性能化設(shè)計在高層建筑防火中的運(yùn)用

李鑫

摘 要：高層建筑對消防設(shè)計及安全防范等提出了更高的要求，其設(shè)計始終是設(shè)計人員最大的困擾，依據(jù)消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的建筑方案中存在許多無法解決的問題。性能化設(shè)計是基于火災(zāi)安全工程學(xué)的一種防火設(shè)計方法，利用該設(shè)計方法能夠有效解決高層建筑消防中的問題。

關(guān)鍵詞：高層建筑；消防；性能化設(shè)計

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國城市建筑層數(shù)越來越高，數(shù)量不斷增加，建筑技術(shù)的發(fā)展及完善也推動著高層建筑物的增加，超過百米高的建筑逐漸增加。但是當(dāng)前的消防設(shè)計規(guī)范是通過不斷經(jīng)驗教訓(xùn)而積累出來的，這種積累性的設(shè)計規(guī)范比較適用于傳統(tǒng)的建筑物，對于高層建筑卻難以有效發(fā)揮作用，也就是說其難以滿足高層建筑的需要。因為傳統(tǒng)建筑同高層建筑在結(jié)構(gòu)、性能、建筑材料及配套設(shè)施等方面都存在較大區(qū)別，按照現(xiàn)有的消防設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計會導(dǎo)致許多新問題出現(xiàn)。如何既能確保原有建筑設(shè)計風(fēng)格又能確保消防設(shè)計成為學(xué)者關(guān)注的焦點。而性能化設(shè)計為此問題的解決提供了重要的方法。

2 高層建筑現(xiàn)有消防設(shè)計中存在的問題

高層建筑中存在的消防設(shè)計難題主要是其使用功能所致。我國高層建筑的消防設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)民用高層建筑防火設(shè)計規(guī)范實施的，對于超過 250 米的建筑必須進(jìn)行特殊防火，其消防設(shè)計方案應(yīng)經(jīng)國家消防主管單位審計通過方能實施。當(dāng)前，尚未有專門的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行規(guī)范。

消防設(shè)計及實踐表明，消防水槍的最大充實水柱可達(dá) 11.3m，對高層建筑來說其滅火效果不高，難以滿足滅火需要。但在普通建筑物種，市政供水也難以滿足消防用水水壓及水量。同時，高層建筑中通常設(shè)吊頂來隱藏建筑結(jié)構(gòu)梁、管道等，管道多集中在走道上，所以設(shè)計消防設(shè)備及設(shè)施必須認(rèn)真研究。加上高層建筑的面積通常較大，且房間多，容易帶來許多新問題。比如極易發(fā)生火災(zāi)、架設(shè)消防管道的地形復(fù)雜、架設(shè)困難等問題。

3 性能化的消防設(shè)計

現(xiàn)有的消防設(shè)計方法難以滿足高層建筑的需要，因此，探討更加科學(xué)的新的設(shè)計方法顯得非常必要，性能化設(shè)計正是在此背景下產(chǎn)生的一種新型設(shè)計方法。該設(shè)計方法被西方發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用，并在全球范圍內(nèi)推廣使用，許多國家也對其出臺了相應(yīng)的設(shè)計指南。

3.1 性能化消防設(shè)計的特點

消防的性能化設(shè)計必須先明確火災(zāi)安全目標(biāo)，而后應(yīng)用消防工程學(xué)方法及原料詳細(xì)分析高層建筑的火災(zāi)危險性，并對火災(zāi)發(fā)生后導(dǎo)致的煙霧及火焰擴(kuò)散進(jìn)行全面分析，并全面考慮火災(zāi)中的人員疏散狀況等，完成分析后在將該計算結(jié)果同性能化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以此判斷是否達(dá)到了火災(zāi)安全目標(biāo)。

3.2 實施性能化消防設(shè)計的優(yōu)點

同傳統(tǒng)的消防設(shè)計相比，性能化設(shè)計的操作性及實踐性更強(qiáng)，更符合現(xiàn)代建筑發(fā)展的形勢，比較適應(yīng)功能復(fù)雜、面積超大的建筑物。同時，性能化設(shè)計不受設(shè)計規(guī)范框架的限制，比較符合當(dāng)前的消防設(shè)計要求。

4 高層建筑消防性能化設(shè)計

前期準(zhǔn)備階段：通過對建筑物現(xiàn)場狀況的了解，確定防火設(shè)計目標(biāo)，主要包括消防安全目標(biāo)和火災(zāi)損失目標(biāo)；定量計算：根據(jù)火災(zāi)場景，進(jìn)行計算機(jī)模擬。目前用于火災(zāi)現(xiàn)場模擬的軟件主要有CAFS、ASET等區(qū)域模擬軟件和FDS、FLUENT、C以等現(xiàn)場模擬軟件；提出初步設(shè)計方案：針對設(shè)計對象性能設(shè)計多個嘗試性設(shè)計方案，以首個設(shè)計方案定為準(zhǔn)確設(shè)計方案的數(shù)量。首個設(shè)計方案需要設(shè)定在最不利的火災(zāi)發(fā)生情形。隨后的方案與這個方案相比較，確保在最不利的情況下滿足安全目標(biāo)；最終方案確定：在多個方案中擇優(yōu)選出一個最好方案，需考慮以下因素：①火災(zāi)類型具有多樣性，要確保所選方案在多個火災(zāi)場景中均可行；②確保成本合理性；③確保消防設(shè)施容易操作；④消防設(shè)施易維護(hù)性。消防設(shè)施需要定期檢查，檢查程序太過復(fù)雜容易造成厭倦心理、工作懈怠；⑤消防設(shè)施整體可靠性。消防實施多樣化，設(shè)計中相輔相成，一旦一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將影響整個消防系統(tǒng)；分析報告：分析報告應(yīng)明確表明消防安全目標(biāo)，介紹滿足目標(biāo)的方法，以及使用到的標(biāo)準(zhǔn)，送第三方或?qū)＜疫M(jìn)行復(fù)查評估。

5 性能化防火設(shè)計的建議

5.1 合理布置火災(zāi)場景

設(shè)置火災(zāi)場景時，應(yīng)充分體現(xiàn)火災(zāi)場景設(shè)置的危險性、全面性和最不利性，對部分火災(zāi)場景的火源位置、火災(zāi)最大熱釋放速率、火災(zāi)荷載密度等進(jìn)行分別考慮。同時應(yīng)增加若干火災(zāi)場景，通過對不同火災(zāi)場景的復(fù)核分析，提出可行的消防策略建議，從而有效的控制火災(zāi)蔓延，保證火災(zāi)時人員能夠安全疏散。

5.2 合理布置防火分區(qū)

防火分區(qū)在高層建筑防火設(shè)計中應(yīng)用較廣，在設(shè)置防火分區(qū)時需要結(jié)合高層建筑的結(jié)構(gòu)特點和實際需要，合理有效的劃分區(qū)域，以實現(xiàn)對火災(zāi)蔓延趨勢的有效控制，同時也為疏散人員、火災(zāi)施救提供足夠的時間。

5.3 加大防火材料的應(yīng)用

裝修材料燃燒釋放出來的毒性氣體是造成人員群死群傷的主要原因，裝修材料的選擇對于高層建筑火災(zāi)防控具有重要作用。在性能化防火設(shè)計時，可盡量減少易燃、可燃材料的使用，多選擇具有防火性能的不燃、難燃材料進(jìn)行裝修。如賓館客房的除了吊頂、墻面采用難燃材料外，使用的寢具、窗簾、地毯等也最好采用阻燃材料；空調(diào)保溫材料采用巖棉、玻璃棉、酣醛復(fù)合風(fēng)管等難燃、不燃材料。

明確相關(guān)的疏散參數(shù)，如安全出口計算寬度、人員數(shù)量、人員行走速度等，選用成熟的人員疏散模型進(jìn)行模擬分析，得出準(zhǔn)確的疏散寬度，確保火災(zāi)發(fā)生后，確保建筑內(nèi)人員安全疏散至安全區(qū)域。設(shè)置避難走道。在對于疏散距離不夠的大商業(yè)設(shè)計，可以采取設(shè)置避難走到的方式來解決，在最不利點至室外的直線距離超過規(guī)范所限定的距離時，可以將人員疏散至避難走道來滿足規(guī)范要求。落實消防安全管理制度。嚴(yán)格落實自動消防設(shè)施定期巡查維護(hù)制度，確保建筑內(nèi)自動消防設(shè)施的可靠性。

5.4 消防安全設(shè)施建設(shè)

要明確相關(guān)的疏散參數(shù)。如安全出口計算寬度、人員數(shù)量、人員行走速度等，選用成熟的人員疏散模型進(jìn)行模擬分析，得出準(zhǔn)確的疏散寬度，確?；馂?zāi)發(fā)生后，確保建筑內(nèi)人員安全疏散至安全區(qū)域。設(shè)置避難走道。在對于疏散距離不夠的大商業(yè)設(shè)計，可以采取設(shè)置避難走道的方式來解決，在最不利點至室外的直線距離超過規(guī)范所限定的距離時，可以將人員疏散至避難走道來滿足規(guī)范要求。落實消防安全管理制度。嚴(yán)格落實自動消防設(shè)施定期巡查維護(hù)制度，確保建筑內(nèi)自動消防設(shè)施的可靠性和有效性。

5.5 其他輔助設(shè)施

火災(zāi)時產(chǎn)生的煙氣攜帶大量熱量，熱煙氣層在頂棚聚集，如果不及時排出室外，煙氣沉降后將會造成嚴(yán)重的后果。設(shè)置排煙措施，降低煙氣密度和沉降速度，在熱煙層沉降之前及時排除，可以防止煙氣在水平方向擴(kuò)散，保證人員安全疏散。加強(qiáng)排煙措施，是根據(jù)性能化設(shè)計目標(biāo)，對防火帶、亞安全區(qū)、燃料艙等設(shè)計，采取的輔助加強(qiáng)措施。此外，對于大空間建筑，提高建筑耐火等級，從嚴(yán)控制可燃、易燃材料使用，降低火災(zāi)荷載，也是非常必要的輔助加強(qiáng)措施。

6 結(jié)束語

雖然性能化防火設(shè)計的方法有很多的有點，但是由于高層建筑其自身獨特的特殊性和復(fù)雜性，在進(jìn)行性能化設(shè)計的過程中，必須要正確的把握性能化設(shè)計的關(guān)鍵和范圍，加大消防設(shè)施建設(shè)和對防火材料的應(yīng)用，而不是盲目的突破規(guī)范的要求來進(jìn)行設(shè)計，凡是有條件按國家規(guī)范設(shè)計的部分仍應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計，不能貪圖省事而擴(kuò)大性能化防火設(shè)計的范圍。

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