方案,為建筑結(jié)構(gòu)提供最合理的防火保護(hù)。它是傳統(tǒng)消防設(shè)計(jì)方法的一種替代辦法,描述能夠達(dá)到某種規(guī)定性能水平的設(shè)計(jì)。
建筑防火設(shè)計(jì)最終應(yīng)達(dá)到的安全目標(biāo)是:
1、防止起火及火勢(shì)擴(kuò)大,減少財(cái)物損失;
2、保證安全疏散,確保生命安全
。3、保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)不致因火災(zāi)而損失或波及鄰房;
4、為消防救援提供必要的設(shè)施。為此,建筑物防火安全設(shè)計(jì)須對(duì)建筑規(guī)劃、結(jié)構(gòu)耐火性能、防火分區(qū)劃分、內(nèi)部裝修、防火設(shè)備、防排煙系統(tǒng)及避難對(duì)策等方面做出考慮。應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)行的、條文式的設(shè)計(jì)方法對(duì)上述的問(wèn)題都有相對(duì)獨(dú)立、完整的考慮。但存在的最大弱點(diǎn)是沒(méi)有清晰、統(tǒng)一的安全水準(zhǔn),無(wú)法體現(xiàn)各消防系統(tǒng)間的協(xié)同功效,并導(dǎo)致綜合經(jīng)濟(jì)性低下。但是,消防安全的性能化設(shè)計(jì)方法能夠考慮到項(xiàng)目所特有的危險(xiǎn)和防護(hù)這些危險(xiǎn)所特有的消防安全措施,可以實(shí)現(xiàn)綜合性的消防對(duì)策,所有系統(tǒng)都綜合其中,而不是分別獨(dú)立設(shè)計(jì)的,人們除了可增進(jìn)對(duì)潛在的損失了解外,這種綜合性工程方法通常可提供更具體成本-效率的建筑防火設(shè)計(jì)方案。
二、性能化消防安全設(shè)計(jì)的基本步驟
筆者認(rèn)為,一個(gè)完整的性能化消防安全設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該分為七個(gè)基本步驟:
。1)確定性能化防火設(shè)計(jì)的工程范圍與內(nèi)容。首先要了解工程各方面的信息,如建筑的特征,使用功能等;其次對(duì)建筑的工藝特征做專(zhuān)門(mén)的研究,如非同一般的作業(yè)區(qū)、危險(xiǎn)物品的使用或儲(chǔ)存區(qū)、昂貴設(shè)備區(qū)以及零故障區(qū)等;再次就是不同使用功能的建筑,其使用者特征也不同(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(jué)、體能狀態(tài)等因素。
。2)確定消防安全總體目標(biāo)、功能目標(biāo)和性能目標(biāo)。在消防安全設(shè)計(jì)中,消防安全設(shè)計(jì)總體目標(biāo)是一個(gè)范圍比較廣泛的概念,它表示的是社會(huì)所期望的安全水平。概括地說(shuō),消防安全應(yīng)達(dá)到的總體目標(biāo)應(yīng)該是保護(hù)生命、保護(hù)財(cái)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(jì)總目標(biāo)的基礎(chǔ),它把總目標(biāo)提煉為能夠用工程語(yǔ)言進(jìn)行量化的數(shù)值,指出了一個(gè)建筑物怎樣才能達(dá)到總體目標(biāo)中所要求的社會(huì)期望的安全目標(biāo)。性能目標(biāo)及性能要求,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)到消防安全總體目標(biāo)和功能目標(biāo)。
。3)將定性的消防安全目標(biāo)轉(zhuǎn)化為定量的性能化判據(jù);九袚(jù)如下:a.生命安全判據(jù)。煙氣層的高度下限、煙氣層和火焰的溫度上限、煙氣層內(nèi)毒性氣體的濃度上限、煙氣透過(guò)能見(jiàn)度下限、人員從建筑內(nèi)最不利位置疏散到安全地點(diǎn)所需時(shí)間等。b.結(jié)構(gòu)安全判據(jù)。對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全起至關(guān)重要作用的重點(diǎn)構(gòu)件的承溫上限、耐火極限等。c.環(huán)境安全判據(jù)。煙氣的濃度上限、腐蝕性燃燒生成物的濃度上限等。
。4)確定火災(zāi)場(chǎng)景;馂(zāi)場(chǎng)景是對(duì)某特定火災(zāi)從引燃或者從設(shè)定的燃燒到火災(zāi)增長(zhǎng)到最高峰以及火災(zāi)所造成的破壞的描述。在建立火災(zāi)場(chǎng)景時(shí),應(yīng)考慮的因素包括: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(shí)的環(huán)境因素等。
。5)建立設(shè)計(jì)火災(zāi)“熱釋放速率-時(shí)間”變化曲線。綜合考慮火災(zāi)場(chǎng)景中燃料、點(diǎn)火源、通風(fēng)狀況、空間分布、火災(zāi)發(fā)生時(shí)主動(dòng)式消防系統(tǒng)的動(dòng)作情況等因素,確定火災(zāi)載荷、火災(zāi)規(guī)模的大小和增長(zhǎng)趨勢(shì)、以及發(fā)生轟燃的可能性,采用火災(zāi)增長(zhǎng)曲線,熱釋放速率隨時(shí)間變化的典型火災(zāi)增長(zhǎng)曲線,一般具有火災(zāi)增長(zhǎng)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(gè)需要考慮的火災(zāi)場(chǎng)景都應(yīng)該具有這樣的設(shè)計(jì)火災(zāi)曲線。
(6)提出和評(píng)估設(shè)計(jì)方案。評(píng)估過(guò)程是一個(gè)不斷反復(fù)的過(guò)程。在此過(guò)程中,許多消防安全措施的評(píng)估都是依據(jù)設(shè)計(jì)火災(zāi)曲線和設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行的。像增加報(bào)警裝置和自動(dòng)噴淋裝置、對(duì)通風(fēng)特征的修改、變更建筑材料、內(nèi)裝修和建筑內(nèi)部擺設(shè)等因素,都在該步驟進(jìn)行評(píng)估。在評(píng)估不同的方案時(shí),清楚地了解該方案是否達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)是很重要的。在性能化設(shè)計(jì)評(píng)估過(guò)程中一些基本因素通常需要被充分考慮,即: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(cè)和滅火;通知居住者和組織安全疏散;消防部門(mén)的接警和現(xiàn)場(chǎng)救助等。
。7)編制報(bào)告和說(shuō)明。分析和設(shè)計(jì)報(bào)告是性能化設(shè)計(jì)能否被批準(zhǔn)的關(guān)鍵因素。該報(bào)告需要概括分析和設(shè)計(jì)過(guò)程的全部步驟,并且報(bào)告分析和設(shè)計(jì)結(jié)果所提出的格式和方式都要符合審查機(jī)構(gòu)和建筑業(yè)主的要求。
三、性能化消防安全設(shè)計(jì)與處方式消防安全設(shè)計(jì)的比較
傳統(tǒng)的建筑消防安全設(shè)計(jì)被國(guó)外稱(chēng)為“處方式”設(shè)計(jì),將傳統(tǒng)的建筑防火規(guī)范稱(chēng)為“處方式”規(guī)范!疤幏绞健币(guī)范簡(jiǎn)單明了,便于設(shè)計(jì)方案的制定!疤幏绞健币(guī)范中給出的設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo)是在總結(jié)過(guò)去的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和火災(zāi)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上確定的,具有一定的實(shí)用性。應(yīng)該說(shuō),“處方式”規(guī)范為社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步做出了十分巨大的貢獻(xiàn),但從社會(huì)發(fā)展看,現(xiàn)形的“處方式”規(guī)范也存在著以下一些突出的問(wèn)題:
a、規(guī)范中有關(guān)條文之間常常出現(xiàn)互不溝通,相互矛盾的現(xiàn)象,條文與條文之間無(wú)法解釋清楚;
b、傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只能給出局部保障,無(wú)法給出一個(gè)統(tǒng)一、清晰的整體安全度水準(zhǔn);
c、部分技術(shù)問(wèn)題國(guó)家消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未規(guī)定或未能涵蓋,跟不上新技術(shù)、新工藝和新材料的發(fā)展;
d、限制了設(shè)計(jì)人員主觀創(chuàng)造力的發(fā)展,無(wú)法充分體現(xiàn)人的因素對(duì)整體安全度的影響。
因此,“處方式”規(guī)范和設(shè)計(jì)方法在客觀上存在著相當(dāng)大的局限性。而性能化消防安全設(shè)計(jì)是運(yùn)用消防安全工程學(xué)的原理和方法,考慮火災(zāi)本身發(fā)生、發(fā)展和蔓延的基本規(guī)律,結(jié)合實(shí)際火災(zāi)中積累的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)對(duì)建筑物及其內(nèi)部可燃物的火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合分析和計(jì)算,從而確定性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)指標(biāo);然后再預(yù)設(shè)各種可能起火的條件和由此所造成的火、煙蔓延途徑以及人員疏散情況來(lái)選擇相應(yīng)的消防安全工程措施并評(píng)估、核定預(yù)定的消防安全目標(biāo)是否已達(dá)到;最后再視具體情況對(duì)設(shè)計(jì)方案作調(diào)整、優(yōu)化。其主要思想是在消防設(shè)計(jì)時(shí)僅提出建筑消防安全所需要的性能要求或指標(biāo),而不直接要求設(shè)計(jì)人員為此而必須采用某些特定的解決方法。如何達(dá)到這一指標(biāo)要求,采取什么樣的工程措施則由設(shè)計(jì)人員自己確定,但是設(shè)計(jì)人員最終要向?qū)徍巳藛T證明其所選擇的工程解決方法是安全可靠的,所采用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法是得到公認(rèn)的,審核人員也要利用相應(yīng)的評(píng)估工具檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是否達(dá)到了安全目標(biāo)。
與傳統(tǒng)的消防安全設(shè)計(jì)相比,性能化消防安全設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)
。1)性能化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了一座建筑的獨(dú)特性能或用途、某個(gè)特定風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者的需要;
。2)性能化設(shè)計(jì)注重安全目標(biāo)的達(dá)到,而不考慮采取什么樣的途徑,有利于發(fā)揮防火設(shè)計(jì)人員的主觀創(chuàng)造性;
。3)性能化設(shè)計(jì)根據(jù)工程需要,為開(kāi)發(fā)和選擇替代消防方案提供了方法;
(4)性能化設(shè)計(jì)可在安全水平方面與替代設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較,通過(guò)這種對(duì)比機(jī)制,可確定安全等級(jí)與成本之間的最佳點(diǎn);
(5)性能化設(shè)計(jì)要求在分析中使用多種分析工具,從而提高了工程精度,并可產(chǎn)生更具有革新性的設(shè)計(jì);
。6)性能化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了一種新的消防戰(zhàn)略,即消防系統(tǒng)是作為一個(gè)整體考慮的,而不是孤立地進(jìn)行設(shè)計(jì);
。7)性能化設(shè)計(jì)能夠?yàn)楸kU(xiǎn)部門(mén)提供可靠的建筑安全評(píng)估報(bào)告,有利于保險(xiǎn)部門(mén)參與建筑的消防工作。
四、性能化消防安全設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
從總體看,性能化設(shè)計(jì)是一個(gè)發(fā)展的方向,但就目前的技術(shù)支撐條件看,也存在一些問(wèn)題。首先,社會(huì)各界對(duì)它的接受程度不一;另外,與“處方式”設(shè)計(jì)相比,性能化分析和設(shè)計(jì)過(guò)程需要在分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)文件制作上花費(fèi)更多的工程時(shí)間。增加了工程設(shè)計(jì)的人力投入,帶來(lái)了較高的設(shè)計(jì)成本。綜合起來(lái)看,目前使用性能化方法還存在一些技術(shù)問(wèn)題:如性能判斷標(biāo)準(zhǔn)不一致;對(duì)火災(zāi)中人員的行為假設(shè)的成分過(guò)多或預(yù)測(cè)性火災(zāi)模型中存在未得到很好證明或者沒(méi)有廣泛理解的局限性;火災(zāi)模型沒(méi)有將不確定性因素考慮進(jìn)去;設(shè)計(jì)過(guò)程常常要求專(zhuān)業(yè)人員在超出他們專(zhuān)業(yè)之外的領(lǐng)域工作。
五、性能化設(shè)計(jì)的未來(lái)展望
由于性能化消防安全設(shè)計(jì)的目的是以最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法從系統(tǒng)安全的角度將火災(zāi)的損失控制在最低限度。從而保證總體消防安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),其設(shè)計(jì)方法具有靈活性和科學(xué)性,比傳統(tǒng)“處方式”消防設(shè)計(jì)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。因此,目前這種設(shè)計(jì)已成為世界各國(guó)建筑消防設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì),是不可抗拒的潮流。隨著消防安全工程的快速發(fā)展,消防安全工程學(xué)已隨著其潛力、復(fù)雜性以及應(yīng)用性而在基礎(chǔ)理論、方法學(xué)和實(shí)用工具領(lǐng)域得到較大的發(fā)展,性能化設(shè)計(jì)方法將會(huì)越來(lái)越完善。
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