刍议当前性能化消防设计的问题与发展方向
黄定华
(东莞公安消防支队厚街大队,广东 东莞)
摘要:性能化防火设计是社会经济与科学技术发展的必然趋势,它的出现与火灾科学和消防安全工程学的发展是分不开的。虽然在性能化防火设计的理论和工程技术方面已经取得了巨大的发展,但是仍有许多问题需要进一步研究,其在实际工程运用中也存在着诸多问题和不足之处。本文对当前性能化消防设计的问题和不足之处进行简要分析,并对此项技术的发展方向进行展望。
关键词:性能化防火设计;处方式;火灾场景
1 引言
在我国,建筑物的消防设计必须依据国家现行的工程设计规范进行。但是,随着经济的飞速发展,建筑物的功能越来越多样化,设计越来越趋于概念化,大量新理论、新技术、新材料、新工艺及新设计理念在建筑消防设计中被广泛应用,不可避免地出现了许多现行规范难以解决的消防设计问题[1]。面临如此现状,公安部消防局于2009年发布的公消[2009]52号文件《建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定》(以下简称《规定》)中,第四条明确规定“超出现行国家消防技术标准适用范围的;按照现行国家消防技术标准进行防火分隔、防烟排烟、安全疏散、建筑构件耐火等设计时,难以满足工程项目特殊使用功能的”,可以使用性能化防火设计。为此,我国许多地区相继开展了性能化防火设计的理论研究及实际应用,目前主要应用在大型体育场馆、展览馆、机场航站楼、商业综合体、公路及铁路隧道、高层建筑等工程中[2~4]。据统计,《规定》实施以来,截止到2014年4月,全国进行性能化防火设计的工程已达379个,在2002年2月至2013年,仅中国建筑科学研究院建筑防火研究所,完成了上百项重要工程的性能化防火设计与评估工作,积累了大量工程实践经验,尤其在2008北京奥运会期间,采用性能化设计理念,成功解决了国家体育场、国家体育馆等11个奥运会竞赛场馆以及国际广播中心等4个奥运会非竞赛场馆,奥林匹克公园地下交通联系通道等6个奥运会相关设施建筑功能与消防安全之间存在的矛盾,实现了建筑物的建筑功能、消防安全和经济投资的最佳统一。
2 建筑性能化消防设计概述
讨论性能化防火设计方法离不开“处方式”防火设计方法。“处方式”防火设计方法是依据相关规范条文进行建筑防火设计。而防火规范一般是依照建筑物的用途、规模和结构形式等提出的,并且详细地规定了防火设计必须满足的各项设计指标或参数,设计人员不需要复杂的计算和分析过程,容易理解和掌握。我国的建筑防火规范已有几十年的历史,自2015年5月1日期实施的《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)合并了《建筑设计防火规范》(GB 50016—2006)和《高层民用建筑设计防火规范》[GB 50045—95(2005版本)],是我国当前建筑防火设计的主要依据,同时我国也形成了针对特定场所和工程的专门防火设计规范。
性能化防火设计方法是20世纪80年代中期由英国和日本首先提出的。到目前为止,性能化防火设计方法在国际上受到了广泛关注,是以某一(某些)安全目标为设计目标,基于综合安全性能分析和评估的一种工程方法。从目前的应用情况来看,这种设计方法主要从火灾理论、人员疏散理论的角度出发,对火灾情况下的风险进行客观定量分析,主要从人员安全疏散、防火分区面积、结构耐火保护以及建筑防排烟等方面保证建筑消防设计方案的可行性和安全性。虽然在性能化防火设计的理论和工程技术方面已经取得了巨大的发展,但是仍有许多问题需要进一步研究,其在实际工程运用中也存在着诸多问题和不足之处[5]。本文对当前性能化消防设计的问题和不足之处进行简要分析,并对此项技术的发展方向进行展望。
3 性能化消防设计的问题与不足
3.1 性能化防火设计方法还未形成完善的系统化分析和设计方法
目前我国用于指导性能化防火设计的规范仍未出台,针对“处方式”防火设计规范无法解决的问题,各地普遍采取专家论证会结合性能化评估报告的方式解决。应当承认,这是一种切实可行的解决方法,但是其形式需要不断改进,由于参加论证的专家的经验和知识面均有一定的局限性,所以不能仅靠他们以往的经验作判据,还需要运用定量分析的手段提高火灾危险性评估的科学合理性。目前亟须完善的系统化分析与设计方法指导性能化防火设计,提高消防设计方案的合理性、可行性。
3.2 未建立健全性能化消防设计资质准入制度
当前,随着社会不断发展,新兴建筑种类和数量剧增,各大高校和科研机构对新兴的建筑类型产生了浓厚兴趣,纷纷对此课题展开研究,而各级公安消防部门对性能化消防设计的建筑也存在“唯评估报告”的现象,各大院校和科研机构对复杂建设工程开展性能化消防设计趋之若鹜,而性能化消防设计资质准入制度又尚未建立,导致性能化消防设计管理较为混乱。
3.3 在建筑性能化消防设计中,火灾场景的设计无统一标准
性能化消防设计中,对风险的定量分析基于在设定的火灾场景下建筑内部人员和财产安全的分析。所设定的火灾场景是消防工作中经常提及的“最不利”火灾场景,但是在实际性能化消防设计中,对风险的把握和火灾场景的设定没有统一的标准可循,导致最后风险的定量分析结果是否存在较大主观因素,尚待考究。
3.4 火灾理论及人员安全疏散理论的多元化,各种分析技术各有侧重,评估基础模型选定方面自由度偏大
当前火灾模型主要分为两类:区域模型和场模型。区域模型将每个房间分为有限多各控制体,并假设每个区域内有一致的参数,该模型在不要求具体某个点的参数变化时模拟具有一定优势。场模型将给定空间划分为许多个小体积网格,模型将计算每个网格的任意时刻的参数变化情况,因此场模型相对区域模型更为精确,但是场模型不能绝对准确预测真实情况,且计算量相当庞大,适用性受较大限制。同样,人员疏散的元胞自动机模型、格子气模型、水流模型等也是各有优缺点。每一类模型根据侧重点不同又有若干个不同具体模型,而在具体建筑的性能化消防设计时,根据实际情况选择合理的分析模型和方法就显得尤为重要,但当前性能化消防设计中,模型选择的自由度偏大,导致较多性能化消防设计和风险评估并不能真实客观反应建筑的火灾风险。
3.5 基础数据的匮乏导致火灾及人员安全疏散分析存在一定程度上的失实
从笔者自身曾常用的火灾及疏散分析来看,基于火灾动力学的火灾模拟中,借助了火灾模拟软件进行计算机模拟,而无论是场模型还是区域模型,安全临界条件最后结果很大程度上取决于模型搭建过程中发烟量、热值等关键参数的设置,FDS、CFAST等常用火灾模拟软件均是如此。在人员安全疏散中,人行速度、路径选择函数等参数的设定,在常用的Building EXODUS等疏散软件模拟中也是直接影响到疏散结果的。火灾和人员安全疏散这些关键参数的设定是基于大量火灾实验和实践调研数据的,而当前我国在这些基础性工作上还欠缺较多,很多都是直接沿用国外的数据进行分析计算,不同国家建筑风格各有不同,人员受宗教、文化、教育不同,在火灾情况下逃生行为也必定有不同表现,所以开展大量工作完善此类数据库显得尤为重要。
3.6 建筑性能化消防设计后,消防部门对该单位的日常监管存在问题
性能化防火设计一经通过,就无形中默认“安全水平保持稳态达标”。可事实并非如此,性能化防火设计方法一般是在建筑工程设计阶段,特别要指出的是,“性能化”防火设计往往附带有一定的限制条件,如:限制建筑的使用功能、限制火灾荷载、限制建筑内的人员类型或者特定的消防设施等等。但是建筑投入实际使用后,往往会有一些变化,突出表现在一些建筑工程在通过设计审查后,后续经营管理往往与设计目的、设计限制条件脱节,原设计与现状“两重天”,致使“性能化”防火设计科学合理、系统安全的理念得不到保障,一旦发生危险,无法发挥消防系统的设计功能,安全度不升反降,后果难以想象,更直接影响了性能化防火设计方法本身的可靠性。
4 建筑性能化消防设计的发展方向
建筑性能化消防设计虽然存在诸多问题和不足,但是不能就此对其全盘否定。任何事物的发展都是扬弃的过程,只有解决了存在的问题,才能得到进一步完善和发展,建筑性能化消防设计也是如此。下面笔者根据自身工作经历简单阐述建筑性能化消防设计的发展方向。
首先,从健全制度着手,约束建筑性能化消防设计。建立健全做建筑性能化消防设计的资质准入制度,完善公安消防部门审批建筑性能化设计的工作流程,并完善性能化设计建筑的后期管理规章制度。让建设单位、设计单位、审批部门、监管部门都有章可循。
其次,从技术角度着手,参考借鉴美国NFPA等技术机构的性能化消防设计规范,结合大量火灾实验和实践调研数据,建立适用于我国的建筑性能化消防设计规范,使性能化消防设计在技术上有标准,避免火灾场景设定、分析模型选定、关键参数设定等重要环节上的随意性和主观性。
最后,从把关审批着手,杜绝以性能化消防设计为借口不按照技术规范设计。当前,性能化消防设计作为一种新的技术,但是它仅仅适用于超高层建筑、超大空间建筑、特殊多功能建筑在按照规范设计时,无法满足建筑使用功能,或造成极大的资源浪费的情况。它绝不可作为一些建筑不按照消防标准设计的理由。
总之,建筑性能化消防设计是城市建筑繁荣和发展的必然要求,也是确保城市建筑安全的有力手段,但是它仍需要从制度、技术等方面对其不断完善,以起到它对城市发展中消防安全的最大作用。
参考文献
[1] 李引擎,张向阳,等.建筑防火安全的新思维——我国建筑防火性能化设计的发展历程.建筑科学,2013,29(11):70-79.
[2] 程彩霞.建筑性能化消防设计方法理论及示范工程研究.武汉:武汉大学,2004.
[3] 张丽娟,张立业.某大型广场商业区域消防设计性能化评估.武警学院学报,2012,28(6):45-47.
[4] 崔静.某建筑工程消防安全性能化设计研究.天津:天津大学,2010.
[5] 倪照鹏,阚强.正确认识建筑物性能化消防设计与评估.消防科学与技术,2004,23(4):323-327.