簡介： 如果說20世紀的建築設計主要競爭於造型和功能要求的話，則21世紀建築設計行業的核心競爭力將體現在預防災害發生上。因此，包括防火在內的防災設計是判定建築設計方案好、壞的重要條件之一。
但確保安全水準實現的方法則是多種多樣的，人們可以運用所有的現代科技手段進行有機的和創造性的組合。 效能設計是一種新型的防火系統設計思路，是建立在更加理性條件上的一種新的設計方法。它不是根據確定的、一成不變的模式進行設計，而是運用消防安全工程學的原理和方法，首先制定整個防火系統應該達到的效能目標，並針對各類建築物的實際狀態，應用所有可能的方法對建築的火災危險和將導致的後果進行定性、定量地**與評估，以期得到最佳的防火設計方案和最好的防火保護。
效能設計是乙個非常複雜的體系，它的實現需要各種社會環境和技術條件的支撐。 應該指出的是，由指令性規範向效能規範的轉型不是一蹴而就的。目前國際上所謂效能規範都只是包含部分效能規定，並沒有百分之百的效能規範。
指令性規定與效能規定不是簡單的替代，而是在相當長的時期內並存或互補，這樣既不妨礙新技術的應用，又能夠保持當前的安全程度。筆者就我國效能化研究與實踐工作，談幾點看法。1 工作的基本方向效能規範屬於柔性的法規，它適用於(1)規範規章沒有規定的情況；(2)規範規章雖有標準規定，但不能或不足以應對現實情況時；(3)讓設計者能在安全無虞又合乎經濟利益的情形下，自由地設計合乎需求的使用空間。
從國外現**況看，目前的效能設計規範並不複雜，但支撐這類規範的效能設計體系卻是一項非常龐大的系統工程，它需要方方面面的共同努力。從理論上講，效能設計應體現如下一些原則： (1)效能規範的各項規定和目標應能保證不同型別建築物的整體安全水平。
(2)效能規範應具有長期的適用性，新技術、新方法的出現和使用不會導致與規範的衝突。 (3)可以使用可變式的計算模式去內插計算結果。採用模擬的辦法去檢驗計算結果的正確與否。
(4)所有的效能設計計算均可在微機上實現，並且要保證一般的設計人員都可以非常容易地操作這些人工智慧計算系統。 乙個成功的效能化設計不僅可以更符合建築物本身的要求，而且在同樣符合安全的要求下，可以為業主節省不必要的消防裝置費用，這是效能化設計所應體現的優點以及發展的動力。 在我國實現上述目標還需要走相當長的一段路。
目前，無論是在人們的觀念上，理論水平上，歷史資料的儲存上，以及經濟支撐條件上，都是十分薄弱的。但從發展看，開展此項工作又是一種必然，並且越早開始越主動。2 火災發展模式及預期損害度的分析評估效能設計的核心就是運用大量的定量分析去解決工程安全的評估。
定量分析包含兩類程式： (1)決定性程式(deterministic procedure)：將火災成長、擴充套件、煙移動及對人員影響予以定量化(從理論分析、經驗關係推論、使用方程式及火災模擬方法)。
(2)概率性程式(probabilistic procedure)：估算發生某種不預期火災情景(fire scenario)的可能性(利用火災發生頻率的統計資料、系統可靠度、建築背景資料及決定性程式所獲得資料)。火災模式的影響因子應考慮模式的輸出量(例如：
溫度、速度、熱通量)及合格標準(例如：偵測所需時間、達到人類無法承受的時間)。火災模式也為概率模式，主要進行火災風險評估，分析事件樹(event tree)與概率，而使人們因火災喪的風險降低。
火災場景的設定對消防安全效能設計十分重要，即在消防安全設計之前，需先輸入火災場景的引數資料，再依假想場景去執行消防安全設計。 為能達到上述目標，火災場景的設計應予以合理的量化分析。如今火災發展模式不論是在工程計算、計算機評估或是概率統計等方面，已具有較合理的推算與評估，使得火災燃燒的成長速度、熱釋放率、衰退期等較複雜的狀態均能被較接近真實的模擬，因而可以較正確的推算出危險狀況發生的時間，以尋求確保人員生命安全的避難對策。
火災場景的假想，應以實際工程為基礎，即針對實際使用空間的避難路徑、出口設定、樓梯設定、建築物裝修材料及內含物的發熱量、避難人員數、避難人員屬性等實際狀況設定。 我國在今後的若干年中，要實現對火災的定量評估，至少要建立下述6個分析子系統： (1)**空間內火災發生與發展的過程模擬； (2)菸及有毒氣體蔓延規律的模擬； (3)火勢沿**間之外空間的蔓延； (4)火災報警、滅火及防排煙系統綜合工況的模擬； (5)消防救援行為介入狀況的模擬； (6)人員安全疏散的路徑與行為的模擬。
為了正確地給定效能規範的安全原則，最基礎的一項工作是建立科學系統的火災發生及損失的概率統計方法，包括： (1)對建築物進行合理的類別劃分，並統計各類建築物實際存在的平方公尺數量和火災發生時損失的數量。 (2)確定火災損失率的概率分布模型，並確定火災損失率的數學期望和方差值。
(3)從概率的角度，對「同型」和「非同型」的火災事件進行計算處理，並最終給出各類建築火災危險性的概率度。3 建立各類建築物的火災荷載資料庫在從事效能化設計時，最重要的一步是確立火災載荷的大小與位置，乙個錯誤的火源設計可能導致整個效能設計的失敗。 火災載荷密度與設計火災發展過程密切相關，而後者正是防火設計中最基本的輸人引數之一，因而火災載荷資料的確定對防火系統的效能設計具有至關重要的影響。
我國目前基本上沒有火災載荷的相關統計方法和確定的數值。因此，應通過試驗和統計的方法盡快建立適合中國國情的火災荷載密度的資料庫。同時，應考慮國際通用的方式和計算單位，以便資訊的交流和共享。
具體工作包括
(1)通過實際調查和實驗確定各類建築材料和設施的燃燒熱值。 (2)用概率統計的方法處理火災荷載的分布型式。統計表明火災荷載的分布不服從正態分佈，而表現為極值i型分布。
因此將樓層火災荷載作為隨機現象，將其概型化、抽象化為統計數學模型，並根據調查資料尋其統計規律，應該是可行的途徑之一。 (3)鑑於建築結構的可變荷載與火災荷載的統計分布均服從極值i型分布，因此可以**在這兩者之間建立某種邏輯聯絡，進而確定兩者間的比值關係。這將會使規範編制和設計選用工作大大簡化。
4 效能計算方式的選擇在以往，所謂的效能化設計似乎只是空談，要真正的落實幾乎是一項不可能的任務。但近年來世界許多發達國家實現這個夢想實現，並應用在現實社會當中。我國也感受到效能化設計的發展確實有其必要性。
效能設計的關鍵是如何建立計算模型和採用適合的計算方法。目前流行的做法有兩類，一是以日本為主的簡算**法，二是以歐美為主的電算模擬法。 在日本，目前效能化防火設計尚未單獨立法，而且其偏好使用火災**簡單公式進行計算，所以在個別火災專案中有大量的簡單公式完整的介紹，其中當然也還有可以加強之處，主要是關於火災程序、閃燃現象的發生以及火災探測與抑制方面的**公式尚未出現，當此部分也完成的時候，日本簡算公式將會成為相當好的整體火災**模式。
而且，其簡算公式中每乙個引數的選擇都是非常嚴謹的。 而在英、美、澳三國(澳洲的法規源自於英國)，計算體系中的同質性相當高，目前已經有完整詳細的規範提供給防火設計人員參考。歐美國家普遍習慣採用計算機模擬軟體進行火災**與火場重建的工作，因此對於火災**公式的發展不像日本那樣完善。
但是對於計算機模擬軟體的開發不遺餘力，模式也發展得越來越成熟，同時由於目前計算機的效能越來越高，進行火災模擬的時間與精確度都大幅的提公升，因此採用計算機進行模擬也是效能法規驗證的方法之一。 鑑於我國目前的實際情況，筆者認為可以採取簡算**與計算機模擬相結合的方法。5 安全疏散模擬消防安全系統的目的不外乎是確保人身安全和減少財產損失兩個方面。
而人身安全則有賴於安全疏散系統的可靠，因此各國的效能法規中，安全疏散設計都占有重要的地位。避難安全設計的最終要求為驗證實際所需的避難時間應低於避難容許時間。所以避難安全設計時，需先分析建築物特性(樓板面積、走道、步行距離、出口寬度、樓梯寬度、數量及分布、建築物高度、排煙裝置等)及人員特性(人數、步行速度、反應能力、分布情形、環境熟悉度等)資料後，設計火源及火災場景，推算避難所需時間和避難容許時間，驗算合理後，完成設計。
避難安全效能設計主要目的為確保人身安全，然而人的屬性卻是非常複雜的，如年齡、身高、體重、反應能力、敏捷度、耐心、行動能力等個人的特質因人而異，因此對於人口密度高、人數多的場所，在避難評估時若針對每乙個人去評估避難結果，則相當費時費力，非人力採用公式驗算所能及。因此，許多國家紛紛建立計算機模擬模式，以驗算公式及相關觀察實驗結果為基礎，評估分析各種建築的模擬結果，以驗證設計結果是否可以確保人的生命安全。隨著效能法規發展，英國、美國、日本、澳洲、紐西蘭等發達國家已提出許多計算機模式、驗算模式、概率模式等避難安全檢驗方法。
這些驗算模式是以長時間的觀察、實驗結果為基礎，再結合工程方法，進而編寫成複雜的計算機軟體，其花費是巨大的。在我國，目前為止尚未自行研發相關避難驗算模式，因此建立避難安全設計法時，建議採用現有已成熟、開發的評估模式，分析評估各項檢驗模式理論框架，**其輸入、輸出的諸多使用引數，分析其假設條件及使用特性，判斷其對我國國情特色(建築物空間規劃、使用特性、人員活動)是否適用可行等，並進而以引用國外技術為主，而不需再重複花費龐大的人力、物力重新建立避難安全檢驗模式。6 煙氣控制系統在火場中，由於能見度低所引起的人們心理恐慌會加大安全疏散的難度，而煙氣中所包含的煙粒子、刺激物及毒性物質可以快速地窒息人的生命。
因此，防排煙系統的設計與評估是效能設計的另一支柱。對煙氣蔓延過程評估時，常常綜合考慮煙氣固有的浮力特性、體積變化、夾帶作用及天花板噴流等效應。對煙氣蔓延規律模擬的目的在於從設計上提高煙層的流動高度，稀釋煙團的濃度，降低煙流的溫度和阻止煙氣進入特定的區域空間。
煙氣模擬要設定火源模式，即考慮燃燒的狀態與火勢的發展、質量容積的流速等，繼而要估算煙流量值、溫度值、煙層沉降速度等，要確定排煙系統的工作時機(同時考慮風機、通風口、閥門等)，以及綜合考慮自動滅火系統開始工作後對煙氣過程的影響等。國外在煙氣模擬計算程式開發方面進展的最快、最成熟。一些商業軟體已可在特定的工程中應用。
目前流行的模擬計算有區域模擬和場模擬兩種，二者都出發於連續介質流動、傳熱傳質和化學反應動力學的基本方程。場模擬能夠以足夠的空間解析度揭示物理過程的細節，但計算量大，對火焰區的湍流和化學反應的處理較為困難，主要用於諮詢和評估過程的計算模擬；區域模擬注重整體效果，以適當的工程近似描述各個物理過程，簡化了方程組，大幅度地減小了計算的複雜程度和計算時間，是工程設計主要採用的計算方法。我國目前已具備深人開展用區域模擬計算方法進行設計計算的設計方法研究的基礎。
建立乙個好的評估方法體系才能保證效能設計的安全性，並給人們乙個比較完整的系統安全概念，因此這是一項非常重要的基礎性工作。上述為建立效能規範所必須的最基本的條件，除此以外還有許多任務作要做。只要我們有乙個好的開端，打實基礎，就一定會開創出「效能設計」的全新時代。
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