暖通专业计算流体动力学在消防性能化设计中的作用与功能.pdfVIP

暖通专业计算流体动力学在“消防性能化设计 中的作用与功能 史超、李著萱 随着我国经济和建筑业的发展，房地产开发商对建筑功能的要求越来越高，建筑师对建 筑空间和建筑造型的设计花样越来越多，建筑空间构造越来越复杂，随之防火防灾的设计难 度增加、问题增多，甚至难于实现现行的法规及规范的要求，而“消防性能化设计”成为 目前解决复杂空间消防设计问题、解决防火防灾难题和对火灾进行预评估、对消防设计进行 优化的最好方法。 一、消防性能化设计 消防性能化设计是一种新型的防火设计思想，是建立在更加理性的科学基础之上的设计 方法，运用消防安全工程学的原理和方法首先制定整个防火系统应达到的目标，并针对各类 建筑物的实际状态，以最有可能发生火灾的地点及疏散最困难条件为设计背景，应用所有可 能的有效方法对建筑物的火灾危险、灾害程度和将导致的后果进行定性、定量的预测与评估， 并利用计算流体动力学原理和计算机手段动态的(时间和空间)对火灾场景进行模拟，通过 设计方案的比选优化，得到最佳的防火设计方案和最好的防火保护。概括的说，就是利用科 学的计算和分析方法，得到火灾发生时其灾害、灾难造成损失为最小的防火设计优化(成本 效率)方案。消防性能化设计方法涉及到计算模型理论、概率分析基础、计算流体动力学、 计算机仿真技术、燃烧理论等等，因此消防性能化设计不仅要求设计人员要有丰富的设计经 验，同时尚应具备一定的技术及理论水平(计算机绘图技术、网格技术、数学技术、计算流 体动力学技术、暖通专业基础知识、消防安全工程学等)。 消防性能化设计的两个关键点，第一是确认危害，第二是明确设计目标。具体来说，消 防性能化设计对建筑特点、建筑物内人员特点、建筑物内部操作方式，建筑物外部特征，消 防灭火组织特点等有很强的针对性。从而针对每种危害或者每个设计区域选择设计方法及评 估方法。这种设计方法突破了传统设计对建筑物结构类型、相应的层高及面积的限制，且能 够提供更加灵活而有效的设计选择。 消防性能化设计的内容和设计准则 建筑物的性能化消防设计主要包括两方面的设计内容： 第一、保证建筑内人员安全疏散的性能设计。人员安全疏散的性能设计是从建筑内人员 安全方面进行考虑的，通过综合考虑各种火灾因素对人员逃生的影响，采用性能化的设计方 法来保证建筑物内人员的火灾安全性，从而防止人员伤亡。 人员安全疏散性能化的设计准则是：烟层下降高度和烟气浓度达到人不能忍耐的时间应 大于人员安全疏散所需的时间。 第二、建筑构件耐火的性能设计。通过分析建筑构件在火灾中的反应，当建筑物发生火 灾时，从建筑构造的稳定性方丽进行考虑，防止在火灾时建筑物的倒塌。 建筑构件耐火性能化设计准则是：火灾持续时间小于构件的耐火时间。 目前消防性能化设计的应用范围和使用条件：解决“突破消防规范或法规条文”的技术 难题；解决消防规范和法规未能涵盖的技术难题；解决重要建筑物及高大建筑空间或复杂空 间的消防技术难题；对上述工程进行消防安全评估及进行最有效、最合理、最经济的防灾安 212 全系统设计，或为审查部门提供上述工程的消防安全评估。目前国内经公安部认可的可以进 行消防性能化设计的单位有5家：中国建筑科学研究院建筑防火研究所、中国科技大学、天 津消防研究所、四川消防研究所、清华大学。目前，香港科技大学、香港城市大学、香港欧 亚纳工程设计公司等能够为香港的房地产开发商及政府提供消防性能化设计、咨询及评估工 作。 常规设计(处方式设计)是按照规范要求设置排烟量、排烟风口位置；确定疏散路线、 疏散通道宽度等。而性能化设计方案更关注能否实现“保证人员疏散和灭火救援不受火灾烟 气影响”，通过科学的论证、流体动力分析、火灾场景模拟，提供比依据常规消防规范设计 更为安全的设计效果。性能化设计方案更具有设计成本的有效性、设计选择多样性，且设计 效果更为优化性。 消防性能化设计的国内外现状 fire method，)的概念。目前已有澳大利_亚、加拿大、芬兰、法国、英国、日本、 safetydesign 荷兰、新西兰、挪威、波兰、西班牙、瑞典、美国、巴西等国和北欧等发达国家政府先后对 消防性能化设计投入了大量研究，在规范结构形式下进行建筑防火设计的研究，并积极开展 了消防性能化设计技术和方法的研究。消防性能化设计方