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摘要：大空间建筑具有空间跨度大，针对性强的特点，随着其逐步的发展，传统的消防设计方法和设计规范已经不能很好的满足其防火设计的需要。文章分析防火的思想、烟气控制安全评估方法，探讨其设计方法。
关键词：大空间；建筑；性能化；防火设计；方法
中图分类号：X799文献标识码： A
引言
大空间建筑的投资较大，使用过程中人员密集，其防火性能的好坏直接影响到大空间建筑的使用效果和安全性，为了能够提高大空间建筑实际使用的舒适性和有效安全性，必须对其防火设计进行科学研究。
一、防火设计思想
（一）处方式设计
处方式设计是指通过对建规、高规、石油库设计、汽车库设计、喷淋、报警等40余部消防技术规范及标准的运用，在对建筑物进行分类的基础上，按照有关防火安全的要求，对每项设计都具体定制详细数据与指标的设计方法。设计人员要按照所设计的建筑物的方式，与自身的实践经验，在规范中直接确定和其建筑物对应的设计参数与标准，整个设计方法犹如医生开单抓药，因此被形象地称作“处方式”设计方法。
（二）性能化设计
性能化设计是基于消防安全工程学前提下的一种新型建筑防火设计方式。其利用消防安全工程学的原理与方法，按照建筑物的构造、用途与内部可燃物质等方面的详细状况，设计人员按照建筑物的每个不同空间条件、功能条件与有关条件，自由择选成实现消防安全标准而需使用的不同防火策略，且把其有机地构造在一起，构成其建筑物的总体防火安全设计方向，而后运用已开发的工程学方式，对建筑的火灾危险性与危害性实施定量的预测与评估，进而获取最优化的防火设计方案。
二、建筑烟气控制安全评估方法
（一）烟囱效应
烟囱效应产生的原因主要是因为室内外的温差：当室内温度高于室外温度时，室内空气的密度相对较低，从而使室内的空气具有一定的浮力。另外，受高层建筑自身建筑特点的影响，在众多的竖井中，例如电梯井、楼梯井、管道井、垃圾井等，会产生非常明显的烟囱效应，气体上升的效果非常明显，尤其在发生火灾时，热度导致气体上升更加迅速，这时候由下向上的烟囱效应被称为正烟囱效应。当室内气温远低于室外气温时，例如在夏季开空调的情况下，这时建筑物的气体是由上向下运动的，被称为逆烟囱效应。烟囱效应是建筑火灾中烟气流动的主要因素。在中性面以下楼层发生火灾时，在发生正烟囱效应的情况下，火灾产生的烟气会随着空气进入到竖井当中，并随之快速上升。当升到一定位置时，会随着空气从竖井中溢出，到其他的楼层或建筑物的外部。另外，烟气还能够从楼层间的缝隙进入发生火灾的楼层上部的其他楼层，上部楼层的烟气要远多于其他的楼层。但如果楼层之间缝隙较小，那么，中性面以下的其他楼层除了火灾层之外不会有烟气。
（二）高温烟气的浮力和膨胀力
高温烟气处于火源区附近，其密度比常温气体低得多，因而具有较大的浮力。研究表明，对于高度约为3.5 m 的着火房间，其顶部壁面内外的最大压力为16 Pa。当着火房间较高时，中性面以上的高度也较大，便会产生较大的压差。如果着火房间只有一个小的墙壁开口与建筑物其他部分相连通时，高温烟气将从开口的上半部流出，外界空气将从开口下半部流进。当高温烟气的温度达到600℃的时候，因热胀冷缩，其自身的体积会膨胀到之前的3倍。在这种情况下，如果门窗等处于打开状态，由于室内外空气流动较多，这种压强不会很明显；但如果火灾发生在一个较为封闭的空间，并假设有充足的氧氣和可燃物供其燃烧，那么高温烟气膨胀引起的压差则较大。
（三）风力影响
风力在建筑物的周围产生压力分布，对建筑物内的烟气流动影响很大。建筑物外部的压力分布受到多种因素的影响，其中包括风的速度和方向、建筑物的高度和几何形状等。风力影响往往可以超过其他驱动烟气运动的力。在通常情况下，朝着建筑物迎面吹来的直风会在建筑物的迎风侧面产生较高的风压，这种风压会增强建筑物内烟气向下风方向的流动速度，一般压力差的大小与风速的平方成正比。一栋建筑与其他建筑的毗连状况、建筑本身的几何形状对其表面的风压分布有重要影响。
（四）机械通风系统造成的压力
在设置了专门的通风或空调系统的建筑物内，即便是这些系统并未运转，管道也会起到较强的通风效果，尤其是在自然的动力之下，例如烟囱效应，烟气会自然地顺着管道流动，使烟气蔓延在整个建筑物内。如果这种通风系统开始运作时，这种效果会更强。
（五）电梯的活塞效应
电梯在电梯井中运动时，能够使电梯井内出现瞬时压力变化，这被称为电梯的活塞效应。这种活塞效应能够在较短的时间内影响电梯附近门厅和房间的烟气流动方向和速度。控制烟气在建筑物内流动的方法主要有两种：①挡烟。这主要是依靠燃点较高的材料来发挥作用，将烟气限制在一定的区域之内。②排烟。这是依靠通风系统将烟气从室内排出。
三、大空间建筑性能化设计的方法
（一）性能化设计思路
性能化防火设计以消防安全工程为指导,结合计算机技术,通过对具体建筑物火灾可能发生的情况分析,进行防火设计。目的是在保证建筑物使用性能的基础上达到规范的安全消防要求。性能化防火设计最根本的原则是要具有针对性,分析每个大空间建筑的结构、功能、个性化需求后“量身定做”防火方案；其设置不局限于建筑的某个部位,注重各部分间的协调,保证整体安全性能；充分考虑到建筑使用后可能发生的火灾以及危害程度,对现有的消防安全设施和方案进行安全评估,通过优化改进不断完善。
（二）选择性能计算方式
各种建筑在进行防火设计之前都需要选择好性能计算方式，大空间建筑防火性能化设计亦不例外，此种性能设计的关键之处在于建立计算机模型和采用合适的计算方法，由于防火减灾的发展模式逐渐成熟，计算机的应用效能也逐步提高，相应地提升了进行火灾模拟的时间和精确度。一般而言，在大空间建筑性能计算方面，简算预测与计算机模拟相结合成为一种普遍采用的方法。
（三）建立各类建筑物的火灾荷载数据库
火灾载荷密度与设计火灾发展过程是密切相关的，火灾载荷数据的确定对防火系统的性能设计具有至关重要的影响。具体应做到：
（1）通过实际调查和实验确定各类建筑材料和设施的燃烧热值；
（2）用概率统计的方法处理火灾荷载的分布型式。将楼层火灾荷载作为随机现象，将其概型化、抽象化为统计数学模型，并根据调查数据寻找其统计规律；
（3）建筑结构的可变荷载与火灾荷载的统计分布存在极值I型逻辑联系，确定两者间的比值关系。
（四）灭火系统的设计
开式大水滴雨淋灭火系统，国内一般是用隔膜开式大水滴雨淋灭火系统，在火灾时首先是通过火灾自动报警控制器，自接打开隔膜雨淋阀上的电磁阀，使压力腔内的水快速排出，其特点是瞬间像下大雨一样喷出大量的水滴形成水覆盖或隔离整个保护区。它适应于火灾蔓延快，火势猛的大空间建筑物。其有效灭火距离为8-12m。远程控制消防水炮系统，该系统主要采用与电视监控技术相类似的能自动跟踪可遥控的新型消防炮灭火系统。该系统具有水流量大，射程远(可大于70m)，可远距离有线、无线和手动控制等特点，该系统是由电控消防水、电控器、电动阀门集中控制装置、无线电遥控器、炮塔和比例混合器等组成。适于机场等大空间建筑物。
结语
综上所述，性能化防火设计已成为世界性建筑消防设计发展的必然趋势,它的发展将大大促进消防安全设计的科学化、合理化和成本效益的最优化,并将产生十分重大的社会效益和经济效益。我国应尽快发展性能化防火设计的应用研究, 以适应不断发展的建筑功能化设计要求。
参考文献：
[1]王红. 综合型商业建筑防火设计中人员疏散时间的确定[J]. 中华民居(下旬刊),2014,03:229.
[2]姜红. 性能化消防设计在大型室内水上游乐场所的应用[J]. 武警学院学报,2014,04:45-47.
[3]高晓嵘. 建筑防火性能化设计方法中烟气控制安全评估方法的研究[J]. 科技与创新,2014,05:48-49.
关键词：大空间；建筑；性能化；防火设计；方法
中图分类号：X799文献标识码： A
引言
大空间建筑的投资较大，使用过程中人员密集，其防火性能的好坏直接影响到大空间建筑的使用效果和安全性，为了能够提高大空间建筑实际使用的舒适性和有效安全性，必须对其防火设计进行科学研究。
一、防火设计思想
（一）处方式设计
处方式设计是指通过对建规、高规、石油库设计、汽车库设计、喷淋、报警等40余部消防技术规范及标准的运用，在对建筑物进行分类的基础上，按照有关防火安全的要求，对每项设计都具体定制详细数据与指标的设计方法。设计人员要按照所设计的建筑物的方式，与自身的实践经验，在规范中直接确定和其建筑物对应的设计参数与标准，整个设计方法犹如医生开单抓药，因此被形象地称作“处方式”设计方法。
（二）性能化设计
性能化设计是基于消防安全工程学前提下的一种新型建筑防火设计方式。其利用消防安全工程学的原理与方法，按照建筑物的构造、用途与内部可燃物质等方面的详细状况，设计人员按照建筑物的每个不同空间条件、功能条件与有关条件，自由择选成实现消防安全标准而需使用的不同防火策略，且把其有机地构造在一起，构成其建筑物的总体防火安全设计方向，而后运用已开发的工程学方式，对建筑的火灾危险性与危害性实施定量的预测与评估，进而获取最优化的防火设计方案。
二、建筑烟气控制安全评估方法
（一）烟囱效应
烟囱效应产生的原因主要是因为室内外的温差：当室内温度高于室外温度时，室内空气的密度相对较低，从而使室内的空气具有一定的浮力。另外，受高层建筑自身建筑特点的影响，在众多的竖井中，例如电梯井、楼梯井、管道井、垃圾井等，会产生非常明显的烟囱效应，气体上升的效果非常明显，尤其在发生火灾时，热度导致气体上升更加迅速，这时候由下向上的烟囱效应被称为正烟囱效应。当室内气温远低于室外气温时，例如在夏季开空调的情况下，这时建筑物的气体是由上向下运动的，被称为逆烟囱效应。烟囱效应是建筑火灾中烟气流动的主要因素。在中性面以下楼层发生火灾时，在发生正烟囱效应的情况下，火灾产生的烟气会随着空气进入到竖井当中，并随之快速上升。当升到一定位置时，会随着空气从竖井中溢出，到其他的楼层或建筑物的外部。另外，烟气还能够从楼层间的缝隙进入发生火灾的楼层上部的其他楼层，上部楼层的烟气要远多于其他的楼层。但如果楼层之间缝隙较小，那么，中性面以下的其他楼层除了火灾层之外不会有烟气。
（二）高温烟气的浮力和膨胀力
高温烟气处于火源区附近，其密度比常温气体低得多，因而具有较大的浮力。研究表明，对于高度约为3.5 m 的着火房间，其顶部壁面内外的最大压力为16 Pa。当着火房间较高时，中性面以上的高度也较大，便会产生较大的压差。如果着火房间只有一个小的墙壁开口与建筑物其他部分相连通时，高温烟气将从开口的上半部流出，外界空气将从开口下半部流进。当高温烟气的温度达到600℃的时候，因热胀冷缩，其自身的体积会膨胀到之前的3倍。在这种情况下，如果门窗等处于打开状态，由于室内外空气流动较多，这种压强不会很明显；但如果火灾发生在一个较为封闭的空间，并假设有充足的氧氣和可燃物供其燃烧，那么高温烟气膨胀引起的压差则较大。
（三）风力影响
风力在建筑物的周围产生压力分布，对建筑物内的烟气流动影响很大。建筑物外部的压力分布受到多种因素的影响，其中包括风的速度和方向、建筑物的高度和几何形状等。风力影响往往可以超过其他驱动烟气运动的力。在通常情况下，朝着建筑物迎面吹来的直风会在建筑物的迎风侧面产生较高的风压，这种风压会增强建筑物内烟气向下风方向的流动速度，一般压力差的大小与风速的平方成正比。一栋建筑与其他建筑的毗连状况、建筑本身的几何形状对其表面的风压分布有重要影响。
（四）机械通风系统造成的压力
在设置了专门的通风或空调系统的建筑物内，即便是这些系统并未运转，管道也会起到较强的通风效果，尤其是在自然的动力之下，例如烟囱效应，烟气会自然地顺着管道流动，使烟气蔓延在整个建筑物内。如果这种通风系统开始运作时，这种效果会更强。
（五）电梯的活塞效应
电梯在电梯井中运动时，能够使电梯井内出现瞬时压力变化，这被称为电梯的活塞效应。这种活塞效应能够在较短的时间内影响电梯附近门厅和房间的烟气流动方向和速度。控制烟气在建筑物内流动的方法主要有两种：①挡烟。这主要是依靠燃点较高的材料来发挥作用，将烟气限制在一定的区域之内。②排烟。这是依靠通风系统将烟气从室内排出。
三、大空间建筑性能化设计的方法
（一）性能化设计思路
性能化防火设计以消防安全工程为指导,结合计算机技术,通过对具体建筑物火灾可能发生的情况分析,进行防火设计。目的是在保证建筑物使用性能的基础上达到规范的安全消防要求。性能化防火设计最根本的原则是要具有针对性,分析每个大空间建筑的结构、功能、个性化需求后“量身定做”防火方案；其设置不局限于建筑的某个部位,注重各部分间的协调,保证整体安全性能；充分考虑到建筑使用后可能发生的火灾以及危害程度,对现有的消防安全设施和方案进行安全评估,通过优化改进不断完善。
（二）选择性能计算方式
各种建筑在进行防火设计之前都需要选择好性能计算方式，大空间建筑防火性能化设计亦不例外，此种性能设计的关键之处在于建立计算机模型和采用合适的计算方法，由于防火减灾的发展模式逐渐成熟，计算机的应用效能也逐步提高，相应地提升了进行火灾模拟的时间和精确度。一般而言，在大空间建筑性能计算方面，简算预测与计算机模拟相结合成为一种普遍采用的方法。
（三）建立各类建筑物的火灾荷载数据库
火灾载荷密度与设计火灾发展过程是密切相关的，火灾载荷数据的确定对防火系统的性能设计具有至关重要的影响。具体应做到：
（1）通过实际调查和实验确定各类建筑材料和设施的燃烧热值；
（2）用概率统计的方法处理火灾荷载的分布型式。将楼层火灾荷载作为随机现象，将其概型化、抽象化为统计数学模型，并根据调查数据寻找其统计规律；
（3）建筑结构的可变荷载与火灾荷载的统计分布存在极值I型逻辑联系，确定两者间的比值关系。
（四）灭火系统的设计
开式大水滴雨淋灭火系统，国内一般是用隔膜开式大水滴雨淋灭火系统，在火灾时首先是通过火灾自动报警控制器，自接打开隔膜雨淋阀上的电磁阀，使压力腔内的水快速排出，其特点是瞬间像下大雨一样喷出大量的水滴形成水覆盖或隔离整个保护区。它适应于火灾蔓延快，火势猛的大空间建筑物。其有效灭火距离为8-12m。远程控制消防水炮系统，该系统主要采用与电视监控技术相类似的能自动跟踪可遥控的新型消防炮灭火系统。该系统具有水流量大，射程远(可大于70m)，可远距离有线、无线和手动控制等特点，该系统是由电控消防水、电控器、电动阀门集中控制装置、无线电遥控器、炮塔和比例混合器等组成。适于机场等大空间建筑物。
结语
综上所述，性能化防火设计已成为世界性建筑消防设计发展的必然趋势,它的发展将大大促进消防安全设计的科学化、合理化和成本效益的最优化,并将产生十分重大的社会效益和经济效益。我国应尽快发展性能化防火设计的应用研究, 以适应不断发展的建筑功能化设计要求。
参考文献：
[1]王红. 综合型商业建筑防火设计中人员疏散时间的确定[J]. 中华民居(下旬刊),2014,03:229.
[2]姜红. 性能化消防设计在大型室内水上游乐场所的应用[J]. 武警学院学报,2014,04:45-47.
[3]高晓嵘. 建筑防火性能化设计方法中烟气控制安全评估方法的研究[J]. 科技与创新,2014,05:48-49.