性能化防火設計文件編制

　　在性能化報告中，應明確表述設計的消防安全目標，充分解釋如何來滿足目標，提出基礎設計標準，明確描述火災場景，并證明火災場景選擇的正確性等。不得從其他國家的規范中斷章取義引用條文，而應以我國國家標準的規定為基礎進行等效性驗證。

　　由于設計報告時性能化設計能否被批準的關鍵因素，所以報告需要概括分析和設計過程中的全部步驟，并且編寫的格式和方式應符合權威機構的要求和用戶的需要。所以編寫的報告中應包含以下內容：①建筑基本情況及性能化設計的內容。例如，建筑特征、人員特征、原有的消防措施、來自各方面的對設計的限制條件，以及需要進行性能化設計的范圍等。②分析目的及安全目標。該部分應包括建筑業主、建筑使用方、建筑設計單位、性能化消防設計咨詢單位和消防主管部門共同認定的總體安全目標和性能目標，并說明性能目標是如何建立的。③性能判定標準即性能指標。該部分應該說明對應不同性能目標的性能指標是什么，是如何確定的，考慮了那些不確定因素，采用了哪些假設條件。④火災場景設計。該部分需要說明選擇火災場景的依據和方法，并對每一個火災場景進行討論，列出最終需要分析的典型火災場景。⑤所采用的分析方法及其所基于的假設。分析評估采用的工具、方法和參考資料應科學合理，報告中列出選擇該分析方法的依據，并描述清楚計算分析模型采用的邊界條件和輸入參數，并說明其合理性。⑥計算分析與評估。根據計算結果與性能判定標準的比較分析，說明設計方案是如何滿足安全判定指標的。⑦不確定性分析。在工程分析中，通常只能從確定性的一面出發進行定量的分析。不確定性問題貫穿于性能化設計過程的始終，對建筑物性能化消防設計的質量、安全水平等都有著重要的影響。不確定性包括偶然的不確定性、認知的不確定性和不明確的不確定性。例如：分析方法存在不確定性、人員行為存在不確定性、對風險的理解與評價存在不確定性、與建筑物使用壽命和安全也存在不確定性等。⑧結論與總結。該部分是對前面所有工作的總結，應包括此次設計的內容、目標、最終設計方案。包括防火要求、管理要求、使用中的限制條件等。⑨參考文獻。列出主要的設計圖紙，相關技術文獻等技術資料⑩設計單位和人員資質說明。此部分包含設計單位的名稱、經營范圍、設計資質，參與本設計項目的消防工程師的相關工作經歷等。

　　以撰寫某商業購物中心的消防性能化設計報告為例，對報告編寫方法進行介紹。

　　一、建筑基本情況及性能化設計的內容

　　（一）建筑基本情況

　　建筑的基本情況應對建筑的總體概況、建筑設計、常規的消防設計進行說明。

　　1.工程介紹

　　工程介紹應對項目的建筑概況、區域位置、總平面設計、建筑設計等方面進行說明，主要由設計院提供。該部分內容可配有相關的總平面圖、效果圖、建筑平、立、剖圖紙等。

　　2.消防設計

　　消防設計主要包括該項目常規的消防設計說明，主要根據設計院提供的消防設計專篇進行撰寫。該部分內容可配防火分區圖紙以及其他相關的消防圖紙。

　　（二）性能化設計的內容

　　性能化設計的內容應包括該項目主要的消防問題、消防性能化的范圍及主要內容、消防性能化原則等幾個方面。

　　1.主要消防安全問題

　　對項目存在的消防問題進行匯總，其主要的消防設計難題和問題可按下表整理。

　　表4-3-7-1 本工程主要消防設計難題和問題

　　序號 消防設計問題 規范要求

　　1 防火分區問題 購物中心內步行街區域（即中庭及回廊組成的交通空間）總面積約為超過4萬平米，難以按照規范進行防火分區劃分。 《建筑設計防火規范》GB50016第5.1.7條、第5.1.11條、第5.1.12條規定

　　2 人員疏散問題 部分樓梯間在首層不能直接對外，且其出口距直通室外的安全出口大于15m。 《建筑設計防火規范》GB50016第5.3.13條規定

　　各層均有距安全出口直線距離超出37.5m的問題。 《建筑設計防火規范》GB50016第5.3.17條對商業疏散寬度確定進行了規定：

　　2.性能化設計評估范圍及內容

　　通過對項目消防問題的總結，以解決不滿足規范的消防問題為目的，制定相應的性能化設計評估范圍及內容，對于可應用現行相關規范展開設計的區域應遵照現行規范執行。

　　3.性能化設計評估原則

　　對于項目存在的特殊消防設計問題，將本著安全適用、技術先進的原則，采用合理的消防設計理念和方法，通過對消防設計方案的分析和安全評估，使得制定的解決方案能更好的滿足本項目的消防安全要求，并最大限度地滿足業主商業功能需求。

　　二、分析目的及安全目標

　　分析目的及安全目標應包括建筑業主、建筑使用方、建筑設計單位、性能化消防設計咨詢單位和消防主管部門共同認定的總體安全目標和性能目標，并說明性能目標是如何建立的。

　　（一）分析目的

　　一般地，消防設計的目的在于：防止火災發生；及時發現火情；通過適當的報警系統及時發布火災警報；有組織、有計劃地將樓內人員撤出；采取正確方法撲滅和/或控制大火；將商業損失控制在一定范圍之內。

　　（二）分析目的安全目標

　　結合項目消防設計遇到的問題和難題，確定項目消防安全目標，主要有以下幾個方面：

　　①為使用者提供安全保障；

　　②將火災控制在一定范圍，盡量減少財產損失；

　　③為消防人員提供消防條件并保障其生命安全；

　　④盡量減少對運營的干擾；

　　⑤保證結構的安全。

　　三、性能判定標準即性能指標

　　性能判定標準應該說明對應不同性能目標的性能指標是什么，是如何確定的，考慮了那些不確定因素，采用了哪些假設條件。

　　（一）性能化安全性判定準則及判據

　　1.人員疏散安全性判定準則、判據

　　保證人員安全疏散是建筑防火設計中的一個重要的安全目標，人員安全疏散即建筑物內發生火災時整個建筑系統（包括消防系統）能夠為建筑中的所有人員提供足夠的時間疏散到安全的地點，整個疏散過程中不應受到火災的危害。

　　通常情況下人員疏散安全判據指標如下表所示：

　　表4-3-7-2 人員疏散安全判據指標

　　項 目 人體可耐受的極限

　　能見度 當熱煙層降到2m下時，對于大空間其能見度臨界指標為10m

　　使用者在煙氣中疏散的溫度 2m以上空間內的煙氣平均溫度不大于180℃；當熱煙層降到2.0m下時，持續30分鐘的臨界溫度為60℃

　　煙氣的毒性 一般認為在可接受的能見度的范圍內，毒性都很低，不會對人員疏散造成影響（一般CO判定指標為500ppm）。

　　2.防止火災蔓延擴大判定準則

　　根據澳大利亞建筑規范協會《防火安全工程指南》提供的資料，保守的選取被引燃物是很薄很輕的窗簾、松散堆放的報紙等非常容易被點燃的物品時的臨界輻射強度10kW/m2；

　　四、火災場景設計

　　火災場景設計需要說明選擇火災場景的依據和方法，并對每一個火災場景進行討論，列出最終需要分析的典型火災場景。

　　火災場景如下表所示：

　　表4-3-7-3 火災場景設置一覽表

　　位置編號 火災位置 自動滅火

　　系統 排煙系統 最大火災規模

　　（MW）

　　A 商業步行街 有效 有效 2.2

　　B 商業步行街 有效 有效 2.2

　　C 商業步行街 有效 有效 2.2

　　五、所采用的分析方法及其所基于的假設

　　分析評估采用的工具、方法和參考資料應科學合理，報告中列出選擇該分析方法的依據，并描述清楚計算分析模型采用的邊界條件和輸入參數，并說明其合理。

　　（一） 疏散設計分析方法

　　疏散設計分析，即根據設定的人員類型和數量，對疏散人員疏散所需時間的分析。疏散時間（RSET）包括疏散開始時間（tstart）和疏散行動時間（taction）兩部分。

　　1.疏散行動時間預測分析方法

　　疏散行動時間（taction）是指從疏散開始至疏散結束的時間。疏散行動時間預測模型主要有水力模型和行為模型兩種。本項目以行為模型來預測疏散行動時間，采用模擬分析工具Pathfinder進行計算。

　　2.疏散設計分析主要參數確定

　　1）有效流出系數和人員步行速度:有效流出系數和步行速度同人員密度緊密相關，常用的數據資料如下表。

　　表4-3-7-4 有效流出系數和步行速度數據表

　　疏散設施 擁擠狀態 《SFPE消防工程手冊》 日本避難安全檢證法

　　密度 速度 流出系數 速度 流出系數

　　人/m2 m/min 人/min/m m/min 人/min/m

　　樓梯 最小 0.5 45.7 16.4 27（上）

　　36（下） 60（樓梯有足夠容量時，其他情況應通過計算獲得）

　　中等 1.1 36.6 45.9

　　最優 2.0 29.0 59.1

　　大 3.2 12.2 39.4

　　走廊 最小 0.5 77.2 39.4 60

　　（一般） 80（走廊有足夠容量時，其他情況應通過計算獲得）

　　中等 1.1 61.0 65.6

　　最優 2.2 36.6 78.7

　　大 3.2 18.3 59.1

　　對外出口 —— —— —— —— 60（一般） 90

　　2）疏散路徑有效寬度確定:各疏散路線邊界層寬度如表4-3-7-5所示。

　　表4-3-7-5 邊界層寬度

　　疏散路線因素 邊界層（mm）

　　樓梯梯級的墻壁或面 15

　　欄桿，扶手 9

　　走道，斜坡墻 20

　　障礙物 10

　　寬闊的場所，過道 46

　　門，拱門 15

　　3）人數確定方法:分析所使用的疏散人數應根據不同建筑場所功能不同，分別按密度或座位數進行計算。

　　根據本項目的特點和定位，依據現行防火設計規范和權威文獻資料，對于消防性能化區域的主要功能區域人員荷載確定，應附有人員荷載計算參數。

　　（二）煙控系統設計與分析

　　防排煙系統設計的主要目的是為了保證人員的疏散安全，即保證人員在疏散過程中不會受到火災產生的煙氣的危害。此外應為消防救援提供一個救援和展開滅火戰斗的安全通道和區域，免受火災的影響，及時排除火災中產生的大量熱量，減少熱煙氣對建筑結構的損傷。

　　1.煙氣層臨界高度

　　防排煙設計應使煙層維持在距離有人地面至少1.8m以上的高度，對于高大空間，臨界高度應根據下式進行計算確定。

　　 z’= 1.6 + 0.1（H - h） （4-3-7-1）

　　式中：z’—煙層距離疏散人員所在地面的臨界高度（m）

　　H—空間頂棚距離火源位置的高度（m）

　　h—疏散地面高于火源位置的高度（m）

　　2.火焰高度、煙氣生成量及煙羽流軸線溫度分析

　　本項目采用NFPA 92B和NFPA 204中提供的有關軸對稱羽流的分析方法進行計算。

　　六、計算分析與評估

　　根據計算結果與性能判定標準的比較分析，說明設計方案是如何滿足安全判定指標的。

　　（一）煙氣模擬分析與評估

　　煙氣模擬分析與評估部分應主要包括每個火災場景的防排煙系統設計情況介紹，計算參數的設置，溫度、能見度等參數在關鍵時間點的模擬結果以及計算結果小結。

　　各區域危險來臨時間（ASET）可以表格形式匯總，如下表所示：

　　表4-3-7-6 火災危險來臨時間分析

　　序號 場景編號 假設條件 樓層 ASET（s）

　　1 A 排煙有效 自動滅火有效 一層步行街 >1800

　　二層步行街 >1800

　　2 B 排煙有效 自動滅火有效 一層步行街 >1800

　　二層步行街 >1800

　　3 C 排煙有效 自動滅火有效 一層步行街 >1800

　　二層步行街 >1800

　　（二）疏散模擬分析與評估

　　煙氣模擬分析與評估部分應主要包括對應每個火災場景設計的疏散場景，每個場景的疏散策略，疏散模擬在關鍵時間點的人員分布示意圖以及計算結果小結。

　　各區域疏散所需時間（RSET）可以表格形式匯總，如下表所示：

　　表4-3-7-7 人員疏散所需時間分析結果匯總表

　　區域 疏散路徑 開始時間（s） 行動時間（s） REST（s）

　　首層區域 首層人員直接疏散到室外 270 293 710

　　二層區域 二層店鋪人員離開著火店鋪 63 95 206

　　中庭人員離開本層步行街區域 270 547 1091

　　本層所有人員全部疏散至樓梯間 270 559 1109

　　所有人員疏散到室外 270 665 1268

　　注：行動時間計入所需疏散時間時考慮1.5倍安全系數。

　　（三）計算結果與性能判定標準的比較

　　將各火災場景的危險來臨時間（ASET）與相對應的疏散場景下人員疏散時間（RSET）進行對比，判定人員疏散的安全性。可采用下表表示：

　　表4-3-7-8 人員疏散安全判定結果

　　序號 場景編號 火災位置 監測位置 AEST（s） REST（s） 是否滿足安全要求

　　1 A 步行街（中庭）底部 一層步行街 >1800 1121 是

　　二層步行街 >1800 1091 是

　　2 B 步行街（中庭）底部 一層步行街 >1800 1121 是

　　二層步行街 >1800 1091 是

　　3 C 步行街（中庭）底部 一層步行街 >1800 1121 是

　　二層步行街 >1800 1091 是

　　七、不確定性分析

　　（一）疏散過程中的人員不確定性分析

　　采用行為模型來計算人員的疏散時間時，其假設為：疏散人員都具有足夠的身體條件自行疏散到安全地點，人員疏散行走同時且井然有序，這與實際發生火災時的情況有一定差距。因此，本報告在計算疏散行動時間時考慮了一定的安全系數（安全系數＝1.5），以彌補這些不確定性因素所帶來的影響。

　　在預測疏散時間時，重要之處在于人員的特性參數，包括對建筑物的熟悉程度、人員的身體條件及行為特征、人員的數量及分布等。

　　（二）火災蔓延的不確定性分析

　　火災蔓延區域和面積的大小受到多種不確定因素的影響，如：

　　①可燃材料和可燃物本身的對火反應特性等；

　　②可燃物的形狀、擺放方式和堆積形式等；

　　③可燃物之間的相對空間位置；

　　④火災時的通風狀況；

　　⑤其它燃燒物體以及高溫體、熱煙氣層的熱反饋；

　　⑥滅火救援和消防系統的作用效果；

　　⑦空間內的防火分隔方式與面積大小。

　　火災蔓延不僅受眾多不確定因素的影響，而且火災蔓延的全過程機理尚未完全研究透徹，目前還缺乏準確預測火災蔓延的數學模型，火災模擬計算所需參數還不豐富。因此，項目中對火災蔓延的分析僅針對典型可燃物及常規情況下的火災蔓延情形。基于上述原因，為了使消防設計更加安全，一般采取較保守的分析方法，如考慮了最不利的起火位置和引燃條件，確定最大火災熱釋放速率和排煙量時均考慮了1.5倍的安全系數。

　　八、結論與總結

　　結論與總結部分應包括防火要求、管理要求、使用中的限制條件等。

　　（一）模擬結果總結

　　對各場景下煙氣及疏散模擬結果進行分析，并得出結論。

　　（二）消防策略總結

　　針對項目存在的消防問題提出相應的解決措施，對采取的消防策略進行總結。

　　（三）注意事項及建議

　　對實施消防策略時設計方、管理方應注意的內容進行說明，并提出相應的建議。

　　九、參考文獻

　　應包括主要的設計規范，相關技術文獻等技術資料

　　十、設計單位和人員資質說明

　　此部分包含設計單位的名稱、經營范圍、設計資質，參與本設計項目的消防工程師的相關工作經歷等。

　　（一）專家評議

　　由于設計過程中存在許多非規范化的內容，如性能指標的確定、火災場景的設計、一些邊界條件的設定等等，同時也為了保證設計過程的正確性，減少設計中可能出現的失誤，一般有必要對設計報告進行第三方的復核或再評估，最終還需要組織專家論證會，對性能化設計報告與復核報告進行論證，接受專家的評審和質疑，最后以論證會上形成的專家組意見作為調整性能化設計與評估報告與設計方案的依據。

　　（二）深化調整設計報告

　　性能化消防設計一般開始于建筑設計的方案設計與初步設計階段。在初步設計中，有些條件和參數是不明確或未知的，這些信息可能只有在后續的施工設計階段才能確定下來，而這些條件或參數卻是性能化設計所需要的。例如，性能化設計在確定排煙量的同時會對排煙口的布置、每個風口的風量等提出要求，而排煙口的數量、排煙口的布置以及每個風口的風量一般要等到施工設計時才能完全確定。另外，性能化設計中提出的假設和邊界條件，在施工設計階段也可能會被改變。諸如此類的問題都需要在后續的設計工作中不斷深化。所以性能化設計應該存在于建筑設計的整個過程中。

　　（三）性能化消防設計的實體驗證

　　為了加強對進行了性能化消防設計工程的消防監督管理，在性能化設計開展較多的一些城市，已陸續在工程消防驗收過程中增加了實體驗證實驗的工作步驟，對性能化設計設計方案進行綜合驗證。性能化設計單位應配合建設單位完成驗證工作，并對驗證結果是否滿足設計要求提供書面意見，該意見應作為性能化設計報告的補充資料。