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摘 要: 针对目前我国利用现有建筑设计防火规范等一系列规范建筑物进行火灾风险分析存在的不足, 介绍了几种性能化建筑火灾风险分析方法, 并提出了性能化建筑火灾风险分析方法的基本框架, 确定火灾场景的一些独立数值范围, 确定火灾场景的方法。因而为建筑消防安全的风险问题提供了一项可以接受的解决方案, 在量化方法基础上, 对风险的理解, 达到人们能够接受的风险水平。
关键词: 建筑火灾; 风险分析; 危险性
1 建筑物火灾风险分析的意义
建筑火灾风险分析是火灾科学研究的重要组成部分。它是一种判断是否满足规范的方法。不仅包括财产损失风险, 也含有生命风险。由于风险可接受水平是通过人们的态度来反映。因此, 它是变化的, 具有不定性。人们对生命风险和财产风险所接受的程度是不同的。生命的风险不能简单用一个度量标准来衡量, 而必须考虑人类生命价值, 利用人对风险的态度并按照风险概率确定建筑物火灾危险性更能反映火灾事故可能发生的后果。近年来, 建筑物功能复杂化和新技术的出现, 也带来了一些新的风险、新的危害问题, 对此人们对不同类型的风险问题有着不同的反应, 由于人们对风险的理解的差异, 对现行的建筑设计防火规范也产生了一定的影响。例如: 因为歌舞娱乐放映游艺场所火灾的发生, 而对《建筑设计防火规范》的有关规定进行修改以适应新的社会要求等。
2 两种性能化建筑火灾风险分析方法简介
建筑火灾风险分析方法是性能化设计中的重要评判标准, 现今, 比较完善的方法有澳大利亚的BCA 结构体系和美国的建筑防火分析方法(BFSEM : T ) 等。
2. 1 澳大利亚的BCA 结构体系
澳大利亚的BCA 结构体系的风险评估模型CW SARE- R ISK 是一个用以量化建筑消防安全性能的风险评价模型。其特点是, 利用事故树设定多种火灾场景, 每种场景具有一个发生概率, 与每种场景相联系的是火灾发展与烟气流动模型得到一个与其有关的确定性的现实情况, 与每种实际情况相联系的是人的行为和消防队救援等反应模型。
2. 1. 1 澳大利亚的BCA 结构体系包括九个部分
A 卷, 总则。包括A 0, 对BCA 进行整体的阐述并对该方法的应用做出相关规定;A 1, 解释部分, 对相关词语进行解释;A 2, 可接受的设计和建造方案, 包括建筑材料的适宜性, 可证明适宜性的证据, 建筑元件的耐火性和早期危险指数;A 3 建筑分类。给出了对建筑进行分类的标准, 所划分类别并考虑了符合类的情况。该部分根据建造物设计和建造的目的, 将建筑物分为10类。
B 卷, 建筑结构部分。首先给出本卷的目标、功能描述, 性能要求, 然后给出本卷认可的安全性能规定,这其中分别给出了对建筑所应满足的对应的载荷, 建筑材料构造的要求。
C 卷, 耐火性能部分。首先给出本卷的目标、功能描述, 性能要求, 分别对应不同的内容给出认可的安全性规定, C1 部分给出对耐火性及热稳定性方面的要求; C2 部分给出对防火分区和隔离的要求; C3 部分给出对开口保护措施要求。给出一些需详细说明的内容,如耐火等级的划分, 外墙的耐火特性要求等。
D 卷, 通道出口部分。首先给出本卷的目标、功能描述, 性能要求, 然后分内容给出认可的安全性规定,D1 为建筑中设置逃生通道的要求;D2 为对各种类型的出口的建造要求; D3 为对伤残人士设置设施的要求。其后, 给出了对楼梯、斜坡和电动扶梯的要求细则。
E 卷, 公共设施和装备部分。对应不同内容给出目标、功能描述, 性能要求和认可的安全性规定及细则。E1 为对灭火装备的要求; E2 为对电梯装置的要求; E3 为对紧急照明、出口指示标志和报警系统的要求。
F 卷, 健康和舒适部分。对应不同的内容给出目标、功能描述, 性能要求和认可的安全性规定及细则。F1 为对房间潮湿度和防风雨结构部分的要求; F2 为对卫生设备及其他设备的要求; F3 为对房间尺寸的要求; F4 对普通照明和通风部分的要求; F5 为对隔音和声音传递方面的要求。
G 卷, 辅助要求。对应不同的内容给出目标、功能描述, 性能要求和认可的安全性规定及细则。G1 为对较小构件和组件的要求, 主要针对游泳池、装有空调的保险库及地窖; G2 对加热设备、壁炉、烟囱和通气管的要求; G3 为中庭的建造要求; G4 为对建筑的高区域部分的要求; G5 为对有发生林火趋势地区的要求。
H 卷, 特殊用途建筑部分。主要是对剧院、舞台和公从聚集的大厅给出要求。这其中又分防火分区, 舞台墙的结构, 座位部分, 舞台出口等几个部分。
I 卷, 维护部分。首先给出本卷的目标、功能描述,性能要求, 然后给出认可的安全性规定。包括对安装的安全性、机械通风和水暖系统几个方面的要求。
2. 1. 2 性能化设计标准总体结构
BCA 结构体系在整体大局上完全从性能化要求出发, 根据性能所需的不同方面划分不同的卷进行讨论; 从结构看,BCA 完全体现了性能化设计应的特色,各卷主体分为四大部分, 目标、功能描述、性能要求和认可的安全性规定。在对设计进行评估方面,BCA 的方式比较灵活, 它一方面给出一些性能化的指标以供设计者和评价者参考, 同时, 也给出一些可以接受的评价方案。这样就显得更灵活、更合理。
2. 2 美国建筑防火分析方法BFSEM
BFSEM 方法认为所有建筑是空间和分隔件的组合体。对于特定建筑开展防火性能分析应清楚地识别空间- 隔件体系。而火灾本身也被划分为以不同的速度和不同的方式影响建筑、人员和各类物件两部分: 火焰/热和烟气。BFSEM 方法评估建筑防火性能主要包括五个方面: (1) 防止起火; (2) 火焰/热分析(建筑物通过主动和被动保护措施限制火灾在其空间和隔件中) ;(3) 烟/气分析(建筑物维持选定空间可生存条件规定时间能力) ; (4) 结构框架分析(结构框架针对未受限火灾避免不可接受的变形倒塌) ; (5) 人员流动分析(人员在建筑物内流动或到达安全地点所要求的时间)。在评估过程中, 对于着火可能性, 起火空间火势扩大可能性、隔件性能, 火势向起火空间以外蔓延, 人员安全等各类参数, 使用者可以指定基于经验和工程判断的主观概率, 或依据统计数据, 估计每一件事发生的可能性。BFSEM 提供了一种识别影响建筑防火性能因素的综合方法。但其在确定各类评估参数时存在较大的不确定性。
3 性能化建筑火灾风险分析方法的基本框架
建筑防火风险评估以性能化防火设计方法为背景, 综合考虑建筑安全性能的各个方面(包括火灾及其燃烧产物的产生与发展, 火灾产物的流动, 火向起火房间外部的蔓延、消防设施对火灾的探测, 启动灭火, 疏散与救援等环节) , 通过设定火灾场景, 对人员生命安全、建筑结构耐火性能及财产损失等情况目标结果进行预测, 并以性能化安全标准为主, 规格指令安全标准为辅, 对建筑物所具备的安全性能水平进行综合评估, 从而为建筑设计决策提供依据。
3. 1 性能化建筑防火风险分析方法的基本框架
性能化建筑防火风险评估方法的基本框架由三部分组成。分别为: (1) 综合评估; (2) 数据集成; (3) 性状预测。
3. 1. 1 综合评估
(1) 确定评估目标和功能要求。根据建筑物的具体特点, 以现阶段消防安全工程学的实际发展水平和现行“处方式”建筑防火设计规范为基本出发点, 确立相应的评估目标和功能要求。
(2) 处方式与性能化预测结构进行比较分析。根据模块2 确定的现行处方式建筑防火设计规范的性能的要求, 评估由模块3 提供的建筑防火安全性能预测结果所具有的消防安全水平, 并与性能化评估结果进行对比分析。
(3) 确定防火安全主要薄弱环节。在比较上述两类评估结果的基础上, 采用已被标准化的成本—效益分析方法确定改进建筑防火安全性能的关键环节, 为具体防火安全措施的制定提供决策依据。
3. 1. 2 数据集成
(1) 火灾场景选择。根据模块1 确定的评估目标和功能要求, 根据火灾统计数据, 选择全部火灾场景。
(2) 确定预测计算参数和性能化判定标准。依模块3确定的性状预测火灾模型和计算方法所要求的各类输入参数, 选择并集成相关基础数据和性能判定标准。
(3) 确立指令性判定标准。根据模块1 确定评估目标和功能要求, 建立现行建筑防火设计规范的性能要求和规格标准。
3. 1. 3 性状预测
(1) 确定火灾性状预测模型与方法。根据模块1确定的评估目标和功能要求以及由模块2 设定的火灾场景, 确立建筑防火危险性性能化评估所涉及的系统范围, 并选择相应的火灾模型和计算方法。
(2) 分析火灾性状预测各环节相关影响。对于可能影响建筑物消防安全性能的众多因素应进行全面分析, 以火灾发生直至人员疏散完毕整个过程为研究对象。在性状预测过程中, 既要研究火灾模型、消防安全措施、人员疏散行动、火灾扑救过程所具有的性能特点, 又要注重分析子系统之间存在的相互作用。
(3) 综合确定预测结果。根据模块2 的火灾统计数据, 对性状预测结果及其出现概率进行统计分析, 在此基础上, 确定建筑防火安全性能预测结果。
3. 2 性能化建筑防火风险分析方法的基本内容
3. 2. 1 火灾场景选择
建筑防火性能化评估目标主要包括人员生命安全、建筑结构耐火性能以及财产损失情况三个方面。一旦目标结果确定, 就需要在识别潜在火灾危害的基础上, 选择可能导致这些最不希望发生结果的全部火灾场景。在此, 应根据火灾统计资料, 从“对象、资源、活动”三个方面入手, 较为系统地确定各类火灾场景, 并建立相应分析中必须的各类参量。其中, 对象是有关火灾本体的信息结构, 包括火灾发生的区域、单位等级、火灾种类、起火时间分布、起火部位、起火源、起火物、
气象状况、火场情况等; 资源是指对火灾进行控制的有关消防力量, 包括消防车、灭火器材、消防供水等情况;活动是指与火灾扑救过程中有关各个阶段, 包括接警、出动、到场、扑救等环节。
3. 2. 2 火灾性状预测
为了能够对可能影响建筑消防安全性能的众多因素进行系统、全面、合理地分析, 必须以火灾发生直至人员疏散完毕整个过程为研究对象, 分别考虑起火空间内部火灾的发生与发展阶段, 烟与有毒气体在起火空间内部及外部蔓延阶段, 火灾在起火空间之外蔓延阶段, 火灾探测与自动消防系统启动阶段, 消防队到场灭火阶段以及人员疏散阶段的火灾性状特点。
3. 2. 3 建筑结构耐火安全性预测
建筑结构性能预测需要对建筑结构进行耐火安全性分析。在分析时根据火灾场景, 确定火灾荷载、通风、分隔物材料热物性参数等基本数据, 预测计算火灾温度——时间关系, 即升温曲线, 也可采用标准升温曲线作为受火条件。在此基础上, 建立构件导热微分方程,并输入材料热物性参数和定解条件, 计算构件截面温度场, 温度场计算结果确定相应的材料力学参数, 建立结构和构件抗力计算模型, 计算构件抗力。同时, 确定相应火灾场景下构件可能承受的重力荷载即有效荷载, 采用力学分析方法计算构件在有效荷载和温度共同作用下的荷载效应。最后, 通过分析构件抗力和荷载效应的相关特性,对建筑结构和耐火安全性进行预测。
3. 2. 4 人员安全疏散预测
对于建筑物内人员疏散到安全地区的时间的预测结果将与火灾场景中有关火灾发展与烟气流动性状分析所得到的时间进行比较。对于人员安全疏散时间计算, 必须确定一些关键因素。首先, 除非位于起火空间内人员发现了起火, 在疏散开始前需要人们做出决定疏散行动所需要的时间; 最后, 疏散行动开始。所有这些环节都需要时间, 并且这些环节都是影响安全疏散行动的关键因素。
3. 2. 5 安全标准
为了使建筑物火灾危险性评估性能化方法具有较强的适应性, 应制定以性能化准则为主, 处方式准则为辅的安全评估标准体系。同时, 针对特殊情况也可制定相应的补充性准则。
3. 2. 6 评估结果综合分析
对建筑火灾危险性进行性能化评估, 其评估目标是确定现有建筑物的防火安全性是否达到了性能要求的安全水平。
4 结束语
目前世界各国建筑设计防火规范正在向性能化规范方向发展, 性能化规范的发展方向——既满足消防安全要求, 又能实现建筑物的功能要求, 建立在人们对建筑物火灾风险满意的基础上, 评判性能化建筑设计水平。
