摘要：本文从高城建筑火灾的特点与性能化设计入手，对高城建筑性能化防火设计作总的概述，对高城建设的防火设计研究具有一定的现实意义，对高层建筑火灾烟气控制及人员疏散等问题有一定参考价值。
关键词：高层建筑 性能化 防火设计
1、引言
在我国城市建设中，高层建筑得以广泛应用。但在有效利用空间的同时也带来了一系列设计难题，其中最重要的就是高层建筑的防火设计问题。相对于指令化设计，性能化防火设计是一种新型的防火设计思路，更具灵活性、科学性、安全性与经济性，以其优异的性能正在不断地被世界各国广泛应用。
2、高层建筑火灾与性能化设计简述
2.1高层建筑火灾特点
高层建筑火灾具有以下的特点：
（1）火灾隐患多：多用精装修，装修材料易燃；大量使用电气设备，各种“暗线”老化后容易漏电、短路；建筑施工用火不慎、检修焊割容易引起火灾；
（2）疏散时间长：高层建筑结构复杂，层数多，人员需要较长时间才能疏散到安全场所；高层建筑安全疏散主要是靠楼梯，普通电梯火灾时无法使用，疏散速度受到限制；高层建筑内部居住和工作人员多且集中，疏散难度大；
（3）火势蔓延快：高层建筑井道多，热气流作用下火势容易从低处迅速上窜；火灾荷载大，尤其是一些高级宾馆，商住楼等，其内部可燃物多，且燃烧速率快，会迅速蔓延且燃烧猛烈；高层建筑风势大，更易于向上部楼层蔓延。
（4）扑救难度大：高层建筑高达数十米，甚至达数百米，发生火灾时从室外进行扑救相当困难，一般要依靠室内消防设施采取自救。
2.2性能化防火设计方法
2.2.1 性能化防火设计的基本特点
性能化设计运用消防安全工程学原理与方法从整体着手从而得到整个设计的性能化目标，并针对建筑物实际情况的不同进行定性、定量的评估与预测，最终得到最佳的防火设计方案。其基本特点：
（1）目标的确定性：指建筑物防火设计应达到一个基本的安全水准，用以满足整个社会以及人民大众对建筑物的不同要求，从而确保建筑物内人员财物受到的伤害降到最低；
（2）方法的灵活性：方法的灵活性是指在建筑安全水准这一目标确定前提下，设计师可以选择不同途径来对这一要求进行满足；
（3）评估以及验证的必要性：通过验证对防火设计的安全性以及经济性做一个评估。同时计算建筑物出入的人员达到心理承受极限所需要的时间以及火灾在这段时间内的具体状况。
2.2.2 性能化防火设计的基本步骤：
性能化设计分为以下几个步骤：
（1）确定工程参数与具体要评估内容：首先要了解工程的各方面信息，比如建筑物在使用中的要求以及在结构上的要求等；其次对建筑的工艺特征进行详细研讨，如特殊的作业区、危险物品存放区、昂贵设备区及零故障区等；
（2）确定目标：总体目标：保护生命、保护财产、保护建筑物的使用功能、保护周边环境等不受火灾侵害；功能目标：一个建筑物怎样才能达到以上社会要求的安全目标；性能目标：需要建筑材料、构件、组件、系统以及建筑方法等都要满足某一性能水平的要求，进而达到消防安全的总体目标；
（3）设定设计目标：可采用两种方法来满足性能化要求：一是视为合格的方案，只要采用了即可视其为满足性能化要求，包括如何采用材料、构件、设计因素以及设计方法的示例；另一是替代方案，如果能证明某种设计方案能达到相关性能要求，或者说可以认为与视为合格的规定等效，那么即便不同于上述视为合格的方案，仍可被批准采用。
（4）场景设计：对特定的某一个火灾场景进行工程描述，用一些参数如火灾增长速率、物质分解率、热释放速率、燃烧产物以及与或在相关的量来表现它的特征。
（5）初期设计与评估：尽可能多的提出消防安全设计方案，并进行初期的尝试性设计，然后按照规范的规定对其进行评估研究，从而确定最好的设计方案。
（6）完成性能化设计报告：应该包括：设计目标及制定此目标的理由、设计的基本原理的阐述、工程基本信息、性能评估指标、火灾以及火灾场景的设计、方案的描述、参考资料及结论等。
3、高层建筑性能化防火设计必须考虑的因素
3.1影响人员安全疏散的因素
一是火场空气温度。火灾时需要疏散的人员都会受到一些来自火灾建筑物的辐射热，由于辐射热的数据难以直观的获得，因此可参考避难者的临界火场空气温度来确定危险时间。
二是烟气中的有害气体。据统计，在建筑火灾中约75%到85%的死亡人员是由烟气致死的。根据对火灾死亡原因的调查得知，烟气的毒性和烟尘颗粒堵塞呼吸管道造成窒息死亡占很大比例。主要是一氧化碳和二氧化碳的影响。前者含量为0.2%时，即到了危险的程度；后者的体积分数为3%或者氧气的体积分数降为15%以下时就到了危险程度。
3.2火灾场景设计
3.2.1 火灾场景分类
（1）固定型火源的火灾场景：火灾发生后火源发展被局限于特定的一个空间里，且不会蔓延到相邻区域，热释放速率一般是线性或者是稳态的；
（2）扩展型火源的火灾场景：火源以及火场边界不断发展变化，并且会在火灾发生以后从局部逐渐蔓延至整个空间。比如商场类大空间火灾场景在没有设置自动喷水系统的情况下属于此种类型；
（3）爆炸型火源的火灾场景。这类火源一旦发生就会产生巨大冲击波，从而使临近的可燃物迅速燃烧；同时可燃物的燃烧又促使火源产生更大的冲击波，冲击波又反过来使火灾向更迅猛的方向发展。
3.2.2 火灾场景确定原则
（1）必须体现性能化防火设计的要求从而描绘出真实火灾场景并使其主要特点鲜明的表现出来；（2）根据高层建筑结构及各方面不同情况，来确定火灾发生时的火源形式，必须突出火源的特殊性质；
（3）必须充分考虑影响火灾蔓延的各种因素，考虑不同建筑物的不同特点以期反映不同的边界条件。
3.2.3 火灾荷载的确定
（1）材料的燃烧值：燃烧热也被称为热值，用单位质量的材料完全燃烧所释放的总热量来定义。或者更标准的说是标准条件下氧化剂与可燃材料反应且生成产物所产生的反应热。这个热值可以通过理论公式计算获得也可以通过试验测得；
（2）火灾荷载密度：室内所有可燃物完全燃烧产生的总热量和相对应的房间特征参考面之间的比值，即单位面积A上可燃物的总热量。
3.3热释放率设定
在建筑设计或分析现有建筑火灾安全状况时，建筑内部可能发生火灾的热释放率是火灾发展与危害的主要参数，也是如何采取消防措施的主要依据。热释放率假定越合理，建筑物的消防性能与经济性能也就越好。火灾初期热释放率是控制火灾的主要因素。
3.4烟气计算
火灾产生的烟雾大都是存在有毒气体并且这些有害气体都会对人身造成很大的伤害，火灾中烟雾的危害要远大于火灾本身。
（1）烟气羽流和火焰高度：大量实验表明，火灾燃烧形成的火羽流和火灾火焰这些火焰都是自然扩散性质的，在火灾燃烧中并不存在单纯的动量射流火焰。
（2）烟气流动特性：烟气流动需要符合一定的基本规律，也就是说烟气流动是气流总是从压力高的地方向压力低的地方流动，如果房间内出现负压，那么火灾产生的烟气就会通过各种各样可以流动的孔或者口流进去。相反的情况下，烟气就没有办法流进去。
4、结语
性能化的防火设计方法在现代高层建筑设计中越来越重要，而且要将防火设计与建筑物结构特点结合起来进行综合分析，这必然对今后防火设计与理论分析的发展起到重要作用。
参考文献：
[1]李炎峰等.建筑火灾安全技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2]李引擎.建筑防火的性能化设计[M].北京:化学工业出版社,2005
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