陈思帆

(公安消防部队公安高等专科学校，云南 昆明 650208)

近年来，随着经济和科技的快速发展，各式各样的高层建筑和大型综合体建筑如雨后春笋一样鳞次栉比。加之建筑工艺的日益精进，建筑外保温新材料的不断投入使用，使得现代建筑逐渐向大型化，复杂化，功能化的趋势发展。这些建筑往往体量大，使用功能复杂，人口密度大，建筑形式及结构多种多样，同时也存在更多的着火源和可燃物，为消防安全带来诸多问题[1]。一旦发生火灾， 建筑物内部燃烧速度快，火灾蔓延途径多，疏散和扑救都极为困难，易造成极大的损失和伤亡，威胁人民群众的财产安全。因此，如何能够有效利用现有的防火技术进行设计并最大化的保障建筑消防安全是新时期下赋予我们的一个新课题[2]。

目前，在我国建筑防火设计中，最传统的方法即“规格式设计”，也就是业内所称的“处方法”，顾名思义它是一种基于场所的类型，对照国家最新的技术规范和行业标准所进行的设计[3]。虽然依照"规格式设计"方法对建筑进行防火设计具有一定的科学性和合理性，但对于现代建筑而言，每栋建筑物的结构和用途以及可燃物的数量和种类都不同。所以根据规范所作出的建筑防火设计方案，并不一定是最完美的解决方案。可见"规格式设计"方法所设计的方案存在着相当大的局限性。因此对于当今的建筑防火设计，非常需要建立一种更加科学合理，并可以达到本质安全的设计方法，建筑性能化防火设计方法就是在这种条件下产生的[4]。

1 性能化防火设计简介

性能化防火设计依据《关于印发< 建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定> 的通知》(公消[2009]52号)第二条，建设工程消防性能化设计评估(以下简称性能化设计评估)，是指根据建设工程使用功能和消防安全要求，运用消防安全工程学原理，采用先进适用的计算分析工具和方法，为建设工程消防设计提供针对性的防火设计参数和方案，或对建设工程消防设计方案进行综合分析评估，完成相关技术文件的工作过程。

建筑性能化防火设计的主体思想是在做建筑整体防火设计时提出本质消防安全所需要的性能要求或技术指标，而不是直接要求设计者为达到此目的必须采用规定的设计方法。如何达到这一指标要求，采取什么样的工程措施则由设计者自身决定，但最终设计者要向建筑防火设计审核者证明其所设计的建筑防火方案是满足要求的，审核者则需使用相应的评估工具检验方案设计是否符合消防安全的总体目标。

性能化防火设计相较于 "规格式设计"具有以下四点优点：

(1)有利于实现防火设计的科学合理化和成本效益最大化。因为性能化防火设计是统筹考虑建筑物整体的防火设计，综合考虑防火设计因素，并不按照其中某个部分孤立研究。

(2)有利于设计者发挥其创造性。因为传统的规格式防火设计依规行事，必须按照现行设计标准和规范，将每一个技术因素考虑的仔细周全，局限了设计者的思路。而性能化防火设计只需要考虑建筑物整体的消防安全目标是否达到，能否满足消防安全要求，至于选择什么方法进行设计则完全取决于设计者。

(3)有利于新技术和新材料的使用和推广。性能化防火设计在使用和推广新材料和新技术上有其得天独厚的优势，因为其设计方法灵活多变，更能满足现代高层建筑及大型综合体的建筑设计要求。

(4)有利于制定防火预案。因为在性能化防火设计过程中，已经就预设火灾类型和火灾场景进行仿真模拟，对于科学合理的制定防火预案和逃生方案有所帮助。

2 性能化防火设计的研究现状

2.1 国外研究现状

相对于我国而言，国外的性能化防火起步较早，累积的经验也较丰富，相关技术手段和算法也较成熟。国外的性能化防火设计起源于20世纪70年代，在此期间欧美发达国家陆续建设了一大批超高、超大、设计新颖、风格独特的标志性建筑。在这些建筑的防火设计过程中经常遇到无法满足防火规范要求的问题。既而许多国家开始对这一类建筑逐步采取性能化防火设计的新方法。还有的国家着手对现行防火设计规范进行修编和完善，并尝试制定一套满足性能化防火设计的规范。

日本在20世纪80年代初期制定了一步为期五年的发展计划，专门用于研究性能化防火设计。1998年，日本借鉴了其他国家的研究进展，进一步完善建筑防火设计的规范体系。新体系更加重视以下几个方面，包括火灾烟气控制，人员安全疏散，火灾发生的预防，建筑结构的耐火等级，火灾向毗邻建筑蔓延的预防等等。

英国早在1973年就统一制定了大部分建筑的法律法规，并逐步形成了国家级的防火设计规范，但该规范仍然属于规格式设计防火规范。在1985年和1991年，英国两次修订建筑防火设计规范，明确规定可以将性能化设计方法作为一种常备的防火设计方法。

美国从20世纪70年代以来，对建筑性能化防火设计进行系统研究，直到20世纪80年代，在美国火灾研究基金会的领导下推行了国家火灾风险评估项目。1997年，Caster和Meacham出版了《以性能为基础的火灾安全导论》这一性能化防火研究历史上的重要著作，标志着性能化防火研究进入新阶段。

澳大利亚在1989年起草颁布了《全国建筑防火系统规范草案》，这部规范草案对一些欧洲国家产生了极其深远的影响，同时其中部分的章节也被国际标准化组织所采用。1996年，澳大利亚正式首次颁布实施了建筑性能化防火设计规范。

2.2 国内研究现状

20世纪80年代，我国便已开展了建筑性能化防火设计规范的研究工作。直到1986年，天津消防科学研究所编译了“火灾模化方法的发展”的相关著作，对几个仿真模拟计算软件做了全面地介绍，并探讨了FAST程序在我国的应用前景。1987年至1996年期间又连续多次举办了关于火灾科学与消防技术的国际研讨会，极大的推进了我国火灾计算机模拟仿真和火灾危险评估方面的研究。

21世纪初至今，我国又多次召开关于消防科学与技术的国际会议，其中一个非常重要的议题就是建筑性能化防火设计。截至目前，我国性能化防火设计研究工作已取得一系列成果，比如四川消防科学研究所研究的《大空间公共建筑火灾疏散评估技术》和《高层建筑性能化防火设计安全评估技术》等，在建筑设计方面也有很多新建的大型综合体和地标性高层建筑应用了性能化防火设计方法。然而，由于建筑防火设计涉及内容之广，全面实现从规格式设计向性能化设计的转变十分困难，因此未来还是要加强度建筑性能化防火设计的研究工作。

3 性能化防火设计的主要步骤

建筑性能化防火设计主要分为以下七个步骤，详情见图1。

图1 建筑性能化防火设计主要步骤

3.1 确立消防总体安全目标

总目标包括性能化目标和性能化标准两个方面。性能化目标是依据建筑物的社会目标、功能目标和社会期望，来制订的相对应的性能要求。性能化标准是针对建筑内具体的消防设备或消防系统提出的防火技术指标和设计指标，比如消防设计中的一些临界值的设定等等。

3.2 确立性能化指标和设计指标

对建筑物结构及内部可燃物、人员分布等特征进行详细分析，确立性能化指标和设计指标。这些指标建筑防火设计的前提和基础，如对安全通道和安全出口、防排烟系统、消防材料、自动报警系统、应急供电照明等方面的具体要求等等。

3.3 建立合理的火灾场景

火灾场景的搭建涉及到如着火源的设置、火灾荷载的计算和可燃物种类等，要使建立的火灾场景更加逼真，必须依靠庞大的数据库系统。火灾场景是对特定的火灾类型从着火阶段开始到火灾成熟阶段以及火灾所造成的破坏的描述。建立火灾场景时可以使用一些参数如热释放速率、火灾增长速率、物质分解物和物质分解率等来表现其特征。

3.4 选择适当的计算模拟方法

根据前期建立的火灾场景，选择适合的计算公式和计算方法，选取符合建筑物火灾特点的模拟仿真模型。同时按照火灾科学的理论，模拟分析计算火灾可能发生的地点或蔓延的途径和范围，火灾烟气的蔓延扩散方向，消防设施的工作情况，人员疏散和逃生行为等。合理的选择火灾模型和计算模拟方法可以准确衡量不同防火设计方案下火灾危险程度，从而根据每个建筑物自身特点选定最为经济合理的防火设计方案。

3.5 确定初步设计方案

通过模拟计算得出初步的设计思路进行性能化防火设计，同时可以参考一些同类型建筑的工程实例，这些技术方法都是经过大量科学实验和工程实践总结出来的。设计者可以以此作为参考，选择相应的技术措施以满足建筑整体的和建筑物各部分所要求的消防性能化目标。

3.6 提出和评估设计方案

提出和评估设计方案是对设计者所设计的方案进行全面分析和合理评价的过程。主要是为了证明拟采用的设计方案的有效性和合理性，确定是否能够满足建筑本质安全。目前常用的评估方法包括等式分析、相关性分析、实验分析和计算机模拟分析等。通过这些方法分析建筑消防安全的可靠性，当所提供的防火设计方案不能满足要求时，则必须修改完善。在此过程中，通常会提出多个性能化防火设计方案，并分别进行评估，以确定最佳的设计方案。

3.7 确定最终设计方案

确定最终的性能化防火设计方案，并对方案的评估分析整改过程进行详细记录，这是方案能否最终通过的关键因素。最终提交的分析报告和设计方案都要满足审核部门和客户的要求。

4 对于性能化防火设计的几点建议

从当前的应用情况看，建筑性能化防火设计的研究和应用有效地降低了火灾发生的风险，减小了火灾发生的危害，但在很多方面还有所欠缺，国内的应用也不够广泛，因此提出以下几点建议。

4.1 加强对火灾基础科学的研究

由于火灾发生和发展的复杂性，对火灾发展蔓延机理的研究还有待进一步深入和完善。性能化防火设计方法的好坏很大程度上取决于是否建立合理的火灾模型。因此，应加强火灾基础科学方面的研究，这既可以为各种火灾模型的建立提供坚实的理论依据，又可以在保障性能化防火设计时的准确性。

4.2 开展对火灾模拟软件的的研发

现阶段我国主要应用的火灾模拟软件大都是国外开发的，在应用时有一定的局限性。例如最常用的火灾模型有美国NIST开发的一种场模拟程序FDS；美国NIST开发的区域式计算多室火灾与烟气蔓延的程序CFAST；由英国火灾研究站开发的专用于火灾过程场模拟计算的模型JASMINE。可见国外在此方面的研究相对成熟，我国也应组织相关人员在对国外软件深入研究的基础上，取长补短，开发出适合的火灾模拟软件。

4.3 建立健全性能化防火设计相关法律法规

目前我国性能化防火设计相关法律法规还不健全，制订符合我国自身情况的性能化设计的法规就显得十分有必要。通过对发达国家的性能化防火设计总结经验，制定相关法律法规不能一蹴而就，必须循序渐进，同时视各项前期基础工作以及性能化防火设计的应用情况而定。

4.4 建立性能化设计的评估体系

与规格式设计方法相比，性能化设计的评估过程需要更多的时间，这对我国建筑防火审核者提出了更高的要求。若是不熟悉或不同意设计者所选用的方法及所选用计算方法的可行性，那么就有可能将方案驳回。因此评估体系的建立十分有必要，一是为了简化审批人员的工作量，二是对设计人员提出了系统的要求，三是架起了审批人员与设计人员中间的一道桥梁。

5 结语

综上所述，建筑性能化防火设计是一项复杂的系统工程，必须经过较长时间的努力，必须由政府有关部门牵头组织，并投入较大的人力物力，需要各个方面协调配合，统筹规划，从而尽快完善性能化防火设计方法，使之更好的服务于经济社会的发展。