从消防技术规范浅析性能化防火设计思想

发布时间：2008年07月17日
作者：佚名
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火灾是继旱灾、水灾后的世界第三大灾害，它发生频繁，影响直接，深受人们的关注。为了预防和减少火灾的危害，长期以来，人们发展了多种火灾防治对策，例如建立了各种形式的消防队伍和机构，研制开发了不同类型的防火、灭火设施，制定发布了各项防火、用火法规和条例等。应当指出，通过制定法令和规章来控制致灾因素是防止火灾事故发生、减少火灾损失的主要手段。在整个消防法规体系中，消防技术规范因其专业性强，适用面广，已成为了世界各国消防管理的主要方式和手段，有着不可替代的重要地位。
一、现行消防技术规范的优势和不足
跟世界大多数国家一样，我国广泛采用消防技术规范进行消防安全管理，制定有建规、高规、石油库设计、汽车库设计、喷淋、报警等40余部消防技术规范和标准，几乎涵盖了现有的各类行业和各种建筑。消防技术规范（标准）在对建筑物进行分类的基础上，按有关防火安全的要求，对每项设计都详细规定了具体的参数和指标，例如建筑物的耐火等级、防火间距、防火分区、装修材料、安全疏散、防排烟设施、火灾自动报警装置、室内外消火栓系统、自动喷水灭火系统及其它灭火设施的设置等。设计人员根据所设计的建筑物的形式，结合本人的实践经验，从规范中直接选定与该建筑物相应的设计参数和指标，消防监督人员也是对照标准逐项进行审核。整个设计和监督过程类似于医生开单抓药，所以被人们形象地称为“处方式规范”。
“处方式规范”在我国消防界有着数十年的发展历史，它借鉴了世界各国的相关规定和理念，建立在大量实验分析和实际工作的基础上，是消防工作经验的集成，是火灾事故经验教训的总结，已相当完备和成熟。它直接给出了达到规范的安全水平，不需要使用者和查阅者有高深的专业知识，不需要复杂的分析计算，对设计和监督单位来说易于掌握，易于使用，其调整修改也较为容易。
但是，由于每座建筑的结构、用途及内部可燃物的数量和分布情况均不一样，其居住者或使用者的条件也存在很大差异，因此按照此种规范统一给定的设计参数所做出的设计方案，并不一定是最科学、最合理、最有效的。同时，由于规范条文本身的复杂性和对安全经济性因素的影响考虑不够，弹性较小等原因，也逐渐显现出它的不足：
第一，具体规定的技术数据与日益扩大的建筑规模不相适应
以工业厂房防火分区面积划分为例，现行规范就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。现行规范确定防火分区的指导思想是：根据不同建筑物的性质，制定防火分区面积标准，通过人为规定防火分区把火灾限制在一个较小区域内。这对我国早期传统生产厂房来说是合适的，而对于现代化的大规模生产已明显不适应。事实上，传统的处方式规范不可能覆盖所有建筑的要求，对于“超规”建筑的设计方案，用传统的处方式规范不能很好解决。
第二，单独设防，缺乏系统的综合考虑
现行的处方式防火设计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、防排烟等方面都做出较大投资，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和浪费。其实，不同的建设单位对建设项目有着自己的特殊要求，不同的工程项目也有不同的内部功能、使用要求和建设标准。如：两幢单层面积不超过1000 ，高度分别为25 和49 的办公楼，它们在建设规模、标准、资金投入上区别将是非常大的。但根据《高规》，这两幢建筑均属二类高层，规范对其内部防火要求几乎一样，这种一致的消防设计方案不可能是最符合各自要求的科学合理方案。从投资比例来讲，两者的消防投资在建设总投资中所占的比例将相差悬殊，对它们提出统一的要求也不符合“经济、实用，在可能条件下注意美观”的原则。
第三，未能很好地考虑环境条件和社会因素影响
尽管处方式规范是由非常详细的条目构成的，但是对属于同一类但又不相同的具体建筑来说，这种规范的规定仍然过于笼统。因此按照该规范的要求进行设计时就会出现对部分建筑物的要求过严而对另一部分建筑物要求过宽的情况。无论从安全上还是从经济上说都不合理。
同时，规范仅将建筑物按其使用性质和高度进行划分，而没有考虑周围环境因素（如距离消防站的远近，周边是否有特种场所）和内部使用人员（或整个地区人员）的防火意识及素质。其实，针对不同周边环境，所采用的对策应该是不一样的，即便是同样的周围环境，也要考虑建筑物所在地方的社会因素带来的影响。我国幅员辽阔，各地条件“参差不齐”，采用现行的规范，很难达到全面、可靠、安全的效果。
第四，不利于新技术、新材料的推广使用
现代科学技术发展迅猛，新材料、新产品、新技术不断涌现。计算机技术、通讯技术和材料科学的发展，在推动消防技术进步的同时，也表现出它们的正常要求与现行规范之间的冲突。由于处方式规范对所用技术和材料均做出了明确规定，使得在设计中较难采用新材料、新技术，仅依据现行规范进行防火安全设计已不能满足社会发展的要求。
同时，建筑技术的进步和建筑艺术的发展，要求在建筑结构、形式、功能等方面对传统程式做出突破和创新。当今，现代化的高层建筑、大型建筑和地下建筑的数量越来越多，功能越来越复杂，综合化程度越来越高。在这种情况下，现行规范的设计思想很难满足建筑防火设计的需要，容易造成设计方法的千篇一律，制约建筑物的应用功能，也限制设计人员灵感的自由度。
此外，消防技术与产品的发展为现代建筑设计提供了新的防火手段。新型防火建筑材料、构件以及消防设备和系统的出现，为建筑防火设计提供了新思路，增加了灵活选择防火设计方案的可能性。然而，这些方面的实现在某种程度上也受到了现行的规范的制约。
第五，不能适用于特殊建筑的防火安全要求
处方式消防设计方法要求直接根据相应的消防规范，选定设计参数和指标。当遇到规范中没有规定的建筑物类型时，就无法选用适合的防火设计方案。而这些未被规范涵盖的建筑，往往都是形式非常特殊、功能非常特定的场所，保证这些场所的消防安全是十分重要的，可在这种情况下，处方式消防设计方法却无能为力。
面对处方式消防设计方法的种种不足，迫切需要一种全新的防火安全设计方法，这就是性能化防火设计。
二、性能化防火设计方法的引入及其基本思想
人们设计和建设建筑物及其它一切场所，其目的是为了利用其生产、生活的使用功能，因此设计和建设中首先要保证的是建筑和场所的功能需求，讲求美观实用。换句话说，建设不可能只为了“消防”，以满足纯粹的“消防规范”要求为第一的处方式设计方法其根本理念已决定了它不再适合新、奇、特建筑和场所设计的需要，在这种情况下必须要引入以满足功能要求为先导的性能化防火设计方法。
性能化防火设计（Performance-Based Fire Protection Design）的思想产生于上世纪八十年代，从其诞生起就为美国、英国、日本、澳大利亚、新西兰等西方发达国家所重视，迅速开展了相关领域研究，并被大量工程实例所应用。我国自90年代末开始引入性能化防火设计的思想，并以中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室为主体，展开了相关研究，同时，迅速投入到生产实践之中，在2008年奥运场馆的设计和国家大剧院工程中都得到了成功的应用。目前，我国北京、上海、重庆等许多大型城市都在进行性能化防火设计的应用，他们所积累的经验和成功做法，将给我们许多的内地城市带来积极的启示。
性能化防火设计是建立在消防安全工程学基础上的一种新的防火设计理念，是以建筑物在火灾中的性能为基础的防火设计方法。其基本思想是在确保建（构）筑物使用和观赏功能的前提下，针对建（构）筑物的消防安全目标，运用工程分析和计算来确定最优化的消防安全设计方案的防火设计方法。它可由设计者根据建筑的不同空间条件、功能条件及其它外部条件，自由选择和确定各种防火措施，将其有机组合，最终形成满足消防安全目标要求的总体防火安全设计方案，为建（构）筑物提供最科学合理的消防安全保护。与现行的设计方法相比，它所关注的是具体安全目标的实现，而不是拘泥于满足规范的最低要求。
性能化消防设计包括：确立消防安全目标；建立可量化的性能要求；分析建筑物及内部情况；设定性能设计指标；建立火灾场景和设计火灾；选择工程分析计算方法和工具；对设计方案进行安全评估；制定设计方案并编写设计报告等8个步骤。在设计过程中，需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析，并对典型火灾场景下火灾及烟气的发展蔓延过程进行模拟计算，因此计算的工作量以及各类基础数据的需要量非常大，往往需要采用大型CFD（计算流体力学）软件等分析和计算工具。
三、性能化防火设计思想的主要优缺点
性能化防火设计可以为工程师和业主提供的好处肯定是多于处方式设计的，这点毋庸质疑。第一，性能化防火设计特别注意建筑物的特殊方面、用途以及业主特殊的需要，或者说考虑那些适当的更广泛的一致性；第二，多种工具可以被用来进行火灾风险分析，这样使得工程设计的精确性和可靠性大大增加；第三，性能化设计能够导致一种综合的防火战略的形成，在这种战略中，所有的消防设施被组合起来运用，而不是单独设计；第四，这种综合的工程方法通过对损失可能性的认识的改进，可以提供更加节省而有效的防火系统。第五，性能化防火设计方法考虑建筑的全部防火系统的相互作用，其结果通常导致设计超过处方式规范的需要。这对于那些因小火而可能导致高损失的业主是十分有意义的。此外，性能化设计是针对特定情况下的应用，这样可以更准确反映预期火灾对特定设施的作用和影响，其提出的防火对策的净结果是能使总的火灾损失降低。这种建立在对个别被保护结构、过程或部件的损失可能取得一致的基础上之上的防火设计方法，从理论上讲，能提供更有效的消防安全保护。由此可见，性能化设计的方案更加科学合理，更加灵活适用，可以降低建筑成本确保建筑安全，有利于新技术、新材料、新产品的发展。同时，也有利于充分发挥设计人员的才能，确保设计规范和标准的国际化，增强我国建筑设计和施工企业的国际竞争力。
当然，作为一种发展中的防火设计方法，性能化防火设计也还有着许多不足。第一，在目前性能化设计应用之初，在消防行政管理部门不熟悉、不适应的情况下，由于缺少相应的专业人员进行分析审查，可能对批准这种设计方案存在顾虑。第二，与处方式设计相比，性能化设计分析和设计步骤需要更多的工程时间以便进行分析、计算和准备设计文件。第三，它更多地要求设计者和审查者的自身素质以及用以保证设计适当性的质量控制措施。特别是，当前设计者的素质差别很大，而性能化设计的要求又具有很大的弹性，所以难以根据他们的素质给出正确的评价。第四，如同在处方设计中一样，建筑物的占用或使用性质的变更可能改变防火的需要，而这直接与性能化设计初设的各种前提条件相关。因而，这种类似建筑使用用途的改变，将直接导致性能化设计方案的失效。第五，性能化设计与日常的消防安全管理密切相关。因为性能化设计的安全目标与消防系统、人员疏散组织等密不可分，火灾时需要保证消防系统如同所预想的那样运行，这就要求消防监督部门在日常监督中时刻注意，因而也给监督管理工作提出了更高的要求。
四、正确对待和推动性能化防火设计
应该说，性能化防火设计方法在我国仍是一个新兴产物，而且它突破规范的设计思想使之具有极大的自由度，只有正确的对待和运用，才能推动其健康发展。
第一，必须审慎地确定性能化防火设计的适用范围。性能化防火设计的对象必须是国家和本地现行的消防技术规范和标准所未能涵盖、按规范和标准实施确有困难或影响建筑物使用功能的建筑工程；或由于采用新技术、新材料和新施工方法，在实际应用中有可能产生消防安全问题的建筑工程；性质极其重要，安全目标超出一般要求的政治敏感度高场所，一旦发生火灾危害大、影响大的工程；特殊工程如地铁、隧道、地下建筑工程等。根据具体情况可以是整座建筑物、建筑物中的某些特殊部分或建筑物的某一特定系统。特别值得指出的是，不能以消防安全性能化设计为由任意突破国家规范，把它作为不按规范施工逃避监督的借口。因此，对那些国家和本地现行的消防技术规范和标准已有明确规定的建筑工程，和国家现行消防技术规范明令禁止的设计内容（如地下室内不能使用液化石油气等），不能使用性能化防火设计。在性能化设计的过程中还必须遵循严格的设计审核程序，实行全程监控，确保设计能达到确定的消防安全目标。
第二，必须以尊重科学的思想接纳其观点。性能化设计思想是火灾科学和安全工程学发展的产物，其基本思想的科学性是显然的。但从目前建筑审核的依据《中华人民共和国消防法》第十条和“公安部第30号令”第十七条来看，其实施尚没有法律依据，而且，采用性能化方法进行设计的项目，需要消防部门投入更多的精力进行监督，我们消防监督部门可能因此对性能化设计产生排斥情绪。但是，根据《消防法》第八条第二款的规定，政府和公安消防机构“对消防工作，应当加强科学研究，推广、使用先进消防技术、消防装备”。所以，对于建立在先进火灾科学和安全工程学基础上的性能化消防设计方法，政府和公安消防机构进行积极推广和应用是则无旁贷的。
第三，必须尽快制定性能化设计导则，培养专门人才，为其提供广阔的应用舞台。性能化防火设计需要较高的技术背景，需要有一支高素质的设计审核队伍。因此，必须深入开展对火灾安全工程学的研究，建立火灾基础数据库，开发实用的消防安全评估模型和方法，制订设计导则，进而制订与导则相配套的技术规范和技术法规（如建筑防火审查的方法与程序等），使性能化设计有法可依，有章可循。同时，要开展相应的专业教育，建立起专业的人才培养制度，制定专业人员的资质认定标准，为性能化设计的科学合理使用提供良好的技术支持和外部环境。
第四，必须处理好性能化设计规范和处方式设计规范的关系。应该看到，现行的处方式设计方法以其应用简单，安全目标的可评估性强，而具有强大的生命力。即使是性能化规范制订出来以后，性能化设计方法也不可能完全取代“处方式”的设计方法，两者必将是相互依存，互为补充。因此，我们必须科学、严格地把握好两种规范的应用范围，处理好两种规范的关系，把它们科学地运用到防火设计和消防审核工作中。
总之，性能化防火设计方法面向国家经济建设重大需求而产生，是处方式设计方法的重要补充，它有着火灾相关学科研究发展的有力支持，能确保建筑防火设计达到预期的消防安全目标，对于提高我国城市消防安全水平和消防管理水平，促进建筑防火设计和消防安全咨询的专业化，及其他专业设计的观念更新，提高设计的科学合理性都有着重要的意义，随着我国经济建设的飞速发展，必将有着广阔的应用前景。