摘 要
建筑消防性能化（“performance-based ”）设计，是以某一（或某些）安全目标为设计目标，基于综合安全性能分析和评估的一种工程方法。与之相对应，按指令性规范所采用的设计方法称为“规格式”（“prescriptive”）设计方法。
建筑消防性能化设计的理念是伴随着体量大、结构复杂、造型新颖建筑的出现而产生的。世界上的一些发达国家，如澳大利亚、英国、日本、美国等国自20世纪70年代起对建筑火灾增长分析、烟气运动分析、人员安全疏散分析、建筑结构抗火分析、火灾风险评估及火灾财产损失风险等开展了“性能化”相关专题的研究。在大量研究成果的基础上，一些国家开始尝试使用性能化防火设计方法解决“规格式”规范无法解决的难题。我国长期以来一直严格执行“处方式”规范。尽管我国在建筑防火性能化设计领域起步较晚，但近年在性能化研究和应用方面发展迅速。这一方面源于社会需求的巨大推动作用，同时与消防安全工程技术的长足进步及人们对消防事业的重视是密不可分的。
一、国外性能化防火设计的研究发展概况
目前，建立以建筑消防安全为目标的性能化规范和法规成为全球建筑消防领域的发展趋势。为满足日益复杂多样的建筑功能需要，消防安全工程技术日新月异，各国在不同的发展阶段上建筑消防安全技术也取得了重大进展。
从二十世纪六十年代中期到1973年，英国建筑法规将原来大部分的法规进行统一，形成了一部法案。该建筑规范在形式和细节上是规格式规范。1985年在制订消防安全法规方面采用了一种完全不同的方法。规范变简单了。规范规定“建筑必须安全”，至于如何保证安全，规范并没有详细规定。也就是说性能化设计方法已被认可与接受。1991年对其《建筑规范》进行了修订。根据新规范规定，只要建筑审核官员认为设计所采用的消防措施不低于规格式规范规定的安全水平，建筑设计者可采取任何消防措施。以前的规范正文里有关设计方法和设计指标参数的“规格式”规定条文被改成了“附录”，即所谓“批准的文件”（Approved Document），附在规范后面供设计人员参考。
为指导性能化设计，英国于1997年正式颁布了《建筑消防安全工程》（BS DD240）。该文件分为《消防安全工程学原理》，即对如何运用消防安全工程学原理进行性能化的建筑防火设计进行了详细说明，为设计人员提供从设计步骤到设计方法的指导；第二部分为《对第一部分中计算公式的说明》，对如何正确地使用指南第一部分中给出的计算公式以及这些公式的局限性等进行了详细说明。
近来，英国建筑规范又在经历一次重要的转变。2004年末颁布的DD 9999与以往规范有很大不同，它允许更广泛地采用性能化的方法，并大量取代《批准的文件B》中规格式的要求。
美国从上世纪70年代开始研究与性能化防火设计和评估相关的课题。美国国家消防研究基金会（NFPRF）从1986年开始进行国家火灾风险评估研究项目，研究开发了FRAMEworks模型。在NFPRF风险评估项目开始的同时，美国消防工程师学会(SFPE)开始进行《SFPE消防工程手册》的编制工作。该手册是消防安全工程应用方法的基础，也是性能化消防安全设计的主要参考材料。1991年，“21世纪消防安全设计大会”在麻省伍斯特市的伍斯特工学院召开，对性能化防火设计方法和规范研究在美国的开展起了重要的推动作用。
2000年，美国消防工程师协会颁布了《性能化设计工程导则》，该书规定了建筑实行消防安全设计的步骤，包括确定项目工作范围，明确目标，确定方针，制定性能指标，确定火灾假想，拟定初步设计，评估初步设计，选择最终设计，设计的最终文件备案、工程说明、实施方法和维护。2001年美国发布了《国际建筑性能规范》、《国际防火性能规范》。
澳大利亚于1989年成立了建筑规范审查工作组，起草基于性能的《国家建筑防火安全系统规范》。1996年首次颁布执行《澳大利亚建筑规范》（BCA96）。该规范在执行过程中既可以按指令性规定，也可以按照性能化要求进行设计。BCA96中的性能分级如下：
① 建筑总体目标。通常指保护人类生命和财产安全的需要。
② 功能要求。指如何期望建筑达到目标的要求（或社会的期望）。
③ 性能要求。建筑物必须有满足一定要求的设置，能保证建筑结构的稳固；建筑物的安全出口数量和尺寸应能满足安全疏散的要求。建筑材料、组件、设计和施工方法等都必须达到这个水平，从而使建筑既能够满足相关的功能要求，又能达到相关的目标。
④ 建筑设计方案。指满足性能要求所采用的方法和手段。
为配套该规范中性能化设计要求，澳大利亚编制了《澳大利亚建筑性能化设计指南》，给出了具体的设计方法和相关参数。
2001年11月澳大利亚发行了《消防安全工程指南》，用于指导本国性能化设计的开展。同时澳大利亚与加拿大国家研究院规范中心、美国国际标准委员会和新西兰建筑行业权威合作对《消防安全工程指南》进行修订，使其成为适用于上述这些国家的国际性指南。2004年12月，《国际消防工程指南》发行。
二、我国建筑消防性能化设计工作发展回顾
尽管我国在建筑防火性能化设计领域起步较晚，但是近几年在性能化研究和应用方面发展迅速。这一方面源于社会需求的巨大推动作用，同时与人们对消防事业的重视是分不开的。
我国从1980年代初期就开始了火灾模化方面的研究，在火灾科学、火灾动力学演化、建筑火灾烟气运动等方面也开展了大量工作，系统地对单室火灾、多室火灾和大空间火灾等建筑火灾的发展过程进行了试验研究，揭示了火灾发生和发展具有随机性和确定性的双重特点，提出了场－区－网综合模拟方法，编制了场－区模拟方法相结合的综合模型。
1997年FORUM会议（天津）以后，我国开始组织人员比较系统地研究建筑物性能化设计方法、技术与标准、火灾模型，组织翻译了大量介绍国外开展性能化防火设计和评估的著作和文献，出版了《建筑消防安全工程导论》（1999）。
自2000年以后，我国成立了“消防安全工程工作组”，负责收集和分析国外相关资料，提出我国的消防安全工程标准发展规划并组织制订性能化设计标准，推进火灾科学的研究和建立建筑物性能化评估方法以及建立相关数据库。此后，组织编写了《国外建筑火灾人员安全疏散研究译文集》（2001）、《国外建筑物性能化设计研究译文集》（2001）、《高层建筑性能化设计案例汇编》（2002）。有关研究机构结合大空间公共建筑、高层民用建筑、地下建筑等建筑的火灾发展、烟气运动研究与试验，建筑结构对火反应等全面开展了相关研究，建立了钢筋混凝土结构在火灾中的热反应和结构反应的非线性有限元分析模型，开发了相关结构分析软件STRUFIRE和高层建筑火灾网络模拟软件HRBFS。对运用场模拟和区域模拟分析计算中的网格独立性和单元分割与区域数量对计算结果的敏感度进行了研究，提出了在性能化防火设计中保证数值计算结果相对精确和可靠的方法。
为规范建筑物性能化防火设计，使建筑物的防火设计能达到预定的消防安全目标，有效地满足社会公众和建筑物业主对建筑物消防安全的要求，我国相关部门正积极着手编制行业标准《建筑物性能化防火设计通则》。以期使建筑物性能化防火设计应达到安全可靠、经济合理、技术先进。
目前，结合我国的实际情况，往往当建筑物设计遇到如下情况时，就建筑的整体或其中部分问题进行性能化设计：
（1）现行国家消防技术规范未明确规定的；
（2）现行国家消防技术规范规定的条件不适用于特定建筑情况的；
（3）依照国家消防技术规范进行设计确有困难的。
建筑物性能化防火设计可以按照性能化防火规范进行，也可与现行规格式规范结合使用，但总体安全水平不应降低。在设计和评估中应采用通用的可靠性高的分析模型，或按照国家标准《消防安全工程－计算方法的评估、验证与确认标准》对所采用的模型进行评价。
近年来公安部天津、上海、四川消防研究所、中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室、中国建筑科学研究院防火所分别开展了建筑物性能化防火设计技术导则和高层建筑、大空间建筑、人员密集场所的性能化防火设计安全评估技术与应用的研究，采取场、区、网相结合的方法，建立了适用于工程应用的量化分析模型，并以模拟实验与实体实验相结合的方式，验证了数学模型的可靠性；提出了火灾场景与设计火灾的确定方法，提出了适合我国的人员密集大空间建筑防火性能化设计原则和方法。
目前我国还没有制订统一、明确、完善的建筑物性能化设计与评估的管理规定。在实践中，各地方的消防监督部门通常均要求遵循一定的设计程序，以保证建筑的防火设计质量。上海和北京在全国率先出台了性能化防火设计的管理规定。上海市消防局于2003年8月5日下发了《上海市消防安全性能化工作实施细则》，细则包括了消防性能化设计与评估的定义、性能化设计与评估的适用范围、性能化设计的一般步骤、性能化设计必须具备的设计要素、性能化设计或评估报告文件的内容、性能化设计或评估报告文件的内容以及咨询机构及其人员条件等方面均进行了明确的规定。其中根据我国实际情况对性能化设计、性能化评估进行了定义。性能化设计即针对特定建筑对象的消防安全目标，运用消防安全工程学原理，采取计算机模化或数理推算的方法，确定合理的消防安全设计。性能化评估即采用确定性或概率方法，基于消防安全工程学的逻辑关系，对已设计或现有的建筑对象，结合其消防工程体系的合理性、实用性，数值化地分析论证其火灾危害与风险。对国家和上海市消防技术规范已有明确规定的建筑原则上不适用性能化设计与评估。即：① 住宅、公寓、宿舍等居住建筑 ② 公共建筑的办公室、客房、病房、教室等普通场所 ③ 室内建筑高度低于5m的普通商业建筑 ④ 室内建筑高度低于8m的丙类级以下厂房、库房（洁净厂房除外）⑤ 易燃易爆的厂房、库房 ⑥ 歌舞、娱乐、游艺、放映等公共娱乐场所。
北京市消防局根据自身情况出台了《北京市消防安全性能化工作原则规定》，规定从消防安全性能化设计的定义、消防安全性能化设计的适用范围、消防安全性能化设计的一般步骤、消防安全性能化设计报告的内容、消防管理部门的监督管理工作程序以及性能化设计与评估单位的资质进行了规定。
近年来，国内消防性能化咨询单位及境外如奥雅纳工程顾问公司、RJA集团公司先后对如国家奥林匹克体育场、国家大剧院、上海环球金融中心、上海浦东国际机场、上海铁路南站、苏州科技文化艺术中心、重庆大剧院等项目进行了建筑消防性能化设计评估分析。在不降低建筑物总体安全水平的前提下，较好地解决了一些特殊公建项目不能完全满足目前我国现有规范的问题。消防性能化设计具体特点体现如下：
（1） 总体目标把握的准确性
在传统的大型公共建筑防火设计中，设计人员只需要按照规范条文的要求按部就班地进行设计，对于设计所要达到的最终安全水平或目标并不明确。而对于大空间建筑而言，对建筑物的防排烟量的确定，大空间报警系统、自动灭火系统的确我国现行规范没有加以明确。在性能化防火设计中，设计人员必须结合具体建筑物形式，准确地把握防火安全设计目标。
对于大型公共建筑而言，确定防火安全设计目标后，设计人员可根据建筑物的各种不同空间条件、功能要求、及其他相关条件，自由选择达到防火安全目标而应采取的各种防火措施并将其有机地结合起来，构成大型建筑的总体防火设计方案。一般来说，防火设计可以分为保护生命安全、保护财产安全、保护建筑物的使用功能或服务的连续性、保护环境不受火灾的有害影响四大目标。针对不同的建筑功能要求，上述不同侧重的目标去确定性能设计的边界条件值是大空间建筑物性能化防火设计方法的核心所在。
（2）安全目标子项的针对性
性能化设计是针对大型建筑物量体裁衣，而不是用统一的标准涵盖所有站房。其中最突出的是大型建筑防火、防烟分区划分问题。大型公共建筑设计理念要求公共空间区域相互贯通，视线通透，流线通达，利用玻璃幕墙分隔部分功能区。若按防火规范要求划分防火分区，将大空间划分为小于2000㎡的小空间将不便使用，而且将通透的玻璃幕墙作为防火分隔难以达到防火墙的要求。个别防火分区与室外空间相贯通，防火分隔位置难以界定。划分相应防烟分区时，防烟分区面积将超出规范500㎡的划分标准。
在确保人员安全方面，必须要设立疏散通道，以及确保人员免受热辐射、烟气及其他有毒气体的伤害；在保证建筑结构安全方面，必须要做到建筑物及其周围空间不被引燃；在考虑建筑财产安全方面则应对于建筑防火分区控制，必须要达到可控制火灾于相应防火分区内等。
（3）消防设施选择的合理性
性能化设计思想强调大型建筑物防火设计的整体性，综合考虑防火设计的各个技术要素，即各个防火子系统在整个设计方案中的优化集成作用，而不是将各个子系统单纯地叠加。既考虑大型建筑物的被动防火措施，也考虑主动防火措施；既考虑火灾自动报警系统的作用，又考虑自动灭火系统和防排烟系统的作用。需要整合消防技术的优势和作用，注重防火安全设计目标的实现，因此有助于大型建筑防火设计实现科学化、合理化和成本效益最优化。
由于大型建筑物其功能区域往往多为大空间设计，而现行的国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）对大空间场所（超过12m的非仓库类高大净空场所）的喷淋系统设置未作出明确规定。对大空间区域采取何种排烟方式并确定适当的排烟量及采用何种火灾报警系统均需要通过系统的分析计算，科学合理地解决大空间建筑消防设施设置问题。
（4）设计过程的灵活性
针对大空间建筑采用性能化设计方法，不是像处方式设计方法那样，按照处方式规范的规定一一对应地进行设计，而是具有灵活性，有利于发挥设计人员的主观创造性，有利于新产品和新材料的开发研制以及新技术的推广，适应现代大型建筑物的高科技化和艺术化的要求，有利于保险部门参与大型建筑物的消防工作。
以大型建筑的钢屋架的防火保护为例，大空间建筑的屋架往往高达数十米，在可信的火灾场景下火焰对钢结构究竟会产生多大的影响，能否通过分析计算，以确定相关火灾对钢结构的影响程度，进而采取更加合理的防火保护措施是设计人员非常关心的问题。
（5）整体方案的可靠性
针对性能化设计的综合性及灵活性问题，性能化防火设计方法的研究，就是要改进现行防火设计方法中存在的问题，以达到设计的可靠性。性能化的防火设计，并不是直接提高安全标准或降低防火措施的成本，而是在保证大型建筑需要满足的防火安全水平的前提下，更合理地配置各个防火子系统。这是性能化设计人员必须认真把握的问题。
三、目前消防性能化设计存在的问题及必须处理好的几大关系
（1）性能化设计与处方式设计的关系
性能化规范主要解决一些功能复杂、建筑空间超大的特殊建筑的设计，处方式规范对于大量存在的常规建筑的防火设计则更加适合且简单方便。处方式的设计方法是长期以来人们与火灾斗争过程中总结出来的防火灭火理论的实践体现，在规范建筑物的防火设计、减少火灾造成的损失方面起到了重要作用。因此，性能化规范是处方式规范的补充，性能化设计方法不能完全替代处方式设计方法，就目前我国建筑设计的现状来看，在相当长的一段时间内，在处方式规范的基础上，性能化设计将得以逐步完善与发展，两者将会并存。
处方式设计方法存在一定的局限性，特别是针对大空间多功能特殊建筑它不能很好地满足新材料、新结构、新工艺、新方法在此类公共建筑中的实际应用。性能化设计方法具有目标性、灵活性、综合性的特点，为大型建筑物设计过程所出现的新问题提供了一种新的解决方案。两者的安全目标一致，但解决问题的方式和手段不同。
（2）建筑安全与项目建设经济性的关系
在对大型公共建筑进行消防性能化设计时，确定建筑的总体安全目标是整个环节的关键。在确定总体目标后，运用工程分析的方法对可能发生的火灾场景进行定性分析并确定可信的最不利火灾场景。
在设定火灾场景时，采用定性分析（包括结果或影响的定性分析、概率的定性分析）、危险性识别、风险分级各方面加以考虑。
准确的性能化设计必须经过上述各环节的分析，对建筑的总体安全目标加以确定。事实上，目前对于大空间建筑进行性能化设计后，对建筑防火分区、防烟分区的超规问题从理论上得到了分析解决。在某些建筑项目中性能化设计的最终结果在客观上可能节省了一部分建设投资。但这是在对建筑总体安全目标加以上述全面分析的基础上加以确定的，性能化设计的最终目的并不是节省建设投资，因此不能片面地从节省建设投资方面“巧用”性能化设计方法，这点必须加以杜绝。
（3）积极推广应用与稳步发展的关系
近年来，性能化设计方法为解决当前大型建筑物面临的消防设计新问题提供了一条有效的解决途径，并逐渐被越来越多的人们所接受，但是由于性能化设计方法在我国还处在发展阶段，在某些方面还不够完善如安全准则的确定、总体安全目标的确定往往参照国外的相关资料，所运用的计算软件一般为国外专业软件，而这些软件边界条件的选定往往按照国外的一些经验及实际，与我国的现实情况有所差距。因此不能认为性能化设计是解决大型建筑物所有消防问题的一种选择。
就目前而言，大型建筑物的消防设计一般应依据国家现行的防火设计规范及相关的工程建设规范进行，只有现行规范中未涵盖或性质特殊的站房才应用性能化设计方法。事实上，目前在一些开展这方面工作较早的国家也只有3％-5％的建筑项目需要采用性能化的方式进行设计。既要积极推广应用性能化设计与评估的方法，解决大型建筑物特殊的消防安全问题，又要克服性能化设计万用论，做到稳步发展，防止性能化设计与评估的滥用。
四、结语
性能化防火设计是以明确的消防安全性能目标为基础，运用消防安全工程原理、方法和技术进行系统化的防火设计与评估，并能实现消防安全与投资效益高度统一的一种设计方法。性能化设计方法是当前大型建筑防火领域最为先进的技术之一，也是人们关注的最前沿、最活跃的研究领域之一。为适应大型公共建筑的建设需要，确保建设安全有序的发展，需要在公安部、建设部的统一指导下，在有关单位的共同努力下，进一步朝着加大力度、稳步实施、合理运作的目标健康有序地推进大型建筑的性能化防火设计工作。
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