关于建筑设计中的消防性能化设计探析
摘要：在建筑设计中，消防性能化设计起到了重要的作用，建筑设计和消防安全本身就是一个统一的整体，现行的防火规范对于一般的建筑设计有着重要的指导作用，而性能化设计技术则可以打破传统防火规范的局限，使建筑师拥有更大的创作空间，追求建筑设计和防火功能之间的统一。
关键词：建筑设计；消防；性能化设计
前言
性能化消防设计方法是对消防技术进行的改进，它是在对建筑的结构设计进行了充分的研究，然后针对建筑发生火灾的情况下，如何更加快速有效的使人员疏散到更为安全的位置。这需要对建筑内的结构设计和建筑内可燃物的燃烧机理等各方面进行充分的研究，然后经过消防工程学的预测方法，最后制定出最优的防火设计方案。
1建筑设计中的消防性能化设计难点
1.1人员安全疏散
《建筑设计防火规范》GB50016-2014对于不同建筑设计中安全疏散的出口和距离有着明确的规定。然而对于大型建设而言，其总容纳人数和规模都超过了规定的数量，需要疏散的人员数量较多，要对现行规范中的疏散时间、安全出口宽度和数量进行合理的调整。人员疏散也是建筑设计中消防性能化设计的一个难点，建筑内部出现疏散通道的汇合和分流，疏散通道线路和出口的分布比较复杂，使用的功能也比较多样化。
1.2钢屋架的结构防火
对于一些空间跨度较大的建筑来说，一般都使用钢网架结构的屋顶设计。这就要求对屋顶的钢网架结构进行一定的防火保护。也就是要求一级和二级的耐火等级的屋顶承重构件必须能够保障1.5小时和1小时的耐火时间。而对钢结构的耐火级别进行定义也会影响到建筑设计的消防性能。在空间跨度较大的建筑中，由于具有空间敞开、建筑物高大的特点，发生火灾时屋顶很少受到火灾的威胁。因此，在选择钢结构保护材料时要确定合适的保护时间。与此同时也要考虑到建筑的外观设计，避免传统的防火要求和防火保护措施对建筑物的整体外观造成影响，也不要出现保护不足和过度保护的现象。
1.3排烟系统
《建筑设计防火规范》GB50016-2014对于建筑物的中庭排烟量有着比较具体的计算方法设计，但是如果完全按照该方法进行计算，会出现排烟量过大的现象，不利于建筑物的施工和设计。因此建筑设计中的消防性能化设计在进行排烟系统的设计时要参照建筑设计的具体情况，对自然排烟口面积、排烟量和排烟设施的设置地点进行设计。
1.4水消防系统的应用
主动防火设计的基本作用是早期发现和扑灭火灾。目前主要采用主动灭火系统与被动防火系统相结合的办法，这主要体现在我国目前建筑采用的以消火栓灭火系统为主的防火体系上，几乎所有建筑都设有消火栓灭火系统。建筑防火分区系统更是作为一种强制性规定，在建筑消防中占有重要的地位。防火分区系统的设置在我国几乎和消火栓系统一样普遍。可燃物量多、火势大、蔓延迅速，开启的喷头数量就多，反之就少。它是采用相应耐火性能的建筑构件或防火分隔物，由于喷头的启用数量与火势范围自动吻合，将建筑物人为地划分成能在一定时间内防止火灾向同一建筑物的其他部分蔓延的局部空间。实验证明，正常情况下喷头自动喷水灭火的启动时间只有几分钟，喷水灭火喷头的开启数量取决于火势的大小。在一般民用的高层建筑中，喷头感温元件的启动主要受两个因素的影响；它是人们为了早期发现通报火灾，阻止其蔓延，火势的大小（确切地说应是燃烧散发热量的大小）和元件的热敏性能。
1.5发挥普通消防设施的作用
一些现代大型建筑的设计中由于消防监控的空间较大、顶棚的高度超过了普通探测仪器的使用高度，因此普通的消防设施很难发挥有效的作用。
2建筑设计中消防性能化的具体设计方法
2.1对人员安全疏散进行设计
在建筑设计中，要对人员安全疏散进行设计，就必须认真分析建筑物的特定功能、人员类型和人员荷载，并对火灾紧急逃生时的人员疏散情景进行模拟和设计，对建筑物的疏散宽度、疏散出口等指标进行定量考察。在设计时可以通过疏散模型，对人员进入安全区域所需要的时间进行模拟和计算。以此来判定该建筑是否适合使用该疏散设计方案，并分析模拟的结果，搞清楚人员疏散过程中可能出现的滞留点的位置，以此为依据来对人员疏散方案进行有效的调整。可以采取增加疏散宽度或疏散出口数量等方法，既可以提高建筑空间设计的实用性和自由度，也可以使消防性能化设计的需求得到满足。大型建筑物由于人员的密集程度较高，具有比较复杂的疏散线路，在设计时不仅要保障在火灾环境中具有一个符合要求的安全疏散环境，还必须保障能够在较短的时间内将建筑物中的人员疏散至室外开敞环境或地面。
2.2对屋顶钢结构防火的设计
以消防性能化设计方法为依据，考察建筑物内的钢结构，考察的重点在于钢结构的性能变化，具体体现在弹性模量的变化和结构强度的变化。当火灾发生时，随着温度的升高钢结构的弹性模量和结构强度都会随之降低，改变钢结构的抗火承载能力。钢结构在高温环境下，受到的外荷载可能造成其所承受的内力大于钢结构的抗火承载力。当出现以下任意一个条件时，说明钢结构构件达到了抗火承载能力的极限状态。（1）钢结构的变形达到了不适于继续承载的状态；（2）钢结构丧失了整体的稳定性；（3）钢结构的受弯构件产生了足够的塑性铰，造成了结构的可变机构；（4）钢结构的轴心受力构件截面出现屈服。在建筑设计的消防性能化设计中，要进行科学的钢结构防火设计，在温度要求、时间要求和受力要求三个要求中，钢结构的防火设计必须满足其中的一个，也就是将其中的一个作为钢结构防火设计的判定标准。
2.3对防排烟系统的设计
在建筑设计中要进行相应的防排烟系统设计，主要的设计目的在于能够安全地疏散人员。也就是当火灾发生时，通过排烟口和通风口的设计，能够避免建筑物内的人员被火灾的烟气所阻碍。一般情况下人员可能停留的最高高度为1.8m，建筑的防排烟设计要保障烟尘高度高于1.8m，则可以有效地保障建筑物内的人员安全。在消防性能化设计中，对防排烟性能化的设计主要是以涉及区域内可能发生的火灾规模为根据来对烟层高度等参数进行确定，从而确定合适的排烟口位置和必须的排烟量。
2.4设计火灾探测系统
如果在建筑设计中，常规的防火设施无法发挥有效的作用，可以根据建筑物的具体尺寸和空间结构来设计相应的灭火系统和火灾探测系统。对于大空间场所而言，比较实用的火灾报警探测器主要有空气采样探测器、双波段火灾探测器、红外光束感烟探测器等，可以选择的自动灭火设施主要有自动水炮系统和雨淋系统等。
3建筑防火分区中的性能化防火设计
我国的《建筑设计防火规范》GB50016-2014、《人民防空工程设计防火规范》对于建筑防火分区中的消防性能化设计有着明确的规定。根据规定，单、多层民用建筑的地上部分如果具备了自动灭火系统，防火分区的面积可以达到5000m2。高层建筑的地上部分如果具备了自动灭火系统和火灾自动报警系统，装修材料为难燃烧材料或不燃烧材料，防火分区的最大面积可以达到4000m2，一般为展览厅或营业厅。对于人防工程，展览厅和高级装修营业厅如果具备了自动灭火系统和自动报警系统，分区的最大面积可以达到2000m2。然而在具体的建筑设计中，一些会展仓库、仓库式超市、商场、大型展览馆的面积往往要达到上万甚至十多万m2。而且要求上下通透、物流通畅、交通便利，如果按照规定，使用防火系统将其空间进行分割，必然会影响建筑的空间艺术和功能。因此通过性能化设计，可以采取“主动、动态”的建筑防火分区办法，也就是建立数学模型，通过火灾动力学原理来计算火灾发展和蔓延的各种因素，例如燃烧空间的状态、起火点的环境、氧气的供给、可燃物的种类和数量等，从而对防火措施的具体作用进行证明，科学地划分相应的防火分区。这样一来不仅能对火源进行控制，也能够根据建筑物的规模、性质和功能的不同，以及空间、时间、物流和人流的差异来科学地布置消防设施，更好地发挥消防措施的作用，也减少了对空间的实体分隔数量。
4结语
在建筑设计中，消防性能化设计起到了重要的作用，建筑设计和消防安全本身就是一个统一的整体，现行的防火规范对于一般的建筑设计有着重要的指导作用，而性能化设计技术则可以打破传统防火规范的局限，使建筑师拥有更大的创作空间，追求建筑设计和防火功能之间的统一。
参考文献：
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