3 性能化建筑火灾风险分析方法的基本框架

    建筑防火风险评估以性能化防火设计方法为背景, 综合考虑建筑安全性能的各个方面(包括火灾及其燃烧产物的产生与发展, 火灾产物的流动, 火向起火房间外部的蔓延、消防设施对火灾的探测, 启动灭火, 疏散与救援等环节) , 通过设定火灾场景, 对人员生命安全、建筑结构耐火性能及财产损失等情况目标结果进行预测, 并以性能化安全标准为主, 规格指令安全标准为辅, 对建筑物所具备的安全性能水平进行综合评估, 从而为建筑设计决策提供依据。
    3. 1 性能化建筑防火风险分析方法的基本框架
    性能化建筑防火风险评估方法的基本框架由三部分组成。分别为: (1) 综合评估; (2) 数据集成; (3) 性状预测。
    3. 1. 1 综合评估
    (1) 确定评估目标和功能要求。根据建筑物的具体特点, 以现阶段消防安全工程学的实际发展水平和现行“处方式”建筑防火设计规范为基本出发点, 确立相应的评估目标和功能要求。
    (2) 处方式与性能化预测结构进行比较分析。根据模块2 确定的现行处方式建筑防火设计规范的性能的要求, 评估由模块3 提供的建筑防火安全性能预测结果所具有的消防安全水平, 并与性能化评估结果进行对比分析。
    (3) 确定防火安全主要薄弱环节。在比较上述两类评估结果的基础上, 采用已被标准化的成本—效益分析方法确定改进建筑防火安全性能的关键环节, 为具体防火安全措施的制定提供决策依据。
    3. 1. 2 数据集成
    (1) 火灾场景选择。根据模块1 确定的评估目标和功能要求, 根据火灾统计数据, 选择全部火灾场景。
    (2) 确定预测计算参数和性能化判定标准。依模块3确定的性状预测火灾模型和计算方法所要求的各类输入参数, 选择并集成相关基础数据和性能判定标准。
    (3) 确立指令性判定标准。根据模块1 确定评估目标和功能要求, 建立现行建筑防火设计规范的性能要求和规格标准。
    3. 1. 3 性状预测
    (1) 确定火灾性状预测模型与方法。根据模块1确定的评估目标和功能要求以及由模块2 设定的火灾场景, 确立建筑防火危险性性能化评估所涉及的系统范围, 并选择相应的火灾模型和计算方法。
    (2) 分析火灾性状预测各环节相关影响。对于可能影响建筑物消防安全性能的众多因素应进行全面分析, 以火灾发生直至人员疏散完毕整个过程为研究对象。在性状预测过程中, 既要研究火灾模型、消防安全措施、人员疏散行动、火灾扑救过程所具有的性能特点, 又要注重分析子系统之间存在的相互作用。
    (3) 综合确定预测结果。根据模块2 的火灾统计数据, 对性状预测结果及其出现概率进行统计分析, 在此基础上, 确定建筑防火安全性能预测结果。
    3. 2 性能化建筑防火风险分析方法的基本内容
    3. 2. 1 火灾场景选择
    建筑防火性能化评估目标主要包括人员生命安全、建筑结构耐火性能以及财产损失情况三个方面。一旦目标结果确定, 就需要在识别潜在火灾危害的基础上, 选择可能导致这些最不希望发生结果的全部火灾场景。在此, 应根据火灾统计资料, 从“对象、资源、活动”三个方面入手, 较为系统地确定各类火灾场景, 并建立相应分析中必须的各类参量。其中, 对象是有关火灾本体的信息结构, 包括火灾发生的区域、单位等级、火灾种类、起火时间分布、起火部位、起火源、起火物、
    气象状况、火场情况等; 资源是指对火灾进行控制的有关消防力量, 包括消防车、灭火器材、消防供水等情况;活动是指与火灾扑救过程中有关各个阶段, 包括接警、出动、到场、扑救等环节。
    3. 2. 2 火灾性状预测
    为了能够对可能影响建筑消防安全性能的众多因素进行系统、全面、合理地分析, 必须以火灾发生直至人员疏散完毕整个过程为研究对象, 分别考虑起火空间内部火灾的发生与发展阶段, 烟与有毒气体在起火空间内部及外部蔓延阶段, 火灾在起火空间之外蔓延阶段, 火灾探测与自动消防系统启动阶段, 消防队到场灭火阶段以及人员疏散阶段的火灾性状特点。
    3. 2. 3 建筑结构耐火安全性预测
    建筑结构性能预测需要对建筑结构进行耐火安全性分析。在分析时根据火灾场景, 确定火灾荷载、通风、分隔物材料热物性参数等基本数据, 预测计算火灾温度——时间关系, 即升温曲线, 也可采用标准升温曲线作为受火条件。在此基础上, 建立构件导热微分方程,并输入材料热物性参数和定解条件, 计算构件截面温度场, 温度场计算结果确定相应的材料力学参数, 建立结构和构件抗力计算模型, 计算构件抗力。同时, 确定相应火灾场景下构件可能承受的重力荷载即有效荷载, 采用力学分析方法计算构件在有效荷载和温度共同作用下的荷载效应。最后, 通过分析构件抗力和荷载效应的相关特性,对建筑结构和耐火安全性进行预测。
    3. 2. 4 人员安全疏散预测
    对于建筑物内人员疏散到安全地区的时间的预测结果将与火灾场景中有关火灾发展与烟气流动性状分析所得到的时间进行比较。对于人员安全疏散时间计算, 必须确定一些关键因素。首先, 除非位于起火空间内人员发现了起火, 在疏散开始前需要人们做出决定疏散行动所需要的时间; 最后, 疏散行动开始。所有这些环节都需要时间, 并且这些环节都是影响安全疏散行动的关键因素。
    3. 2. 5 安全标准
    为了使建筑物火灾危险性评估性能化方法具有较强的适应性, 应制定以性能化准则为主, 处方式准则为辅的安全评估标准体系。同时, 针对特殊情况也可制定相应的补充性准则。
    3. 2. 6 评估结果综合分析
    对建筑火灾危险性进行性能化评估, 其评估目标是确定现有建筑物的防火安全性是否达到了性能要求的安全水平。

    4 结束语

    目前世界各国建筑设计防火规范正在向性能化规范方向发展, 性能化规范的发展方向——既满足消防安全要求, 又能实现建筑物的功能要求, 建立在人们对建筑物火灾风险满意的基础上, 评判性能化建筑设计水平。