內容摘要：社會發展的需求，我國涌現了一大批大型公共建筑特別是超大空間建筑，這些建筑與以往建筑相比更追求視覺上的通透性，這類大空間建筑的防火設計也成為建筑設計的一大難題。本文通過分析大空間建筑的火災特性，提出了性能化防火設計方法在這類建筑中的應用并，闡述了性能化防火的優越性。
　　關鍵詞：大空間建筑,防火設計,性能化設計,防火構造
　　
　　近年來，據有關火災的統計數字表明，我國的許多重大、特大火災均某些大空間建筑有關。因此，研究大空間建筑的火災特性并提供相應的防治與控制技術，已是火災防治的一個重要課題。
　　一、 性能化防火設計原理基礎
　　性能化防火設計，是運用消防安全工程學的原理及方法，在考慮到火災發生、發展和蔓延的基本規律的基礎上，結合實際火災中所積累的經驗，并通過對建筑物形狀、結構、用途及其內部可燃物等方面進行綜合分析和計算，從而確定性能指標和設計指標，然后再預設各種可能起火的條件和由此所造成的火災煙蔓延途徑以及人員疏散情況，來決定最佳消防安全工程措施，并加以評估，從而核準預定的消防安全目標是否已經達到；最后再視具體情況對設計方案做出調整及優化。與“處方時”設計相比較，性能化設計方案更關注是否能夠實現“保證人員疏散和滅火救援不受火災煙氣影響”這一目標，而不是局限于滿足規范要求最低排煙量。
　　二、大空間建筑火災防治特征
　　由于建筑結構的特殊性和使用功能的具體需要，大空間建筑的火災發生與普通建筑有著明顯的差別，主要表現在以下幾個方面。
　　1、火災控制難度大
　　大型建筑防火往往為了控制煙氣蔓延，在建筑物內設置防煙分區，但是大空間建筑內無法有效的采取分隔措施是一大難題。例如在館廳式建筑內，解決迅速排煙問題是尤其重要的，應研究有效的自然排煙和機械排煙的方法。中庭往往是大型高層建筑的組成部分，它將多個樓層相連。而中庭的底部通常是火災最可能發生的位置，因此煙氣控制不僅要解決頂部排煙，還需解決防止煙氣由起火樓層流入中庭及由中庭反流到其他樓層的問題。
　　2、探測預警機制的局限
　　目前在普通建筑中廣泛使用的火災探測器大都是以煙氣濃度或溫度為信號進行探測的，且大都安裝在頂棚。大空間建筑中，一般層高比較高，空氣的稀釋，火災煙氣到達十幾米或幾十米的高度時，其溫度和濃度都大大降低，不足以啟動火災探測器，能夠達到啟動探測器的時候，火災已經形成了很大的規模，或者已經造成了很大的損失，延誤了早期滅火的有利時機。
　　3、人員的安全疏散相當困難
　　大空間建筑相應的就意味著是繁華的公共場所，人員高度密集式必然的，而且這些人員一般都沒規律，呈現自由活動的游離狀態。一旦發生火災，在較短的時間內將人們迅速安全疏散是一件極為困難的事情。無論在現場指揮、逃離通道設置方面，都已呈現混亂局面，加上人們心理素質的高低不同，慌亂中的人們很難以聽從指揮，給疏散進一步造成困難。
　　三、大空間建筑性能化防火設計研究
　　1、控制人員安全疏散時間：人員疏散的安全評判標準是在綜合考慮人員疏散速度、火災煙氣流動速度、火勢蔓延時間、建筑物安全牢固的基礎上，ASET（達到危險狀態時間）>RSET（人員疏散完畢時間），見圖所示。
　　             
　　
　　其中ASET為火災達到危險狀態的時間,通常以煙氣參數作為火災達到危險狀態的描述。ASET涉及的參數主要包括煙氣蔓延速率、排煙系數、建筑強度衰減系數、煙氣能見度、空氣溫度、CO濃度等。RSET為從火災開始到人員疏散完畢所需的時間,包括火災探測報警時間、人員反應時間和人員疏散運動時間。RSET涉及的參數主要包括人流密度、行走速度、出口流動系數等；
　　火災發生時，在保證建筑物基本強度的基礎上，對人員疏散影響最大的是煙氣能見度、、濃度和空氣溫度。依據資料，允許逃生的空氣溫度不應高于60℃，允許逃生的CO濃度不應高于500ppm，允許逃生煙氣能見度不應小于13米。煙氣濃度可以通過自動噴水滅火系統和防排煙系統進行控制，由于大空間自身特性，本身具有較強的蓄煙功能，而應用排煙系統可能會破壞火災中已經穩定的熱煙層。因此，需要建立大空間建筑煙氣流動模式的實際數據庫，通過對煙氣蔓延的模擬，建立一個性能化設計的平臺，為排煙設計提供指導性依據。根據總體建筑特點和人員流量數據，對各火災場景的人員疏散進行數值模擬分析，得到人員疏散完畢所需時間RSET。再通過比較各火災場景內ASET與RSET進行比較。得出是否能否保證建筑內人員安全。
　　2、優化建筑物的防火能力：大空間建筑其承重構件主要為鋼梁和鋼柱，因此主要應將防止鋼結構強度失效作為設計的一個重點。鋼結構失效時的臨界溫度與鋼結構的材質、結構的幾何形狀、截面系數、負載情況有關，所以在性能化設計中，需要通過對不同鋼結構的模擬試驗，建立數據庫模型，確定不同情況下鋼結構的臨界溫度。從消防工程的角度來看，如果火災中鋼結構在要求的耐火時間內沒有達到臨界溫度，則不需要額外的防火保護；如果達到臨界溫度，則需要計算等效時間來確定鋼結構的保護時間。根據《建筑設計防火規范》的要求，人員密集場所建筑耐火需要不應低于二級，柱的耐火等級不應低于2.5h，梁的耐火等級不應低于1.0h，屋面承重構件的耐火等級不應低于1h。目前，鋼結構防火涂料超薄型鋼結構防火涂料為主，因其美觀、易施工、易裝修等特點，所以使用頻率也最高，鋼結構管材網架的內循環水冷卻保護法還停留在研究探討階段。優良的鋼結構防火涂料可以將鋼結構的耐火時間提高至3h以上。因此除了模擬鋼結構臨界溫度作為參考外，對于建筑防火涂料的選擇也應該納入性能化設計的必要。
　　3、增強的防火滅火措施：依據資料，傳統感溫探測器只能探測8m及以下高度的空間，感煙探測器為12m及以下，火焰探測器及紅外光束感煙探測器為20m及以下。大空間建筑功能區等固定房間可采用普通感溫（煙）探測器，而展覽區等大空間部位在實際施工中多采用雙波段火焰探測器、掃描式火災探測器、主動時氣體探測器等配合自動水炮系統等先進技術。其中圖像型火災探測報警系統應用比較廣泛，在大空間建筑內水系統滅火方式仍然是最適宜的滅火方式。對于快速響應早期抑制噴頭（ESFR），噴頭具有反應快，水滴大，流量大，壓力高等特點，可適用于9-13m的大空間建筑，但作用效果受安裝規整度、建筑高度的影響較大，而且消防用水量偏高，因此施工方在ESFR的有效性和可行性上考慮較多；自動消防炮具有定位準確，滅火效率高，保護面積大，響應速度快的特點，同時對非火災區域造成的損失小，可結合室內建筑裝修實際合理布置，但一次性投資較高，對人員密集場所還應考慮到防止人身意外傷害的問題。
　　四、我國加快性能化防火設計的措施
　　我國應該加快性能化規范及配套技術的研究步伐，充分發揮性能化設計的優越性。促進性能化設計技術的發展方面，筆者認為應該從以下幾個方面做起：加強各種火災預測模型和火災風險評估模型的研究，拓展性能化設計方法的應用空間。積極向建筑設計師和建筑管理人員介紹性能化設計方法，讓他們認識、理解并自覺接受性能化設計方法。出臺可操作性強的相關性能化設計指南，使建筑設計師能盡快地掌握性能化設計方法。加強新材料、新技術研究，規范材料性能參數，建立和完善數據庫，提供準確的性能化指標，為性能化應用積累基礎性數據。深入研究火災規律、火災情況下建筑內人員逃生規律和構件變化規律，為各種火災模型的建立提供堅實的理論依據，并拓展計算機技術在消防中的應用。制定性能化消防設計規范，為性能化設計方法的應用提供法律依據。
　　結束語：大空間建筑與一般建筑存在較大差異，因此在防火性能化設計方面必須以整體分析為出發點，進而實施防火安全綜合設計。在此，對大空間建筑的“性能化”防火設計進行初步探討，并希望以此拋磚引玉，在此基礎上能進一步深入開展大空間建筑防火性能的理論與實驗研究，逐步制定和完善大空間建筑的防火設計規范，達到其防火性能的總目標。
　　
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