建筑防火性能化设计与评估及其科学与技术基础(ppt-79)

1、1,第十章 性能化防火设计简介,提 纲,一、性能化防火设计的时代背景 二、性能化防火设计的方法与步骤 三、性能化防火设计的科学与技术基础 四、性能化防火设计举例,2,3,一、性能化防火设计的时代背景,3 建筑与科技发展对防火设计的新要求,2 处方式建筑防火设计,4 性能化防火设计的兴起,1 建筑防火的目的与措施,5 性能化设计和处方式设计的关系,4,建筑防火目的： (1) 保护建筑物内及其周围人员生命安全和健康； (2) 保护建筑物内及其周围财产并限制火灾损失； (3) 保护消防人员的安全并能够开展有效的灭火工作； (4) 保护环境（大气、水和土壤）。,1. 建筑防火的目的与措施,5,保护人员安全措施： 预防火灾 疏散通道 限制火灾蔓延 尽早发现火灾并进行有效灭火 避免发生轰燃 通过限制疏散通道的长度、防烟、排烟、排热以及防止建筑物倒塌等措施减少人员的危险性,实现防火的技术措施,6,保护财产安全的措施： 预防火灾 减少财产密度 尽早发现火灾并进行有效灭火 限制火灾蔓延 避免发生轰燃 通过排烟、排热、避免水造成的损失以及防止建筑物倒塌等措施减少财产的损失,实现火灾防护目的的技术措施,7,

2、2 处方式建筑防火设计,定义： 处方式建筑防火设计：按照传统建筑防火设计规范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确要求，对建筑防火系统进行设计的工程。 处方式防火设计评估：按照传统建筑防火设计规范对建筑物防火分类及其对防火设计的明确要求，对建筑防火系统设计进行评估。,8,9,3 建筑和科技发展对防火设计的新要求,现代建筑的特点：攀高比阔，争奇斗艳，彰显时尚，各领风骚,10,火灾科学方兴未艾： 火灾机理日见清晰 现象描述逐渐量化 数值模拟日臻完善 研究群体日益强大,火灾科学和消防技术的发展为 消防工程的变革提供了可能,11,消防技术层出不穷： 火灾探测智能化 火灾扑救自动化 成套设备系列化 消防管理信息化,火灾科学和消防技术的发展为 消防工程的变革提供了可能,细水雾灭火,遥控水炮,定义： 性能化设计：针对特定建筑对象的消防安全目标，运用消防安全工程学原理，采取计算机模化或数理推算的方法，并结合实验方法，确定合理的消防安全设计。 性能化评估：采用确定性或概率方法，基于消防安全工程学的逻辑关系，对已设计或现有的建筑对象，结合其消防工程体系的合理性、实用性，数值化地分析论证其火灾危害与风险。,1

3、2,4 性能化防火设计的兴起,13,特点： 只确定建筑要达到的总体目标要求或设计性能水平，规定一系列性能目标和可以量化的性能准则和设计准则，一般附有一个指导设计的技术文件。设计人员或其他规范执行者根据设计对象特点，按规范要求，采用“处方式”规范或以性能为基础的设计和评估方法来完成认为可以接受或能够取得最低规定安全水平的设计。在大多数情况下，规范不明确规定某项解决方案，而是确定能达到规范要求的可接受的方法。,14,可以针对不同的建筑物确定不同的安全水平，能使设计者或监督者具有自由发挥的较大余地，解决“处方式”规范中存在的大部分问题，但对于规范使用者而言则要求经过专门的严格训练，并要有不同建筑物的火灾大小数据以及大量建筑材料的燃烧特性数据、专门的设计和评估工具等作为支撑。,5. 性能化设计和处方式规范的关系,1、两者的目标是一致的，可以相互验证； 2、两者各具特点： 指令性的简捷、明确，便于操作，可直观理解，运用成本低。性能化的演绎、推理，可以模化，需要理解力，运用成本高。 3、两者将长期互补共存。性能化适应于新型的、特殊的建筑设计与评估；指令性适用于一般的、普遍的建筑设计与评估。 4、两

4、者可相互变化。性能化的归纳，总结成律可作为指令性。指令性的细化，数理表述可化为性能化。,15,二、性能化防火设计方法与步骤,16,（一）基本概念 总体目标：保护生命、保护财产、保护使用功能、保护环境 功能目标：对如何达到总体目标说明 性能要求：材料、构件、系统、组件以及建筑方法满足性能水平要求，从而达到安全总体目标和功能目标 性能指标 设计指标,17,总体目标：建筑物在火灾条件下不垮塌 功能目标：保护钢构件不烧毁 性能目标：钢构件有1小时耐火时间 性能指标：在1小时内，温度不高于530C 设计指标：保护层厚度不小于3mm,总体目标：保护人员安全 功能目标：远离起火点的人员有足够的疏散时间 性能目标：限制火灾蔓延和控制烟气聚积与流动。 性能指标：燃烧速率小于10MW，40分钟内烟气层高度3米以上。 设计指标：水喷淋1套（水压2个大气压）、机械通风300m3/min。,二、性能化防火设计方法与步骤,确定分析对象的现场状况 弄清待评估建筑的结构特点 识别重大火灾危险源 设计火源功率,18,二、性能化防火设计方法与步骤,确定防火安全的目的和目标 保证人员安全 减少起火的可能性 防止火蔓延 防止

5、火灾进一步扩大,19,二、性能化防火设计方法与步骤,选择合适的定量分析方法 定量分析是性能化分析的基本方法，需要根据分析的需要选择合适的定量方法； 火灾过程的计算机模拟是一种主要的方法（CFAST、FDS、FLUENT、PHOENICS）,20,二、性能化防火设计方法与步骤,具体分析影响火灾安全的因素 建筑物的结构特点； 可燃物的燃烧特性与分布； 火灾与烟气蔓延的特点； 室内消防设施的配置状况； 建筑物使用者的特征； 消防救援状况,21,二、性能化防火设计方法与步骤,给出分析报告 风险分析结束后应当给出客观、全面的结论报告； 明确指出该建筑物是否符合有关规范的要求，原有设计是否需要进行任何修改等； 结论具有很强的时效性,22,二、性能化防火设计方法与步骤,基本的设计步骤： 三个阶段： 设计准备阶段； 定量评估阶段； 文件编制阶段； 八个步骤,23,二、性能化防火设计方法与步骤,24,性能化设计步骤示意图,25,Steps in the Performance-Based Analysis and the Conceptual Design Procedure for Fire Prot

6、ection Design,确定工程具体内容,建立性能判据,确定安全总体目标、功能目标、性能目标,设计目标：性能指标和设计指标,选择最终设计,建立火灾场景,试设计,试设计评估,准备设计文件,修改设计或目标,性能化设计报告,说明、图纸操作 与维护手册,Developing a Fire Protection Engineering Design Brief,试设计是否满足 性能标准,否,是,PS,G,DSO,DPC,DFS,TD,FSM ?,二、性能化防火设计方法与步骤,（一）设计准备阶段 基本任务：确定一些基本参数，包括： 评估所设计建筑物的现场状况； 确定业主的损失目标（定性）； 把业主的损失目标定量为设计目标；,26,二、性能化防火设计方法与步骤,（一）设计准备阶段 确定建筑防火设计的基本目标： 保障生命安全，包括民众、工作人员和消防人员的安全； 保护财产安全，包括建筑结构、设备和物品； 提供连续的操作，例如保护系统可以继续运作； 限制火灾与火灾防治措施的不良影响。,27,二、性能化防火设计方法与步骤,（一）设计准备阶段 应当确定防火设计目标的优先顺序： 多数情况下，应优先考虑人员

7、生命安全； 特殊情况下，也可优先考虑其它目标。如人员少，容易疏散，或存储高价值物品； 应当兼顾多个防火目标。,28,二、性能化防火设计方法与步骤,（二）定量评估阶段 选择火灾场景和设定火灾曲线： 选择火灾场景； 设定火灾曲线,29,二、性能化防火设计方法与步骤,选择火灾场景 火灾场景：对火灾发展过程的一种语言描述，包括对起火、增长、发展到最大程度（轰燃）以及熄灭过程的说明。 需要确定的内容： 历史资料； 实际火灾过程的数据； 火灾实验数据,30,二、性能化防火设计方法与步骤,选择火灾场景 主要涉及以下具体内容： 起火前的状况 点火源 初始可燃物 二次可燃物 火蔓延的可能性 物体的摆放位置 室内人员状况 统计数据,31,二、性能化防火设计方法与步骤,设定火灾曲线 火灾的热释放速率是决定火灾发展的基本参数之一； 性能化分析中所用的HRR是人为设定的，设定的越合理，计算结果越可靠； 火灾发展可分为三种基本形式： 不断增长； 稳定燃烧； 逐渐衰弱,32,二、性能化防火设计方法与步骤,33,设定火灾曲线示意图,二、性能化防火设计方法与步骤,（二）定量评估阶段 发展与评估初步防火设计： 按照确定的

8、火灾场景，依据设定的火灾曲线，发展初步设计方案； 通常有多个方案； 评估、比较这些方案时，应灵活区分新建建筑和已有建筑。,34,二、性能化防火设计方法与步骤,（三）文件编制阶段 分析和设计过程的参与者 分析或设计的理由 设计方法的说明（方法、假设和工具） 设计的背景资料 业主的目标说明 性能判据 火灾场景 设定火灾 设计替代方案 其它资料,35,36,三、性能化防火设计的科学与技术基础,2 热释放速率模型及其实验测试方法,3 羽流模型,1 火灾过程模拟,4 人员疏散模型,5 自动报警与灭火系统,6 烟气流动与控制系统,7 建筑构件耐火保护,37,1 火灾过程（烟气流动）模拟,方法分类,火灾防护的工程方法,分析方法,模拟方法,区域模拟方法,场模拟方法,38,火灾模拟方法及其对比,分析方法与模拟方法对比,分析方法：运用工程基本原理、经验和规范给出具体工程问题的解决方案。,模拟方法：建立火灾过程数学模型，真实近似地再现火灾过程，并根据具体工程问题的给出解决方案。,39,火灾模拟方法及其对比,区域模拟与场模拟方法,区域模拟方法：通常将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气区和下部的冷空气区，

9、并且假设两个区域内的参数是均匀的。针对两个区域分别列出质量守恒和能量守恒方程，区域之间的质量交换主要由羽流和通风口的掺混作用造成，能量交换除了由质量交换带来的能量传递外，还考虑辐射和导热损失,场模拟方法：根据质量守恒、动量守恒（N-S方程）、能量守恒和化学反应定律建立描述火灾过程的控制方程组。为了能够从整体上求解火灾过程必须建立火灾各主要分过程的理论模型，如受浮力影响的湍流模型、湍流燃烧模型、辐射换热模型和碳黑模型，从而使场模拟的方程组封闭。,40,火灾模拟方法及其对比,区域模拟与场模拟方法对比,41,火灾模拟方法及其对比,区域模拟与场模拟方法对比,42,室内火灾及热烟气发展过程,43,2 火源热释放速率模型,引言,火灾过程中火源的热释放速率是评价火灾危险性的重要参数，也是进行火灾模拟研究的基础参数。在过去的20多年时间里，火灾过程中热释放速率的测试方法法较大的发展，出现了基于氧消耗原理的热释放速率测试方法，如小尺寸热释放速率实验的ISO5660标准、全尺寸墙角实验的ISO9705标准，一些火灾实验室还发展了基于氧消耗原理的大型热释放速率测试方法。此外，基于质量损失速率的热释放速率测试方法可以作为基于氧消耗原理测试方法的补充。,与此同时，基于区域模型（Zone Model）的火灾模拟方法也得到了长足发展，目前比较著名的火灾模拟软件有CFAST、MRFC、Jasmine、Sophie等，部分软件已经可以在Windows9.x和Windows2000界面下运行。上述火灾模拟软件已经成为建筑火灾研究和火灾危险性评价的重要工具，部分软件已被成功地运用于隧道火灾的研究和评价。但区域模型的核心是如何构造接近于实际情况的火源热释放速率模型。,44,几种常用的热释放速率模型,t2模型CFAST软件中应用的模型,45,几种常用的热释放速率模型,t2模型CFAST软件中应用的模型,46,几种常用的热释放速率模型,t2模型CFAST软件中应用的模型,47,几种常用的热释放速率模型,t2模型CFAST软件中应用的模型,48,几种常用的热释放速率模型,MRFC软件中应用的模型,49,几种常用的热释放速率模型,MRFC软件中应用的模型,50,几种常用的热释放速率模型,51

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