五星国际建筑工程消防安全性能研究.docx

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五星国际建筑工程消防安全性能研究

1绪论

建筑防火安全性能是评价一座建筑等级高低的一项重要的指标，也是人们对其所使用的建筑的一个最基本的要求。

建筑防火安全历来得到人们的重视，它同人们的生命和财产安全紧密联系在一起，“水火无情”，这体现了人们对火所造成灾害的深刻认识。

近年来，随着火灾工程学的进步，人们对于火灾行为及建筑防火安全性能均有了进一步认识，同时大型化，高层化、型式多样化的建筑不断涌现。

尽管人们对建筑的安全性给予了足够的重视，在建筑火灾安全上的投入也越来越大，但火灾却从来没有中断过。

如何在现有的技术经济条件下，提高建筑的综合防火安全性能，这是摆在建筑工作者、消防工作者以及广大建筑使用者和管理者面前的一个重要课题。

近年来，建筑工程日趋复杂化、多样化，新技术、新材料被不断开发、运用，现行的消防技术规范逐步滞后于当前建筑行业的发展需要，逐渐体现出一些局限性。

国内外不断有学者提出“以性能为基础的防火设计”（Performance-baseddesign）的观点，也有称之为“消防安全工程设计方法”（Firesafetyengineeringmethod）。

这种设计方法运用消防安全工程学的原理与方法，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各个不同的空间条件、功能条件及其它相关条件，自由选择为达到消防安全目的而采取的各种防火措施，并将其有机地组合起来，构成建筑物的总体防火安全设计方案，然后运用己开发的工程学方法，对建筑的火灾危险性进行预测和评估，从而得出最优化的防火设计方案。

因此这种新的设计方法完全不同于传统的“处方式”或“规格式”设计方法，是当前消防安全工程学的热门和最新研究领域，是消防安全工程学的主要发展方向之一。

1.1消防安全工程学

近半个世纪以来，很多国家的科研机构和学者通过大量的火灾实验和理论研究，对火灾的燃烧特性、烟流特性、火灾发展特性等有了深入的了解，在一定程度上实现了对灾过程的定量描述和分析，并逐渐发展和形成了一门新的安全工程学科--消防安全工程学（FireSafetyEngineering）。

消防安全工程学是一门以火灾发生与发展规律和火灾预防与扑救技术为研究对象的新兴综合性学科，是综合反映火灾防治科学技术的知识体系。

消防安全工程所涉及的内容包括工程原理与原则的应用，基于火灾现象、火灾影响，以及人的反应和行为的专家判断。

由于现在仍然缺乏完全量化的建筑设计消防安全工程方法，因此要求采用由专家或工程分析判断而形成的比较保守的方法。

消防工程学研究的范围包括：

火灾基础理论、火灾数学模型的开发和应用、火灾危险性分析、火灾统计、火灾调查结果的分析应用、消防技术性法规的制定与应用等内容。

过建立火灾的数学模型，来量化描述火灾的危害性、危险性。

运用这种数学模型对建筑的消防设计进行安全分析评估，评价消防设计是否既满足了规定的消防安全要求，又符合经济合理的原则。

发展以性能为基础的规范的同时，消防安全工程也在快速发展。

消防安全工程学由于其潜力、复杂性以及应用性而在基础理论、方法学和实用工具领域得到较大的发展。

1.2国内外性能化防火设计研究现状

自二十世纪八十年代首次提出以来，从“处方式”规范向“性能化”规范方向发展在许多国家都取得了很大的发展。

截至目前，已有不少于13个国家（澳大利亚、加拿大、芬兰、英国、日本、荷兰、新西兰、挪威、波兰、西班牙、意大利、瑞典和美国）以及两个国际组织--国际标准化组织（ISO）和国际建筑研究与文献委员会（CIB）采用或积极发展性能化规范和基于规范结构形式下设计防火建筑所要求的工程工具和方法。

其中英国、日本、加拿大、新西兰、美国、澳大利亚等国家都进行了大量的关于性能化设计方法的研究，确定了各自相应的性能化设计的内容，并在火灾调查、火灾模型、火灾风险评估等领域均取得了大量的研究成果。

1.2.1国外研究现状

（1）加拿大

加拿大的建筑规范由加拿大建筑和防火规范委员会负责制修订，其建筑法规因地区不同而异。

该国有关性能化设计防火安全评估方面的研究工作始于80年代初。

在1994年加拿大制定了一项长远战略规划，确定了建筑规范在未来几年里保证其适用性和有效性的几个基本特性，如应用上更灵活、条款更清晰、结构更简单、使用更方便等等。

现行加拿大规范的编写是先确定目标框架，然后把这些目标中的每一目标都同更高级别的总体目标相联系。

每个目标要求都包含一个或多个处方式或性能化的“可接受”方案。

对规范中的某些特殊要求可以采用处方式方案或性能化方案。

加拿大发布的其性能化的建筑规范和防火规范，其要求将以不同层次的目标形式表述。

每个层次的目标都包括一些与规范总目标有关的功能目标，每个功能目标又由许多性能要求以及相关的详细性能准则和判据组成。

为满足目标要求而建立的“可接受解决方案”既采用了处方式语言，也采用了性能化语言表述。

（2）美国

美国是开展性能化防火设计研究最早的国家之一，从20世纪70年代起，该国便开始了较系统的研究，但当时并没有提出以性能化为基础的概念。

1991年，在美国的WorcesterPolytechnicInstitute（WPI）召开了一次关于21世纪防火安全设计研讨会，探讨在新世纪防火安全设计的一些重要目标障碍和策略，该会议对推动美国性能化防火设计的研究起了很大作用。

此后，Caster和Meacham等人开始研究性能化分析和设计的步骤，将新的设计概念转变为实际的设计过程。

1997年，他们合著了《以性能化为基础的火灾安全导论》（IntroductiontoPerformance-basedFireSafety）出版，这是性能化方法研究的一个重要阶段。

美国消防工程师学会（SocietyofFireProtectionEngineers,SFPE）于1996年开始开展性能化规范、标准、消防安全工程与设计方法的研究。

2000年，协会在Caster等人的研究基础上，编写了《建筑物性能化防火分析与设第一章概述计工程指南（草案）》（TheSFPEGuidetoPerformance-basedFireProtectionAnalysisandDesign,DraftforComments）。

此后，美国消防协会、美国标准技术研究院和马里兰州大学等在这方面相继开展了大量研究工作，并为此成立了国际规范理事会，负责规范制定的组织工作。

目前，美国的研究已完成性能目标和基本完成性能级别分级的确定，并于2001年发布了《国际建筑性能规范》和《国际防火性能规范》。

从美国的研究来看，性能化规范要清楚地规定反映社会期望的总体目标、功能目标和性能要求及相关的标准或准则。

标准和准则是提供满足规范要求的可接受方法，包括处方式方法（例如“视为满意”），或经过认可使用性能化评估工具和方法按要求所进行的设计和验证。

性能化规范中含有经验式设计要求的规定以及为减少不必要的性能分析所需附件一“批准的文件”，“批准的文件”一般指的都是过去的“处方式”规范规定。

（3）英国

英国于1985年完成了建筑规范，包括防火规范的性能化修改。

新规范规定“须建造一座安全的建筑”，但不详细规定应如何实现这一目标。

因此，根据这样规定，只要建筑审核官员认为设计所采用的消防措施能提供不低于规格式规范规定的安全水平，建筑设计者就可以采取任何消防措施。

与此同时，英国还编制了建筑规范“火灾安全”的支持文件—《批准的文件B》，对火灾预防和为大多常见的火灾场景设计作了处方式的规定。

其中大部分引用了处方式的英国标准，但规定了如能证明某项性能化建筑设计方案是合理的，可以采用性能化设计方法。

（4）日本

日本20世纪80年代就开始研究性能化的建筑法规体系。

1982-1987年开展了“建筑物消防安全性能评估方法的研究”，并于1989年出版了《建筑物综合防火设计》。

1993-1998年，开展了“消防安全性能评估方法的研究”，制定了性能化建筑消防安全框架。

其中功能要求包括防止火灾的发生、安全疏散措施、防止倒塌、消防基础设施和通道要求以及防止火灾相互蔓延等五部分。

1995年，开始修改《建筑标准法》并向性能化规范转变，并于2000年6月发布实施。

（5）巴西

巴西于1996年提出，1999年颁布了新的《钢结构防火设计》和《对建筑构件耐火级限的》两部标准。

这是南美首次制定的建筑标准，标准中引入了如时间计算方法与风险评要求估方法以及其他消防安全工程设计方法等性能化的新概念，允许建筑物的火灾安全根据其火灾荷载、建筑物高度、建筑总面积以及灭火设备的安装与否等条件确定，而对建筑物的耐火等级不做要求。

（6）新西兰

新西兰的性能化规范研究始于20世纪80年代末，1992年发布了性能化的《新西兰建筑规范》。

新规范中保留了处方式的要求，并作为可接受的设计方法。

该规范是外国正在制订的性能规范中比较典型的，它为人们要建筑的设施规定了明确的目标、功能要求和具体性能要求。

另外，为方便使用，由新西兰坎特伯霍大学高级工程中心研究制订了一个与建筑规范配套使用的《消防安全设计指南》，用于进行性能设计的工程计算。

性能化设计自1991年10月以来，已作为建筑设计者的一种选择在新西兰得到应用，同时也可使用以建筑业机构文件为基础的处方式方案。

（7）欧洲标准委员会（CKN）

欧洲标准委员会主要负责编制全欧洲的通用标准，以清除欧洲各国间的非关税贸易壁垒。

CKN标准不能推翻任何成员国的法规规定，但其中任何一个成员国，都可以申请编制一部欧洲标准（NE）。

草案一经通过，CKN所有成员国都必须将其当作标准执行，并替代所有现行国家标准中的相关内容。

CKN至今还未同意制定欧洲消防安全工程标准。

150厅C92S/C4的研究成果将可能促使CKN制定该标准，但目前在各国间的协调还有许多困难，如德国和法国就认为他们的标准必须是完全处方式的标准，而芬兰、挪威、意大利、西班牙、丹麦等国则已开始性能化规范的编制。

1.2.2国内研究现状

国际上对性能化建筑防火设计的研究与讨论，对我国的消防安全管理部门、建筑设计部门和火灾科研机构已产生了重大影响。

在过去十几年间，公安部消防局和中国消防协会近年来组织举办了多次有关火灾危险分析和性能化防火设计的专门研讨会。

1996年，国家“九五”科技攻关项目中设置了“重大工业事故和特殊建筑火灾预防与控制技术研究”项目，公安部组织了天津、沈阳、四川、上海等四个消防科学研究所和中国科技大学火灾重点实验室、中国建筑科学研究院防火研究所等单位联合攻关，这种合作推进了我国性能化防火设计的研究。

2000年，根据第三届全国消防标准化技术委员会的决定，在公安部消防局的组织下成立了“消防安全工程学”工作组，负责推进相关的火灾基础科学研究，开发建筑物消防安全性能评估方法，建立基础数据库，有利地推动我国性能化防火设计工作发展。

在国家的“十五”科技攻关项目中也专门对我国性能化防火设计方法的研究给予大力的支持与此相关的基础研究工作得到了加强，并有望初步提出一部适应我国国情的性能化设计指南。

在火灾安全工程学和性能化设计方法提出的初期，我国的一些火灾科研工作者便给予了密切关注。

他们一方面对火灾过程的计算机模拟、火灾风险分析及性能化设计方法本身的研究进展及时地进行了介绍；另一方面也认真研究与探索如何在我国发展性能化设计方法及制订相应的规范。

1986年，公安部天津消防科学研究所编写了“火灾模化方法的发展”译文集，较全面地介绍了当时国际上几种有影响的火灾计算机程序，并对美国建筑与火灾研究所编制的FAST程序在我国的应用作了一些探讨。

在我国的“九五”期间，天津消防科学研究所在分析国外有关程序的基础上，开发了主要针对大型地下商场人员疏散的模型，该模型在考虑人流方面具有一些突出的特点。

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室充分发挥了高校的特点，在火灾科学的基础理论和防治原理方面开展了深入研究，将计算燃烧学的思想应用于火灾过程的模拟研究，在建筑火灾的计算机模拟方面，率先提出了场、区、网络综合模拟新方法，并成功编制出场区模拟方法相结合的综合模型。

以区域模拟软件CFAST和场模拟软件PHOENICS为工具,选取了性能化防火设计工程中的两种典型火灾场景计算结果进行比较,体现出区域模拟方法在工程应用中的适用性特点.分析了区域模拟结果不合理的原因;验证了CFAST区域模型仍适用于规则大空间,不适用于尺寸比例超过10的狭长竖高空间的结论;提出了一种针对不能合理划分单元的复杂火灾场景,在单元间采用等效开口面积体现烟气运动影响的新的建模方法;数值实验结果表明该方法是可行的。

武汉大学和香港城市大学联合开发了人员疏散模拟软件SGEM，此软件在分析国内外己有的安全疏散模拟模型的基础上，针对这些模型的不足，结合大型公共建筑火灾特性和人员疏散的行为特点，以AutoCAD为开发平台，建立了更为完善的安全疏散预测模型，提出了计算建筑火灾中人员安全疏散时间的一种更合理的方法，较准确的计算出高层建筑人员安全疏散所需时间。

1996年，“重大工业事故和特殊建筑火灾预防与控制技术研究”列入国家“九五”科技攻关项目计划，对于其中的火灾防治部分，公安部消防局组织了我国的火灾安全研究重点单位围绕地下建筑与大空间建筑火灾特性与控制技术研究、消防工程新产品新技术的开发及其在实际工程中的综合应用等课题进行联合攻关，这推进了我国性能化防火设计方法的发展。

1997年公安部为了解决“超规”建筑的消防问题，发布了《建筑工程消防监督审核管理规定》。

其中规定：

“对于我国消防技术标准尚未规定的消防设计的内容和新材料、新技术带来的有关消防安全问题，应当由省一级消防监督机构或公安消防局会同同级建设主管部门组织设计、施工、科研等部门的专家论证，提出意见，作为消防设计审核的依据,”这为我国采用性能化分析与设计方法创造了条件。

2000年，为了跟踪该领域的国际发展动态、及时制订我国的对策，成立了全国性的“消防安全工程学”工作组。

该组的任务主要是:

（1）搜集、整理、分析国外相关资料；

（2）研究、提出我国消防安全工程标准的发展规划；

（3）推进相关的火灾基础科学研究，开发建筑物消防安全性能评估方法，建立基础数据库；

（4）研究制定性能化设计方法及相关标准。

这种协调机制使我国性能化防火设计方法的研究又大大前进一步。

国家“十五”科技攻关项目亦对大型复杂建筑性能化设计方法的研究给予强有力的支持。

另外，我国加入WTO和成功举办奥运会促进我国性能化防火设计方法的发展。

总之，在我国，性能化防火设计方法已受到越来越多的人们的重视，发展与采用性能化防火设计己成为人们的共识，制定性能化防火设计规范也成为许多学者和设计人员的重要话题。

1.3建筑防火安全性能目标及影响因素

建筑的防火安全性能是以保护人的生命与财产为目标，体现一座建筑对人的生命与财产安全保护的性能。

建筑防火安全性能是一个综合的系统体现，它同众多因素相关联，建筑构造、建筑布局、建筑材料，使用者情况以及消防安全设施、设备情况等综合因素决定了建筑防火安全性能的好坏。

建筑的防火安全性能可分解为以下几个方面：

1.3.1防止火灾延烧、火灾蔓延扩大性能

防止火灾延烧、火灾蔓延扩大性能，即防止建筑物外部火灾向其扩散，以及建筑内部火灾发生时，抑制火灾向其它建筑或部位蔓延扩大的性能。

它主要同以下因素相关联：

建筑内可燃物的种类与数量；建筑布局及防火分隔情况；建筑消防设备的设置，包括灭火设备、探测器以及警报设备等。

建筑的防火分隔设施包括建筑的构造体、防火门、防火卷帘等，灭火设备包括灭火器、消火栓系统，自动灭火系统等，其中建筑构造体是防止火在蔓延扩大的根本措施，而自动喷水灭火设备是防止火灾蔓延扩大的一项积极有效的措施。

1.3.2疏散安全性能

疏散安全性能是体现建筑在火灾情况下保证建筑中的所有人员可安全疏散至安全场所的能力。

它包括安全区划及疏散设施二个部分，安全区划的目的是确保建筑物所有人员能安全逃离至安全区域，避难设施是确保建筑中所有人员在火灾发生时，从建筑物任何一点到安全场所（地面或避难间）之间的路径保持畅通。

建筑疏散安全性能的影响因素包括：

建筑的构造，建筑人员的类型、数量，对建筑的认知情况，火源情况，建筑消防设备的设置情况，包括感知器性能、报警设备性能、指示诱导灯性能、避难器具性能、排烟设备性能等。

1.3.3消防活动支援性能。

建筑消防活动支援性能也即消防人员实施消防救援活动性能。

它同建筑构造、建筑内设置的消防活动必要的设施、设备性能，消防通道，火灾与建筑类型等因素密切相关，同时也同当地的消防队的灭火救援装备与能力相关联。

1.4概括

本文研究的对象是五星国际建筑工程，首先，我们对五星国际建筑工程的工程概况进行研究，对其防火设计、消防系统等进行介绍。

其次，根据工程概况，我们对五星国际建筑工程的建筑进行火灾场景设定，分别研究了火灾荷载、火源位置、火灾增长速率、火灾最大热释放速率等。

再次，对人员安全疏散，烟气蔓延进行分析，最后得出安全余量，从而得出对五星国际建筑工程安全性能的研究结果。

最后针对五星国际建筑工程的防火安全性能提出合理的建议。

2五星国际建筑工程工程简介

本文研究的是五星国际建筑工程的一高层建筑，工程项目处在黑龙江省大庆市，工程主体为一栋高层住宅楼。

此楼为板式结构，共33层，属于高层民用建筑，且每一楼层的每一户型结构及布局都相同。

每一层楼住8户，分别成对称户型，中间位置为公用电梯，左右两侧分别为有一个紧急出口，两户共用一个楼梯平台，左右对称。

图2-1住宅楼任一楼层的结构平面布局图

图2-2任一户型的结构平面布局图

2.1建筑防火设计

2.1.1防火分区

本建筑为一类高层建筑，耐火极限为一级。

各层防火分区之间通过防火墙、甲级防火门或特级防火卷帘分隔，每个防火分区面积不大于1000平方米。

该公寓楼每层建筑面积约0.2万平方米，每层按照建筑面积划分为二个防火分区，但未划分防烟分区;防烟楼梯间未设加压防烟设备。

2.1.2疏散通道

每处疏散通道的宽度最少为2*1.8m，该楼设置有两部防烟楼梯间，并通至屋顶，楼梯前室面积大于6平方米，两个楼梯间的距离为5m，位于两个楼梯间之间的房门到楼梯间的距离小于30m。

2.1.3防火卷帘设有水幕保护

该楼层的两个个防火分区是由防火卷帘分隔形成的，按照GB50045一95《高层民用建筑防火设计规范》的要求，该建筑在卷帘两侧设闭式自动喷水灭火系统作保护。

2.2住宅楼消防系统概况

2.2.1消防系统

消防监控系统选用海湾公司GSTCRT2001彩色显示系统。

该系统是海湾安全技术有限公司最新一代消防控制中心火警监控、管理系统，它用语火灾报警及消防联动设备的管理与控制以及设备的图形化显示。

可与海湾安全技术有限公司所产生的GST200、GST500、GST5000、GST9000等系列火灾报警控制（联动型）组成功能完备的图形化消防中心监控系统，并且CRT之间可以通过局域网、普通电话线RS-232等方式进行联网，接受、发送、显示设备的异常信息及主机信息，从而实现火灾报警系统的远程中央监控。

示意图如下：

图2-3GSTCRT2001彩色显示系统

2.2.2报警装置的选用

火灾报警控制器选用JB-QG-GST200型火灾报警控制器（联动型），该型火灾报警控制器是海湾公司推出的新一代火灾报警控制器。

为适应工程设计的需要，控制器兼有联动控制功能，可与海湾公司的其他产品配套使用主次配置灵活的报警联动一体化控制系统，具有较高的性价比，特别时候中小型火灾报警及消防联动一体化控制系统的应用。

JB-QG-GST200型火灾报警控制器（联动型）采用柜式结构，主要指标如下：

（1）控制器最大容量为242个地址编码点，本项目中用到点数：

①点型复合式感烟感温火灾探测器：

8*33=264，编码地址：

1～264

②消防栓按钮：

每层一个，33*1=33，编码地址：

265～297

③火灾声光报警器：

每层一个,33*1=33,编码地址：

298～330

④总线制固定式消防电话分机：

每层一个，33*1=33，编码地址：

331～363

⑤广播分配盘：

每个广播分配盘占用20个地址编码点，编码地址：

363～382

⑥多线控制盘：

共有33路，每路占有一个编码地址33*1=33，编码地址：

383～415

（2）控制器最大可外接64台火灾显示盘，本项目中火灾显示盘个数：

火灾显示盘：

每层一个，33*1=33

（3）控制器最大可配置33个多线控制点，本项目中多线制控制点个数：

①消防水泵：

1个

②电磁阀：

每层一个，33*1=33

（4）接线：

①控制器与探测器间采用无极性信号二总线连接

②多线制控制点与模块（GST-LD-8302C）之间采用有极性二总线连接

③控制器与各类编码模块采用四总线连接（无极性信号二总线、无极性DC24v电线）

④控制器与火灾显示盘采用四总线连接（有极性通讯二总线、无极性DC24V电源线）

⑤与彩色CRT系统通过RS-232标准接口连接，最大连接线长度不宜超过15m

（5）电源：

主电：

交流220v

控制器备电：

直流12V/24Ah密封铅电池

联动备电：

直流24V/24Ah密封铅电池

火灾显示盘选用ZF-GST8903型火灾显示盘，该盘是一种用于楼层内的火灾报警显示装置。

当消防控制中心的主机接收到建筑物内发生的火灾后，产生报警，同时把报警信号传输到发生火警区域的火灾显示盘上，火灾显示盘将产生报警的探测器的位置显示出来并发出报警声响，以通知发生相关人员。

火灾显示盘与火灾报警控制器间采用有极性二总线连接，另需要两根DC24V电源供电线（不分极性）

2.2.3火灾探测器的选用

（1）感烟火灾探测器（离子式感烟探测器，光电式感烟探测器）；

（2）感温火灾探测器（点型定温式火灾探测器，点型差温式火灾探测器，点型差温式火灾探测器）；

（3）火焰火灾探测器。

2.2.4警报装置的选用

在每层大厅布置一个GST-HX-M8501火灾声光报警器，该报警器具有两种报警模式（模式Ⅰ模式Ⅱ），可用于区分预警状态和火警状态。

光显示采用多只超高亮红色发光二极管作为光源，显示醒目、寿命长、功耗低。

可通过短路外控端子启动报警器，不受信号总线掉电的影响。

与信号总线及电源总线分别采用无极性二总线连接，接线方便;具有电源总线掉电检测功能，若电源总线掉电，可将故障信息传到控制器在每个房间门口布置以个GST-LCD-8314型火灾探测器门灯。

该门灯可与对应的探测器并联使用，并与该探测器编码一致。

当探测器报警时，门灯上的指示灯闪亮，在不进入室内的情况下就可知道室内的探测器已触发报警。

2.2.5消防电话的选用

消防电话系统选用的主要设备如下：

GST-TS-Z01A智能型总线制消防电话主机，GST-TS-100A总线制固定式消防电话分机和GST-LD-8304总线制编码消防电话专用模块。

通过这个系统可搭建一种消防专用的通讯系统，实现对火灾的人工确认，并可及时掌握火灾现场情况及进行其他必要的通讯联络，便于指挥灭火及恢复工作。

2.2.6消防广播的选用

消防广播选用GST-LD-GBFP-200型广播分配盘，该盘为标准式结构，可与火灾报警控制器组装在同一柜中，完成对多路消防广播的切换控制，广播分配最多可控制20路消防广播，可根据需要进行选择手动控制消防广播切换，联动控制消防广播切换。

表2-1消防监控系统设备清单

序号

类别

设备

型号

数量

备注

1

触发装置

点型复合式感烟感温火灾探测器

JTF-GOM-GST601

10*14*1=140

每个房间中心一个

2

消防栓按钮

LD-8403

10*1=10

每层楼大厅一个

3

报警装置

火灾显示盘

ZF-GST8903

10*1=10

每层楼大厅一个

4

火灾报警控制器（联动型）

JB-QG-G