性能化设计在高层建筑防火中的运用

摘 要：高层建筑对消防设计及安全防范等提出了更高的要求，其设计始终是设计人员最大的困扰，依据消防技术标准设计的建筑方案中存在许多无法解决的问题。性能化设计是基于火灾安全工程学的一种防火设计方法，利用该设计方法能够有效解决高层建筑消防中的问题。

关键词：高层建筑；消防；性能化设计

1 引言

随着经济的发展，我国城市建筑层数越来越高，数量不断增加，建筑技术的发展及完善也推动着高层建筑物的增加，超过百米高的建筑逐渐增加。但是当前的消防设计规范是通过不断经验教训而积累出来的，这种积累性的设计规范比较适用于传统的建筑物，对于高层建筑却难以有效发挥作用，也就是说其难以满足高层建筑的需要。因为传统建筑同高层建筑在结构、性能、建筑材料及配套设施等方面都存在较大区别，按照现有的消防设计规范进行设计会导致许多新问题出现。如何既能确保原有建筑设计风格又能确保消防设计成为学者关注的焦点。而性能化设计为此问题的解决提供了重要的方法。

2 高层建筑现有消防设计中存在的问题

高层建筑中存在的消防设计难题主要是其使用功能所致。我国高层建筑的消防设计标准是根据民用高层建筑防火设计规范实施的，对于超过 250 米的建筑必须进行特殊防火，其消防设计方案应经国家消防主管单位审计通过方能实施。当前，尚未有专门的设计标准对其进行规范。

消防设计及实践表明，消防水枪的最大充实水柱可达 11.3m，对高层建筑来说其灭火效果不高，难以满足灭火需要。但在普通建筑物种，市政供水也难以满足消防用水水压及水量。同时，高层建筑中通常设吊顶来隐藏建筑结构梁、管道等，管道多集中在走道上，所以设计消防设备及设施必须认真研究。加上高层建筑的面积通常较大，且房间多，容易带来许多新问题。比如极易发生火灾、架设消防管道的地形复杂、架设困难等问题。

3 性能化的消防设计

现有的消防设计方法难以满足高层建筑的需要，因此，探讨更加科学的新的设计方法显得非常必要，性能化设计正是在此背景下产生的一种新型设计方法。该设计方法被西方发达国家广泛应用，并在全球范围内推广使用，许多国家也对其出台了相应的设计指南。

3.1 性能化消防設计的特点

消防的性能化设计必须先明确火灾安全目标，而后应用消防工程学方法及原料详细分析高层建筑的火灾危险性，并对火灾发生后导致的烟雾及火焰扩散进行全面分析，并全面考虑火灾中的人员疏散状况等，完成分析后在将该计算结果同性能化的标准数据进行比较分析，以此判断是否达到了火灾安全目标。

3.2 实施性能化消防设计的优点

同传统的消防设计相比，性能化设计的操作性及实践性更强，更符合现代建筑发展的形势，比较适应功能复杂、面积超大的建筑物。同时，性能化设计不受设计规范框架的限制，比较符合当前的消防设计要求。

4 高层建筑消防性能化设计

前期准备阶段：通过对建筑物现场状况的了解，确定防火设计目标，主要包括消防安全目标和火灾损失目标；定量计算：根据火灾场景，进行计算机模拟。目前用于火灾现场模拟的软件主要有CAFS、ASET等区域模拟软件和FDS、FLUENT、C以等现场模拟软件；提出初步设计方案：针对设计对象性能设计多个尝试性设计方案，以首个设计方案定为准确设计方案的数量。首个设计方案需要设定在最不利的火灾发生情形。随后的方案与这个方案相比较，确保在最不利的情况下满足安全目标；最终方案确定：在多个方案中择优选出一个最好方案，需考虑以下因素：①火灾类型具有多样性，要确保所选方案在多个火灾场景中均可行；②确保成本合理性；③确保消防设施容易操作；④消防设施易维护性。消防设施需要定期检查，检查程序太过复杂容易造成厌倦心理、工作懈怠；⑤消防设施整体可靠性。消防实施多样化，设计中相辅相成，一旦一个环节出现问题，将影响整个消防系统；分析报告：分析报告应明确表明消防安全目标，介绍满足目标的方法，以及使用到的标准，送第三方或专家进行复查评估。

5 性能化防火设计的建议

5.1 合理布置火灾场景

设置火灾场景时，应充分体现火灾场景设置的危险性、全面性和最不利性，对部分火灾场景的火源位置、火灾最大热释放速率、火灾荷载密度等进行分别考虑。同时应增加若干火灾场景，通过对不同火灾场景的复核分析，提出可行的消防策略建议，从而有效的控制火灾蔓延，保证火灾时人员能够安全疏散。

5.2 合理布置防火分区

防火分区在高层建筑防火设计中应用较广，在设置防火分区时需要结合高层建筑的结构特点和实际需要，合理有效的划分区域，以实现对火灾蔓延趋势的有效控制，同时也为疏散人员、火灾施救提供足够的时间。

5.3 加大防火材料的应用

装修材料燃烧释放出来的毒性气体是造成人员群死群伤的主要原因，装修材料的选择对于高层建筑火灾防控具有重要作用。在性能化防火设计时，可尽量减少易燃、可燃材料的使用，多选择具有防火性能的不燃、难燃材料进行装修。如宾馆客房的除了吊顶、墙面采用难燃材料外，使用的寝具、窗帘、地毯等也最好采用阻燃材料；空调保温材料采用岩棉、玻璃棉、酣醛复合风管等难燃、不燃材料。

明确相关的疏散参数，如安全出口计算宽度、人员数量、人员行走速度等，选用成熟的人员疏散模型进行模拟分析，得出准确的疏散宽度，确保火灾发生后，确保建筑内人员安全疏散至安全区域。设置避难走道。在对于疏散距离不够的大商业设计，可以采取设置避难走到的方式来解决，在最不利点至室外的直线距离超过规范所限定的距离时，可以将人员疏散至避难走道来满足规范要求。落实消防安全管理制度。严格落实自动消防设施定期巡查维护制度，确保建筑内自动消防设施的可靠性。

5.4 消防安全设施建设

要明确相关的疏散参数。如安全出口计算宽度、人员数量、人员行走速度等，选用成熟的人员疏散模型进行模拟分析，得出准确的疏散宽度，确保火灾发生后，确保建筑内人员安全疏散至安全区域。设置避难走道。在对于疏散距离不够的大商业设计，可以采取设置避难走道的方式来解决，在最不利点至室外的直线距离超过规范所限定的距离时，可以将人员疏散至避难走道来满足规范要求。落实消防安全管理制度。严格落实自动消防设施定期巡查维护制度，确保建筑内自动消防设施的可靠性和有效性。

5.5 其他辅助设施

火灾时产生的烟气携带大量热量，热烟气层在顶棚聚集，如果不及时排出室外，烟气沉降后将会造成严重的后果。设置排烟措施，降低烟气密度和沉降速度，在热烟层沉降之前及时排除，可以防止烟气在水平方向扩散，保证人员安全疏散。加强排烟措施，是根据性能化设计目标，对防火带、亚安全区、燃料舱等设计，采取的辅助加强措施。此外，对于大空间建筑，提高建筑耐火等级，从严控制可燃、易燃材料使用，降低火灾荷载，也是非常必要的辅助加强措施。

6 结束语

虽然性能化防火设计的方法有很多的有点，但是由于高层建筑其自身独特的特殊性和复杂性，在进行性能化设计的过程中，必须要正确的把握性能化设计的关键和范围，加大消防设施建设和对防火材料的应用，而不是盲目的突破规范的要求来进行设计，凡是有条件按国家规范设计的部分仍应严格按照规范的要求进行设计，不能贪图省事而扩大性能化防火设计的范围。

参考文献：

[1] 王仕汇.高层建筑的性能化防火设计[J].广西质量监督导报，2014（6）：39～40.

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[3] 王跃强，李文驹.建筑设计中的性能化防火设计初探[J].华中建筑，2004（4）：73～74.