建筑物性能化防火设计概述

建筑物性能化防火设计概述演讲人：主要内容：1建筑物性能化防火设计方法与技术的产生与发展2建筑物性能化防火设计技术的研究与应用现状3建筑物性能化防火设计技术导则、规范介绍4建筑物性能化防火设计实例介绍一、建筑物性能化防火设计方法与技术的产生与发展1、产生与发展•随着城市各类公共建筑的快速发展，新技术、新材料等的不断出现，建筑艺术创新和建筑功能不断复杂、综合化，各国现行处方式的建筑设计规范在某些方面难以适应新建筑的发展与创新需求，出现了许多现行规范难以解决的消防设计问题，20世纪80年代出现了“以性能为基础的防火安全设计方法”(performance-basedfiresafetydesignmethod)的概念，到现在为止以性能为基础的防火安全设计方法(简称“性能化防火设计方法”)已被10多个国家所接受，并成为当前国际建筑防火设计领域研究的重点。一、建筑物性能化防火设计方法与技术的产生与发展1、产生与发展•消防安全工程学随着火灾科学和火灾模化技术的飞速发展而应运而生，主要研究火灾理论和消防技术在工程中的应用。该学科的不断发展和完善，使得建筑物性能化防火设计成为可能，进而推动了建筑设计防火规范的变革。•建筑物性能化防火设计主要利用消防安全工程学的手段，量化火灾危险性、火灾危害性和可能发生的火灾，并分析评价为将火灾造成的后果限定在预定的规模和危害所必须采取的经济有效的消防安全措施。它是应用消防安全工程学的原理和方法进行建筑防火设计的过程。2、现行建筑防火规范面临的主要问题•指令性规范对设计过程的各个方面做出具体规定，然而对该设计方案所能达到的性能水准则不甚明了。现行的指令性规范也存在着一些致命的弱点:1)由于历史的原因，现行规范之间和规范中有关条文之间常常出现互不沟通、相互矛盾的现象，即设计方法之间无法形成一个完整的闭环系统，无法实现系统性。2、现行建筑防火规范面临的主要问题2)无法给出统一、清晰的整体安全度水准。现行规范适用于各类建筑，而各种建筑风格、类型和使用功能的差异，则无法在现行规范中给予明确的区别，因此，从现行规范给出的设计结果中得知各建筑所达到的安全水准是否一致，当然也无法知道一幢建筑内各种安全设施之间是否能协调工作，以及综合作用的安全程度如何。2、现行建筑防火规范面临的主要问题3)跟不上新技术、新工艺和新材料的发展。指令性规范严格的定量规定妨碍设计人员使用新的研究成果进行设计，尽管这样的设计可能导致系统安全程度的提高和投入的减少，但很可能会与规范要求不符。大多数指令性规范的条款来源于对历次火灾经验教训的总结，这种经验总结不可能涵盖所有的影响因素，尤其是随着各类建筑型式的发展而出现的新问题，更不可能是规范编写者在几年甚至十几年前编写规范时就能全部考虑到的。2、现行建筑防火规范面临的主要问题4)限制了设计人员创造力的发展。具体的规范条文常常限制了设计人员的想象力，无形中僵化了人们的思维。与此同时，设计者对规范中未规定或规定不具体的地方，也会因盲目性而导致设计结果的失误。2、现行建筑防火规范面临的主要问题5)无法充分体现人的因素对整体安全度的影响。建筑是为人类的生产和生活服务的，人的素质无疑在很大程度上影响着建筑防火安全的水平，比如人的生产、生活习惯，楼宇物业管理水平，人在火灾中的心理状态等都在事实上成为安全设计的主要考虑因素，然而现行规范中无法充分体现该类因素的作用。一、建筑物性能化防火设计方法与技术的产生与发展3、建筑物性能化防火设计方法与传统设计方法之比较•我国现行的消防技术规范可称为“规格式”或“处方式”规范，它是根据总结过去的科学实验成果、实践经验和火灾教训制定的，在相当长的一段时期发挥了重要的作用。•性能化防火设计思想强调建筑物消防设计的整体性，综合考虑消防设计的各个技术要素，注重安全目标的实现，因此有助于建筑消防设计实现科学化、合理化和成本效益优化，有利于发挥设计人员的主观创造性，有利于新产品和新材料的开发研制以及新技术的推广。两种设计方法的安全目标一致，但解决问题的方式和手段不同。一、建筑物性能化防火设计方法与技术的产生与发展3、建筑物性能化防火设计方法与传统设计方法之比较•性能化防火规范主要用于解决一些特殊建筑的设计，而规格式规范用于常规建筑的防火设计。性能化设计方法是规格式设计方法的有益补充，无需完全替代规格式设计方法，两者将会在相当长的一段时间内并存。熟练掌握规格式规范对恰当运用性能化防火规范、提高性能化防火设计水平是有益、必要的。•建筑防火设计最终应达到的安全目标是：•①防止起火及火势扩大，减少财物损失；•②保证安全疏散，确保生命安全；•③保护建筑结构不致因火灾而损坏或波及邻房；•④为消防救援提供必要的设施。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3、我国在此领域需重点解决的问题1、国外的研究与应用现状•性能化的防火设计方法是20世纪80年代中期由英国和日本首先提出的。到目前为止，性能化的防火设计方法在国际上已受到广泛的关注，其中英国、日本、澳大利亚、加拿大、芬兰、新西兰、美国等国在这一领域发展比较迅速。•1970年代初，英国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。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•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。•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。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•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开始进行《SFPE消防工程手册》的编写。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。•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，NFPA、NIST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颁布了性能化防火设计工程指南。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。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》。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。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。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。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”分技术委员会（SC4）从事这方面的工作。目前，已完成了《计算方法的评估、验证和确认》、《数据指南》、《火灾风险评估指南》、《设定火灾场景和设定火灾的选择》、《火羽流的计算方法》、《烟气层计算方法》、《顶棚射流计算方法》、《开口气流的计算方法》等标准，《设计行为和设计人员行为场景的选择》正在制定中。•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。目前国外在建筑性能化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模型名称作者机构特征ASETL.Y.CooperD.W.StroupNIST单室CCFM-VENTSL.Y.CooperG.P.ForneyNIST多室多层CFASTW.W.Jones、R.D.PeacockG.P.Forney、P.RenekeR.PortierNIST最多能模拟30个房间，30个风管，5台风机的情况COMPBRNIIIN.SiuV.HoUniversityofCAatL.A单室，应用于核能设施COMPF2V.BabrauskasNIST单室，轰燃后FIRSTH.W.EmmonsH.E.MitlerNIST单室WPI/FIRED.B.SatterfieldJ.R.BarnettWPI单室，ceilingvents区