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二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状2.1外国性能化防火设计的研究情况
(一)英国英国第一部有关防火的建筑规范是1666年伦敦大火后开始制订的。
20世纪80年代初,1985年完成了建筑规范的修订,明确提出可以将性能化设计方法作为一种可选的防火设计方法,率先实现了建筑防火设计由处方式设计规范向性能化设计规范的转变。
1997年正式发布了英国标准BSDD240建筑火灾安全工程,为建筑的防火安全设计提供了一个工程解决方法的框架。
(二)加拿大1941年颁布了第一个能够被加拿大境内所有地区采用的建筑规范加拿大建筑规范(NBC)。
目前加拿大以目标为基础的规范框架包括以下三个部分。
一套不断明确的目标。
具有明确功能和目标的强制性要求。
可接受的解决方案和批准文件。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状2.1外国性能化防火设计的研究情况(三)美国美国同时存在三种规范。
其中,国家建筑规范(BOCA)主要适用于美国中西部、东北部和大西洋沿岸中部;
南方建筑规范(CSBC)主要适用于美国南部;
统一建筑规范(UBC),适用于美国西部。
1971年,美国的通用事务管理局(GSA)形成了建筑火灾安全判据的附录D“以目的为基准的建筑防火系统方法指南”。
此后,NFPA550标准防火系统概念树指南和NFPA101A保证人员安全的替代性方法指南20世纪80年代,在美国实施了一个国家级的火灾风险评估项目,其结果形成了FRAM-WORKS模型。
1988年美国防火工程师协会(SFPE)编辑出版了大型工具书SFPE防火工程手册(HandbookofProtectionEngineering)。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状(四)日本自20世纪50年代起日本一直采用高度指令性的建筑规范体系,即建筑基准法。
1982年日本建设省(MOC)的建筑研究院(BRI)形成了“建筑物综合防火安全设计体系”。
1994年翻译成中文建筑物综合防火设计。
19931998年间,开展了“防火安全性能评估方法的研究”。
制定了性能化建筑防火安全框架。
1996年,开始修订建筑基准法,并向性能化规范转变,并于2000年6月颁布实施,在建筑基准法中提供了安全疏散和结构耐火的评估验证方法。
2000年SFPE在这些人的研究基础上,编写了建筑物性能化防火分析与设计工程指南(TheSFPEGuideToPerformance-basedFireProtectionAnalysisandDesign,DraftforComments)。
NFPA的标准也开始发展体现性能化防火分析与设计思想的标准。
NFPA采用的基本上是处方式设计方法和性能化设计方法并存的双轨制。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状(五)澳大利亚在20世纪70年代末,开始进行建筑火灾危险性评估模型的研究,澳大利亚与加拿大国家研究院合作,分别形成了澳大利亚的CESARE-RESK程序和加拿大的FIRECAM程序。
澳大利亚于1989年起草了全国建筑防火系统规范草案(NBFSSC)。
1996年,澳大利亚正式颁布了本国的第一部性能化建筑防火设计规范BuildingCodeofAustralia1996,简称BCA96。
1996年,防火规范改革中心(FCRC),推出了防火工程指南(FireEngineeringGuideline),该指南以落实性能化规范为中心,制订出一套三等级的防火工程系统评估方法。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状国外发展性能化防火设计的特点1、在研究性能化防火设计的发展规划时,必须仔细考虑发展合理的以火灾性能为基础的建筑防火设计体系。
2、性能化防火设计的关键是对建筑物的火灾危险状况做出科学的客观的恰如其分的分析。
3、对每一个国家来说,在其性能化防火设计规范制订出来之前,性能化设计方法就已经在建筑设计中发挥了重要作用。
4、开始着手制订性能化防火设计规范体系,不仅需要发展以火灾性能为基础的设计方法,还需要制订与这种规范相配套的技术法规,如设计指南等。
5、规划并实施性能基础规范体系的组建工作,除了需要建立以火灾性能为基础的建筑防火设计技术法规外,还需要建立一些必要的保证条件,如研究提出并确定建筑防火设计审查的方法与程序、相应的专业教育与专业人才培养制度、专业人员的资质认定标准和制度等。
6、还需要看到,即使是性能化防火设计规范制订出来以后,性能化设计也不可能完全取代处方式的设计。
在相当长的时期内,处方式设计方法仍将发挥作用。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状目前国外在建筑性能化设计和评估方面的研究主要集中在:
编制消防安全工程应用技术标准验证有关计算分析模型和开发基于人的心理的疏散模型研究定量分析建筑火灾风险和消防安全水平的方法隧道火灾时人员的安全疏散与隧道火灾灭火技术研究结合计算机模拟技术和实验方法开展火灾试验的方法建筑的结构整体试验与热反应分析方法和技术二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状2.2国内的研究与应用现状1965年前后,成立公安部四个消防科研所,标志着火灾科学和消防工程学的研究在我国正式启动。
1984年中国消防协会正式成立。
1985年中国人民武装警察部队学院消防工程系和消防指挥系正式成立。
1986年由联合国开发计划署和中华人民共和国建设部联合投资组建中国建筑科学研究院建筑防火研究所。
1989年火灾科学国家重点实验室开始筹建,主要从事火灾科学的理论研究工作。
1995年国家“九五”科技攻关项目“地下大型商场火灾研究”,开始关注建筑物的性能化防火设计,2000年国家“十五”科技攻关项目“重大工业事故与城市火灾防范及应急技术的研究”,标志着我国建筑物性能化防火设计的理论研究和应用研究开始进入了全面发展的阶段目前,虽然性能化防火设计方法是防火设计的一种发展趋势,在一个很长的时期内我们还不能完全脱离处方式的设计方法。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状国家自然基金网性能化防火相关基金项目项目一:
大型公共建筑性能化防火设计人员疏散评估方法研究项目负责人武汉大学方正教授项目二、大断面公路隧道基于性能的全尺寸防火试验研究与理论分析项目负责人同济大学韩新副研究员项目三:
基于安全性等价概念的水喷淋作用下防火钢构件实际耐火时间研究项目负责人中国科学技术大学姚斌副研究员此外,中国矿业大学、武汉大学、西安建筑科技大学、沈阳航空工程学院、同济大学、武警学院等院校也在人员疏散、相关数学模型开发、结构耐火试验与设计等不同方面开展了相关试验与研究提出了一些计算方法和模型。
二、建筑物性能化防火设计的研究与应用现状应用领域与应用情况任何建筑的消防安全都是一个复杂的系统工程,要实现其消防安全性能能够达到一定安全水平,必须根据采用性能化设计的部分出发,从整体设计进行系统的分析研究。
即使这样,也只能通过改善建筑环境来控制和降低其发生火灾的可能性及其火灾危害,而无法完全消除其火灾危险。
不同功能的建筑物,需要采用性能化方式进行设计的问题略有差异,但从总体上看,主要有人员安全疏散设施、防火分区面积、钢结构耐火保护以及建筑防排烟四个方面的问题.应用于工业与民用建筑、隧道、地铁工程等各类建筑工程的性能化防火设计与评估、建筑设计审查、消防监督审核,也可用于既有建筑物的消防安全性能评估与改造设计。
1、会议展览建筑2、大型商店建筑3、带中庭的大型多功能复杂建筑4、高火灾荷载场所4、奥林匹克运动场5、大型生产厂房5、隧道工程。
三、性能化设计方法与传统设计方法的比较性能化防火设计规范的主要优点体现在以下几个方面:
(1)加速技术革新,有利于新技术、新材料、新产品的开发、推广和应用。
在性能规范的体系中,对设计方案不做具体规定,只要能够达到性能目标,任何方法都可以使用,这样就加快了新技术在实际设计中的应用,不必考虑应用新型设计方法会导致与规范的冲突。
性能规范给防火领域的新思想、新技术提供了广阔的应用空间。
(2)提高设计的经济性,可以在保证相同火灾安全的基础上减低建筑成本。
性能设计的灵活性和技术的多样化为设计人员提供更多的选择,在保证安全性能的前提下,通过设计方案的选择可以采用投入效益比最优化的系统。
(3)加强设计人员的责任感,设计方法更加灵活,有利于充分发挥设计人员的才能和创造能力;
性能设计以系统的实际工作效果为目标,要求设计人员通盘考虑系统的各个环节,减小对规范的依赖,不能以规范规定不足为理由忽视一些重要因素,这对于提高建筑防火系统的可靠性和提高设计人员的技术水平都是很重要的。
(4)设计方案更加合理,能有效地保证建筑设计达到预期的防火安全目标,也利于设计规范和标准的国际化。
三、性能化设计方法与传统设计方法的比较处方式防火设计规范存在着不少缺点,主要表现在:
规范中有些规定过于死板,难以适应不同地区的具体要求。
这种规范不利于及时运用先进的消防技术。
处方式规范中不少规定不适用于许多特殊建筑,有些矛盾还相当明显。
按照处方式设计规范的条文要求,某些差别较大的建筑可能采取几乎一模一样的防火要求,难以做到火灾防治的科学性、有效性和投资合理性的统一。
三、性能化设计方法与传统设计方法的比较处方式设计规范也有许多突出的优点,规范的很多条文是根据大量经验教训或试验数据总结出来的,在其规定的范围内具有很强的可靠性,而且具有设计简单、便于操作的优点。
现行的性能化防火设计规范也存在一定的缺点,例如要求进行大量的定量计算,设计者必须具备坚实的火灾安全的基础知识,有些计算所需要的时间较长,工作量大,设计方法不够方便。
在将来相当长的一段时间内,这两种形式的规范将始终是相互补充,长期并行使用;
在部分性能化设计的评价标准中还将可能采用规格式的规定要求。
使用者可以根据设计的具体情况采用哪一种规范及其相应的设计方法。
四、关于性能化设计中的几个问题性能化防火设计步骤1).确立消防安全目标:
它包括性能化目标和性能化标准两个方面。
2).分析建筑物结构及内部可燃物、人员等的特征以及参考火灾科学和材料科学等,确立性能化指标和设计的量化指标。
3).建立火灾场景和设计火灾。
4).选择合适计算分析方法,包括经典的计算公式,计算方法等,同时也包括进行火灾分析的物理模型和模拟模型。
5).借助消防工程参考性设计方法或工程经验确定设计方案。
6).进行安全评估。
7).进行方案的优化选择,确定最终的设计方案并且编写设计报告。
确定项目范围确定目标定义分解目标提出性能标准确定火灾场景及规模提出设计方案评估设计方案选择最终设计选择可达到性能标准的设计准备设计文件设计简介调整设计或目的性能化表现设计报告制定操作保养手册及应急计划和说明否是四、关于性能化设计中的几个问题性能化消防设计应完成的主要内容1、根据建筑防火规范设定评估的目标及其相应的定量指标;
2、火灾场景的确定和火灾的设定;
3、建筑物的结构特征、性能和防火分区;
4、人员的特征和安全疏散;
5、火灾蔓延特性;
6、烟气流动和控制系统;
7、钢结
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