： 垒 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工程技术 性能化防火设计的原理及发展前景 周涛 （遵义市消防支队湄潭大队，贵州遵义５６３０００） 摘 要：性能化防火设计是以火灾安全工程学为理论依据，建立在对火灾性能充分假设的基础上从而提出的减灾设计。作为一种新型 的防火设计手段，已经为越来越多的地方和国家所重视，但由于人员观念、引用定义等多方面因素的主观性和不确定性，又使它在应用 过程中出现了很多的问题。本文主要从它的原理和中间存在的不确定性问题以及它的发展前景等多个方面进行了综合阐述。 关键词：性能化防火设计；原理；不确定性分析；火灾安全 ． １引言 长期以来规范化防火在建筑工程消防设计 中一直居于主导地位。该种方法以国家相关的 规范为指导，思路清晰明确，但随着社会的发 于规范化防火设计的最重要的一点。我国当前 性能化设汁过程可以简单地分为三个大体 的最主要的建筑防火设计规范从基本上来说大 的阶段：项目准备、量化分析和报告编制ｍ。准备 部分还是处方式的，在新型建筑不断涌现的今 阶段主要就是对要对其进行设计的对象进行现 天，无论是对新型建筑的设计还是对原有建筑 场考察，对其现场特点和使用要求有一个大体 展，各种新型、大型、复杂型建筑不断涌现，这种 的改造都会遇到许多原有的防火规范无法解决 设计方法在处理这些建筑的防火设计时越来越 的问题。因此胜能化防火设计是时代发展的必 显得力不从心起来，因此性能化防火设计就应 然产物。 运而生。 ３性能化防火设计的主要流程 ２性能化防火设计的原理 综合现在国际上各个国家对性能化防火的 所谓性能化防火设汁，就是以火灾安全工 不同认识，经过仔细分析，可以看出：当前已有 程学为理论依据，建立在对火灾性能充分假设 的性能化规范或者说标准，它们有的注重的是 的基础上，对建筑物遇到火灾时可能出现的情 性能化分析应包括的实际内容，比较注重量化 况进行假设，从而提出预防措施从而进行减灾 分析，而有的除此之外还规定了许多辅助性的 设计，它是根据建筑物实际火灾发展特性来决 要求。这些国家无一例外都将设计工作做出了 定防火需要的，这就使火灾安全目标、火灾损失 许多细致的要求，显然这样可以在很大程度上 目标和设计目标三者有机的统一起来，从而在 方便设计人员的综合应用，也能从很大程度上 火灾的救护中达到经济性和有效性的最大统 规范分析设计人员的报告格式，便于业主和有 一０ 关消防主管部门的检查验收，也在某种程度上 以火灾性能为基础，这是性能化防火区别 更利于相互之间进行｝生能比较。 图１性能化防火设计流程图 道交织。但如果环岛太小或左转排队较长，容易 长，避免对大桥上桥口造成影响。根据各交叉口 表６有信号灯控制的转盘饱和度分析 造成交叉口锁死。 入环距离，各相位提前放行量为东：３ｓ；南：３ｓ； 总通行能力 现状交通量 饱和度 延误 综上，考虑到本方案原环岛保持不变，后两 西：４ｓ；ＪＬ：５ｓ。 东 ５９４ ４６６ ７８％ ５８ 种方法显然不适合本交叉口。因此本次采用顺 经过计算，信号配时如下： 南 １２９０ １００４ ７８％ ４１ 时针逐一单口放行方案，为了提高绿信比，可以 左直方向 西 ９２７ ７３４ ７９％ ５９ 在前一相位结束前，提前放行后一相位车辆，以 北 １４３４ １１２５ ７８％ ４０ 利于后相位车辆陕速进入环道，提前时间以各 交叉口入环距离确定。 东 ３１００ ９３７ ３Ｄ％ 具体实施方法为： 南 ｌ５５０ １３６ ９％ 右转 保持现状环岛与车道布置，各进口增设信 西 １５５０ １９０ １２％ 号订。优化车道及过街人行横道，人行横道两端 北 ３１００ ３１０ ｌｏ％ 增设人行过街信号灯。 ５．２．通行能力计算 ５．３现状改善分析 根据现有地形条件 ５．２．１进入环道通行能力计算 如上分析表明，同交通量下，交叉口环道平 东口设２人环２右转车道３进口车道 根据《城市道路设计规范｝（ＣＪＪ３７－９０）有信 均饱和度由１０３．８％降低至７８％，通行能力提高 南口设２入环１右转车道２进口车道 号灯控制的环岛采用如下公式计算通行能力 了３３％。工程造价方面，相比十字路口改造，节 西口设２人环１右转车道５进口车道 Ｎ＝３６００［（ｔ绿一ｔ首）／ｔ车＋１ 约工程造价３００余万元。同时，本方案间接效益 北口设２人环２右转车道３进口车道 其中： 十分明显，采用本方案仅需对环岛人口增设信 各右转车道均采用分隔栏与环道分开，以 Ｎ一一个车道通行能力；ｔ绿一绿灯时长；ｔ首一 号灯、重画标线，不仅施工工期大大缩短，而且 避免与环道内车辆产生交织影响。 第一辆车启动并通过停车线时间，根据《城市道 施丁期间对行车干扰小、可以夜间不封闭交通 ５信号配时及通行能力评价 路设计规范｝（ＣＪＪ３７－９０）取２．３Ｓ；ｔ车一车头时距， 进行。 ５．１信号配时 根据《城市道路设计规范｝（ＣＪＪ３７－９０）取２．０Ｓ；Ｔ－ ６结语 根据《城市道路设计手册》，本次采用Ｆ—Ｂ 信号周期时长，取１５０ｓ。 通过四平路广场改造的实例证明：对于地 方法（Ｆ．Ｗｅｂｓｔｅｒ—Ｂ．ＣｏｂｂｅＯ根据交叉口延误 计算如表５ 形受限的多路环形交叉口．不拆除环岛，仅采用 时间进行信号配时。 表５有信号灯控制的转盘通行能力 针对『生的信号控制方式，对于改善现状交通拥 Ｆ＿Ｂ方法是建立在Ｆ—Ｂ理论上的，Ｆ—Ｂ方 法求得的车辆平均延误时间如下： ｔ绿 ｔ首 ｔ直 Ｔ Ｎ 车道 总通行能力 堵状况是可行的，并且可以有效降低建设成本， 东 ２５ ２ ３ ２ １５０ ２９７ ２ ５９４ 较少工期。 ｄ： ＋ ： ２（１一ｖ） ２ｑ（１ ｘ） 南 ５４ ２ ３ ２ １５０ ６４５ ２ １２９０ 参考文献 西 ２６ ２ ３ ２ １５Ｏ ３０９ ３ ９２７ 【１】ｃＪＪ ３７－９０．城市道路设计规范ｌｓＪ．北京：中国建 其中： 筑工业出版社．１９９１． ｃ一周期时间； 一绿信比；ｖ一流量比，ｙ ｘ； 北 ６０ ２ ３ ２ １５０ ７ｌ７ ２ １４３４ １ Ｉ ２ｌ北京市市政设计研究院．城市道路设计手册 （卜一交通流量；ｘ＿进口道饱和流率。 ５＿２２右转通行能力计算 ｆｓ］，北京：中国建筑工业出版社，１９９５． 在得出延误让算公式后就可以进行最佳信 由于右转不受灯控，本次采用３０Ｋｍ／ｈ标准 ［３１ｚ炜，过秀城．交通工程学【Ｍ１．南京：东南大学 号周期（ｃｏ）的计算。同时考虑本交叉口的特殊 路段通行能力１ ５５０Ｐｃ硼１阵道。 出版社．２００３． 性，在最佳信号配时的基础上适当增加南北进 服务水平分析：综上，采用现状晚高峰交通 １ ４ｌ张震山，王树华．南京市江东路道路改造设计 口的绿信比，以减少南北方向的延误与排队队 量对本交叉口进行通行能力验算见表６： 理念综合应用 冲国市政工程，２００８．４． 一６２一 中国新技术新产品 ！ ． Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工程技术 ；（４）模型的详细程度（模型制作过 的把握，理清防火设计的目的所在。其次就是量 正确或完整）化分析，就是根据可能的火灾危险源，利用一定 程中所考虑的因素是否足够）；（５）设计火灾场景 的数学工具对其进行推算，把抽象的火灾危险 的代表性何选设计火灾场景是否最具有代表 特征变成具体的量化分析数据。最后是报告的 编制，就是对前面两个阶段进行一个概括和总 结，并提出自己的设计方案。 性能化防火的设计的具体流程 口图１示。 在整个ｌ生能化防火设计过程当中，性能化 防火的分析和设计无疑是最为重要的两个环 性１。 表１性能化设计过程中各个步骤中的 不确定性问题 性能化设计步骤 步骤性能化设计步骤中的不确定性问题 与建筑使用寿命和 安全有关的不确定性 与等筋肼 会价值 有关的不确定性 ４．３人员行为方面的不确定性 （４）对火灾警报的反映时间的不确定性； （２）疏散过程中的人员行为的不确定性；（３）确定 １ 确定工程范围 步骤ｉ 步骤２ 确定总体目标 步骤２ 目标的不确定性；（４）提出性能标准的不确定 性；（５）评估现场火灾场景的不确定性。 节。而做好这两个方面最重要的就是做好对于 ４４对风险的理解与评价的不确定性 （１）人们理解与评价风险的方式具有多变 火灾发生情况的量化分析。 设计对象的分析包括定性分析和定量分 性和不确定性；（２）对等效概念的理解的不确 析，性能化分析设计步骤观图２。 定性。 ４５与建筑物使用寿命和安全有关的不确 步骤３ 确定风险承担者 和设计目标 步骤３ 确定性能 判断标准 与风险理解和价值 有关的不确定性 确定性能的概率描述 （标准、极限、概率和时间） 步骤４ 步骤４ 步骤５ 确定设计火灾场景的分布 ５ａ ５ｂ 选择计算程序 确定不确定的输入参数 ｌ！！竺呈兰竺Ｊ ｌ确定火灾安全茸的Ｉ ＩＩ定义火灾安全目标 Ｉ 区圜 定性分析 Ｉ堂 ！竺Ｉ ｌ 窒望苎Ｉ竺堑ｆ ｌ详述待选设计方案ｌ 定量分析 ｌ ｌ评估待选设计方熏ｌ 提变量终设计提交文件Ｉ 图２性能化分析设计步骤图 ４性能化设计过程中存在的主要问题及解 决方法 性能化设计过程中，也存在着许多的不 确定因素。不确定性问题是建筑物性能化防火 设计过程中所固有的。对不确定性的辨认和处 理直接影响到设计完成的质量的好坏，甚至关 系到设计能否通过有关部门的检验。不确定性 的处理是在保证和维持适当安全水平的同时又 能降低消防投入的关键所在。如果对不确定性 因素视而不见或者没有给予充分的重视，那就 可能是整个工程的消防设计的质量得不到充分 的保证；但是相反，如果太过于强调不确定性素 的影响，从而采取比较保守的设计，那又将从另 一方面形成过度的保护，这样就极大的增加了 消防投入，造成了资金的浪费。因此，正确的对 待和处理性能化设计中的不确定性因素也是确 保整个设计成功的关键。 性能化设计过程中各个步骤中的不确定性 问题 Ⅱ表１示。 性能化设计过程之中的不确定性主要表现 在以下几个方面． ４．１定义、概念或阐述问题的不确定性 建筑物性能化防火分析和设计都是比较新 的概念。美国的ＳＦＰＥ在进行性能化规范和设 计研究之初就成立了一个专门小组来研究溅 者说规范讣生能化语言问题。该小组对性能化研 究中比较常用的术语进行了界定，如什么是性 能化设计，什么是建筑物ｌ生能化防火设计等。但 有些术语，如“安全水平”或者“可接受的安全水 平”就比较模糊，不同的人自然也就会有不同的 理解。 ４．２论证论据的不确定性 （Ｉ）理论和模型的不确定性（所用的理论是 否正确；假设是否有效）；（２）数据与输入的不确 定性促否有相关数据；数据是否足够；数据是否 有被篡改的现象）；（３）计算的局限性（等式是否 定性 在建筑物的使用寿命内会发生很多事情。 例如，建筑物的使用类型和使用形式有可能会 改变；建筑物的结构也有可能会改变。 由于人们对出现的许多新技术、新材料的 了解和应用局限性都有太多的不确定性，对未 来事情将要发生的变化也不是了如指掌，因此 任何新技术、新材料的出现，必然会随之带来与 其有关的风险和不确定陛问题。不确定性问题 产生的原因与不确定性因素的内容密切相关， 如测量时出现的误差、对事物缺乏完整的认识、 现实中存在很大不确定问题（如无法预测建筑物 在使用２年或者３Ｏ年之后，其使用性质或者内 部陈设会发生什么变化）、人的行为的／１ 可预见 性、下定义的难度和对定义的理解差别以及人 们对风险的理解和态度的不同等。所有这些原 因都会导致建筑物性能化分析和设计过程中不 确定性问题的出现。实际上，．Ｔ二程设计除了要有 一定的科学依据之外，还要进行一定的假设。在 提出假设之后要对假设进行验证。但这种验证 也是近似的行为，比如我们可能要用一定的模 型来验证，验证结果如果跟假设相近，就可认为 我们的假设正确，于是在具体的设计中也就采 用这种假设。但毕竟模型的建立是在一定 条件基础上做出来的，模型本身就存在很大的 不确定 。另外，鉴于模型的条件，不可能 让一个模型来适应很多设计隋况。而事实却是 如此，这就给我们的设计带来了很大的不确定 性因素。 对不确定性因素的传统处理方法有决策 法、敏感度分析法和安全系数法等。对于那些难 以通过科学方法来确定的不确定性问题，人们 一般通过规范控制方法来解决，或者由有关人 员坐在一起，对此问题进行研究，然后达成一致 意见。敏感度分析是“研究某方法或模型的—个 或多个参数的改变对方法或模型的结果有什么 影响”，是确定和论述不确定性问题的一个有用 工具。除了上述提到的处理方法外，另外还有一 些降低消防安全分析和设计过程中不确定性问 题的手段，如选取“最不利火灾情况”、选用比较 保守的参数值、进行不确定性分析等。如果处理 得当，这些方法都能有效降低设计过程中的不 确定性问题。但对不确定性问题的处理，目前世 界上还没有特别完备的方法，所以还有待进一 步的研究，寻找新的有效方法，同时不断完善传 统的处理方法。不确定性问题不可能在实际中 将其完全消除，但可以通过研究，尽量降低这些 不确定性因素对分析和设汁带来的影响。另外， 在分析和设计过程中，并不需要对所有的不确 定因素都要进行分析和考虑。因为不确定性因 素确实很多，但对分析和设计起关键作用的并 ５ｃ 推出设定火灾曲线的分布 确定其他输入 步骤确定设计 ５ｄ 参数的分布以及 ５ 火灾场景 其中模型的相关性 选择模式方法和 ５ｅ 确定火灾场景数量 步骤６ 确定候选设计 步骤６ 步骤７ 为每个结果标准计算出数 ７ａ 集并建立累计分布函数 确定对性能自 率 ７ｂ 陈述因素的敏感度 步骤７ 评价候选设计 ７ｃ 评价基础案例（可选） 确定每个候选设计对每个 ７ｄ 火充场景的影响 ７ｅ 评价不确定性的重要性 步骤设计满足性能 设计满足所有四个性能的 ８ 判定标准ｕＳ？ 步骤８ 概率陈述因素、吗？ 步骤０ 选择最终设计 步骤９ 步骤１０ 准备设计文件 步骤１Ｏ 不是很多。我们在进行性能化分析和设计之前， 要考虑各种不确定性因素，同时选取那些对分 析和设计起决定性作用的因素进行重点处理， 而忽略那些对决策无关的不确定性因素。 ５我国当前的性能化防火设汁发展现状及 前景 目前我国性能化防火设计尚处于起步阶 段，但从长远来看，它是满足当前经济发展的大 趋势的，也和我国目前国情相符合。我国近年来 综合国力不断上升，经济不断发展，人民生活水 平有了很大的提高，而各种复杂的新型的复合 性建筑不断涌现，以往的那种防火设计方法已 经越来越不能满足当前社会的需求，而性能化 防火设计则是在这种大环境下逐步发展起来 的。经济和社会的发展给了它蓬勃的生命力。因 此我们看到，在不久的将来性能化防火设计将 在防火设计行业中占据越来越重要的地位，并 将逐步取代以往落后的规范化防火设计手段。 参考文献 『１］王浩波，霍然，胡隆华．关于性能化防火分析与 设计规程的讨论．合肥：中国科学技术大学．２００３． 王福亮，刘激扬，王宝伟，庄磊，陆守香．我国性 能化防火设计的实施方法『Ａ１．合肥：中国科学技 术大学，２００５ ４４． 『３］王福亮，刘激扬，王宝伟 庄磊，陆守香－我国性 能化防火设计的实施方法『Ａ］．合肥：中国 学技 术大学２ｏｏ５９５． ｆ４邴培芳，倪照鹏，马玉河．建 物性能化防火设 计中不确定性问题浅析．天津：消防研究 所￣００３ｆｉ７７－４７９． 作者简介：周涛（１９８２，８一），男，遵义市消防 支队湄潭大队，助理工程师。 中国新技术新产品 一６３—
