消防安全评估性能化讲座.ppt

建筑消防性能化设计方法与技术要求 湖北省公安消防总队 张小忠 一 处方式防火设计 prescriptive based 是根据火灾事故的发生 发展和扑救等经验教训和火灾科学研究试验等消防实践总结出来有明确防火设计措施和各种具体的设计参数 设计规定设计者按照规范规定进行 对规范不能有任何偏离规范清楚明了 简单易行 对设计和验收评估人员的要求不高 责任明确 处方式防火设计 prescriptive based 处方式建筑防火设计规范是根据人们与火灾斗争的大量经验 教训 实验与分析结果整理编制而成的的 是人类与火灾斗争的宝贵经验的结晶 在保证建筑物火灾安全方面发挥了很好的作用 处方式防火设计优点 实用有效 简单易行 随着我国经济建设的快速发展 超大规模建筑 多功能综合建筑 以及采用新材料新工艺新技术新设计理念的建筑不断出现 传统规范的一些规定已难以适应发展需要 超规范以及现行规范没有涵盖的一些特殊建筑物建筑艺术和建筑形式多样化建筑体量 空间越来越大 通透性高建筑使用功能的需要 无法按传统规范设计工业建筑防火设计目标 分析方法以及相关的判据都与普通民用建筑有所不同工艺流程原因造成的消防安全问题火灾科学 消防理论不断完善和进步现代消防需要保证安全时的合理投入新产品 新技术推广需要使用 新发展 新问题 新的建筑形式 传统规范不能满足设计要求 性能化设计的兴起与发展 各系统单独考虑 缺乏统一的安全设计 不经济 结构防火缺乏整体思维 防火涂料应用合理性不足 限制了新技术的发展和创新 根据建筑物的结构 用途和内部可燃物等方面的具体情况 由设计者根据建筑的不同空间条件 功能条件及其他相关条件 自由地选择为达到消防安全目的而采取的各种火灾安全设计方案 并将其有机地组合起来 构成该建筑物的总体火灾安全设计方案然后利用火灾工程学的原理和方法 对建筑火灾的危险性和危害性进行定量的预测和评估 从而得出最优化的火灾安全设计方案 为建筑物提供更加合理的火灾安全保护 二 性能化防火设计 performance based 为了解决这一问题 国外从上世纪80年代中期开始 运用火灾科学 消防安全工程学和计算机技术等领域的最新技术成果 研究提出了建筑消防性能化设计评估方法 英国 澳大利亚 新西兰 美国等发达国家还编制了性能化规范和性能化设计指南 我国的一些科研机构自上世纪九十年代初就开始跟踪国际消防性能化设计评估的研究动态 编译了相关参考文献 开展了国家 十五 科技攻关项目课题烟气流动 人员疏散 建筑物消防性能化设计评估导则等的研究 其研究成果已通过公安部科学技术鉴定 三 性能化防火设计解决的主要问题 破解超规范的防火设计难题 防火分区面积扩大 防火分隔形式改变 烟控系统设置问题 灭火系统设置问题 人员疏散设计问题 结构抗火设计问题 通过有效阻止火灾蔓延来解决防火分区过大问题 阻止火灾蔓延的途径有很多种 如控制区域内的可燃物数量 加强防火措施控制火灾规模 增加防火间距 降低烟气温度防止辐射引燃等等 如某文化广场 地下一层的防火分区面积超标 在性能化设计评估中 考虑该建筑具有敞廊的结构特点 进行了模拟计算 当敞廊一侧在最不利的情况下发生火灾时 另一侧的可燃物不会被引燃 进一步的分析表明 由于敞廊区域没有固定可燃物 火灾既不会通过延燃也不会通过辐射继续蔓延扩大 因此 利用建筑的敞廊结构可以有效阻止火灾的蔓延 防火分区面积超标的问题得到解决 火灾安全设计方案 为建筑物提供更加合理的火灾安全保护 1 解决防火分区面积扩大问题 敞廊 通过控制火灾规模来解决结构抗火问题 火灾规模可通过限制可燃物数量 强化灭火措施等方式加以控制 如某商场共享空间的内顶部为钢结构 若对其进行防火保护 将破坏建筑的整体设计风格 在性能化设计中 对面向共享空间的房间内设置的自动喷水灭火系统进行了对比分析 假如采用普通洒水喷头 可将火灾规模控制到2 5MW 钢结构表面的最高温度将达到170 可能会影响结构稳定性 因此需要进行防火保护 假如采用快速响应喷头 可将火灾规模控制在1MW以内 钢结构表面最高温度不会超过80 远低于钢结构的破坏温度 因此不需要进行防火保护 2 解决结构抗火设计问题 共享空间 防火分隔与使用功能的矛盾可以通过采用防火玻璃 水幕 加密喷淋保护卷帘或设置多道防火卷帘和自然防火隔离区等替代防火分隔措施 或通过加强灭火措施控制火灾蔓延等方式来解决 如某地下商店面积大于20 000m2 由于建筑的整体性以及人流的连续性要求 区域间无法用防火墙分隔 在性能化设计方案中 为使耐火极限3小时的防火卷帘达到耐火极限4小时的防火墙的作用 设置了两道卷帘 首先 两道卷帘在物理上可以直接阻隔火灾和烟气的蔓延 同时 在卷帘两侧设置独立的闭式自动喷水系统保护 以有效降低防火卷帘迎火面和背火面的温升 在两道卷帘中间加压送风 使得能够保持一定的正压以防止火灾烟气通过卷帘的缝隙向相邻区域蔓延 通过计算防火卷帘背火面的温升 表明火灾不会突破防火卷帘而导致火蔓延 3 解决防火分隔形式改变问题 通过科学分析烟气解决排烟系统设计优化问题 烟气分析综合考虑建筑内的可燃物的种类 分布和灭火系统的作用 并针对具体建筑结构分析火灾时建筑内的烟气产生和运动规律 从而对建筑的排烟系统设计进行优化 如果按照规范设置排烟系统 按4次换气量计算 则排烟系统的排烟量将达到160万m3 hr 工程上很难实现 也不经济 采用性能化设计 分析中庭内可能的火灾场景及最大的火灾规模 然后利用火羽流和烟气公式初步估算中庭实际所需的排烟量 并通过CFD模拟方法进行验证 最终结论是只需51万m3 hr的排烟量即可以将中庭内的烟气控制住 保证人员的安全疏散 4 解决烟控系统设置问题 通过控制烟气和优化疏散设施或方案来解决人员安全疏散的问题 安全疏散归根到底是要保证在火场环境到达危险状态前人员疏散完毕 这一点可以通过多种方式实现 如加强灭火措施控制火灾烟气产生量或者加强排烟措施及时有效地排出火灾烟气等 疏散设计的优化可以通过调整疏散楼梯 通道的位置及疏散路线使得建筑内的人流分布均匀 疏散速度加快 或通过设置 亚安全区 来减小疏散距离等方式实现 如某演艺中心 设有中庭入口空间 为独立的防火分区 剧院的疏散楼梯在一层不能直通室外 剧院观众从楼梯间到达一层后需通过安全通道或中庭再到达室外 疏散距离超出规范要求 在性能化的解决方案中 考虑到中庭内无固定火灾荷载 发生火灾的几率很小 将中庭入口空间设置为 亚安全区 同时 为了保证 亚安全区 的安全性 加强了中庭的烟控能力 保证即使中庭内发生小规模火灾 或中庭临近单元发生火灾 也不会对中庭内以及从其他区域疏散进入中庭的人员产生危害 5 解决人员疏散设计问题 将消防性能化设计工作列入全国消防科技发展规划 组织开展相关的国家科技攻关项目 制订性能化设计导则 上海首先成立了 上海市消防安全性能化推进工作组 公安部天津 上海 四川消防研究所 中国建筑科学研究院防火所 以及中国科技大学国家重点火灾科学实验室等单位先后开展消防性能化设计评估 全国相继展开 此外 一些发达国家和地区的咨询评估机构也相继进入这一领域 主要是美国罗尔夫杰森合伙公司 RJA 香港奥雅纳工程顾问有限公司 ARUP 等 四 我国消防性能化设计发展 性能化设计与评估的适用范围 对于现行国家消防技术规范和标准未明确规定的 或按规范和标准实施确有困难 并影响建筑使用功能的一些特殊 大型的项目可以就整座建筑物或建筑物中的某些特殊部位进行全部或部分系统的性能化设计与评估 对国家消防技术规范已有明确规定的建筑原则 上不适用性能化设计与评估 性能化设计与评估的适用范围 考试大纲要求确认性能化设计的适用范围 教材思考题问什么情形时可以进行性能化防火设计 一级 具有下列情形之一的工程项目可采用性能化设计评估方法 一 超出现行国家消防技术标准适用范围的 二 按照现行国家消防技术标准进行防火分隔 防烟排烟 安全疏散 建筑构件耐火等设计时 难以满足工程项目特殊使用功能的 公安部消防局 建设工程消防性能化设计评估管理暂行规定 2009年2月5日印发 主要的适用工程 大型车站 机场 展览馆 体育馆 剧院 空间高大的商场 超市 物资仓库 货流中心 中庭等共享空间 医药 电子等洁净厂房 其他性质重要 火灾危险性大 发生火灾后影响大的建筑 下列情况不应采用性能化设计评估方法 教材思考题 严禁进行性能化防火设计的内容有哪些 国家法律法规和现行国家消防技术标准有严禁规定的 现行国家消防技术标准已有明确规定 且工程项目无特殊使用功能的 居住建筑医疗建筑 教学建筑 幼儿园 托儿所 老年人建筑 歌舞娱乐游艺场所 室内净高小于8米的丙 丁 戊类厂房和丙 丁 戊类仓库 甲 乙类厂房 甲 乙类仓库 可燃液体 气体储存设施及其他易燃易爆工程或场所 铁路站消防性能化设计 实例 现代新型铁路客站的设计与建设以及管理要求以人为本 以客运服务的实用性为前提 综合体现 功能性 系统性 先进性 文化性 经济性 原则 石家庄火车站文化广场 如 上海铁路南站是世界上第一个圆形火车站 是中国内地铁路建设中第一次融入 航空港 设计理念 采用 高进低出 方式的现代化火车站 高进 是指自驾车或出租车由高架路道路直奔至九米高的候车大厅门口等候旅客 低出 则是在零米层广场上有出租 公交 轨道交通等多种交通工具供抵沪的旅客选择乘坐离开 来自四面八方的乘客在此可方便地实现 零距离换乘 上海火车南站设计模型图 上海火车南站设计效果图 上海南站主站屋的圆形钢结构造型磅礴 远远看上去像 飞碟 主站屋高47m 圆顶直径达278m 总面积近60000m2 上海铁路南站主站屋顶设计为采光顶 不用一块玻璃 使用新型建材 建成的主站屋内白天不开照明灯也十分亮堂 每年节约用电量非常可观 上海火车南站 OlympicParkRailwayStation 澳大利亚奥运公园火车站 澳大利亚奥运公园鸟瞰图 奥运公园火车站耗资9300万澳元 客流量达到每小时5万人 其顶棚大量采用玻璃材料 通过减少不必要喷淋和探测系统节约资金 自然与机械综合通风系统 奥运公园火车站采用烟气灾害管理系统 无防护钢结构 全部性能化设计 另外 现代新型铁路客站还具有建筑空间大 各空间相互联通 客流量大 人员密度高等特点 新武汉火车站站区规划总平面 1 工程实例 铁道部第四勘察设计院与法国AREP公司共同设计的新武汉火车站 新武汉火车站是全国铁路四大路网客运中心 北京 上海 广州 武汉 之一的武汉枢纽的最主要客运站 也是我国第一条客运专线 武广客运专线的起点 位于京广通道和沪蓉沿江经济带 十 字形交叉点 新武汉火车站周边现状图 武汉钢铁集团生产厂区 东湖 新武汉火车站 杨春湖 武汉站总建筑面积35 5万平方米 其中站房建筑面积11 46万平方米 20条到发线和11座站台 投资超过140亿元 根据2030年的设计 高峰小时旅客发送量为9300人 武汉火车站采用高架候车厅结构 分高架层 站台层 地面层三层 站内采用无台柱雨棚 站前有面积1 33万平方米的高架人行平台 旅客在该高架平台上即可完成与公交 出租车 汽车等交通工具的无缝对接换乘 地面层配套有3 86万平方米的大型停车场 站房建筑分为三层 最高点58 00m 1武汉新火车站概念设计方案借鉴国外火车站先进经验 建设注重综合经济效益 考虑设施预留和使用的灵活 按50 100年不落后设计 武汉火车站站区规划总平面 武汉火车站外观是九片重檐屋顶 同心排列 又预示九省通衢 同时突出武汉作为我国铁路四大客运中心贯通全国 辐射周边的重要交通地位 50米高的车站是建筑中部突出的大厅屋顶 预示着武汉是湖北 也是中部省份崛起的关键地点 武汉火车站站区规划总平面 另外 其设计造型也寓意为 千年鹤归 中部崛起 火车站外形为9片波浪型重檐屋顶 像9只飞翔的鹤 波浪代表江城 九 表达九省通衢 这种造型显示了湖北地方文化特色 2 快捷 旅客进入候车厅 我国现有火车站进站模式均为等候式 先候车后上车 国外火车站则是通过式 即到即走 武汉火车站首创等候式和通过式相结合的流线模式 运用 视觉引导 设计 旅客可在中央大厅选择性进入候车室候车 或直接由绿色通道进站 站台与候车厅分为上下层 旅客进入火车站大厅可以俯瞰所有列车进出 下电梯即达站台层上火车 充分体现了以先进的设计理念和设计方法来实现和满足新时期铁路客站在功能性和系统性上的要求 创造了新一代中国铁路客站的全新模式 3 舒适 旅客高架候车不走回头路 候车大厅是一个大跨度流线型金属屋盖 采光充足 市民在中庭可以居高临下看清站台列车发车情况 高架轨道下12米空间 设计一个出站夹层 夹层下设置各类车辆停车场 出站旅客通过天桥 乘坐电梯或者步行下楼梯 到达各公交站台 停车场 完全实现人车分流 人流是单向向下流动 不走回头路 4 方便 不出火车站可乘地铁 火车站将实现铁路干线 地下铁路 公路等紧密衔接 实现 无缝 换乘或短距离换乘 也就是说 乘客下火车后 不用走出火车站就可以转乘地铁 武汉火车站到2009年竣工后 武汉将由此成为我国首个同时拥有三大火车站的城市 武昌火车站设计效果图 汉口火车站设计效果图 武汉火车站夜景设计效果图 2 现代火车站消防设计面临的主要问题以武汉火车站为例 新武汉站站房工程是建筑高度超过24m的非单层公共建筑 为一类高层建筑 防火设计应执行 高层民用建筑设计防火规范 的规定 然而作为我国现代特大型交通枢纽 火车站应具有综合性的功能 需要宽阔的 开放性的流动空间 满足人员疏散安全 使用便利 建筑美观等基本要求 武汉站为超大型高层公共建筑 是一个庞大的现代化建筑群 其中 候车厅中许多区域为大容积的内部受限空间 防火分区面积过大和疏散距离过长 超出我国现行建筑防火设计规范的有关要求 而且在钢结构防火保护 火灾自动报警系统和自动灭火系统及烟气控制系统设置等方面也存在着许多技术难题 由于火车站建筑类型及使用性质的特殊性 目前国家尚无针对此类建筑的防火设计规范 高层民用建筑防火规范 对此也并无针对性的条款 新哈尔滨火车站设计效果图 对于铁路武汉站工程建筑消防设计中遇到的问题 设计单位和公安消防监督机构通过协商 同意采用专家技术论证的方式予以解决 采取消防安全性能化设计方法对消防设计方案进行分析和安全评估 3 消防安全性能化设计 在对建筑进行火灾安全分析时 必须结合建筑物具体情况 通过对建筑物功能 用途 结构特点 防火 防烟分区情况 建筑物可燃物类别 火灾荷载 人员疏散路径 建筑消防设施的配置情况等因素进行分析 3 1防火 舱 防火 舱 也称作防火单元设计 分为开放舱和封闭舱两种型式 新武汉站大空间建筑采用防火 舱 概念进行性能化设计 各功能区按照所在区域及可燃物情况 分别确定采用不同的防火舱方式 所谓 舱 商业用房 是由坚实的顶棚构成 履盖在整个火灾载荷高的区域之上 如零售区和商务办公区 利用 舱 上面的机械排烟系统 自动报警系统 自动喷淋系统 防火分隔及防烟分隔等消防设施对火灾载荷较高的区域进行防火保护 专家论证认为 1 舱 的围护结构应采用不燃材料 耐火极限不小于1h 当采用内侧设喷头的防火玻璃作围护结构时 舱 内应设置火灾自动报警及自动灭火设施 并合理确定喷头响应时间 温度等参数 防止玻璃破裂 南宁火车站商业街走廊 2 建筑面积不应超过100平方米 3 舱 的总建筑面积不应超过防火分区的5 舱 之间的防火间距不小于8米 4 舱 内的固定家具 货架等应采用A级材料 窗帘及其它装饰物应采用不低于B1级材料 南宁火车站商业街走廊 3 2燃料 岛 利用燃料 岛 的概念用来设计火车站房里高大空间内固定或移动可燃物之间的防火间距 确定防火隔离带的宽度 在火车站站房的大空间内 分散的可燃物组群形成了一个个燃料 岛 岛 与 岛 之间的人流通行区域则形成了天然的防火分隔带 燃料 岛 防火设计 就是控制大空间内可燃物之间的分隔距离 使之即使在无自动灭火系统保护的情况下 也不会导致火灾连续蔓延 在火车站高大空间下的人流通行区域 可燃物的分布很分散 火灾载荷密度较低 这些区域的可燃物发生火灾时 由于烟气和热量向高顶棚扩散 可燃物之间的火灾蔓延主要靠热辐射作用 而火焰辐射强度随可燃物之间的距离增大而急剧下降 因此 只要可燃物之间或可燃物与高火灾载荷区域 如零售区域 保持足够的距离 即使没有自动灭火系统的保护 火灾蔓延也很难发生 专家论证意见为 武汉站内每个燃料 岛 的火灾强度不应超过1MW 间距不得小于11m 3 3人员分阶段疏散 由于武汉站单层平面面积大 空间相互贯通 应合理确定疏散分区 保证建筑内所有人员及时获知准确的火警信息 避免人群发生恐慌 同时也尽量减少火灾对运营的影响 武汉站站厅面积巨大 火灾一般发生在某个局部区域 因此发生火灾时通常没有必要对整个站厅进行疏散 可以先对火灾影响区域人员疏散至未受火灾影响的相对安全区域 然后再根据火灾发展情况疏散到安全区 确保火灾威胁区域外的人员有合理的疏散路线和可靠的安全出口 专家论证认为 1 武汉站检票口采用移动隔栏时 可计入疏散宽度 2 0 00m地面层疏散宽度应考虑2列地铁同时到达时的人员疏散 3 站台两端的股道不应作为安全疏散区域 4 站房各层应当有不少于1 2的出口直通室外 3 4设置准安全区 准安全区一般指除起火区域和相邻两个需要疏散区域外的相对安全区域 由于武汉站空间巨大 同时站内人员为不确定公众人员 所有人员疏散至室外安全场所的所需时间较长 因此可通过在建筑中设置