BS DD240有关建筑物性能化消防设计的方法

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BS DD240有关建筑物性能化消防设计的方法
发布时间 2007/8/3 点击 1695 次

1 前言
    性能化设计是根据建筑物的用途及业主的需要确定一系列的安全目标。根据这些事先确定好的目标, 遵从“设计方案必须达到事先设定的安全目标”的原则,消防工程师可以提出几种可能的方案, 运用一定的量化分析工具对各种方案就能否达到安全目标进行确证, 最终找到符合要求、科学合理和经济有效的设计方案。性能化设计的核心是系统化的消防安全评估技术,性能化设计的思想是运用消防安全评估技术, 根据建筑物的火灾发展特性、建筑和使用人的特征, 利用现代科技成果来确定建筑消防设计, 从而实现消防安全与投资使用的统一[1]。像英国、澳大利亚、新西兰等国家在上个世纪80 年代就开展了这方面的研究工作, 并取得了一些比较实用化的阶段性成果, 目前我国也正在积极的向这方面发展。
    本文介绍了BS DD240[2]中关于人员生命和财产防火的科学及工程原理的部分, 提供了关于建筑消防安全的工程方法以及一个评估达到设计目标的所有消防系统有效的框架, 指出了进行建筑设计中需要考虑的许多因素, 包括建筑构筑方式、疏散设施、人为因素、防排烟、火灾探测、报警系统和灭火等以及它们对实现消防安全目标的作用。
    BS DD240 除了用于新建建筑的设计外还可以对已有建筑进行鉴定, 所提供的工程解决方法可以同其他指导性文件联合使用, 也可以作为调整其他指导性文件的替代方法。
    2 性能化消防安全设计基本框架
    性能化消防设计是建立在火灾科学和消防安全工程理论基础之上的一种新的建筑消防设计方法, 是科学理论和工程学原理在消防安全设计中的应用[3]。从根本上说, 性能化设计只是一个描述能够达到某种规定性能水平的设计过程的术语[4]。BS DD240 为建筑消防安全设计提供了一个工程解决方法的框架, 依据它进行的设计能够满足法规和保险商的要求。但由于消防安全工程还在发展过程中, 需要的一些判定标准可能较为主观, 导致使用这一框架做出的设计结果不被接受。因此, 如果采用此消防安全设计, 在做出最终决定之前必须咨询审批部门的意见。
    BS DD240 描述的消防安全设计过程主要包括以下4 个步骤:
    (1) 定性设计审查(QDR ) ;
    (2) 量化分析;
    (3) 判定标准评估;
    (4) 报告及发表。

    3 性能化消防安全设计的目标
    在设计过程的最初阶段, 必须明确消防安全设计目标。保障生命安全是消防安全设计的主要目标, 同时还应考虑火灾的直接经济损失和间接损失。性能化消防安全设计的目标在定性设计审查(QDR) 时就应确定, 主要目标包括:
    (1) 降低火灾的发生概率, 使其在合理可行的条件下降到最低点;
    (2) 确保建筑使用人员承担的风险可以被接受;
    (3) 确保消防人员在合理的安全条件下进行扑救以及着火建筑附近的公众安全;
    (4) 降低因发生火灾而导致的直接损失和间接损失。
    有时还要考虑火灾对周围建筑和设施的影响以及危险材料对环境的影响。
    4 定性设计审查(QDR )
    性能化消防安全设计过程是从定性设计审查(QDR ) 开始的。QDR 确定消防安全设计的范围和目标, 建立性能判定标准并提供一个或几个候选设计方案, 收集关键信息, 使候选设计方案在量化分析中可以得到评估。
    4.1 定性设计审查的目标和参与人员
    QDR 的目标是复查建筑设计, 确定潜在的火灾危害以及定性分析消防安全的问题所在。由于量化数据和计算工具方面的原因, 在QDR 阶段主要是确定工程判定标准。BS DD240 给出了确定法、概率法、比较法和经济法4 种方法确定判定标准, 而比较法判断标准比概率法所需数据和来源较少, 可以说是达到可接受设计的最简单的方法。在通常情况下,QDR 应该由一个建筑设计小组和一名或多名消防工程师组成的工作组进行, 同时尽可能请审批部门、保险业和物业管理的代表参与, 以使所确定的消防安全目标和判定标准更全面。此外, 在QDR 阶段还要选择和设定一个或多个可能满足消防安全判定标准的消防方案。
    4.2 定性设计审查程序
    QDR 设计审查程序包括:
    (1) 复查建筑设计;
    (2) 完成建筑、环境和人员特征的研究;
    (3) 建立消防安全目标;
    (4) 制定疏散策略;
    (5) 确定可接受的判定标准;
    (6) 确定火灾危害及其可能后果;
    (7) 进行消防安全试设计;
    (8) 选定需分析的火灾场景;
    (9) 确定合适的分析方法;
    (10) 提出QDR 报告。
    5 量化分析
    量化分析是运用一定的分析方法对建筑物的消防安全进行分析, 根据确定的判定标准评价设计方案是否符合消防安全目标。QDR 完成以后, 应进行量化分析以证明消防安全设计方案的有效性。BS DD240 将整个系统分为几部分, 当分析工程设计的某一方面时,每一个子系统都可以被独立使用; 当对整栋建筑进行全面消防工程评估时, 各个子系统共同使用。
    5.1 系统划分
    分析系统划分如下;
    子系统1 ( ss1) : 火灾的引燃和发展。该子系统是以时间为函数评估封闭空间内的火灾增长, 主要输出热释放速率、烟生成率、CO 生成率、火焰尺寸和轰燃时间等数据。
    子系统2 ( ss2) : 烟和毒气的蔓延。该子系统对起火房间内外的烟和毒气的蔓延以及建筑物重要位置的烟和毒气的特征进行评估。
    子系统3 ( ss3) : 火灾的蔓延。对于生命和财产的主要威胁之一是火灾从起火房间内蔓延至建筑的其他部位。该子系统提供了确定火灾严酷性和建筑物反应的方法, 输入数据由QDR 决定。
    子系统4 ( ss4) : 火灾探测和灭火。火灾探测对于主动消防系统的需要为使用人员作出火灾报警的需要都很重要。该系统利用子系统1 和2 提供的烟生成率、温度、火焰大小以及建筑系统和人员特征等数据, 通过计算得出报警系统和防排烟系统的动作时间、防火分隔物(如防火卷帘等) 的响应动作时间、灭火系统动作时间、消防队接警时间。
    子系统5 ( ss5) : 消防扑救。消防队关心的问题是保证所有的人员被安全疏散, 因而很难量化其行动, 因此该子系统的在许多方面不得不依靠定性判断。该子系统采用QDR 设定火灾和建筑特征的信息以及子系统4 的消防队接警时间和子系统6 的疏散时间, 确定消防队活动对火灾增长的影响。
    子系统6 (ss6) : 疏散。
    图2 是以一典型火灾场景来显示各子系统之间的相互作用。
    5.2 子系统的量化分析方法
    上述6 个子系统都可以通过确定性分析或随机性分析两种方法进行量化。
    确定性分析是以科学理论和经验计算得到的物理、化学和热动力学关系为基础, 给火灾增长、火灾蔓延、烟气运动和它们对于建筑及人员所造成的后果进行量化分析。

    随机性分析则是以确定性数据、火灾统计、建筑数据和系统可靠性数据为依据对建筑风险进行分析。这种方法考察整个系统的所有可能发生的危险事件及其发生的概率, 分析各个危险事件所造成的危害, 并在此基础上得出整个系统的风险, 用数学方法表示为: 系统代表所有可能的危险事件的集合, Pi 表示某个危险事件发生的概率, Ci 表示该次危险事件所造成的危害。
    进行风险分析时, 既要确定各种可能发生火灾的概率, 也要对各种可能发生的火灾场景所造成的后果进行估计, 通过确定性分祈方法得到一次火灾所造成的危害, 最后综合各个火灾的概率及其所造成的危害得到整个建筑物的火灾风险[4]。
    5.3 两种方法的比较
    确定性分析方法包括一系列可以导致单一结果的情况的评估, 但是火灾的本质决定了很难得到精确的结果。通常, 一个成熟的计算模型在其应用范围之内可以提供保守的预测。但是当模型的有效性受到质疑时,消防工程师必须说明有关试验工作情况以及如何调整结论。
    概率性分析方法既对某次火灾进行确定性分析得到该次火灾的危害, 又考虑了该次火灾发生的概率, 所以它的评估结果有机地结合了确定性与随机性方法, 具有一定的综合性, 能够综合反映建筑物的火灾风险。
    6 判定标准评估
    量化分析的结果应该与QDR 确认的可接受判定标准进行比较, 通常采用确定法、概率法和比较法三种方法。
    在确定性研究中, 目标是在初步假设(通常表达为“合理的最不利情况”) 的基础上, 不会发生所设定的一系列条件, 如生命安全、减少损失和保护环境等。
    在概率性研究中, 判定标准是一个给定事件的可接受的低发生概率。风险判定标准通常表达为每年不可接受事件发生的概率。
    在比较法判定标准中, 从绝对条件得到安全水平可能很难成立。然而, 论证设计所提供的安全水平与一栋采用规格式规范的建筑等效会相对直接一些。例如:在一个大型展览馆中, 疏散距离可能会比规范的规定要长, 从而导致疏散时间延长。但如果馆内空间净高很高, 就可以论证烟蓄满室内顶部空间所需要的时间会比所延长的预测疏散时间还要长。
    在论证一个设计至少提供与规格式规范相同的安全水平时, 首先应理解规范的意图。由于规范每一特定部分可能具有一个以上的目标, 工作组应在QDR 过程中考虑规格式规范每一部分的意图, 从而建立指定目标的替代设计, 论证设计方案至少与传统方法一样有效和可靠。如果没有一个试设计满足指定的可接受判定标准, 需重复QDR 和量化分析过程直至获得令人满意的消防安全设计。
    7 报告编制
    消防工程研究的结论必须制成完整的书面文件,以供第三方评估。该报告必须明白地列出设计基础、所使用的计算方法以及研究中所作的假设。报告的格式取决于消防工程研究的性质和范围, 但至少应包括以下内容:
    (1) 研究目标;
    (2) 建筑概况;
    (3)QDR 工作组成员;
    (4)QDR 结果: 消防安全目标、危害分析结果、选择所分析的火灾和人员行为场景的基础、可接受的判定标准、试设计和消防管理影响;
    (5) 结果分析: 假设、工程判断、计算方法、方法有效性和敏感性分析;
    (6) 比较分析结果与可接受判定的标准;
    (7) 消防系统设置要求;
    (8) 管理要求;
    (9) 结论: 防火要求和建筑用途的任何限制;
    (10) 参考资料: 设计图、设计文件和技术文字说明。
    8 结束语
    目前世界上许多国家的防火规范都在由处方式向性能化的转化, 也取得了一定程度的进展。BS DD240为工程师提供了进行消防安全设计的原则方法, 允许工程师在选择合适的消防系统的基础上采用安全等级比较替代设计, 这给了工程师尽可能大的发展空间。为了验证性能化设计能提供与传统处方式设计等同的消防安全水平, 性能化设计的一项重要工作是要对建筑设计进行评估。
    消防安全水平是建立在大量的社会调查和统计之上的, 太低不符合公众要求, 太高不能显示性能化设计的优越性。
    确定合适的安全水平, 建立有关火灾数据库, 开发各种适用不同场景的数值模拟工具和改进数值模拟工具是推行性能化消防设计的当务之急和今后工作的重点所在。
[来源：来宝网]

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