國外以性能為基礎的建築防火規範研究綜述
日期：2014-04-08 分類：行業動态
國外以性能為基礎的建築防火規範研究綜述
一、前言
當今世界科學技術日新月異，各種新技術、新材料應運而生。世界經濟日趨全球一體化，國際間乃至區域間的經濟技術交流日益頻繁和加深。各國為了各自的利益，在關稅和非關稅壁壘方面的鬥争日益激烈。但各國的産品标準和測試試驗方法、建築等各種技術規範由于标準制定與執行體制和社會、經濟體制及經濟技術發展水平不同而異。這在一定程度上限制了國際間的貿易發展和技術交流。
另外，從建築設計和建築使用功能來看，以詳細技術要求和定量規定為主的“處方式”規範，很難滿足某些功能複雜、面積或空間較大的建築的設計和使用要求。為此，英國等國家從80年代開始相繼以建築規範和建築消防安全為研究對象，對其規範模式和規定内容進行了革新或修改，建立性能化規範體系，開發相關的設計指南和評估方法，以适應經濟、技術和社會發展的需要，提高本國産品和技術在世界上的競争力。
本文将試圖對國外有關性能化建築防火規範的研究情況作一回顧，供國内有關同行參考。由于掌握的資料不很充分，盡管還有一些國家也正在開展這方面的工作，本文未詳細介紹。即使已作介紹的部分也難免偏頗，敬請專家指教。
二、“處方式”建築防火規範與“以性能為基礎”的建築防火規範
所謂“處方式”建築防火規範，一般是指根據火災事故的發生、發展和撲救等經驗教訓和火災科學研究試驗等消防實踐總結出來的，并經不斷修改完善的一套有明确防火設計措施和各種具體的設計參數要求的設計規定。一般，設計者隻要按照規範規定進行設計就認為該建築的防火安全是符合要求的。過去大多數國家的大部分消防安全法規都是以這種“處方”的形式制訂的，即建築設計師和其他規範執行者都是依據詳細的規定開展工作，對規範不能有任何偏離。這種規範清楚明了、簡單易行，對設計和驗收評估人員的要求不高，能夠滿足大多數規模或功能等要求較簡單建築的設計與設計監督需要。但易使建築設計千篇一律，不利于新消防技術和産品的采用、很難滿足技術進步的要求，并且無法确切地知道人們認為安全的具體指标到底是多少、為滿足這種安全的建設投入與所能達到的安全性能水平之間具有多高的投資效益比。
而性能化規範，則是隻确定建築要達到的總體目标要求或設計性能水平，規定一系列性能目标和可以量化的性能準則及設計準則，且一般附有一個指導設計的技術文件。規範使用者可根據設計對象，按規範要求，采用“處方式”規範或性能化設計和評估方法來完成認為可以接受或能夠取得最低規定安全水平的設計。在大多數情況下，規範不明确規定某項解決方案，而是确定能達到規範要求的可接受的方法。顯然，這種規範可以針對不同的建築物确定不同的安全水平，使使用者具有很大的彈性，解決“處方式”規範中存在的大部分問題，但要求規範使用者需經過專門的嚴格訓練，并要有不同建築物的火災大小數據以及大量建築材料的燃燒特性數據、專門的設計和評估工具等作為支撐。性能化規範體系，将随着消防安全工程學的逐步建立、計算機科學與計算機火災模化技術的發展及風險評估技術在消防安全中得到應用而逐步建立、發展與完善。性能化建築防火規範是社會需求和經濟技術發展的結果，處方式建築防火規範是對某一時間以前的相關科學技術研究成果和建築防火曆史經驗教訓的總結。兩者相互補充，并将可能長期共存。
三、國外開展性能化規範的進展情況
（一）美國
美國消防工程師學會于1996年開始開展性能化規範、标準、消防安全工程與設計方法的研究。此後，美國消防協會、美國标準技術研究院和美國的3個模式規範制定組織、馬裡蘭州大學等在這方面相繼開展了大量研究工作，并為此成立了國際規範理事會，負責規範制定的組織工作。
目前，美國的研究已完成性能目标和基本完成性能級别分級的确定，并将于今年發布《國際建築性能規範》和《國際防火性能規範》。
從美國的研究看，性能化規範要清楚地規定反映社會期望的總體目标、功能目标和性能要求以及相關的标準或準則。标準和準則是提供滿足規範要求的可接受方法，包括處方式方法（例如“視為滿意”），或經過認可使用性能化評估工具和方法按要求所進行的設計和驗證。性能化規範中含有經驗式設計要求的規定，以及為減少不必要的性能分析所需附件―“批準的文件”。“批準的文件”一般都是過去的“處方式”規範規定。規範的總目标包括防止火災發生或延緩火災增長與擴散、保護建築使用者不受火災影響及其疏散安全、減少火災災害、保障消防設施正常運行等功能目标。規範中用于評估性能化目标的方法趨向于采用以确定事件概率為主的危險評估方法。
（二）加拿大
加拿大的建築法規因地區不同而異，但建築模式規範由加拿大建築和防火規範委員會負責制修訂，有關性能化設計消防安全評估方面的工作始于80年代初。1994年又制定了一項長遠戰略規劃，确定了建築規範在未來幾年裡保證其适用性和有效性的幾個基本特性，如應用上更靈活、?條款更清晰、結構更簡單、使用更方便、?減少修訂次數、能使新建或改建建築更容易等。
加拿大的研究表明，如果性能化規範的結構要能為其每一條款提供清楚的解釋需要很長時間才能完成。現行的加拿大規範編寫是先确定目标框架、并使其内容能清楚解釋每一目标要求，然後把這些目标中的每一目标都同更高級别的總體目标相聯系。每一目标要求都包含一個或更多的規格式或性能化的“可接受”方案。對規範中的某些特殊要求，可以采用規格式方案或性能化方案。
因此，其規範的框架包括以下3部分：一套不斷明确的目标、具有明确功能和目标的強制性要求以及與此要求有關的可接受解決方案和批準的文件。加拿大将于今年發布其性能化的建築規範和防火規範，其要求将以不同層次的目标形式表述。
每層都包括一些與規範總目标有關的功能目标，每個功能目标又由許多性能要求以及相關的詳細性能準則和判據組成。為滿足目标要求而建立的“可接受解決方案”既采用了規格式語言，也采用了性能化語言表述。一般，每項要求都附有以1995年NBC規定為基礎的規格式“可接受方案”，隻在某些地方增加了性能化“可接受方案”。
（三）巴西
巴西于1996年提出，1999年頒布了新的《鋼結構防火設計》和《對建築構件耐火極限的要求》兩部标準。這是南美首次制定的建築标準，由SaoPaulo大學、MinasGerais大學和OuroPreto大學編制。
标準中引入了如時間計算方法與風險評估方法以及其他消防安全工程設計方法等性能化的新概念，允許建築物的火災安全根據其火災荷載、建築物高度、建築總面積以及滅火設備的安裝與否等條件确定，而對建築物的耐火等級不做要求。
（四）英國
英國于1985年完成了建築規範，包括防火規範的性能化修改。新規範規定“必須建造一座安全的建築”，但不詳細規定應如何實現這一目标。因此，根據這樣的規定，隻要建築審核官員認為設計所采用的消防措施能提供不低于規格式規範規定的安全水平，建築設計者就可以采取任何消防措施。與此同時，英國還編制了建築規範“火災安全”的支持文件―《批準的文件B》，對火災預防和為大多數常見的火災場景設計作了處方式的規定。其中大部分引用了處方式的英國标準，但規定了如能證明某項性能化建築設計方案是合理時，可以采用性能化設計方法。英國在編制性能化規範時，由于缺乏相應完善的消防安全評估方法和工具，開展消防安全工程學基礎教育對于普及性能化規範十分重要。為此，1993到1994年，英國組織編寫了《國家消防安全工程（FSE）基礎課程》，并在蘭開夏大學、SouthBank大學（倫敦）和利茲大學開設了相應的學位課程。愛丁堡大學在1973年就設立了消防安全工程理學碩士課程。
近幾年還編制了一部實施标準規範，即BSDD240《火災安全工程原理應用指南》，為消防安全工程學的應用提供統一的框架。目前，有關人員正在征求意見的基礎上對該标準草案進行評審，将于最近發布其正式版本BS999。BSDD240引入了風險分析方法，并将其作為評估總體危險的重要技術，确定了單座建築内不同消防措施之間的相對重要性，推薦組織設計評審組方式将建築作為一個整體來評估其安全性能。該指南建立了一個“路線圖”，人們可以沿該“路線圖”将問題逐一解決，并系統地為每個問題指出解決方法。但要為設計者提供所需數據，在這些系統化的解決方法中，仍存在許多需進一步研究的問題。
（五）歐洲标準委員會（CEN）
歐洲标準委員會主要負責編制全歐洲的通用标準，以清除歐洲各國間的非關稅貿易壁壘。CEN标準不能推翻任何成員國的法規規定，但其中任何一個成員國，都可以申請編制一部歐洲标準（EN）。草案一經通過，CEN所有成員國都必須将其當作标準執行，并替代所有現行國家标準中的相關内容。CEN至今還未同意制訂歐洲消防安全工程标準。ISO/TC92/SC4的研究成果将可能促使CEN制訂該标準，但目前在各國間的協調還有許多困難，如德國和法國就認為他們的标準必須是完全處方式的标準，而芬蘭、挪威、意大利、西班牙、丹麥等國則已開始性能化規範的編制。瑞典的建築規範改動很大，整體上是以性能化的語言表述。1994年發布的新規範包括了設計标準，制定了一個在結構上類似于英國新規範的設計指南，包括功能性的規定、計算方法及實例。
（六）澳大利亞
為了使建築設計方案能采用風險評估方法，既在性能上符合規範要求，又經濟合理，澳大利亞于1989年成立了建築規範審查工作組起草性能化的《國家建築防火安全系統規範》。1996年頒布了性能化的《澳大利亞建築規範―1996》（BCA96），并自1997年陸續被各州政府采用。BCA96包含了BCA90中的技術指标（即仍然有一些處方式的規定要求），并對其進行了“性能分級”：
1、目标：通常指保護人類生命和相鄰建築或其他财産安全的需要。
2、功能要求：指如何期望建築達到目标的要求（或社會的期望）。
3、性能要求：給出了一個合理的性能水平。建築材料、組件、設計和施工方法等都必須達到這個水平，從而使建築既能夠滿足相關的功能要求，又能達到相關的目标。
4、建築方案：指滿足性能要求所采用的方法和手段。
随着性能規範的實行，目前澳大利亞面臨許多關于教育和考核消防安全工程師的問題，以及一些有關進行消防安全工程評估的時間和花費問題。
（七）新西蘭
新西蘭的性能化規範研究始于80年代末，1992年發布了性能化的《新西蘭建築規範》。新規範中保留了處方式的要求，并作為可接受的設計方法。該規範是外國正在制訂的性能規範中比較典型的，它為人們要建築的設施規定了明确的目标、功能要求和具體性能要求。
另外，為方便使用，由新西蘭坎特伯雷大學高級工程中心研究制訂了一與建築規範配套使用的《消防安全設計指南》，用于進行性能設計的工程計算。性能化設計自1991年10月以來，已作為建築設計者的一種選擇在新西蘭得到應用，同時也可使用以建築業機構文件為基礎的處方式方案。
（八）日本
80年代開始研究性能化的建築法規體系。1982～1987年開展了“建築物消防安全性能評估方法的研究”，并于1989年出版了《建築物綜合防火設計》。該書由綜合防火設計方法、防止起火及防止火勢擴大設計方法、安全疏散設計方法和耐火設計方法等内容構成。所謂綜合防火設計方法是通過有關建築物中所采取的防火措施，用工程學的方法預測某建築物一旦發生火災時的火災性狀，并判斷其結果是否與所規定的安全評價标準相一緻。其目的就是改進當時日本防火設計中存在的問題，以達到設計的合理化。
1993～1998年，開展了“消防安全性能評估方法的研究”，制定了性能化建築消防安全框架。其中功能要求包括防止火災的發生、安全疏散措施、防止倒塌、消防基礎設施和通道要求以及防止火災相互蔓延5部分。每一功能要求都需要評估方法和标準，在《建築标準法》中提供了疏散安全和結構耐火評估方法2種驗證方法。
1996年，開始修改《建築标準法》并向性能化規範轉變，并于2000年6月發布實施。該标準法既有性能化方法，也有處方式方法。所保留的處方式方法對測試方法或有關條款作了一定修改，有的采用ISO标準代替，并盡量與性能化評估方法一緻。1999年日本内政部消防和災害管理局組織開展了“火災危險的消防安全對策研究”，其目标是：利用最新技術評估防火措施的火災風險，從技術上系統地檢驗現有消防安全措施并驗證其有效性，研究開發有關消防安全措施的可能性，如綜合滅火設備、火災防損和控制管理、建築結構類型等，開發防止火災發生、火災探測和報警、滅火、安全疏散與救援等方面的評估方法，根據這些方法驗證這種新的性能化消防安全技術。2000年1月，《消防安全實施令》公開征求意見。該令包含了建築物綜合消防安全設計和建築材料與結構的火災性能評估方法。
四、結束語
從國外已制訂的性能化規範看，大部分是從解決現實中影響建築設計和建設投資較大的建築規範（其中包括建築防火的設計要求）入手，新規範均較原版本簡單，且結構和内容相似。
在很多國家，用來确保符合規範要求的方法基本都采用規格式要求，并被稱為批準的文件或認為合格的解決方法。另外，為了能更好地使用性能化規範，大都研究編制了相應的設計指南或評估方法，如澳大利亞的《消防工程指南》、新西蘭的《消防安全設計指南》、英國的《消防安全工程原理在建築消防安全設計中的應用發展草案》即BSDD240、北歐NKB消防安全委員會的《消防安全性能要求和計算驗證技術指南》、日本的《建築綜合消防安全設計系統》、ISO的《消防性能概念在設計目标中的應用》以及美國的《消防安全評估系統》（NFPA）、《建築消防安全評估方法》（WPI）、《SFPE性能化消防安全分析與設計指南》（SFPE）等。在所有使用性能化規範的情況中，都存在可以采用性能化的替代方法。如果選用了性能化的替代方法，其結果就是性能化設計。從國外性能化規範的研究過程看，大部分是首先或同時研究與性能設計有關消防安全設計評估技術，隻有少數國家是先修改規範，後開發設計指南。從性能規範使用情況看，提高人們對性能化建築設計和性能化建築規範的認識，培訓能夠熟練使用規範和相關評估技術的專業人員，十分重要。
我國性能化規範與設計研究工作，早在80年代初就已開始，但後來一度中斷。1996年國家開始組織有關單位和人員系統地開展相關研究。目前已取得一些成果。從建築消防規範和目前建築設計中遇到的消防問題看，我國可借鑒國外（如澳大利亞、新西蘭、美國）的做法，在有關研究成果的基礎上編制新的性能化建築防火規範體系，并且使該體系與現行規範并行使用。同時，開展消防安全評估方法與技術的開發與研究。建議先制定一本統一的性能化建築防火規範和相關的性能化設計指南，确定我國的建築消防安全總目标、防止火災蔓延等防火設計、人員安全疏散、滅火等設施設計等方面的功能要求和相應的性能準則，開展大型公共建築（包括地下和地上）、大空間建築、高層民用建築、高火災危險工業建築和儲罐區、建築内的煙氣控制和人員安全疏散的性能化設計和評估技術研究。此外，建議在大學中增設包括火災化學與火災物理、火災動力學、火災預防與滅火技術、被動防火技術（建築結構的防火保護、防火分隔、防火建築材料與構件等）、建築防火設計、人在火災中的行為（心理、生理反應等）、火災風險評估等内容的火災科學和消防安全工程學課程，培養專門人才。在這方面，英國和新西蘭的經驗值得借鑒。
