建筑工程性能化防火设计及实践
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摘要：本文对建筑工程性能化防火化的目的、原则、主要内容等进行了阐述，并详细介绍了某公共场所的具体性能化防火设计方案，供参考。
关键词：性能化 防火设计 实践
中图分类号：U664.88 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）10-
1.性能化防火设计的介绍
性能化设计是以某些安全目标作为设计的目标，以综合安全性能的分析和评估为基础的一种工程性的方法。性能化防火设计是建立在火灾科学和消防工程科学基础上的。性能化防火设计方法是按照建筑的结构以及用途和可燃物等情况，对其火灾危险性进行定量评估，进而得到最合理的防火设计方案，给建筑物最优的防火保护。
1.1 性能化防火设计的设定原则
建筑工程的性能化防火设计是建立在消防安全工程科学的基础上，对火灾现场进行火灾风险的定性分析，使用国家权威机构完全认可的判定标准对设计方案进行优化评估，使得建筑工程的消防安全目标得以实现的建筑设计新方法。性能化防火设计是以火灾的危险性以及经济的适用性为基础，根据火灾发生的条件、规律、危害特性以及建筑特征、使用人员状况来确定建筑防火设计。
1.2 性能化防火设计的主要内容
建筑防火的控制目标有两个方面，一是要建立主动的防御体系，二是要建立被动的防御体系。建立完整的防御体系包括以下的内容：
1.2.1 通过增强建筑材料的耐火等级以及抗燃烧性能，来降低建筑工程发生火灾的危险性。对易燃的建筑材料要经过相应的的防火技术处理，使其达到难燃或非燃的效果，或通过限制其使用的范围和数量等措施，提高建筑物的材料抗御和阻止燃烧的能力，来减少建筑物本身的火灾负荷。
1.2.2 按照一定的技术要求来划分防火分区，将火灾可以控制在期望的范围内，最大程度地减少其产生的损失。划分防火分区应改变单一的，以建筑面积和楼层划分防火分区的传统做法，而是综合考虑划分范围内的保护物资的价值以及防火分隔设施与经济投入的比例关系。除此之外，火灾的规律和特征等其他因素也要进行考虑。
1.2.3 要做到消防安全的疏散出口和通道以及紧急避难与逃生设施的最优化设置，必须保证最大程度地减少人员的伤亡和财产的损失。
1.2.4 设置完善可靠的供电设备和灭火的设施，使灭火物资得到充足供应。确保灭火的物资及设施能够完全满足扑救火灾的全部需要，进而可以尽快地扑灭火灾。
1.2.5 科学合理设置防排烟设施，有效控制烟气蔓延及其危害。烟气是当火灾现场的物质燃烧时产生的主要物质，有效控制烟气有利于有效的制止火灾的蔓延和扩大，也有利于安全疏散火场的被困人员，使得救援人员可以有效实施灭火工作。
1.3 性能化防火设计的步骤
一个完整的性能化防火设计过程主要分为以下步骤：
1.3.1 确定性能化防火设计的工程范围与内容。
1.3.2 确定消防安全总体目标、功能目标和性能目标。
1.3.3 将定性的消防安全目标转化为定量的性能化判据。
1.3.4 确定火灾场景。
1.3.5 建立设计火灾“热释放速率―时间”变化曲线。
1.3.6 提出设计方案并进行评估。
1.3.7 编制报告和说明。
2.某大型商场性能化防火设计
2.1 建筑工程概况
本文以裙楼商场为研究对象。某大型的建筑综合体，使用功能多样，具有办公、商场、娱乐、餐饮、健身等功能，属高层民用建筑，耐火等级为一级。该商场位于建筑裙房一至四层和地下一、二层，地上一层及地下各层层高为 6m，地上二至四层高为4. 5m，商场建筑面积约7. 4 万 m2，单层面积12500 m2，每层划分四个防火分区，结合地形特点，建筑在首层、地下一层、地下二层均可直通室外，商场的店铺种类繁多且大小、分布不均匀，给防火设计带来一定影响。本文就最不利部位
进行研究，该防火分区面积为 3900 m2，人员数量依据《建筑设计防火规范》以及《商店建筑设计规范》设计。
2.2 重要参数的确定
可用安全疏散时间是火灾发展到致使环境条件达到人体耐受极限的时间。必须安全疏散时间是人员疏散到安全地点所用的时间，包括探测时间、准备时间和疏散移动时间。
人员安全疏散的基本条件是可用安全疏散时间大于必需安全疏散时间，则可实现人员的疏散安全。
2. 2.1 人员安全疏散判据
人员安全疏散的判定标准应同时满足的条件是：（1）2m 以上空间内的烟气平均温度不大于 180℃；（2）2m 以下空间内的烟气温度不超过 60℃ 且可视度不小于 10m。（3）在烟气的吸入高度内，二氧化碳浓度不得超过 1% （体积百分比），一氧化碳浓度不得超过 2500ppm。
2. 2.2 人员密度的确定
对于商业建筑性能化防火设计，人员密度是一个重要参数。本文按照《商店建筑设计规范》，（JGJ 48 ―2011）的要求进行设置。地下商店营业部分疏散人数，可按照每层营业厅和为顾客服务用房的使用面积之和乘以人员密度指标（人/）来计算，其人员密度指标应按下列规定确定：第一、二层，每层换算系数为 0. 85；第三层，换算系数为 0. 77；
第四层及以上各层，每层换算系数为 0. 60。
2. 2.3 计算面积的确定
对于计算面积的确定，根据《建筑设计防火规范》第 5. 3. 17 款的规定，地上商店的面积折算值宜为 50% -70%。本文折算值取 50%。
2.3 性能化防火设计方案
2.3.1 建筑消防设计难题及相应对策
本消防设计难题为消防疏散设计方面。因该商场每层建筑面积较大，受其地形条件、使用功能、平面布置及首层疏散要求等限制，其疏散楼梯、出口疏散宽度不能满足现行规范要求。就该商场一层防火分区 1 而言，设计疏散宽度为 15m，而依据《建筑设计防火规范》和《商店建筑设计规范》要求，其疏散宽度不应小于 3900 ×0. 5 × 0. 85 ÷ 100 = 16. 58m，不能满足要求。
为加强该建筑主体消防安全，设计单位提出了下列强于现行规范的消防安全措施，并提请开展性能化防火设计分析评估。
（1）建筑裙房商业部分与塔楼办公部分采取设置耐火极限不低于 2. 00h 的不燃烧体楼板和耐火极限不低于 2. 00h、高度不小于 1. 20m 的不燃烧体裙墙进行分隔。（2）建筑立面设置长度不小于周边长度 1/3 的消防扑救面，以便于火灾施救。（3）严格限制建筑内部装修材料性能，建筑顶棚、墙面采用 A 级不燃材料、其他各部位必须采用不低于 B1 级材料进行装修，设置自动喷水灭火系统和火灾自动报警系统后，也不得降低。（4）安全出口前端设置人员疏散集散区，集散区面积不小于 25m2，且在其范围内不准设置影响人员疏散的设施。（5）建筑设置自动喷水灭火系统、火灾自动报警系统、机械排烟系统，防烟楼梯、前室分别设置机械正压送风系统。（6）本建筑内采用的电气线路采用矿物绝缘电缆。（7）提高消防应急照明照度和应急时间，疏散集散区、楼梯间、防烟前室、安全疏散通道、封闭防火隔离区、主通道等的地面最低水平照度不低于10. 0lx，商业营业厅通道的地面最低水平照度不应低于 5. 0lx；应急照明时间不得低于 90min。
2.3.2 性能化设计内容
本次性能评估的主要目标是：在本建筑其它消防安全措施均正常工作，测试当商场一层防火分区 1内发生火灾时，能否保障各层的所有人员顺利疏散出去。本文中就商场一层防火分区 1 进行研究，各个防火分区之间发生火灾时用防火卷帘分隔，假设起火后，各层的电梯停止工作，防火卷帘放下。防火分区 1 共有11 个防烟分区，11 个排烟口，每个排烟口的排烟量按防烟分区面积乘以排烟量120m3（h / m2）来计算的，一个补风口，补风量为最大防烟分区面积乘以补风量60m3（h / m2）来计算，有七个补风口。
本文假设商场内温度为 20℃，压力为一个大气压，不考虑风速的影响。同时假设每个分区内商店的门均是打开的，防火卷帘在自动报警器探测到火灾发生以后放下，且起到很好的分隔作用。
2.3.3 火源设计
通过实测的火灾荷载情况得出，一楼的火灾荷载和人流量最大，危险性最大。结合起火的可能性，本文中确定两个起火点，分别位于 1 号店铺和 2 号店铺。该商场采用的喷头是快速反应喷头，动作温度是 68℃，动作时间是 132s，根据现场统计的火灾荷载，确定了火源热释放速率分别为 1. 05MW 和1. 49MW。当水喷淋系统工作时，可以认为火灾热释放速率不再增大，或者火源被扑灭。按保守估计，本研究的火源设计热释放率按 5MW 来进行设计。
2.3.4 火灾场景设计
防火分区 1 共分为 11 个防烟分区。该区域共设置两个火灾场景，火灾场景的设置如表 1 和图2所示。
2.4 火灾评估分析
2.4. 1 烟气运动分析
通过相关软件来模拟商场的 2 个火灾场景中的温度以及能见度的情况，得到火灾到达危险状态所需的时间。
2.4. 2 人员疏散分析
火灾情况下，人员疏散大致可简化为报警时间、响应时间和疏散运动时间三个阶段。探测报警时间是根据建筑内所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空间的高度等条件来确定。
2.4. 3 结果分析
通过对评估数据进行分析，说明了在商场的各消防设施完好并正常工作状态下，商场一层防火分区 1的安全疏散出口疏散宽度设计为 15m 能够保证商场人员的安全疏散。
3.结束语
上述分析发现，该商场在采取一系列强于规范的消防安全措施后，通过火灾荷载调查、性能化防火设计和火灾场景评估分析，在消防系统正常工作的情况下，其疏散宽度可以在规范要求下做适当放宽，既保证了建筑消防安全，也保证其功能布置的适用性、节省建筑防火成本。性能化防火设计是建立在假设条件基础上的理论模拟论证，当假设条件发生变化时，相应结论也会发生较大变化，所以，对于采取性能化设计评估的建筑，应当加强其消防安全管理，确保假设条件的连贯性，提升消防设施完好性，以保证建筑消防安全。
参考文献
[1] 杜兰萍，基于性能化的大尺度公共建筑防火策略研究[D]，天津大学，2007