高校實驗室建筑性能化防火設(shè)計方法探討

摘"要：在分析高校實驗室功能和火災(zāi)特點的基礎(chǔ)上，從實驗室防火總體目標的確定、細分目標及性能化目標指標和標準的確定、設(shè)計火災(zāi)場景、選擇計算模擬方法、性能化防火方案評估5個方面，對高校實驗室建筑性能化防火設(shè)計方法進行探討分析。

關(guān)鍵詞：高校實驗室；性能化防火；設(shè)計方法

中圖分類號：X913""文獻標識碼：A

Discussion"on"Performancebased"Fire"Protection"Design"Methods"for

University"Laboratory"Buildings

Jiang"Xiaolong1"Lu"Jingjing2*

1.School"of"Mining"and"Coal"Inner"Mongolia"University"of"Science"and"Technology"Inner"MongoliaBaotou"014010；

2.Baotou"Tian"Jia"Bing"Middle"School"Inner"MongoliaBaotou"014010

Abstract：Based"on"the"analysis"of"the"functionsnbsp;and"fire"characteristics"of"university"laboratories，this"paper"explores"and"analyzes"the"performancebased"fire"prevention"design"methods"for"university"laboratory"buildings"from"five"aspects：the"determination"of"overall"laboratory"fire"prevention"goals，subdivision"goals，determination"of"performancebased"target"indicators"and"standards，design"of"fire"scenarios，selection"of"calculation"simulation"methods，and"evaluation"of"performancebased"fire"prevention"plans.Finally，several"suggestions"for"performancebased"fire"prevention"design"methods"for"laboratories"are"proposed.

Keywords：University"laboratory；Performance"based"fire"prevention；Design"method

高校實驗室作為開展實驗教學(xué)、科學(xué)研究的重要場所，在高校人才培養(yǎng)的過程中發(fā)揮著重要作用。在深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量和科技創(chuàng)新能力不斷提升，實驗室的種類、數(shù)量、范圍均有所增加，實驗室教學(xué)與科研活動也更加頻繁［14］。防滅火設(shè)計是防止實驗室火災(zāi)發(fā)生的重要前提，而高校實驗室屬于體量大、功能及個性化差異明顯的建筑，部分實驗室屬于高層建筑，消防設(shè)計難免會有所疏忽，再加上實驗室防火設(shè)計還可能存在防火隔離措施不合理、疏散通道設(shè)計不足、消防設(shè)施不完善、電氣設(shè)備安全性不足以及缺乏火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)等不足之處，因此，針對高校實驗室防滅火設(shè)計方法的探討，特別是引入性能化防滅火設(shè)計方法，可為實驗室防滅火設(shè)計方法的選擇提供一定參考。

1"實驗室火災(zāi)的特點［58］

高校實驗室按人才培養(yǎng)和科學(xué)研究所起到的作用不同，可分為基礎(chǔ)型實驗室、專業(yè)型實驗室和科研型實驗室，按大類可分為物理、化學(xué)、生物、電工以及各專業(yè)實驗室等。實驗室內(nèi)涉及計算機、電器設(shè)備、精密儀器儀表、化學(xué)試劑、微生物制劑、有毒易燃易爆品等，而實驗過程中也會出現(xiàn)高溫、高壓、強磁、輻射等特殊環(huán)境。因此，實驗室火災(zāi)具有如下幾個特點：（1）由于電線老化、易燃物多、用電不當、消防設(shè)施不完善等原因，致使火災(zāi)發(fā)生概率較高；（2）比如有毒且具有燃燒爆炸危險的氣瓶、化學(xué)試劑等危險品使用或操作不當?shù)仍?，易發(fā)生泄漏或化學(xué)反應(yīng)，造成火災(zāi)、爆炸事故，同時會釋放出大量有毒有害物質(zhì)；（3）實驗室火災(zāi)不僅會使精密貴重儀器、實驗設(shè)施等蒙受損失，而且會造成人員傷亡，社會影響較大；（4）不同學(xué)科、類別實驗室的可燃物不同，火災(zāi)類型多樣；（5）不同類型的火災(zāi)，撲救方法不同。

鑒于實驗室火災(zāi)的以上特點，對不同類型實驗室的防火設(shè)計，應(yīng)更加注重性能化防火設(shè)計方法的探討。

2"性能化防火設(shè)計方法

傳統(tǒng)的建筑防火設(shè)計是以消防規(guī)范條文為依據(jù)進行的“處方式”設(shè)計，其設(shè)計思想體現(xiàn)在，按建筑物分類，對防火等級、防火分區(qū)、安全疏散、消防給水、防排煙及報警等提出具體要求，從而保障建筑的消防安全。然而，某些規(guī)定在特定環(huán)境下可能達不到。例如，容納超過10萬人的大型體育館按每百人所要求的寬度進行疏散設(shè)計時，體育館外圍出口全部開放，也未必能達到要求。建筑的部分設(shè)計，如建筑、電氣、給排水、暖通等方面設(shè)計均獨立進行消防設(shè)計，造成建筑物整體防火性能降低，造價也大幅提高。此外，對于傳統(tǒng)的建筑防火設(shè)計，設(shè)計者只能按規(guī)范設(shè)計，消防技術(shù)的創(chuàng)新空間受到限制，并且無法準確掌握安全指標、安全性能與經(jīng)濟效益［910］。

20世紀80年代中期，由英國和日本首先提出的性能化防火設(shè)計方法已經(jīng)在國際上受到廣泛關(guān)注并發(fā)展迅速。性能化防火設(shè)計是建立在火災(zāi)安全學(xué)原理的基礎(chǔ)上的一種新的建筑防火設(shè)計方法，它根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)、用途和內(nèi)部可燃物等方面的具體情況，首先，考慮火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展和蔓延的基本規(guī)律，結(jié)合設(shè)計者防滅火經(jīng)驗，綜合分析和計算建筑物內(nèi)部可燃物火災(zāi)危險性，確定性能指標和設(shè)計指標；其次，預(yù)設(shè)火災(zāi)場景，選擇相應(yīng)的消防安全技術(shù)措施，加以評估，確定消防安全目標是否已經(jīng)達到；最后，再根據(jù)具體情況進行方案調(diào)整與優(yōu)化。其設(shè)計步驟如圖1所示［11］。

圖1"性能化防火步驟圖

與傳統(tǒng)的防火設(shè)計方法不同，性能化防火設(shè)計具有三個特點：安全目標的確定性、設(shè)計方法的靈活性和評估驗證的必要性。性能化防火設(shè)計方法更為科學(xué)合理，具有更大的靈活性，有助于設(shè)計人員根據(jù)具體情況設(shè)計出更能精準達到防火目標的經(jīng)濟合理的設(shè)計方案。

3"實驗室建筑性能化防火設(shè)計方法分析［1213］

3.1"確定防火總體目標分析

安全目標就是在性能化防火設(shè)計中，依據(jù)建筑物的社會目標、功能目標和社會期望，來制定符合相應(yīng)的性能要求的最終目標或安全水平，如保護生命安全、保護財產(chǎn)安全、保護建筑的使用功能或服務(wù)的連續(xù)性、環(huán)境不受火災(zāi)的有害影響等。根據(jù)以上描述，在確定實驗室防火安全的社會性目標時，應(yīng)從保證師生生命安全、保護實驗儀器設(shè)備不受損害、保證實驗設(shè)施運行、限制火災(zāi)和滅火方式對環(huán)境的影響等幾個方面來確定。在確定實驗室防火安全的功能性目標時，應(yīng)從避免因火災(zāi)和滅火造成的人員傷亡、實驗儀器設(shè)備無明顯損壞、避免較長時間影響實驗室教學(xué)和科研功能、火災(zāi)和滅火過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體對環(huán)境造成的污染等幾個方面來確定。

3.2"明確目標、細化目標和性能指標標準分析

根據(jù)總體目標，考慮實驗室類型、實驗室結(jié)構(gòu)功能等實際情況，明確防火設(shè)計目標，按現(xiàn)行防火規(guī)范要求，進一步細分目標，比如對避免火災(zāi)和滅火造成的人員傷亡進行細分目標時，可以細分為火災(zāi)發(fā)生地點的人員疏散撤離時間目標、火災(zāi)發(fā)生地點附近的人員疏散撤離時間目標、樓層外人員疏散撤離時間目標等。

細化目標后，需要對細分目標性能標準量化，根據(jù)實驗室結(jié)構(gòu)及內(nèi)部可燃物、實驗人員分布等特征進行分析，給出一些量化指標，比如燃燒熱對人疏散影響的熱影響指標、煙氣對人疏散影響的可視度指標、有毒有害氣體對人疏散影響的毒性指標、結(jié)構(gòu)物坍塌帶來的疏散影響指標、火勢蔓延指標等。

3.3"設(shè)計火災(zāi)場景分析

任何火災(zāi)都有獨特的火災(zāi)發(fā)展、蔓延特性，火災(zāi)場景設(shè)計決定了火災(zāi)發(fā)展的趨勢和預(yù)測目標。有學(xué)者研究表明，火源特性決定了火災(zāi)場景，按不同的火源形式，可分為固定型火源的火災(zāi)場景、擴展型火源的火災(zāi)場景、爆炸型火源的火災(zāi)場景三類，并給出了火災(zāi)場景的設(shè)計的定義，即根據(jù)建筑物內(nèi)可燃物的分布與荷載情況，對危險源進行辨識，描述火災(zāi)場景的發(fā)展以及確定火災(zāi)熱釋放速率隨時間的變化規(guī)律?；馂?zāi)場景的選取通常采用最不利的原則，即根據(jù)火災(zāi)危害較大與火災(zāi)最可能發(fā)生的情況來選取火災(zāi)場景，一般設(shè)計原則包括三個方面：一是客觀反映真實火災(zāi)；二是突出火源特性，具有代表性；三是充分考慮實驗室建筑結(jié)構(gòu)、功能及環(huán)境等因素影響，將這些影響因素作為火災(zāi)模型的邊界條件來進行火源特性分析，以體現(xiàn)實驗室火災(zāi)發(fā)展和蔓延的特點。

實驗樓有多層，每層有多個實驗室，且實驗室類型、功能等不同，可按不同類型實驗室分區(qū)，進行詳細的火災(zāi)荷載計算，分析火災(zāi)發(fā)展特性。火災(zāi)荷載是指涉火空間內(nèi)所有可燃物燃燒所產(chǎn)生的總熱量值，火災(zāi)荷載越大，發(fā)生火災(zāi)的危險性越大，不同分區(qū)實驗室火災(zāi)荷載的確定需要考慮實驗室內(nèi)儀器設(shè)備、可燃物質(zhì)、化學(xué)試劑等實驗相關(guān)材料和建筑內(nèi)裝飾材料等。建筑物火災(zāi)的危險度包括建筑物本身的破壞以及對建筑物內(nèi)部人員和物質(zhì)的傷害兩個方面，應(yīng)針對不同類型實驗室、可燃物性能、建筑物耐火等級、實驗室人員數(shù)量、儀器設(shè)備價值數(shù)量等條件，分別計算火災(zāi)危險度并進行分析。

3.4"選擇適當?shù)挠嬎隳M方法分析

按照實驗室火災(zāi)場景分析，選擇合適的計算分析方法，包括經(jīng)典的理論計算公式、計算方法等，也包括進行火災(zāi)分析的物理模型和數(shù)值模型。根據(jù)設(shè)定火災(zāi)場景利用火災(zāi)防治理論，模擬計算火災(zāi)可能或蔓延的途徑、范圍及防護措施所能達到的效果等。

3.5"性能化防火方案及評估分析

實驗室性能化防火方案初步確定后，需要對方案是否能實現(xiàn)安全性能目標進行科學(xué)檢驗和評估，以便最終確定是否采用該方案。當所提供的防火設(shè)計方案不能滿足性能化目標要求時，則必須進行修改完善，在此過程中，通常會提出多個性能化防火設(shè)計方案，分別進行評估，以確定最佳的設(shè)計方案。目前常用的評估方法包括等式分析、相關(guān)分析、實驗以及利用工程分析和計算機火災(zāi)預(yù)測模型和程序。

4"對實驗室性能化防火設(shè)計方法的幾點建議

高校實驗室空間大小各異，有的屬于大空間建筑物，有的屬于高層建筑物，還有的屬于普通建筑物，因此，在對高校實驗室進行防火設(shè)計時，應(yīng)分類考慮。如果符合性能化防火設(shè)計時，則應(yīng)充分結(jié)合實驗室特點進行合理設(shè)計，以獲得較好的防火效果，因此提出以下幾點建議：

（1）加強實驗室火災(zāi)基礎(chǔ)研究。由于實驗室火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的復(fù)雜性，對不同類型實驗室火災(zāi)發(fā)展蔓延過程以及相互影響關(guān)系，還需要進一步從定性和定量方面，建立符合實際的火災(zāi)模型并深入分析，為性能化防滅火設(shè)計提供依據(jù)。

（2）基于物理原理和火災(zāi)動力學(xué)模型，考慮實驗室內(nèi)的空氣流動、熱傳導(dǎo)、燃燒反應(yīng)等因素，選擇合適的火災(zāi)模擬軟件，模擬實驗室火災(zāi)在發(fā)生、蔓延和滅火過程中的溫度分布、煙氣擴散、火焰蔓延等信息，以評估實驗室的火災(zāi)風(fēng)險和火災(zāi)應(yīng)對措施的有效性。通過實驗室火災(zāi)模擬，評估不同火災(zāi)場景下的火災(zāi)發(fā)展情況，分析火災(zāi)對實驗室的影響，優(yōu)化防滅火措施和應(yīng)對策略，有助于提高實驗室的火災(zāi)安全性，減少潛在的火災(zāi)風(fēng)險。

（3）建立合理的性能化設(shè)計評估方法。性能化防火設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，因此需要對實驗室進行全面的火災(zāi)風(fēng)險評估，包括識別潛在的火災(zāi)危險源、評估火災(zāi)可能性和嚴重程度等，根據(jù)評估結(jié)果，制定相應(yīng)的防滅火策略和措施。另外，評估過程需要較多時間，需要設(shè)計人員和審核人員應(yīng)具備扎實的理論和實踐基礎(chǔ)，給出科學(xué)合理的說明和評估意見。

（4）明確設(shè)計規(guī)范和技術(shù)標準。實驗室防火設(shè)計應(yīng)認真研究國家、地區(qū)或行業(yè)相關(guān)法規(guī)和標準，了解其中關(guān)于實驗室性能化防火設(shè)計的要求和指導(dǎo)，參考國際通用的實驗室防火設(shè)計標準和指南，咨詢相關(guān)專業(yè)機構(gòu)和專家，明確規(guī)范和技術(shù)標準要求，結(jié)合實際情況進行綜合考慮并制定實驗室內(nèi)部性能化防火設(shè)計相關(guān)規(guī)章制度和操作規(guī)程，以確保實驗室防火安全性能設(shè)計符合要求，提高實驗室的防火安全水平。

結(jié)語

利用性能化防火設(shè)計方法的優(yōu)點，結(jié)合高校實驗室火災(zāi)特點，對實驗室性能化防火設(shè)計方法進行了初步探討，對實驗室防火總體目標的確定、細分目標及性能化目標指標和標準的確定、設(shè)計火災(zāi)場景、選擇計算模擬方法、性能化防火方案的評估5個方面，給出了一定的設(shè)計思路，并對實驗室性能化防火設(shè)計方法提出了幾點建議，以期為實驗室防滅火設(shè)計方法的應(yīng)用提供一定參考。

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作者簡介：姜小龍（1988—"），男，漢族，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，碩士，講師，研究方向：礦山開采、火災(zāi)防治。

*通訊作者：盧晶晶（1987—"），女，蒙古族，內(nèi)蒙古興安盟人，教育碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：化學(xué)教育。