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基于住建部51号令基础上 采用性能化消防设计方法介绍

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发表时间:2020-12-04 11:27

一、防火设计中两种设计方法比较

    1、处方式消防设计方法:是一种基于不同场所或类型建筑,比照国家相应的技术规范规程和技术标准进行消防设计的方法,是最传统、最常用的设计方法。其优点是:做法成熟、风险较低、造价可控。其缺点是:规范往往滞后于社会经济发展,不适应复杂的、多功能的建筑,跟不上新技术、新工艺、新材料、新业态应用于建筑构造的步伐。

2、性能化消防设计方法:建立在消防安全工程学基础上,根据使用功能和消防安全要求,运用火灾科学和消防安全工程学原理,采用先进适用的计算工具和方法,通过对建筑环境中设定火灾场景的火灾风险量化和分析,进而对建筑消防设计方案进行综合分析衡量,判断建筑抵御火灾的性能指标是否满足预设的消防安全目标,从而优化消防设计方案的方法。

二、适用采用性能设计方法的场所

性能化消防设计方法并不适用于整个建设工程的设计,而适用于其中一个或几个无规范要求或规范不明确的防火分区(场所),其他有明确规范要求的防火分区,仍然采用处方式消防设计方法,从而达到使用功能和消防安全之间的平衡。一旦有防火分区(场所)采用了性能化消防设计方法,对于整个建设工程(通常指单位工程)而言,就是《建设工程消防设计审查验收管理暂行规定》(住建部51号令,简称:暂行规定)及配套工作细则、文书式样(建科规〔2020〕5号)所说的“特殊消防设计”情形。可以更直白的说,“特殊消防设计”是“情形”,适用于“单位工程”;“性能化消防设计”是“方法”,是通往消防安全“目标与功能”的“新路径、新渠道”,适用于“防火分区”。具有《暂行规定》第十七条情形之一的建设工程,一定是性能化消防设计方法和处方式设计方法结合的成果。

适用性能化消防设计方法的场所一般具有明显的物理特征:良好蓄烟能力的高大空间,视野开豁的平面布局,救援易于到达的安全区域,等等。如下防火分区(场所)是国家规范已经明确可以采用性能化消防设计方法的:

1、GB50016《建筑设计防火规范》第5.3.1条中的体育馆、剧场的观众厅”;

2JGJ2018《展览建筑设计规范》第5.2.5条中的展厅”;

3、TB10063《铁路工程设计防火规范》第6.1.4条、第11.0.6条、第11.0.7条、第11.0.10条中的站厅公共区”;

4GB51236《民用机场航站楼设计防火规范》第3.3.4条中的出发区、到达区、候机区等公共区”,3.3.5条中的采用机械分拣方式托运行李的行李处理用房”,3.3.7条中的地下公共走道、无任何商业服务设施且仅供人员通行或短暂停留和自助值机的地下空间公共区”,3.3.8条中的航站楼公共区内上、下层连通的开口部位”;

    5GB50490《城市轨道交通技术规范》第 7.3.18中的多线换乘车站共用一个站厅公共区”。

  6建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求。

   特别需要注意的是:具有性能化消防设计方法的物理特征,但仍需采用处方式消防设计方法的场所:GB50016《建筑设计防火规范》及其他行业规范中的“多功能厅、中庭室内步行街”。主要原因是此类场所编制规范条文时,已经综合考虑了各种可能性,并且经历过火灾考验,做法非常成熟。

三、性能化消防设计方法概述及技术依据

    1、性能化消防设计方法,在建设工程项目的方案设计初步设计阶段进行,完整的性能化设计方法流程包括三部分内容:评估分析验证试验应用实例

2、评估分析。内容包括:1)在提出多个消防安全目标并分析确定最终、最重要的作为评估目标;2)把评估目标设定成一个或多个功能要求,并确定其对应的性能判据(包括确定性判据或概率性判据);3)对火灾危险源识别;4)通过定性火灾风险分析提出一套或多套消防安全试设计方案,进而制定详细的消防安全策略,并得出一系列的消防安全性能化设计要点;5)结合火灾场景和人员疏散场景,通过设计要点与性能判据比对,判定功能要求是否符合消防安全策略,进而分析出每一套试设计方案的可行性、优缺点;6)对试设计方案进行经济性和实用性对比分析,选择性价比最优的方案;7)准确记录和详细说明评估分析过程;8)编制形成《评估分析报告》初稿。

2、验证试验。选择好性价比最优的试设计方案后,其整体安全策略(包括所有设计要点及其关联因素)都要进行验证,常见可采用的消防安全工程方法有四种:1)确定性方法;2)概率性方法;3)火灾试验;4)工程判断。一般只会采用其中一种,极其复杂的工程才会采用多种组合。

1)计算方法。采用确定性方法或概率性方法都是计算方法的一种,也叫数值模拟分析验证方法。计算方法通常通过确立消防安全目标、建立可量化的性能要求,分析建筑环境及内部情况,设定性能指标,建立火灾场景和设计火灾模式,选择工程分析计算方法和工具进行计算或量化,对试设计方案进行安全评估,验证其安全策略的可行性和可靠性。计算分析过程中,需要对建筑物可能发生的火灾进行量化分析,并对典型火灾场景下的火灾及烟气发展蔓延过程及人员疏散过程进行模拟计算,甚至需调整安全策略多次重新计算,因此计算工作量及各类基础数据的需要量非常大,往往需要采用计算机火灾模拟软件等分析和计算工具。每一种步骤均要记录及分析,编制形成《数值模拟分析验证报告》初稿。

2)火灾试验。试设计方案尚处于概念阶段,且实体火灾试验是费用昂贵、过程极其复杂、结果未知的方法。故只有火灾现象较复杂而导致无法采用计算方法或计算方法无效时,才会使用,且局限于结构简单的建筑环境或建筑的某部分,其火灾试验结果作为计算方法所使用数据的合理推论或输入参数。火灾试验后出具的《试验验证报告》一般作为《数值模拟分析验证报告》有效组成部分。

3)工程判断。工程判断方法通常有两种使用场景:一是现行规范有明确做法,通过对比规范条款制订时设定的“边界条件”,确定是否需在现行规范基础上采取加强措施,得出消防安全策略。方法简单实用,只要统筹得当、通盘考虑,效果很好,最典型的案例如公消〔2018〕57号《关于印发〈建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)〉的通知》。二是计算方法或火灾试验都无法使用或失效时,通过分解成可量化的性能判据,再给出各方普遍能接受的数据或方法,最后综合成整体意见,来验证试设计方案是否满足消防安全策略。

4)复核评估及应用效果后评价。复核评估是对承接技术服务的主评单位所采用的方法、依据、范围、内容、目标、计算过程、火灾场景、结论建议等进行复核,进一步采取加强消防安全措施的过程。是否所有性能化设计均需复核评估,目前尚无明确法律依据。可参考公消[2009]52号《建设工程消防性能化设计评估应用管理暂行规定》(目前已废止)第十二条“对于性质重要的工程项目的性能化设计评估,可根据需要,由另一家性能化设计评估单位进行复核评估”。什么是性质重要,普遍认为,指的是对整个国民经济的发展起关键作用,是发展生产和改善人民生活所急需的新建改建、扩建和大型技术改造等性质的项目(很多地方列为国家、省级、市级重点项目)。

应用效果后评价,一般有三方面:一是在性能化设计方案实施阶段,对施工图贯彻落实进行技术审查(若最终的设计方案有变更,则须将变更写入报告,针对变更对消防安全的影响,还需征得各有关各方的意见),应确认或证明施工按照设计要求进行,证明消防产品或防火材料与消防安全评估中假设条件相符,且认证合格,系统性能测试结果载入报告之中。二是在建设工程消防验收阶段,不对试验现场造成破坏的前提下,对防排烟系统的性能进行现场测试,评价防排烟系统性能的热烟试验方法,弥补了性能化消防设计方法过于依靠理论计算的不足之处。什么项目必须进行热烟试验? XF/T999《防排烟系统性能现场验证方法 热烟试验法》规定“本标准适用于在空间结构特殊、防排烟系统设计复杂的建筑中实施的热烟试验,如:中庭、工厂、货仓、百货商场、购物中心、复杂办公建筑以及体育娱乐中心等其他人员密集的公共建筑、隧道、地铁、车站、航站楼等交通枢纽建筑和大型地下建筑。热烟试验的相关数据还可用于烟流模拟软件的验证”。三是在建设工程投入运行阶段,按照消防安全评估要求进行消防安全管理,对消防系统进行独立检查,制作并建立管理档案。

3、应用实例。属于《暂行规定》第十七条第一款第一项情形的,应提交两个以上、近年内采用国际标准或者境外工程建设消防技术标准在国内或国外类似工程应用情况的报告;属于《暂行规定》第十七条第一款第二项情形的,应提交采用新技术、新工艺、新材料在国内或国外类似工程应用情况的报告或中试(生产)试验研究情况报告等。应用实例不是简单的列举,而是要分析与试设计方案的相似性、可靠性,应用效果及运行情况,是否存在可以改进的地方。

4、技术依据。1)性能化设计和评估、复核评估、应用实例等均执行GB/T31592《消防安全工程 总则》、GB/T31593.1~9《消防安全工程 第1~9部分》、GB/T 31540.1~5《消防安全工程指南 第1~5部分》。2)应用效果后评估执行XF/T999《防排烟系统性能现场验证方法 热烟试验法》。3)国家全文强制规范《建筑防火通用规范》(征求意见稿)设立了“2.1目标与功能”篇,专门对性能化消防设计方法做了类似于“防火宪法”的规定,从而把性能化消防设计方法应遵守的“规范链”补充完整。

四、性能化消防设计方法的法律依据

  1、《消防法》第十四条:对建设工程消防设计审查、消防验收、备案和抽查进行了授权。第三十四条:对消防技术服务机构和执业人员进行了规定。

2、住建部51号令《建设工程消防设计审查验收管理暂行规定》第十七条规定了“适用情形”和“技术资料”,第十九条规定了“组织权限”,第二十条规定了“专家库管理”,第二十一条规定了评审“对象、流程、方法、规则”,第二十二条规定了“时限”。

    3、住房和城乡建设部《关于印发〈建设工程消防设计审查验收工作细则〉和〈建设工程消防设计审查、消防验收、备案和抽查文书式样〉的通知》(建科规〔2020〕5号)第八条规定了“特殊消防设计技术资料”,第九条规定了“专家意见作用”和“讨论内容”,第十条规定了“专家评审意见内容”,第十一条规定了“特殊消防设计技术资料装订和报备”。

对建设单位来说,因使用功能需要,确需采用性能化消防设计方法,一般需走:1)立项确定程序:方案设计院提出、建设单位引入专业机构、三方会审确定论证范围、初步解决方案,并报告市级住建寻求指导;2)设计论证程序:专业机构和方案院配合做好试设计、分析论证、复核评估、修改设计、报告编制、上会准备等工作;3)组织评审程序:申请评审、市局初审、省厅组织、专家独立评审、四分之三通过、会议纪要,技术审查执行等等一系列流程。

需要特别说明的是:什么是《暂行规定第十七条的“新技术、新工艺、新材料”(通俗也称“三新”)?特别不好理解。在查阅了标准化法》、《消防法》、《建筑法》、《建设工程质量管理条例》、《标准化法实施条例》、《实施工程建设强制性标准监督规定》、《采用不符合工程建设强制性标准的新技术、新工艺、新材料核准”行政许可实施细则 (建标[2005]124号,已终止执行)等法律法规后,结合《暂行规定》出台时,把原公安部119号令的性能化设计“适用情形”“三项”并为住建部51号令“两项”的通盘考量,可以归纳解释为:所谓“三新”是指消防设计文件中拟采用的“技术做法”(或“工艺做法”、或“材料用法”,三种之一)与现行工程建设强制性标准不一致的情况,或工程建设强制性标准没有规定又没有现行工程建设国家标准、行业标准和地方标准可依的情况。其实,需要分层次解析:1)标准层次:一是判别执行的是强制标准还是推荐性标准,二是判别执行的是国家标准、行业标准、地方标准、团体标准哪一层次标准,三是判别标准的适用范围是否相符,在引用标准上,就可能出现“三新”情况;2)条款层次:消防设计文件中,出现一些专属名词,例如转换空间、安全隔间、过渡区域等,在规范中没有对应的防火条款,可能就是“三新”情况;3)条文层次:每本现行国家工程建设消防技术标准的规范条文按描述内容归纳总结起来,分为三类:技术要求、工艺要求和材料要求;凡是没有规范条文规定的 “技术做法”(“工艺做法”或“材料用法”),或不符合规范条文的“技术做法”(“工艺做法”、“材料用法”)都是“三新”情况。“三新”需要综合考虑“防火措施的”,纳入特殊消防设计范畴受国家管控。其中在消防设计领域,最重要、最清楚的衡量指标就是“防火分区面积”、“安全出口数量”、“疏散距离”、“防火间距”等编制规范要求时的限制性“边界条件”。

举例说明:GB50016《建筑设计防火规范》第5.3.1条“单、多层民用建筑的体育馆、剧场的观众厅”,在增设自动喷淋系统和自动报警系统后,其防火分区面积不超过5000平方米时,其火灾荷载总量和人数总量作为“边界条件”在编制现行规范条文时已做充分考虑。故其耐火等级、分区面积、平面布置、安全疏散、建筑构造、救援设施、消防设施、通风空调、电气等方面,执行规范规定的“技术要求、工艺要求、材料要求”就可以了,是“成熟”的做法,是“旧”的;一旦防火分区面积超过5000平方米,已经超出了现行规范编写时设定的“边界条件”,就是“新”的“技术、工艺、材料”,其耐火等级、分区面积、平面布置、安全疏散、建筑构造、救援设施、消防设施、通风空调、电气等方面,单单执行规范条款的“技术要求”就不行了,需要“综合考虑”,采取加强措施,因势施策。这些加强措施经专家小组评审后,就是此防火分区专用的“规范条款”,是“技术法条”,设计、施工、调试、验收和维护保养环节都必须遵守执行。

五、国家对性能化消防设计方法的总体态度:包容审慎

   包容体现在如下两方面。

  1、规范滞后性的客观现实。规范是探索实践的总结,往往滞后于社会经济发展。另外,现行规范的很多条文都是基于性能化消防设计方法的探索实践,形成成熟做法,最后编入规范条文。例如“多功能厅、中庭室内步行街”的做法,就是典型。

2、出台一系列规范作为指引。GB/T31592《消防安全工程 总则》、GB/T31593.1~9《消防安全工程 第1~9部分》、GB/T 31540.1~5《消防安全工程指南 第1~5部分》相继出台,对性能化消防设计方法做了明确要求,确保行业健康发展。

审慎体现在如下三方面。

1、监管的层级。性能化消防设计方法的指导和专家评审会的组织,都是由省一级建设主管部门。同时,每一个项目的资料档案都要报国家级建设主管部门备案,以与国家规范进行比对,用于修订规范的数据来源。

2、专家和技术服务机构的管控。基本上每个省都出台了《专家管理办法》,入库专家有非常严格的要求,并且抽取专家时,都非常审慎。从事性能化消防设计的技术服务机构,原来就只有几家“国家队”,现在出现了个别“省队”,都是所在省的消防技术服务行业的“带头人”。

3、监管的限制。不是什么项目都可以采用采用性能化消防设计方法,需要在建设主管部门指导下进行,这是事前限制。采用性能化消防设计方法评审通过的项目,都是有着极其严格的“输入条件”的,一旦这些“输入条件”改变(包括建筑用途、使用情况或火灾荷载发生改变,或建筑进行翻修或改建等),应重新开展消防安全性能化设计及审查工作,这是事后限制。

结语】采用性能化消防设计方法的建设工程,往往都是一座城市的经典工程,成为地标建筑、流行风景线,万众瞩目。既然想选择前沿设计,消防安全又是事关人民群众生命财产安全的大事,那么,选择一家有能力、有经验的消防技术服务机构提前介入辅助设计,跟踪服务至竣工验收、投入运行是必然的做法。另外,一种有十多条法律条款、十几本国家规范约束的“新设计方法”,事关防火防灾,的确需要慎之又慎,但能满足工程使用功能需要,又是值得探索追求的。

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