安全疏散性能化消防设计初探

安全疏散性能化消防设计初探
摘　要: 对现行建筑有关防火规范要求进行分析, 立足于保证人员安全, 克服和解决当前规范执行中存在的问题,  
从建筑防火的基本原则出发, 以探讨的方式提出性能化疏散设计的数学模型, 并将有关建筑消防安全的各方面影响定义成该模型的函数, 将建筑安全疏散设计的安全性评价从定性评价转化为 
关键词: 疏散; 性能化设计; 建筑防火 
1　建筑消防规范执行的现状 
1. 1　规范要求的基本原则 
                 
   建筑消防设计的建筑耐火等级、装饰装修、防火分隔、防烟、排烟、防火间距、防爆设计、消防车道、消防用电、消防用水、自动报警和自动灭火等等都是围绕着防止火灾发生、避免或减少人员伤亡、降低财产损失、降低火灾对社会和政治影响这几个方面来考虑的。因此,减少火灾危害的根本问题是抑制火灾的发生、避免或减少人员伤亡、避免或减少财产损失。 
   使用非燃材料、设置防火间距、设置易燃易爆气体浓度报警设施可以防止或抑制火灾的发生; 
提高建筑和装修材料耐火等级、 
设置防火间距和防火分隔设施,可以阻止火灾蔓延或延缓火灾扩大时间, 延缓安全疏散设施和防火灭火设施的损坏时间;  
设置防烟、排烟设施, 可以为人员和物资的疏散创造有利条件, 还可以抑制火灾蔓延;  
设置火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统可以尽快发现和及时扑救火灾; 设置消防车道有利于消防车及时到达,尽快扑救火灾和抢救人员及物资等等。所有这些设施和设置的根本目的都是为减少人员伤亡和财产损失。这也是所有消防规范的出发点。 
1. 2　现行规范执行中存在的问题 
     目前我国对建筑物所采取的消防措施,主要是根据国家有关部门制订的消防技术规范进行设计、施工和审查监督的。这些技术规范对于我国的建筑物防火起到了积极的作用。但是,现行规范在执行中出现不少问题:  
一是由于规范是明细条款式的规定, 设计人员在确定建筑物的使用功能后,只能根据消防规范逐条对照落实消防措施, 限制了设计构思的自由, 建筑功能、建筑风格、建筑艺术等方面的设计受到限制。另外,许多设计人员在设计时只依照规范条款进行设计, 少于思考, 甚至生搬硬套, 出现僵化设计, 不利于消防设计的发展;  
二是由于规范的强制性和局限性, 许多设计的新思路、生产的新工艺、建筑新结构、使用的新材料都难于发挥运用; 三是由于规范针对的是普遍问题,少于考虑建筑的特殊性, 从而出现规范对一些建筑要求过分严格, 造成消防投资上的浪费, 而对另一些建筑要求又过于宽松,不能满足消防安全需要的现象; 四是由于规范制订的时间、空间的局限性, 无法包含新类别的建筑功能和构造, 出现规范真空, 尽管经常修订,还是不能适应实际发展需要。 
实际应用中, 如《高层民用建筑设计防火规范》对高度为24. 1 m 或90 m 的医院一概认定为高层一类建筑,无论从火灾扑救还是人员疏散, 这两种建筑相差甚远, 统一要求显然不合理。又如《建筑设计防火规范》第8. 7. 1条第六款对设有空气调节系统的旅馆和综合办公楼的某些部位均要求设置自动喷水灭火设备, 水冷式中央空调系统与风冷式中央空调系统相差甚远,同样要求安全防护是不合理, 也是不经济的。 

2　性能化消防设计 
2. 1　性能化消防设计的优越性 
现行的消防技术规范在科学性、合理性、协调性以及经济性等方面都存在许多有待解决的问题。因而,近年来国内、外许多人士对此进行探讨和研究, 并提出了“性能化消防设计”这一新概念,为消防设计开拓了一个新的天空。其主要思想就是改革现行规范不适应现代建筑及其消防设计的规定,综合建筑物(如建筑耐火等级、火灾危险性、消防报警与自动灭火设施、安全疏散设施、防火分隔设施、防排烟设施以及建筑物的使用人群、使用功能和管理等)  
各方面因素, 在保证消防安全的前提下, 以尽量少的投资,使建筑的安全性能与空间造型、使用功能等各方面达到最大的和谐统一。在执行现行规范时, 当某建筑的防火间距不能达到规范要求时,可以通过设置防火墙或减小开窗面积来弥补; 当安全疏散距离较长时, 可以通过增加安全出口或加强防、排烟设施来保证;当防火分区面积超过规范规定时, 可以通过设置自动喷水灭火设施来补充。从上述这些规定可以看出, 对某一建筑物,当某些方面不能达到消防规范要求时, 是可以采取其它补救措施的, 这也是性能化消防设计的一种重要方法。 
2. 2　对安全疏散产生影响的因素及其数学模型 
安全疏散的性能化消防设计, 就是如何以人员安全疏散为中心,科学、合理地组织和设置建筑的各系统及其构件。下述几个方面影响着建筑物内人员的安全疏散:  
一是建筑的耐火等级、建筑物内的可燃物质的数量及其燃烧性能等决定着该建筑物内人员的疏散时间(T允)。耐火等级低、可燃物量大、燃烧蔓延速度快、单位数量可燃物燃烧产生的热量和烟量大, 允许的疏散时间就少,反之就多。要保证建筑物内的人员安全, 必须在该允许时间内疏散出来。 
二是人员所需疏散时间(T需)。该时间包括从房内到房门口的疏散时间、从房门口到安全出口(如果认为封闭楼梯间、防烟楼梯间、室外楼梯为安全区域时,则可为楼梯间入口)。不同的人群, 其疏散速度不同, 所需的疏散时间也不同, 老年、儿童、部分残疾人、病人疏散速度慢,所需的时间多。如果人员所用疏散时间超过建筑物允许疏散时间,就无法保证安全。 
三是疏散设施(包括疏散门、疏散走道、疏散楼梯、疏散照明、疏散指示标志以及疏散通道的防火、防烟情况) , 设施齐全有效,相对的疏散时间就会少些, 相反就会多些。疏散走道有平直的、多弯的、台阶的, 也有宽的、窄的,还有内廊式的、外廊式的。平直的、宽的走道所用的疏散时间就少些, 窄的、多弯的和台阶走道所用的疏散时间就多些。外廊式的排烟性能和采光性好,便于人员疏散, 内廊式的则较之差。楼梯有室内、室外, 有敞开楼梯、封闭楼梯、防烟楼梯,其对人员的安全和疏散有着相当重要的影响。 
四是火灾发现的时间, 发现得早, 争取的疏散时间就多, 发现得迟, 所剩的疏散时间就少,设有火灾自动报警设施的建筑物, 可以早期探测火灾, 其允许疏散时间就可能相对多些。 
五是消防设施, 如果设有自动灭火系统, 系统动作后,火灾蔓延就会减缓, 烟气产生量就会少些, 火灾场所的温度升高速度就会慢些, 允许的疏散时间就多些; 建筑物内设有疏散指示和应急照明,火灾场所内的人员就更不会惊慌, 能较快地找到出口, 疏散速度也相对快些。防火分隔墙耐火时间长些,所允许的疏散时间也会多些。离消防队近、且便于消防队展开扑救, 解救人员的时间相对就会多些。六是日常使用和管理因素。一座建筑就象一件商品,再合格的商品, 如果使用维护不当, 就可能对人的生命安全造成威胁, 建筑物也不例外, 场所内人员消防安全意识的强弱与否,消防安全制度落实是否到位, 消防设施维护保养的好坏, 使用是否得当, 安全出口是否畅通, 对争取的疏散时间都会有影响。 
另外,因为公众聚集场所可能发生拥挤, 在拥挤情况下所用的疏散时间要比正常非拥挤情况的疏散时间多, 这也是必须考虑的问题。 
综上所述, 可以给出一个数学模型: 
T 需F人≤T允F建F形F区F危F梯F道F梯F烟F喷F报F维F拥F识(1) 
               式中:  
T允——某部位允许疏散时间, 应通过实际检测确定或根据火灾场所其它有效计算方法确定; 
                 
T需——某部位人员疏散到安全地点所需时间,该时间为从房间到房门口所需的疏散时间、从房间门口到楼梯间入口所需的时间、从楼梯间入口到室外安全地点所需的时间之和; 
F人——人群种类对允许疏散时间的影响系数; 
F建——建筑耐火等级对允许疏散时间的影响函数; 
F形——地上或地下建筑对允许疏散时间的影响函数; 
F区——防火(防烟) 分区(间距) 对允许疏散时间的影响函数; 
F危——建筑内物质燃烧特性(也即火灾危险性)对允许疏散时间的影响函数; 
F道——走道形状对允许疏散时间的影响函数; 
F梯——楼梯间形式对允许疏散时间的影响函数; 
F烟——防排烟情况对允许疏散时间的影响函数; 
F维——消防设施维护保养情况对允许疏散时间的影响函数; 
F喷——自动喷水灭火系统对允许疏散时间的影响函数; 
F报——火灾自动报警系统对允许疏散时间的影响函数; 
F拥——公众聚集场所发生拥挤对允许疏散时间的影响函数; 
F识——人群消防安全防范知识掌握程度对疏散时间的影响函数。 
由于火灾发生的部位是不确定的, 不同部位的火灾发展情况也可能不同。因此应根据建筑内不同部位的情况特点,分别计算各部位所需疏散时间(T 需) , 将T允和T需进行比较, 当T需小于等于T允时, 设计就符合要求, 如果T需远远小于T允时,可以减少部分消防设施,从而减少消防投资; 当T需大于T 允时, 表明设计尚不能达到消防安全要求, 应增设消防安全设施。 

3　结束语 
上述模型基本上综合了建筑消防安全疏散设计时需要考虑的各种因素, 它除了比现行规范更科学、更合理外, 还有以下几个方面的优点:  
一是该模型容易添加参数, 便于不断完善和补充;  
二是由于该模型属于定量评价的方法, 在以后的运用中, 可以实现计算机程序化,符合社会的发展的需要;  
三是适用范围广, 不论建筑结构形式如何变化, 这种方法都可以适用, 不会出现规范真空和经常修改规范等现象;  
四是这种方法不但可以用于对建筑设计安全与否进行评价,还可以对已建建筑物进行安全性评价, 特别是对扩建、改建和改变使用功能的建筑进行评价, 也可用来进行火灾隐患认定, 解决火灾隐患性质评定无法可依的问题。 
但从前述情况来看, 这是一项综合性很强的工作,这个模型还没有深入表达清楚, 如建筑物允许疏散时间、火灾时各部位人员所需疏散时间如何确定,这又涉及火灾发展蔓延情况、烟气扩散情况等许多不确定因素。另外, 模型中的所有函数也不是通过简单测定就可取得的,  
其中许多是基于变量的函数, 如何定义变量和确定函数, 还需通过大量的实验和实践检验来评定。
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