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建筑火災(zāi)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)的危害最為直接、最為嚴(yán)重,因此一直是火災(zāi)防治工作的主要方面。為了使建筑物達(dá)到一個(gè)合理的消防安全水平,首先必須保證建筑防火設(shè)計(jì)滿足國(guó)家有關(guān)強(qiáng)制性技術(shù)法規(guī)的要求。如果建筑防火設(shè)計(jì)存在先天不足,將給建筑物的消防安全留下難以消除的火災(zāi)隱患。因此,提高建筑防火設(shè)計(jì)水平,是一個(gè)非常重要的課題。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,建筑多功能的發(fā)展趨勢(shì)和新技術(shù)、新材料的廣泛應(yīng)用,對(duì)目前的建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范提出了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的處方式(指令性)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(Prescriptive Fire Pro-tection Design Code),只是對(duì)各類工程的防火設(shè)計(jì)參數(shù)分別作逐一對(duì)應(yīng)的規(guī)定,大大制約了建筑藝術(shù)和建筑形式多樣化的發(fā)展。而實(shí)際上,建筑防火的各個(gè)環(huán)節(jié)越來(lái)越變成一個(gè)有機(jī)的整體,單純孤立地強(qiáng)調(diào)某一環(huán)節(jié)并不能保證整個(gè)建筑物的安全,因此迫切需要建立一種更安全、更合理的新型建筑防火設(shè)計(jì)方法。性能化防火設(shè)計(jì)方法正是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。目前建筑性能化防火設(shè)計(jì)(Performance-based FireProtection Design)已經(jīng)成為世界許多國(guó)家消防領(lǐng)域討論、研究和發(fā)展的熱點(diǎn)課題。自1996年以來(lái),國(guó)際火災(zāi)科學(xué)學(xué)會(huì)已經(jīng)舉辦了三屆性能化防火設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會(huì)議[1]。

1 建筑性能化防火設(shè)計(jì)

(1)涵義。

性能化設(shè)計(jì)是一種新型的防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路[2],是建立在更加理性條件上的一種新的設(shè)計(jì)方法。它不是根據(jù)確定的、一成不變的模式進(jìn)行設(shè)計(jì),而是運(yùn)用消防安全工程學(xué)的原理和方法首先制定整個(gè)防火系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的性能目標(biāo),并針對(duì)各類建筑物的實(shí)際狀態(tài),應(yīng)用所有可能的方法去對(duì)建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)和將導(dǎo)致的后果進(jìn)行定性及定量地預(yù)測(cè)與評(píng)估,以期得到最佳的防火設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)的防火保護(hù)。當(dāng)然,這一切都必須通過(guò)科學(xué)的評(píng)估模型進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)估計(jì)算,以驗(yàn)證所采用的設(shè)計(jì)方法能夠保證既定性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)性能化設(shè)計(jì)必須要有以下三個(gè)支撐要素[3]:性能化規(guī)范、技術(shù)指南和評(píng)估模型。

(2)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較。

指令性設(shè)計(jì)方法與性能化設(shè)計(jì)方法相比,主要的區(qū)別如表1所示。

表 1 性能化設(shè)計(jì)方法與指令性設(shè)計(jì)方法對(duì)比表

2 性能化防火設(shè)計(jì)評(píng)估技術(shù)的工程應(yīng)用實(shí)例

(1)工程概況。

某高層商住樓總占地面積14,427m2,總建筑面積103,026m2。由A、B、C三棟組成,樓高分別為6、52、49層。首層架空,除C棟二、三層是辦公用途外,其余均是住宅。地下室共三層,每層地下室A、B、C三棟均連通,每層地 下 室 約 7,600m2,地 下 建 筑 面 積 共 計(jì)22,735m2,地上建筑面積約80,291m2,各住宅樓層層高為3.1m～3.4m不等。

(2)評(píng)估內(nèi)容。

重點(diǎn)對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行論證分析。

①各單元戶門均采用乙級(jí)防火門,構(gòu)成以各住戶單元為獨(dú)立防火分區(qū),防止火災(zāi)蔓延。

②每戶單元安裝自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),在客廳、過(guò)道安裝煙感探測(cè)器,在廚房?jī)?nèi)安裝溫感探測(cè)器,進(jìn)門側(cè)安裝手動(dòng)報(bào)警按鈕。

③每個(gè)住宅單元安裝自動(dòng)噴淋系統(tǒng),在戶進(jìn)門上方及客廳上方安裝大流量噴淋頭。

④室內(nèi)裝修盡量采用不燃材料，可燃材料均涂防火涂料。

⑤飄出式窗臺(tái)阻隔上下層的火災(zāi)蔓延。

(3)評(píng)估的有關(guān)假設(shè)。

對(duì)建筑消防工程評(píng)估中應(yīng)用到的主要假設(shè)如下。

①消防安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確,并與有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和法律條款一致。

②所有安全出口和疏散通道應(yīng)保持暢通,不得有任何物品妨礙安全疏散。

③建筑內(nèi)不得存放大量危險(xiǎn)物品和可燃液體。

④使用功能不發(fā)生變化。

⑤火災(zāi)的發(fā)生只考慮單一火源。

(4)計(jì)算對(duì)象的確定。

在模擬計(jì)算過(guò)程中,為避免計(jì)算的重復(fù)性,在選取計(jì)算區(qū)域時(shí),有針對(duì)性地挑選了幾個(gè)樓層進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算對(duì)象A面積為236.5m2,凈空高度為3m,包括客廳、門廳、臥室、衛(wèi)生間、餐廳、廚房、曬衣臺(tái)、工人房、電腦室等,如圖1所示。

計(jì)算對(duì)象B面積為473.05m2,凈空高度為3.1m,包括客廳、門廳、主臥室、衛(wèi)生間(主臥和公用)、書房、三個(gè)臥室及其衛(wèi)生間、餐廳、廚房、曬衣臺(tái)、工人房、電腦室及陽(yáng)臺(tái)等,如圖2所示。計(jì)算對(duì)象C為復(fù)式戶型,面積為279.18m2,上、下層的凈空高度為3m,包括復(fù)式下層臥室及衛(wèi)生間、復(fù)式下層客廳、復(fù)式下層公用衛(wèi)生間、復(fù)式下層廚房、復(fù)式下層餐廳、復(fù)式下層曬衣臺(tái)、復(fù)式下層工人房、復(fù)式上層三個(gè)臥室及其衛(wèi)生間、復(fù)式上層電腦室等,如圖3所示。

(5)總疏散時(shí)間( Tt otal)計(jì)算。

總疏散時(shí)間的計(jì)算公式如式(1)所示:

Tt otal = Td+Tpre+Tm (1)

式(1)中, T d為自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間; T pre為人員開(kāi)始疏散前的延遲時(shí)間; T d和T pre合稱為疏散前的預(yù)動(dòng)作時(shí)間; Tm 為建筑中特定區(qū)域內(nèi)的所有人員向出口疏散并通過(guò)它進(jìn)入安全區(qū)域的時(shí)間。

① Td 的計(jì)算。

T d應(yīng)根據(jù)建筑內(nèi)所采用的火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警裝置的類型及其布置、火災(zāi)的發(fā)展速度及其規(guī)模、著火空間的高度等條件,考慮設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景下,建筑內(nèi)人員的密度及人員的安全意識(shí)與清醒狀態(tài)等因素綜合確定,該值可通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬軟件確定。本算例中結(jié)合煙氣蔓延模擬計(jì)算,取標(biāo)準(zhǔn)溫感探測(cè)器動(dòng)作溫度約70℃左右。

② T pre的計(jì)算。

T pre是從人員接到火災(zāi)報(bào)警之后到疏散行動(dòng)開(kāi)始之前的時(shí)間間隔,包括識(shí)別時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間。識(shí)別時(shí)間是從火災(zāi)報(bào)警或信號(hào)發(fā)出后到人員還未開(kāi)始反應(yīng)的時(shí)間段,與建筑的類型、功能、與用途、使用人員的性質(zhì)及建筑火災(zāi)報(bào)警和物業(yè)管理系統(tǒng)等因素有關(guān)。反應(yīng)時(shí)間是從人員識(shí)別報(bào)警或信號(hào)并開(kāi)始做出反應(yīng)至直接朝出口方向開(kāi)始疏散的時(shí)間段,與建筑空間的環(huán)境狀況有關(guān)。

本算例中計(jì)算得到計(jì)算對(duì)象A、B、C的預(yù)動(dòng)作時(shí)間分別為47s、70s及40s。

③ Tm 的計(jì)算。

人員的疏散分集中疏散和各自疏散兩種情況考慮,三個(gè)計(jì)算對(duì)象的 Tm 如表2所示。

表 2 人員進(jìn)入安全區(qū)域的疏散時(shí)間

④ T total總疏散時(shí)間的計(jì)算。

按照式 (1),總疏散時(shí)間的計(jì)算結(jié)果T total如表3所示。

表 3 人員疏散總時(shí)間

(6)煙氣蔓延計(jì)算分析。

雖然討論的場(chǎng)所空間不大,可燃物的構(gòu)成也比較單一,但考慮到火災(zāi)的突發(fā)性和意外事故,采用較為保守的火災(zāi)增長(zhǎng)方式,如圖4所示。

對(duì)私人住宅的火災(zāi),火源多發(fā)生在廚房,同時(shí)考慮到使用電熱毯等原因,臥室著火也是不容忽視的,因此起火房間設(shè)置在廚房和臥室內(nèi)。

(7)計(jì)算結(jié)果分析。

模擬結(jié)果如表4所示。

表 4 疏散完成時(shí)刻的煙層高度和溫度

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,對(duì)不同的計(jì)算對(duì)象,當(dāng)疏散完成時(shí),除起火室外,其他房間的溫度和煙氣沉降都能較好滿足要求。

(8)樓層間煙氣蔓延計(jì)算。

為了考察火勢(shì)是否會(huì)對(duì)上層住戶構(gòu)成危險(xiǎn),也模擬計(jì)算了樓層間的煙氣蔓延情況。計(jì)算時(shí),選取某層主臥室及其陽(yáng)臺(tái)作為計(jì)算對(duì)象,起火房間設(shè)在該層主臥室。模擬過(guò)程中,考慮較不利場(chǎng)景,設(shè)所分析樓層的主臥室內(nèi)部通向其他房間的門均關(guān)閉,主臥室的窗戶打開(kāi),同時(shí)考慮了風(fēng)速的影響。對(duì)引燃的可燃物,參考布匹的燃點(diǎn)(200℃左右)和滌綸纖維的燃點(diǎn)(390℃左右),對(duì)比計(jì)算結(jié)果,當(dāng)該層主臥室著火后,上層窗戶位置及主臥室內(nèi)的煙氣溫度均沒(méi)有超過(guò)200℃,室內(nèi)可燃物不會(huì)被引燃。

(9)主要評(píng)估結(jié)果。

①商住樓的消防設(shè)計(jì)能基本滿足安全要求。

②為隔斷飛火,降低蔓延到上層房間的煙氣溫度,宜采用0.9m的飄出式窗臺(tái)。

③加強(qiáng)消防設(shè)施方面的維護(hù)管理,確保防火門的分隔作用,保證溫感探測(cè)器等報(bào)警裝置能正常動(dòng)作。

④隨時(shí)保持疏散通道的暢通,保證樓梯間正壓送風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn),以確保人員的安全及減少財(cái)產(chǎn)損失。