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我国现行建筑防火设计规范的局限性与性能化设计的应用
2015-07-11 14:44:24 来源:福建省莆田市消防支队 浏览 1712 次
一、概述  建筑设计中,除满足生活与生产所需的基本使用功能外,保证建筑消防安全应是设计重要任务之一。搞好建筑防火设计并避免设计出现本质性缺陷,是防止火灾发生、减少火灾损失的关键环节。建筑防火设计,系指结合建筑物火灾防治要求,采用一定方法和步骤确定建筑物防火措施的工程行为。按不同方式和依据设计出防火措施,其火灾防治能力之差异很大。据笔者工作经验表明,制定有效的规章、规定、标准或要求以有效指导、约束建筑防火设计行为,是保证建筑物抵御火灾的重要条件。因此,建筑防火设计赖以规划、操作的依据——技术规范的合理性、科学性及其与现实发展相适应的先进性,将对建筑消防安全功能产生直接而重要的影响。  二、我国现行建筑防火设计方法及规范的特点和局限性  (一)我国现行建筑防火设计方法及规范的沿革及特点  建筑防火设计方法及规范,是从民间建筑设计中约定俗成的规约,逐渐发展成为一种以国家法令、法规的形式发布,用于强制规范建筑物防火安全设计达到一定安全水平的基本要求(一般称之为建筑设计防火规范),具有法规效力和强制性。建筑设计防火规范对不同建筑的防火设计提出了必须遵守的规则,是建筑规范的重要组成部分。多年来,各国所采用的建筑设计防火规范基本上是用指令性条文给出的,对其所涉及建筑物的位置、布局、耐火等级和使用性质、内部的建筑消防设施要求逐条作出了规定。设计者只要依据所要求设计的建筑物的状况,从规范中直接选定设计参数和指标即可,业内称这种规范为“处方式”规范。  我国现行建筑防火设计方法及规范具有以下特点:  1.是经验的总结  现行建筑设计防火规范是根据大量经验、教训、实验与分析归纳整理得出,是在对已有建筑进行总结的基础上得出来的,是多年来人类与火灾斗争宝贵经验的结晶。  2.适用于大多数常见建筑  现行规范中的大量具体条文规定,对大多数建筑工程的防火设计现在仍然比较合适。对各类建筑工程的消防设计、施工、验收,对建筑消防设施的维护、管理,对预防建筑火灾的发生、保证建筑消防安全发挥了非常重要的作用。  3.有局限性  随着经济建设的迅速发展,建筑物类型日趋多样化,现行规范在适应发展要求方面显现出局限性。如:大型会堂、场馆、候车(机)厅以及超大型的综合商业场所及住宅建筑群。由于在制定规范的年代,这些大型或超大型的建筑尚未出现,因此用那时制定的建筑防火规范来指导和规范现代的设计,很明显会在设计上述建筑时遇到现行规范条文没有规定,或有规定但与实际情况有矛盾的问题。且有时在不同规范中,还不时发生条文之间互不协调的情况。  (二)现行建筑防火设计方法及规范的局限性  现行建筑防火设计规范按各种建筑物进行分类,根据有关消防安全的要求,对建筑物耐火等级、防火间距、防火分区、装修材料控制、安全疏散、防排烟设施、火灾自动报警设施、室内外消火栓、自动喷水灭火设施等每项设计,都详细规定了具体的参数和指标。设计人员只要根据所设计建筑物的规模、性质和使用用途,从规范中直接选定与该建筑物相应的设计参数和指标即可。也就是说,设计者只要按照规范规定的指令性指标、参数,结合本人设计实践经验,确定规范界定的设计方案。事实上,每座建筑的结构、用途及内部火灾危险的大小、分布等不同,居住者或使用者的素质等条件差异,对于按照现行建筑防火规范统一给定的设计参数做出的设计方案,未必就是最科学、合理的方案。同时,由于现行的建筑防火设计规范对设计参数的规定过于具体,客观上也限制了设计的灵活性,使设计者的想象力、艺术表现才能、技术才能难以充分发挥。具体存在下列局限性:  1.具体规定的技术数据与日益扩大的建筑规模不相适应  如防火分区面积的划定已明显不能满足现代生产工艺的发展对建筑防火安全工程设计的要求。现行的消防技术规范的一个主要思路就是根据不同建筑物的性质,明确规定了防火分区的面积标准,当发生火灾时,通过人为规定的防火分区把火灾限制在一个较小的区域。这种做法对我国六、七十年代生产厂房和商业建筑来说是合适的,而对现在众多的现代化大规模生产和商业经营规模化来说已明显不适用。事实上,现行的建筑防火规范是对当时已有建筑的总结,不可能满足当时和当前所有建筑的要求,对于“突破规范”建筑的设计方案,各地多数靠的是组织专家论证会的形式来解决。而“专家论证”就是我们现在所说的“性能化消防设计”的雏形,其主要依据则是靠专家们以往的经验或针对“突破规范”建筑的设计方案利用一些数学模型进行模拟试验等,用这些方法来解决传统方式解决不了的问题。  2.单独设防,缺乏综合考虑和系统兼顾  现行的建筑消防技术规范常常要求业主在建筑耐火结构、防火分区、消防给水、火灾监控、防排烟等方面层层设防,投资较大,而未能将各单一的防火、灭火措施的作用统一考虑,结果造成消防投资的片面性和极大的浪费。对规范界定为同类但在细节上有很大不同的具体建筑来说,规范的规定仍然过于笼统。因此,依照规范实施的消防设计可能对部分建筑物的要求过严,而对另一部分建筑要求又过于宽疏。无论从安全上还是从经济上都不合理。因为不同工程项目有不同的内部功能、使用要求、建设标准,以两栋每层建筑面积均在6000m2以下,建筑高度分别为25m和49m的办公楼为例,其建设规模、标准、资金投入区别是非常大的。但是按《高规》的划分标准,两个建筑同属于二类高层建筑,对于建筑防火设计是按照相同标准的参数和指标进行的。  现行的建筑防火规范将建筑物按照使用性质和建筑高度进行了粗略的划分,并依此区别建筑防火设防措施,而没有考虑该建筑物周围的环境因素和该地区乃至建筑物内部使用人员的消防安全意识及素质,是现行处方式技术规范的另一弊端。例如:利用天然水源的问题。现行规范对于建筑物统一要求设置消防水池,而并未考虑有天然水源的是否就可以取消建筑物的消防水池呢?尤其对于幅员辽阔的我国来说,南北方的气候差异和东西部经济发展的不平衡是一个客观现实,统一采用现行建筑防火设计方法进行消防设计,是很难达到全面、可靠、安全的效果的。  3.不利于新技术、新材料的推广使用  现代科学技术飞速发展,新材料、新产品、新技术不断涌现,尤其是计算机技术和通讯技术的发展,在很大程度上推动着消防技术的发展。但由于当年制修订规范时对所用技术和材料均做出了明确规定,使得随着时代的发展在当前设计时较限制了采用新材料、新技术,不能满足时代发展的需要。限制了建筑技术的进步和建筑艺术的发展;限制了在建筑结构、造型等方面突破、创新的要求;限制了建筑物的应用功能;也限制了设计人员构思的自由度。  4.不能适用于特殊建筑的消防安全要求  处方式规范规定的设计参数和指标,难以对任何建筑工程都一言以蔽之,当遇到规范条文无力涵盖的特殊工程时,设计人员就无法找到有针对性的设计方案,而这些建筑物多是一些形式非常特殊、功能非常特定及火灾危害性突出的场所。  三、性能化建筑设计方法与规范的发展概况  性能化防火设计是针对火灾特性为基础所进行的具体活动,这是一种创新性的工作。性能设计方法的具体形式可以是多种多样的,它需要一定的规范、规定、标准来指导,而目前我国的性能化防火设计工作尚处于研究和起步阶段。性能化防火设计方法,自20世纪70年代末期在世界上一些发达国家开始研究兴起,并逐渐应用在大量特殊的超出现行规范要求的建筑上。近年来,性能化设计已成为国际上火灾科学研究的一个热点。我国的清华大学、中国科技大学、天津消防科研所、四川消防科研所等一些科研究机构和大学设立许多与性能化设计有关的研究课题,如:火灾、火灾过程的计算机模化、火灾风险分析、人员疏散分析等,这些研究为我国发展性能化设计与制定相应的规范创造了条件。  随着火灾安全工程学的研究逐步发展,为改进建筑物的防火设计创造了技术条件。国际上确立了以火灾性能为基础的建筑防火设计规范,我国称之为“性能化规范”。性能化规范要求根据具体建筑物的火灾发展特殊性来决定其防火需要,使火灾安全目标、火灾损失目标和建筑设计目标实现良好统一,比传统的“处方式”建筑防火设计方法更加科学合理,能够大大促进建筑防火设计的成本效益最优化,从而产生良好的经济效益和社会效益。与传统的“处方式”设计相比,性能化的设计方法具有以下优点:(1)设计方案更加合理,能有效地保证建筑设计达到预期的消防安全目标;(2)设计方法更加灵活,有利于充分发挥设计人员的才能;(3)可以减低建筑成本;(4)有利于新技术、新材料、新产品的发展;(5)有利于设计规范和标准的国际化等。  通常情况下,性能化设计规范对建筑物的防火安全要求与处方式设计规范的要求是一致的,在很多方面又弥补了处方式规范的不足。由于它对改善建筑防火设计方案和节省消防费用的突出优点,现在已得到业内人士的广泛赞同。目前,我国的性能化设计工作尚处于初级发展阶段,随着时代的发展,对建筑防火设计规范工作提出了更新、更高的要求。我国现行消防技术规范管理体制,已难以适应新世纪对我国消防安全工作的要求,改进消防技术规范工作已成为公安消防机构的一个突出的重要任务,也是实现我国消防现代化总目标的一项具有战略意义的任务。  综上所述,性能化建筑防火设计规范主要对建筑物要达到的防火安全目标、性能要求和设计所需遵循的原则、方法等进行规定。一般来说,防火安全目标应以保护人的生命安全为主要目标,包括建筑如何防止火灾、防止火灾蔓延、人员安全疏散、建筑结构耐火等几个方面。  四、防火性能化设计方法研究与应用需要做的几项工作  (一)建立基础数据库  数据库的作用是为分析与计算软件提供必要的基础数据,对于火灾危险分析和性能化设计来说,尤其需要建筑物可燃物的燃烧特性和火灾过程的数据库。例如设定火灾的热释放速率是进行模拟计算的主要输入数据,只有这一参数的设定合理才能得到可靠的计算结果。现有不少实验数据比较零散,而且如何结合建筑物的具体情况进行应用也有待研究。  (二)研究方便适用的火灾过程模拟程序  性能化设计的关键步骤是对建筑物的防火安全目标进行量化的工程分析和计算,因此选用的工程分析方法和用来进行分析计算的设计工具是性能化规范体系的重要组成部分。我国的一些科研部门虽然对火灾模拟进行了不少研究,在模拟思想的某些方面也有突破,但是总的说来还没有开发出完整可靠的可供工程应用的程序。这种情况势必影响我国性能化设计的发展,今后需要加强这方面的研究。  (三)建立实用的火灾危险分析方法库  在航空、军工、化工等行业,危险分析的研究工作开展得较早,并发展出多种分析方法,例如事故树、原因结果分析、危险与操作分析、危险度分析等。这些方法对于初步确定重点火灾危险区域的分布、了解起火源的特点、确定火灾场景很有帮助。因此,应吸取其他行业的那些比较成熟的危险分析方法,并结合火灾问题的特点,发展出更实用、更方便的危险分析方法。  (四)组建重点研究组及大项目专家委员会  目前,相当一部分性能化研究均处于初期阶段。国家各级主管部门还应组织有权威的专家委员会对性能化设计的研究和应用加以指导和监督,以推进我国性能化设计研究的顺利开展。各地就当地一些建筑工程中出现的超出现行规范的设计问题,召开的专题专家论证会,便是性能化建筑防火设计方法的雏形。黑龙江省在1993就成立“省建筑工程大项目审核验收专家委员会”,“专家委员会”聚集了省化工、燃气、安全及建筑业各专业的资深高级专家,至今已为近百个大型工程的疑点、难点和突破现行规范的设计项目,进行了理论和实际方面的论证,解决了很多实际问题,得到了政府和建设单位、设计单位一致的好评。因此在现阶段性能化设计尚未建立完整的体系之前,利用大项目专家委员会专家门的经验和智慧,是一个解决问题的好办法。  (五)有关技术人员的教育和培训  性能化设计与处方式设计的基本思想存在很大的差别,要使有关建筑设计人员、建审人员熟悉并愿意采用这一新的体系,需要大力加强对各方面有关人员的培训。这项工作可由各级消防主管部门牵头,发挥有关高等院校、科研院所的力量,分期、分批的对有关人员进行教育培训,满足当前和今后制定性能化规范,推进性能化设计的需要。  总之,开展性能化防火设计及制定相应的规范是一项庞大的系统工程,有大量的基础工作要做,需要经过相当长时间的努力才能实现。结合我国国情,借鉴国外先进技术经验,积极加强性能化基础研究,探讨建立切实可行的、具有先进性和可操作性的科学程序、方法、工具,完善人力、物力、财力资源的投入和组合,相信经过一定阶段的艰苦努力,我国的火灾性能化方法研究必将取得突破性的进展,性能化防火设计方案将尽早在改善我国建筑物的火灾安全方面发挥作用。
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