4.性能计算方式的选择
在以往,所谓的性能化
设计似乎只是空谈,要真正的落实几乎是一项不可能的任务。但近年来世界许多发达国家实现这个梦想实现,并应用在现实社会当中。我国也感受到性能化
设计的发展确实有其必要性。
性能
设计的关键是如何建立计算模型和采用适合的计算方法。目前流行的做法有两类,一是以日本为主的简算预测法,二是以欧美为主的电算模拟法。
在日本,目前性能化防火
设计尚未单独立法,而且其偏好使用火灾预测简单公式进行计算,所以在个别火灾项目中有大量的简单公式完整的介绍,其中当然也还有可以加强之处,主要是关于火灾进程、闪燃现象的发生以及火灾探测与抑制方面的预测公式尚未出现,当此部分也完成的时候,日本简算公式将会成为相当好的整体火灾预测模式。而且,其简算公式中每一个参数的选择都是非常严谨的。
而在英、美、澳三国(澳洲的法规源自于英国),计算体系中的同质性相当高,目前已经有完整详细的规范提供给防火
设计人员参考。欧美国家普遍习惯采用
计算机模拟软件进行火灾预测与火场重建的工作,因此对于火灾预测公式的发展不像日本那样完善。但是对于
计算机模拟软件的开发不遗余力,模式也发展得越来越成熟,同时由于目前
计算机的效能越来越高,进行火灾模拟的时间与精确度都大幅的提升,因此采用
计算机进行模拟也是性能法规验证的方法之一。
鉴于我国目前的实际情况,笔者认为可以采取简算预测与
计算机模拟相结合的方法。
5.安全疏散模拟
消防安全系统的目的不外乎是确保人身安全和减少财产损失两个方面。而人身安全则有赖于安全疏散系统的可靠,因此各国的性能法规中,安全疏散
设计都占有重要的地位。
避难安全
设计的最终要求为验证实际所需的避难时间应低于避难容许时间。所以避难安全
设计时,需先分析建筑物特性(楼板面积、走道、步行距离、出口宽度、楼梯宽度、数量及分布、建筑物高度、排烟设备等)及人员特性(人数、步行速度、反应能力、分布情形、
环境熟悉度等)资料后,
设计火源及火灾场景,推算避难所需时间和避难容许时间,验算合理后,完成
设计。
避难安全性能
设计主要目的为确保人身安全,然而人的属性却是非常复杂的,如年龄、身高、体重、反应能力、敏捷度、耐心、行动能力等个人的特质因人而异,因此对于人口密度高、人数多的场所,在避难评估时若针对每一个人去评估避难结果,则相当费时费力,非人力采用公式验算所能及。因此,许多国家纷纷建立
计算机模拟模式,以验算公式及相关观察实验结果为基础,评估分析各种建筑的模拟结果,以验证
设计结果是否可以确保人的生命安全。
随着性能法规发展,英国、美国、日本、澳洲、新西兰等发达国家已提出许多
计算机模式、验算模式、概率模式等避难安全检验方法。这些验算模式是以长时间的观察、实验结果为基础,再结合工程方法,进而编写成复杂的
计算机软件,其花费是巨大的。在我国,目前为止尚未自行研发相关避难验算模式,因此建立避难安全
设计法时,建议采用现有已成熟、开发的评估模式,分析评估各项检验模式理论框架,探讨其输入、输出的诸多使用参数,分析其假设条件及使用特性,判断其对我国国情特色(建筑物空间规划、使用特性、人员活动)是否适用可行等,并进而以引用国外技术为主,而不需再重复花费庞大的人力、物力重新建立避难安全检验模式。
6.烟气控制系统
在火场中,由于能见度低所引起的人们心理恐慌会加大安全疏散的难度,而烟气中所包含的烟粒子、刺激物及毒性物质可以快速地窒息人的生命。因此,防排烟系统的
设计与评估是性能
设计的另一支柱。对烟气蔓延过程评估时,常常综合考虑烟气固有的浮力特性、体积变化、夹带作用及天花板喷流等效应。对烟气蔓延规律模拟的目的在于从
设计上提高烟层的流动高度,稀释烟团的浓度,降低烟流的温度和阻止烟气进入特定的区域空间。烟气模拟要设定火源模式,即考虑燃烧的状态与火势的发展、质量容积的流速等,继而要估算烟流量值、温度值、烟层沉降速度等,要确定排烟系统的工作时机(同时考虑风机、通风口、阀门等),以及综合考虑自动灭火系统开始工作后对烟气过程的影响等。国外在烟气模拟计算程序开发方面进展的最快、最成熟。一些商业软件已可在特定的工程中应用。
目前流行的模拟计算有区域模拟和场模拟两种,二者都出发于连续介质流动、传热传质和
化学反应动力学的基本方程。场模拟能够以足够的空间分辨率揭示
物理过程的细节,但计算量大,对火焰区的湍流和
化学反应的处理较为困难,主要用于咨询和评估过程的计算模拟;区域模拟注重整体效果,以适当的工程近似描述各个
物理过程,简化了方程组,大幅度地减小了计算的复杂程度和计算时间,是工程
设计主要采用的计算方法。
我国目前已具备深人开展用区域模拟计算方法进行
设计计算的
设计方法研究的基础。建立一个好的评估方法体系才能保证性能
设计的安全性,并给人们一个比较完整的系统安全概念,因此这是一项非常重要的基础性工作。
上述为建立性能规范所必须的最基本的条件,除此以外还有许多工作要做。只要我们有一个好的开端,打实基础,就一定会开创出“性能
设计”的全新时代。
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