建筑物性能化防火设计讲稿

公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng建筑物性能化防火设计技术导则倪照鹏天津市卫津南路110号（300381）电话：[phone]TechnicalGuidelineofBuildingPerformance-BasedFireSafetyDesign公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng建筑物性能化防火设计技术导则1性能化设计方法与技术的产生与发展背景2性能化设计技术在国内外的研究与应用现状3性能化设计方法与传统设计方法的比较4性能化设计技术应用中应注意的几个问题探讨5建筑物性能化设计技术导则介绍6建筑性能化设计实例介绍公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng1新技术、新材料等的不断出现与现行标准之间的矛盾2各国标准不同，相互之间协调困难，阻碍了相互贸易的发展和产品与技术的进一步推广3随着建筑艺术创新和建筑功能不断复杂、综合化，我国现行处方式的建筑设计防火规范在一定程度上已不适应高、大、奇、特的多功能复杂建筑的发展与创新需要。一、性能化设计方法与技术的产生与发展背景公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng一、性能化设计方法与技术的产生与发展背景•消防安全工程学是随着火灾科学和火灾模化技术的飞速发展而应运而生的，主要研究火灾理论在工程中的应用，从而催生了建筑物性能化防火设计，推动了建筑设计防火规范的变革。•建筑物性能化防火设计就是应用消防安全工程学的原理和方法进行的建筑防火设计。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng1概述•建筑物性能化防火设计是伴随建筑创新和新技术、新材料的应用而产生的一种全新的设计理念，也是近30年来消防安全工程学发展的必然结果及其原理、方法在建筑设计中的应用。•建筑物性能化防火设计研究是当前国际消防科学技术研究最为活跃的领域之一。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状•1国外的研究与应用现状•2国内的研究与应用现状公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng•一些发达国家，如英国、瑞典、澳大利亚、新西兰、美国等国较早地开展了消防安全工程应用的研究。我国也在这方面开展了大量研究工作。•性能化防火设计的研究重点在于研究分析火灾发展过程及其危害的方法。多年来，各国相应开展了相关专题研究，如火灾增长分析、烟气运动分析、人员安全疏散分析、建筑结构耐火安全分析和火灾风险评估等，有些国家还在此基础上制订了建筑物性能化防火设计规范或消防安全工程应用指导文件。2.1国外的研究与应用现状公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•1970年代初以建筑内火灾时的烟气控制为主要课题开始建筑物性能化设计的研究，于1983年出版了《建筑烟气控制》，1985年对建筑规范进行了修订，并引入了性能化的理念。同时，还编制了建筑规范《消防安全》的支持文件《批准的文件B》，对火灾预防和为大多数常见的火灾场景设计作了处方式规定。•1993到1994年，英国组织编写了《国家消防安全工程基础课程》。1997年颁布了BSDD240《建筑消防安全工程》，规定了性能化设计过程，但对具体设计方法未强制规定，设计者既可选择处方式防火设计方法，也可采用性能化防火设计方法。•2004年末发行的BSDD9999《建筑设计、施工和使用消防安全规范》允许更广泛地采用性能化的方法，并大量取代《批准的文件B》中处方式的要求。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•BSDD240引入了风险分析方法，并将其作为评估总体危险的重要技术，确定了单座建筑内不同消防措施之间的相对重要性，推荐组织设计评审组方式将建筑作为一个整体来评估其安全性能。该指南建立了一个“路线图”，人们可以沿该“路线图”将问题逐一解决，并系统地为每个问题指出解决方法。但要为设计者提供所需数据，在这些系统化的解决方法中，仍存在许多需进一步研究的问题。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•美国从1970年代开始研究与性能化防火设计和评估相关的课题。1986年美国国家消防研究基金会（NFPRF）组织开展了国家火灾风险评估研究项目，并开发出了FRAMEworks分析工具。同时，美国消防工程师学会(SFPE)开始进行《SFPE消防工程手册》的编辑工作。该手册是消防安全工程应用方法的基础，也是支持性能化消防安全设计的主要参考材料。•1991年，21世纪消防安全设计会议在麻省伍斯特市的伍斯特工学院召开。该会议对性能化消防安全设计方法和规范在美国的研究起了推动作用。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•1996年SFPE组织开展了性能化规范、标准、消防安全工程与设计方法的研究。此后，美国消防协会、美国标准技术研究院和美国的3个模式规范制定组织（ICBO、SBCCI、BOCA）、马里兰州大学等在这方面相继开展了大量研究工作。•2000年，SFPE颁布了性能化设计工程导则，确定了建筑实行性能化设计的步骤。2001年美国发布了《国际建筑性能规范》、《国际防火性能规范》草稿，并于2005年定稿出版。此外，近几年NFPA也编制或修订多项包含性能化内容的标准，如NFPA101,101A，92B等。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•澳大利亚于1989年成立了建筑规范审查工作组，起草性能化的《国家建筑消防安全系统规范》。1996年颁布执行以性能为基础的《澳大利亚建筑规范》。该规范在执行过程中既可以按指令性规定，也可以按照性能化要求进行设计。此外还编制了《澳大利亚建筑性能化设计指南》，给出了具体的设计方法和相关参数。•2001年11月澳大利亚发行了《消防安全工程指南》用于指导本国性能化设计的开展。此后，与加拿大国家研究院规范中心、美国国际标准委员会和新西兰建筑业管理部门合作对《消防安全工程指南》进行修订，使其成为适用于上述这些国家的国际性指南，于2004年12月正式出版并改名为《国际消防工程指南》。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•新西兰1992年颁布了新的《新西兰建筑规范》，其中就有性能化内容，规定在建筑设计时应将火灾的发生和发展、疏散方式、火灾蔓延、以及建筑结构在火灾中的稳定性等作为火灾安全设计标准。1993年全面实施以性能为基础的防火设计规范。《新西兰建筑规范》是世界上第一部比较完整的性能化设计规范。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•加拿大1980年代初开始建筑性能化设计的研究。1994年制定并确定了主要研究方向和内容。2001年发布了性能目标为基础的建筑规范和防火规范草案，其要求以不同层次的目标形式表述。•2005年正式发布了以目标为基础的规范。•以性能为基础的系统是针对目标、性能要求进行评估；而以目标为基础的系统则是针对可接受的方案的进行比较，其设计包括：目标、功能描述、可接受方案、意图描述、应用描述。通过这些步骤，可以帮助人们获取各项可接受方案的信息，更好地理解这些方案。同时也能够基于这些方案提出更加合理的新方案。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•国际标准化组织（ISO）从1990年开始组织性能化设计标准的研究。ISO/TC92“消防安全”专门成立了“消防安全工程”分委员会（SC4）从事这方面的工作。目前，已完成了《设计火灾场景与设计火灾的选择方法》、《火灾安全工程计算方法的评估、验证与确认》、《火灾安全工程所需数据》、《轴对称火羽流的计算方法》、《烟层计算方法》、《轴对称顶棚喷射火计算方法》、《通分排烟计算方法》、《火灾风险评估指南》和《人的行为与运动评价》等9项标准的起草工作。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•日本在1982～1987年间开展了“建筑物消防安全性能评估方法的研究”，1989年出版了《建筑物综合防火设计》。1993～1998年开展了“消防安全性能评估方法的研究”，制定了性能化建筑消防安全框架。1996年对《建筑标准法》进行修订，并向性能化规范转变。该标准于2000年6月发布实施，它仍是处方式方法，但在安全疏散方面体现了性能化方法。•1999年日本内政部消防和灾害管理局组织开展了“火灾危险的消防安全对策研究”，开展一系列与性能化消防安全技术相关的研究。2000年1月，《消防安全实施令》公开征求意见，该令包含了建筑物综合消防安全设计和建筑材料与结构的火灾性能评估方法。•目前，日本的相关研究主要集中于开发和验证数学分析模型以及完整的建筑性能化防火设计技术标准。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状•经过近30年的研究，消防安全工程应用即建筑物性能化防火设计的主要技术问题已基本解决，开发了不少分析计算模型，基于消防安全工程学原理的建筑标准也有少数国家已发布出版。•国外利用性能化方法进行建筑防火设计的案例相对比较少，如德国、美国约占总建筑数量的3～5％，主要针对一些特殊建筑。公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng2.1国外的研究与应用现状目前国外在建筑性能化设计和评估方面的研究主要集中在：•编制消防安全工程应用技术标准•验证有关计算分析模型和开发基于人的心理的疏散模型•研究定量分析建筑火灾风险和消防安全水平的方法•隧道火灾时人员的安全疏散与隧道火灾灭火技术•研究结合计算机模拟技术和实验方法开展火灾试验的方法•建筑的结构整体试验与热反应分析方法和技术公安部天津消防研究所TIANJINFIRERESEARCHINSTITUTE2006年6月23日NiZhaoPeng现有火灾模型：区域模型和场模型•区域火灾模型，也称有限元模型。它的运算速度快，预测结果较为精确，对预测结果也容易解释。每个房间分为有限多个控制体（称为区域），并假定每个区域内部具有一致的参数，即每个区域内部的任何一点都具有相同的温度、烟气密度及燃烧产物浓度。一般，每个房间被划分为两层，分别代表房间内的上层与下层，在火源房间分为三个控制体，除上下两层外，还有一个火羽流控制体。根据对实际火灾的实验观察，房间内存在两个明显的层，因此，假设房间内的状态仅沿地板到顶板垂直方向变化，在水平方向没有变化。尽管在同一层内能够测量到状态参数的变化，但这种变化同层与层之间的差别相比很小。在大多数情况下，区域模型能够得到一个相对现实的模拟结果。公安部天津消防研究所TIANJ