第五篇 消防安全评估

第一章 概述

学习要求

通过本章学习，应了解风险及风险管理的概念，掌握火灾风险评估相关概念及分类，了解火灾风险评估的作用。

消防安全评估是指对建筑物、构筑物、活动场地等消防工作对象的消防安全状况进行分析和评价，即对这些对象存在的潜在不安全因素及其可能导致的后果进行综合度量的一个过程。本章主要介绍消防安全评估中涉及的基本概念和知识。

第一节 风险管理

本节主要介绍风险和风险管理的概念、风险管理原则以及风险管理过程等相关内容。

风险是普遍存在的，它在不同程度上影响着人们的日常生活和经济社会活动。市场经济越发达，不确定性因素就越多，风险也就越突出。对风险实施科学有效的管理，已经成为社会各界的共识和普遍的需求。加强风险管理，减少风险事故的发生，可以有效地提升风险管理单位资源的配置能力，同时提升人们安全感。消防安全评估属于风险管理的范畴，是风险管理的有机组成部分。

一、风险的概念

风险是指不确定性对目标的影响。这个定义是一个涵盖各个领域的通用术语，就某一行业和领域而言，相对比较抽象，表述也可能有所不同。对风险管理中的安全而言，风险是对伤害的一种综合衡量，包括伤害的发生概率和伤害的严重程度。这里的伤害是指对物质或环境的破坏，或对人体健康的损害，对财产造成的损失。风险具有客观性、普遍性、损害性、突发性等特征。

二、风险管理的概念

风险管理是指导和控制某一组织与风险相关问题的协调活动。风险管理通过分析不确定性及其对目标的影响，采取相应的措施，为组织的运行和决策及有效应对各类突发事件提供支持。风险管理适用于组织的生命周期及其任何阶段，包括整个组织的所有领域和层次，以及组织的具体部门和活动。风险管理旨在保证组织恰当地应对风险，提高风险应对的效率和效果，增强行动的合理性，有效地配置资源。风险管理的内容比较广泛，一般包括风险管理框架、风险管理方针、风险管理计划、风险管理组织实施等。

三、风险管理原则

为有效管理风险，组织在实施风险管理时，可遵循下列原则：

1.控制损失创造价值

以控制损失、创造价值为目标的风险管理，有助于组织实现目标、取得具体可见的成绩和改善各方面的业绩，包括人员健康和安全、合规经营、信用程度、社会认可、环境保护、财务绩效、产品质量、运营效率和公司治理等方面。

2.融入组织管理过程

风险管理不是独立于组织主要活动和各项管理过程的单独的活动，而是组织管理过程不可缺少的重要组成部分。

3.支持决策过程

组织的所有决策都应考虑风险和风险管理。风险管理旨在将风险控制在组织可接受的范围内，有助于判断风险应对是否充分、有效，决定行动优先顺序并选择可行的行动方案，从而帮助决策者作出合理的决策。

4.应用系统的、结构化的方法

系统的、结构化的方法有助于风险管理效率的提升，并产生一致、可比、可靠的结果。

5.以信息为基础

风险管理过程要以有效的信息为基础。这些信息可以通过经验、反馈、观察、预测和专家判断等多种渠道获取，但使用时要考虑数据、模型和专家意见的局限性。

6.环境依赖

风险管理取决于组织所处的内部和外部环境以及组织所承担的风险。需要特别指出的是，风险管理受人文因素的影响。

7.广泛参与充分沟通

组织的利益相关者之间的沟通，尤其是决策者在风险管理中适当、及时的参与，有助于保证风险管理的针对性和有效性；利益相关者的广泛参与有助于其观点在风险管理过程中得到体现，以及其利益诉求在决定组织的风险偏好时得到充分考虑。利益相关者的广泛参与要建立在对其权力和责任明确认可的基础上。利益相关者之间需要进行持续、双向和及时的沟通，尤其是在重大风险事件和风险管理有效性等方面需要及时沟通。

8.持续改进

风险管理是适应环境变化的动态过程，其各步骤之间形成一个信息反馈的闭环。随着内部和外部事件的发生、组织环境和知识的改变以及监督和检查的执行，有些风险可能会发生变化，一些新的风险可能会出现，另一些风险则可能消失。因此，组织应持续不断地对各种变化保持敏感并作出恰当反应。组织通过绩效测量、检查和调整等手段，使风险管理得到持续改进。

四、风险管理过程

风险管理过程是组织管理的有机组成部分，嵌入在组织文化和实践当中，贯穿于组织的经营过程。风险管理过程包括明确环境信息、风险评估、风险应对、监督和检查。其中，风险评估包括风险识别、风险分析和风险评价。沟通和记录应贯穿于风险管理全过程。风险管理过程如图5-1-1所示。

（一）风险评估

风险评估包括风险识别、风险分析和风险评价三个步骤。

风险识别是通过识别风险源、影响范围、事件及其原因和潜在的后果等，生成一个全面的风险列表。进行风险识别时，要掌握相关的和最新的信息。除了识别可能发生的风险事件外，还要考虑其可能的原因和可能导致的后果。不论风险事件的风险源是否在组织的控制之下，或者原因是否已知，都应对其进行识别。此外，要关注已经发生的风险事件，特别是新近发生的风险事件。识别风险需要所有相关人员的参与。组织所采用的风险识别工具和技术应当适合其目标、能力及所处环境。

图5-1-1 风险管理过程

风险分析是根据风险类型、获得的信息和风险评估结果的使用目的，对识别出的风险进行定性和定量的分析，为风险评价和风险应对提供支持。风险分析要考虑导致风险的原因和风险源、风险事件的正面和负面后果及其发生的可能性、影响后果和可能性的因素、不同风险及其风险源的相互关系以及风险的其他特征，还要考虑现有的管理措施及其效果和效率。在风险分析中，应考虑组织的风险承受度及其对前提和假设的敏感性，并适时与决策者和其他利益相关者有效地沟通。另外，还要考虑可能存在的专家观点中的分歧及数据和模型的局限性。根据风险分析的目的、获得的信息数据和资源，风险分析可以是定性的、半定量的、定量的或以上方法的组合。一般情况下，首先采用定性分析，初步了解风险等级并揭示主要风险。适当时，进行更具体和定量的风险分析。后果和可能性可以通过专家意见确定，或通过对事件或事件组合的结果建模确定，也可通过对实验研究或可获得的数据的推导确定。对后果的描述可表达为有形或无形的影响。在某些情况下，可能需要多个指标来确切描述不同时间、地点、类别或情形的后果。

风险评价是将风险分析的结果与组织的风险准则作比较，或者在各种风险的分析结果之间进行比较，确定风险等级，以便作出风险应对的决策。如果该风险是新识别的风险，则应当制定相应的风险准则，以便评价该风险。风险评价的结果应满足风险应对的需要，否则，应作进一步分析。

（二）风险应对

风险应对是选择并执行一种或多种改变风险的措施，包括改变风险事件发生的可能性或后果的措施。风险应对决策应当考虑各种环境信息，包括内部和外部利益相关者的风险承受度，以及法律、法规和其他方面的要求等。

（三）监督和检查

组织应当明确界定监督和检查的责任。监督和检查可能包括：监测事件，分析变化及其趋势并从中吸取教训；发现内部和外部环境信息的变化，包括风险本身的变化、可能导致的风险应对措施及其实施优先次序的改变；监督并记录风险应对措施实施后的剩余风险，以便在适当时作进一步处理。适当时，对照风险应对计划，检查工作进度与计划的偏差，保证风险应对措施的设计和执行有效；报告关于风险、风险应对计划的进度和风险管理方针的遵循情况；实施风险管理绩效评估。风险管理绩效评估应被纳入组织的绩效管理以及组织对内、对外的报告体系中。

监督和检查活动包括常规检查、监控已知的风险、定期或不定期检查。定期或不定期检查都应被列入风险应对计划。

（四）沟通和记录

组织在风险管理过程的每一个阶段都应当与内部和外部利益相关者有效沟通，以保证实施风险管理的责任人和利益相关者能够理解组织风险管理决策的依据，以及需要采取某些行动的原因。由于利益相关者的价值观、诉求、假设、认知和关注点不同，其风险偏好也不同，并可能对决策有重要影响。因此，组织在决策过程中应当与利益相关者进行充分沟通，识别并记录利益相关者的风险偏好。

在风险管理过程中，记录是实施和改进整个风险管理过程的基础。建立记录应当考虑以下方面：出于管理的目的而重复使用信息的需要；进一步分析风险和调整风险应对措施的需要；风险管理活动的可追溯要求；沟通的需要；法律、法规和操作上对记录的需要；组织本身持续学习的需要；建立和维护记录所需的成本和工作量；获取信息的方法、读取信息的难易程度和储存媒介；记录保留期限；信息的敏感性。

第二节 火灾风险评估

本节主要介绍火灾风险评估、可接受风险、消防安全、火灾危险、火灾隐患、火灾风险、火灾危险源等相关概念和火灾风险评估的主要作用，并根据系统所处状态，从定性和定量的角度分别对火灾风险评估进行分类。

一、火灾风险评估的相关概念

火灾风险评估以及评估过程中涉及的相关概念主要有：

1）火灾风险评估：对目标对象可能面临的火灾危险、被保护对象的脆弱性、控制风险措施的有效性、风险后果的严重程度以及上述各因素综合作用下的消防安全性能进行评估的过程。

2）可接受风险：在当前技术、经济和社会发展条件下，组织或公众所能接受的风险水平。

3）消防安全：发生火灾时，可将对人身安全、财产和环境等可能产生的损害控制在可接受风险以下的状态。

4）火灾危险：引发潜在火灾的可能性，针对的是作为客体的火灾危险源引发火灾的状况。

5）火灾隐患：由违反消防法律法规的行为引起，可能导致火灾发生，或发生火灾后会造成人员伤亡、财产损失、环境损害或社会影响的不安全因素。

6）火灾风险：对潜在火灾的发生概率及火灾事件所产生后果的综合度量。常可用“火灾风险=概率X后果”表达。其中“X”为数学算子，不同的方法中“X”的表达会所不同。

7）火灾危险源：可能引起目标遭受火灾影响的所有来源。

8）火灾风险源：能够对目标发生火灾的几率及其后果产生影响的所有来源。

9）火灾危险性：物质发生火灾的可能性及火灾在不受外力影响下所产生后果的严重程度，强调的是物质固有的物理属性。

二、火灾风险评估的分类

（一）按建筑所处状态

根据建筑所处的不同状态，火灾风险评估可以分为预先评估和现状评估。

1.预先评估

它是在建设工程的开发、设计阶段所进行的风险评估，用于指导建设工程的开发和设计，以在建设工程的基础阶段最大限度地降低建设工程的火灾风险。

2.现状评估

它是在建筑（区域）建设工程已经竣工，即将投入运行前或已经投入运行时所处的阶段进行的风险评估，用于了解建筑（区域）的现实风险，以采取降低风险的措施。由于在建筑（区域）的运行阶段，对建筑（区域）的风险已有一定了解，因而与预先评估相比，现状评估更接近于现实情况。当前的火灾风险评估大多数属于现状评估。

（二）按指标处理方式

在建筑（区域）风险评估的指标中，有些指标本身就是定量的，可以用一定的数值来表示；有些指标则具有不确定性，无法用一个数值来准确地度量。因此，根据建筑（区域）风险评估指标的处理方式，风险评估可以分为定性评估、半定量评估和定量评估。

1.定性评估

它是依靠人的观察分析能力，借助经验和判断能力进行的评估。在风险评估过程中，无需将不确定性指标转化为确定的数值进行度量，只需进行定性比较。常用的定性评估方法有安全检查表。

2.半定量评估

它是在风险量化的基础上进行的评估。在评估过程中，需要通过数学方法将不确定的定性指标转化为量化的数值。由于其评估指标可进行一定程度的量化，因而能够比较准确地描述建筑（区域）的风险。

3.定量评估

它是在评估过程中所涉及的参数均已经通过实验、测试、统计等各种方法实现了完全量化的评估，且其量化数值可被业界公认。因其评估指标可完全量化，因而评估结果更为精确。

三、火灾风险评估的作用

火灾风险评估的作用主要体现在以下几个方面：

（一）社会化消防工作的基础

消防工作遵循“预防为主、防消结合”的工作方针，按照“政府统一领导、部门依法监管、单位全面负责、公民积极参与”的工作原则进行。为有效推动各级政府和部门履行其消防工作职责，解决所属区域内火灾防控的薄弱环节，开展区域火灾风险评估工作是一项重要的基础性工作。火灾风险评估结论将指导各级政府和部门有针对性地开展消防工作，更有重点地解决风险较大的行业、区域消防安全问题。

（二）公共消防设施建设的基础

为科学、合理规划城市公共消防设施，满足城市应对火灾扑救和抢险救援的需要，将包括消防站、消防水源、消防装备、消防通信在内的公共消防设施建设纳入城市总体规划，有必要开展区域火灾风险评估工作。火灾风险评估结论将指导政府和部门优先解决制约火灾扑救和抢险救援的基础性、瓶颈性问题，从而提升城市防灾减灾能力。

（三）重大活动消防安全工作的基础

大型文化体育活动具有人员密集、时间短暂、用电量大等特点；重要的政治和社会活动具有安全要求高、火灾防控难度大等特点。为有效做好上述活动的消防安全工作，在举办这些活动前，就活动场所以及主办单位及其组织过程与管理开展火灾风险评估，能够及时发现活动的组织方案、应急措施、责任制落实、消防设施配置、火灾扑救准备、消防救援等存在的薄弱环节，针对性地进行完善。

（四）确定火灾保险费率的基础

根本上，风险评估源于保险业的需求，是随着保险业的发展而逐渐发展起来的。只是我国保险事业本身的起步就较晚，目前发展还未完全成熟，加上缺少相应的法规支持，火灾公众责任险还在探索之中，尚未找到成熟的发展和推广模式。随着我国经济社会的发展与进步，人们对安全的认识将不断深化，对安全的需求也将不断提高，可预期在不久的将来，火灾风险评估将会在我国消防工作中发挥越来越大的作用。

四、火灾风险评估的基本流程

火灾风险评估的基本流程有以下几方面：

（一）前期准备

明确火灾风险评估的范围，收集所需的各种资料，重点收集与实际运行状况有关的各种资料与数据。评估机构依据经营单位提供的资料，按照确定的范围进行火灾风险评估。

所需主要资料从以下方面收集：

1）评估对象的功能。

2）可燃物。

3）周边环境情况。

4）消防设计图样。

5）消防设备相关资料。

6）火灾应急救援预案。

7）消防安全规章制度。

8）相关的电气检测和消防设施与器材检测报告。

（二）火灾危险源的识别

应针对评估对象的特点，采用科学、合理的评估方法，进行火灾危险源识别和危险性分析。

（三）定性、定量评估

根据评估对象的特点，确定消防评估的模式及采用的评估方法。在系统生命周期内的运行阶段，应尽可能采用定量的安全评估方法，或定性与定量相结合的综合性评估模式进行分析和评估。

（四）消防安全管理水平评估

消防安全管理水平的评估主要包含以下三个方面：

1）消防管理制度评估。

2）火灾应急救援预案评估。

3）消防演练计划评估。

（五）确定对策、措施及建议

根据火灾风险评估结果，提出相应的对策措施及建议，并按照火灾风险程度的高低进行解决方案的排序，列出存在的消防隐患及整改紧迫程度，针对消防隐患提出改进措施及改善火灾风险状态水平的建议。

（六）确定评估结论

根据评估结果，明确指出生产经营单位当前的火灾风险状态水平，提出火灾风险可接受程度的意见。

（七）编制火灾风险评估报告

评估流程完成后，评估机构应根据火灾风险评估的过程编制专门的技术报告。

本章思考题

1.简述风险管理的原则。

2.阐述风险管理的过程和要求。

3.火灾风险评估有哪些作用？

4.试述风险评估的基本流程。

参考文献

[1] ISO 31000—2009，Risk management—Principles and guidelines[S].Geneva：International Organization for Standardiza-tion，2009.

[2] 全国质量管理与质量保证标准化技术委员会.GB/T 24353—2009风险管理 原则与实施指南[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 杜兰萍.火灾风险评估方法与应用案例[M].北京：中国人民公安大学出版社，2011.

[4] 陈国良，王玮，等.火灾风险评估相关概念辨析[C]//北京消防协会.华北、东北、西北地区消防协会第四届联席会议论文集.长春：吉林科学技术出版社，2008.

[5] 王爱平，陈国良.火灾风险评估在消防工作中的作用及存在问题探讨[J].武警学院学报，2010（4）.

第二章 火灾风险识别

学习要求

通过本章学习，应了解火灾风险识别事故致因理论的基本内容、火灾危险源可能带来的风险和控制危险发生的措施，掌握第一类火灾危险源和第二类火灾危险源分类方法，熟练辨识常见的第一类火灾危险源和第二类火灾危险源。

本章介绍了火灾风险识别的事故致因理论，系统介绍第一类火灾危险源和第二类火灾危险源的分类和识别过程。

火灾风险评估是查找评估对象面临的火灾风险来源的一个过程。火灾风险识别是开展火灾风险评估工作所必需的基础环节。只有充分、全面地把握评估对象所面临的火灾风险的来源，才能完整、准确地对各类火灾风险进行分析、评判，进而采取针对性的火灾风险控制措施，确保将评估对象的火灾风险控制在可接受的范围之内。一般情况下，火灾风险的来源不是一成不变的，而是与评估对象的特点息息相关。此外，由于人们对火灾风险概念的认识不同，对火灾风险来源的理解也会存在差异。因此，最终的风险识别结果也会发生一些变化，但是这种变化通常不会影响最终的评估结果，只是评估过程因人而异。总体而言，火灾风险的来源与火灾的发生发展过程密切相关，而由于火灾的发生发展过程具有一定的随机性，因此，火灾风险评估也具有较强的动态特性。

第一节 火灾风险评估概念辨析

本节主要介绍火灾隐患、火灾风险、火灾危险源、火灾风险源、火灾危险、火灾危险性等火灾风险评估的相关概念，具体对火灾隐患与火灾风险、火灾危险源与火灾风险源以及火灾危险、火灾危险性与火灾风险之间的差异进行辨析。

一、火灾隐患与火灾风险

“火灾隐患”是消防监督管理中常用的一个词语，又可以分为一般火灾隐患和重大火灾隐患。根据资料，较早的定义分别为：一般火灾隐患是指存在违反消防法律、法规的行为，这种行为有导致火灾的可能性或在火灾发生时会产生一定的危害后果；重大火灾隐患是指严重违反消防法律、法规的行为，可能导致火灾或在火灾发生时造成重大人员伤亡或者重大财产损失。根据这两个定义，火灾隐患首先是一种违反法律、法规的行为，其次在定义中对发生火灾的可能性及火灾发生后导致的后果进行了度量。最近有文献对火灾隐患和重大火灾隐患进行了定义，但没有对一般火灾隐患进行定义。其中，火灾隐患是指可能导致火灾发生或火灾危害增大的各类潜在不安全因素；重大火灾隐患是指违反消防法律、法规，可能导致火灾发生或火灾危害增大，并由此可能造成特大火灾事故后果和严重社会影响的各类潜在不安全因素。然而，修改后的火灾隐患定义没有反映出违反法律、法规这一前提。从字面上看，“患”本身就是一种不利的事情，应该进行治理。但是从火灾隐患的定义表述中，并没有指明违反法律法规这一前提，即使存在不安全因素，也有可能未有相应的执法依据，只能通过协商解决。从上述定义看，火灾隐患本身属于火灾风险的一个方面，但是与火灾风险相比，后者涵盖了前者的内容，比前者更为全面。开展火灾风险评估，首先就是要进行火灾隐患排查，但是火灾隐患排查不完全等同于火灾风险评估。一般情况下，凡是存在火灾隐患的地方，就一定会有火灾风险；但是有火灾风险的地方，不一定有火灾隐患。例如，在一些古文物建筑和“城中村”等老旧场所中，由于年代较为久远，这些建筑在建造时还没有相应的建筑消防设计规范，或者随着消防设计规范的修订、可接受水平的提高，一些原本符合消防设计规范的建筑变得不符合规范，但是又没有相应的规范和法规对此进行说明。从这个意义上来说，这些建筑不存在火灾隐患，但是存在着很高的火灾风险。因此，这二者既有联系，又有区别。火灾隐患与火灾风险的关系如图5-2-1所示。

二、火灾危险源与火灾风险源

早期的安全著作将影响系统安全的因素统称为危险源，分为第一类危险源和第二类危险源。按照两类危险源理论，依据危险源在事故发生、发展过程中的作用，危险源可分为以下两类：

第一类危险源是指产生能量的能量源或拥有能量的载体。它的存在是事故发生的前提。没有第一类危险源就谈不上能量或危险物质的意外释放，也就无所谓事故。由于第一类危险源在事故时释放的能量是导致人员伤害或财物损坏的能量主体，所以它决定了事故后果的严重程度。

第二类危险源是指导致约束、限制能量屏蔽措施失效或破坏的各种不安全因素。它是第一类危险源导致事故的必要条件。如果没有第二类危险源破坏第一类危险源的控制，也就不会发生能量或危险物质的意外释放。所以第二类危险源出现的难易程度决定了事故发生可能性的大小。

根据上述危险源分类，火灾中的第一类危险源包括可燃物、火灾烟气及燃烧产生的有毒、有害气体成分；第二类危险源是人们为了防止火灾发生、减小火灾损失所采取的消防措施中的隐患。对于第一类火灾危险源，人们普遍接受。按照上述表述，火灾自动报警、自动灭火系统、应急广播及疏散设施等属于第二类危险源。因此，对火灾危险源进行界定，将其含义限定为引起火灾的一些因素，同时引入火灾风险源的概念，则更容易理解。应该说，关于危险源和风险源的概念，来自不同的两个方向。危险源首先来自理论上的定义，而风险源则来自实践的需要，采用由实践向理论的提升，将会有更大的适用性。火灾危险源与火灾风险源的关系如图5-2-2所示。

图5-2-1 火灾隐患与火灾风险关系

图5-2-2 火灾危险源与火灾风险源的关系

三、火灾危险、火灾危险性与火灾风险

危险表达的是某事物对人们构成的不良影响或后果等，强调的是客体，是客观存在的随机现象；风险表达的则是人们采取了某种行动后所可能面临的有害后果，强调的是主体，是人们将遭受的危害或需要承担的责任；而危险性不仅是指火灾事件发生的可能性，而且也包括火灾危险的程度及产生危害的后果。进一步研究认为：火灾危险性不仅是指火灾事件发生的可能性，而且也包括火灾危险的程度及产生危害的后果，它强调的是客体（火灾事件本身），是客观存在的随机现象；火灾风险是对火灾引起人的生命、健康、财产和环境遭受潜在危害后果的认识，火灾风险的大小通常用火灾发生的几率乘以火灾后果的期望值来衡量。它表达的是人们采取了某种行动后可能面临的危害后果，强调的是主体（火灾的危害对象），隐含人们将遭受的危害或需要承担的责任。

为了对火灾危险、火灾危险性和火灾风险这三个相似概念进行界定，此处将火灾危险、火灾危险性和火灾风险分为三个层次。火灾危险作为第一个层次，是火灾风险的基本来源，关心的是目标对象是否会着火的问题。如果不存在火灾危险，则火灾风险也不会存在。例如，在一幢满桌椅的建筑内，如果不使用明火，无任何电气线路和用电设备，以及无其他任何起火的原因存在，则可以认为该建筑根本不存在任何火灾风险。火灾危险性作为第二个层次，回答的是物质能否着火以及着火后会有多大的规模。在《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）中有很多地方提及到火灾危险性，如“表3.1.1生产的火灾危险性分类”和“表3.1.3储存物品的火灾危险性分类”。从其内容看，主要是从物质的闪点、爆炸极限以及其他发生氧化燃烧或爆炸的条件进行分类，重点是针对物质的物理属性。因此，如此进行界定在大多数情况下是适用的。火灾风险作为第三个层次，回答的是物质着火的概率以及火灾发生后的预期损失情况。火灾危险、火灾危险性和火灾风险之间的关系如图5-2-3所示。采用这三个层次的界定，一般情况下可以解释火灾危险源评估、火灾危险性评估和火灾风险评估之间的区别。

图5-2-3 火灾危险、火灾危险性和火灾风险之间的关系

第二节 火灾风险来源

本节主要介绍火灾发展过程与火灾风险评估、影响火灾发生的因素以及影响火灾后果的因素。

一、火灾发展过程与火灾风险评估

火灾评估的过程与火灾发生发展的过程是紧密联系的。一般情况下，火灾发展过程可以分为起火（阴燃或明火引起）、增长、充分发展、衰退直至最终熄灭等阶段。火灾的各个发展阶段一般可用图5-2-4描述。

（一）火灾发生

由于各种因素的影响，致使有火源突破控制，如雷电、地震、电气或设备故障以及人为纵火，造成物质的燃烧，引起火灾发生。

这一阶段考虑的是评估对象是否存在着火的可能性，其中有哪些因素可能导致火源突破控制，引起火灾发生。重点评估着火因素，这些可能引起火灾的因素即为火灾危险源。这一阶段的评估称为火灾危险源评估。火灾危险源的评估不能完全采用定量化的方法进行，还需要根据以往的经验和历史统计数据进行分析和判断。

图5-2-4 火灾的各个发展阶段示意图

（二）火灾发生初期

在火灾发生初期，物质的燃烧主要受其物理性质和周边环境，如通风状况、燃料数量、环境温度、燃烧时间等的影响。

这一阶段考虑的是物质着火后，不考虑各种内外部消防措施和消防力量的干预作用，在纯自然状态下评估火灾可能引起的后果损失。这一阶段的评估称为火灾危险性评估。由于物质的火灾荷载、可燃物之间的距离、通风状况、建（构）筑物的耐火性能、人员数量等参数均存在可量化的数值，因此火灾危险性评估可采用量化的方法（包括现场实验、相似模拟实验和计算机模拟方法）进行。

（三）火灾发展中期

火灾发生后，物质的燃烧受到建（构）筑物内自动灭火系统启动灭火、防排烟系统发挥防烟分隔和排烟功能、人员参与灭火等消防措施和内部消防力量的影响，根据这些因素共同作用的效率，来衡量火灾可能造成的后果损失。

通常情况下，按照相应的建筑防火设计规范等相关消防标准规范，建（构）筑物内部会设有火灾自动报警、自动灭火系统、防排烟系统等建筑消防设施。此外，建（构）筑物内会安排消防值守人员，并且内部人员也接受过初期火灾扑救、组织疏散的训练，有的还可能拥有自己的消防队伍，具有专业的灭火救援能力。物质着火后，由于物质的燃烧受到这些因素的共同作用的影响，因此后果损失的严重程度与这些因素的作用效率密切相关。这一阶段的评估称为狭义火灾风险评估。

（四）火灾发展中后期

在物质着火后，除了上述建筑消防设施功能和单位相关人员能力之外，还考虑在初期火灾扑救失败之后，外部的消防力量（如消防部队、专职消防队、义务消防队等）进行干预，投入灭火救援工作，根据这些因素共同作用的效率，来衡量火灾可能造成的后果损失。

物质着火后，虽然建筑消防设施和内部人员对物质的燃烧过程进行了干预，但是由于某项消防措施失效或者人员灭火能力欠缺等种种原因，导致依靠单位自身的能力无法扑灭火灾，这时就需要出动消防部队以及调动专职消防队、义务消防队赶赴现场灭火。这一阶段的评估称为广义火灾风险评估。

目前已经有许多可用的评估方法，而这些方法有其各自的特点和适用性。因此，可以根据评估的目标对象所处的不同阶段来选择适用的方法。

根据上述火灾发生发展的四个阶段，建筑防灭火工作大体上也可以划分为四个主要环节，即火灾预防、火灾报警、人员疏散和灭火救援。其中，预防火灾发生是消防工作的首要任务。为了预防火灾的发生，以及在火灾发生后采用各种手段减少火灾造成的损失，人们根据火灾发生发展的不同阶段采取了不同的设计，设置了不同的消防控制措施。火灾风险评估需要针对这些设计和消防控制措施逐一进行。因此，评估需要首先对可能引起建筑物发生火灾的主要原因（火灾危险源）进行分析，以便从源头上做好消防安全工作。

由于火灾发生发展的过程涉及多种因素，火灾风险的大小与这些因素及其共同作用的结果密切相关，因此，火灾风险评估的过程就是探索各影响因素之间的动态变化的过程。在这些影响因素之间，既有有利因素，也有不利因素。火灾风险评估的结果就是不利因素与有利因素动态博弈的结果。火灾风险评估需要承认火灾的内在规律性，并在此基础上，实现火灾自然属性与社会属性的有机统一。进行火灾风险评估，离不开其评估的环境。火灾是随着经济社会的发展而发生变化的，在不同的经济社会发展阶段，人们对火灾的可接受水平也不同。例如，在煤炭生产这一高风险领域，其中的可接受水平以百万吨死亡率来表示。由于我国的生产技术条件和经济发展水平尚不如发达国家，因此我国确定的百万吨死亡率也高于发达国家。

二、影响火灾发生的因素

可燃物、助燃剂（主要是氧气）和引火源是物质燃烧三个要素。火灾是时间或空间上失去控制的燃烧，简单说就是人们不希望出现的燃烧。因此，可以说可燃物、助燃剂、火源、时间和空间是火灾的五个要素。

消防工作的主要对象就是围绕着这五个要素进行控制。控制可分为两类：对于存在生产生活用燃烧的场所，将燃烧控制在一定的范围内，控制的对象是时间和空间；对于除此之外的任何场所，控制不发生燃烧。控制的对象是燃烧三要素，即控制这三要素同时出现的条件。

在非燃烧必要场所，除了生产用可燃物存放区域以外，可燃物贯穿于人们的穿、住、行、用等日常生活的各个方面，所以无法完全消除可燃物，只能对可燃物进行控制。在这些可燃物之中，有些是易于燃烧，有些难于燃烧。可燃物控制的目标，就是将可燃物限制在一定的范围内，包括可燃物的数量和存在场所，控制的重点是易燃物质。控制的效果越好，发生火灾的可能性就越小，造成人员生命、财产损失的后果严重性就越低，火灾风险也就越小。氧气作为助燃剂，几乎是无处不在的，所能控制的只是可作为助燃剂的强氧化剂。火源与人们的生产生活密切相关，也是人们最容易控制的要素，因此这也是火灾控制的首要任务。在燃烧必要场所，只要燃烧在人们预想的时间和空间中进行，就不会发生火灾。在时间和空间的控制中，也包含着对燃烧三要素的控制，受燃烧三要素的影响。从以上分析可以看出，在这三要素之中，受人的主观能动性影响最大的是火源。正如前所述，火灾是不能完全避免的。也就是说，由于各种因素的影响，总会有火源突破控制，导致火灾的发生，如雷电、地震、电气或设备故障以及人为纵火。

三、影响火灾后果的因素

在发生火灾之后，人们希望能够在第一时间发现，并发出警报，提示人员疏散，采取初步灭火措施，并向公安消防机构报警。对于规模相同的初期火灾，其火灾危险是相同的，但是由于后续步骤的不同，所存在的火灾风险却是不同的。例如：由于警报失效，未能及时发现，导致小火酿成大火；疏散通道不畅，指示标志不明，人员大量伤亡；着火场所无灭火设施，未能有效进行初期控制，火灾大规模蔓延；消防队伍未能及时到场、灭火设备质量无法满足要求、消防队伍技能受限等，都会导致火灾损失加大，从而提高火灾风险。

第三节 火灾风险源分析

本节主要介绍建筑火灾风险评估中涉及的多种火灾风险源。

一、火灾危险源

（一）客观因素

1.电气引起火灾

在全国的火灾统计中，由各种诱因引发的电气火灾，一直居于各类火灾原因的首位。根据以往对电气火灾成因的分析，电气火灾原因主要有以下几种：

1）接头接触不良导致电阻增大，发热起火。

2）可燃油浸变压器油温过高导致起火。

3）高压开关的油断路器中由于油量过高或过低引起爆炸起火。

4）熔断器熔体熔断时产生电火花，引燃周围可燃物。

5）使用电加热装置时，不慎放入高温时易爆物品导致爆炸起火。

6）机械撞击损坏线路导致漏电起火。

7）设备过载导致线路温度升高，在线路散热条件不好时，经过长时间的过热，导致电缆起火或引燃周围可燃物。

8）照明灯具的内部漏电或发热引起燃烧或引燃周围可燃物。

2.易燃易爆物品引起火灾

爆炸一般是由易燃易爆物品引起。可燃液体的燃烧实际上是可燃液体蒸气的燃烧。例如，柴油属于丙类火灾危险性可燃液体，其闪点为60～120℃，爆炸极限为1.5%～6.5%。柴油的电阻率较大，易于积聚静电。柴油的爆炸可分为物理爆炸和化学爆炸。如果存放柴油的油箱过满，没有预留一定的空间，则在高温环境下，柴油受热鼓胀发生爆炸。另外，如果油箱密封不严，造成存放的柴油泄漏挥发，或油箱内的柴油蒸气向外挥发，在储油间内的柴油蒸气达到其爆炸极限的情况下，若遇到明火、静电或金属撞击形成的火花，都会产生爆炸。

3.气象因素引起火灾

火灾的起数与气象条件密切相关，影响火灾的气象因素主要有大风、降水、高温以及雷电。

（1）大风。大风是影响火灾发生的重要因素。大风不但可能吹倒建筑物、刮倒电线杆或者吹断电线，引起火灾，而且它还可以作为火的媒介，将某处的飞火吹落至别处，导致火场扩大，或产生新的火源，造成异地火灾。此外，大风也是助长火势蔓延的一个重要因素。风速大，火灾蔓延也快，特别是天干物燥时，大风天易于起火成灾，而且易于扩大燃烧面积。

（2）降水。降水对火灾的影响作用可以分为两个方面：一方面，降水增加了可燃物的含水量，潮湿的可燃物遇火不易燃烧，火势也不易蔓延，所以降水是火灾发生、蔓延的抑制因素；另一方面，降水大小对自燃物质也有显著的影响。由于降水增加了空气湿度，使自燃物质的湿度加大，而一定的水分能起到催化剂的作用，可加速自燃物质的氧化而自燃。尤其是在出现暴雨的时候，由于具有突发性、来势猛、强度大及局地性强等特点，往往会在短时间内积聚大量的雨水，如果排水不畅，可能造成局部积水，严重时甚至会形成局部洪涝，使电气线路和设备短路，引起火灾。

（3）高温。在高温环境下，生产生活用电负荷将增大，使电气线路处于满负载状态，加速了电气线路的老化。同时，对于存在自燃起火危险的物品，高温环境有利于其自然氧化。气象上把最高气温高于35℃定义为高温天气；把日平均气温高于30℃（或日最低气温高于25℃）定义为高温闷热天气。

（4）雷电。在雷雨天气中，如果建筑物的防雷击设施不够齐备，在受到雷击时，电气线路容易发生故障，出现燃烧，或者建筑物内部的电器设备受到雷电直击发生爆炸，引起火灾。雷电严重时可能直接击中人体，造成人员伤亡。

（二）人为因素

1.用火不慎引起火灾

用火不慎主要发生在居民住宅中，主要表现为：用易燃液体引火或灶前堆放柴草过多，引燃其他可燃物；用液化气、煤气等气体燃料时，因各种原因造成气体泄漏，在房内形成可燃性混合气体，遇明火产生爆炸起火；家庭炒菜炼油，油锅过热起火；未完全熄灭的燃料灰随意倾倒，引燃其他可燃物；夏季驱蚊，蚊香摆放不当或点火生烟时无人看管；停电时使用明火照明，不慎靠近可燃物，引起火灾；烟囱积油高温起火。

2.不安全吸烟引起火灾

吸烟人员常常会出现随便乱扔烟蒂、无意落下烟灰、忘记熄灭烟蒂等不良吸烟行为，一部分会导致火灾。由香烟引起的火灾，以引燃固体可燃物，尤其是引燃床上用品、衣服织物、室内装潢、家具摆设等居多。据有关试验，烧着的烟头的温度范围从288℃（不吸时香烟表面的温度）到732℃（吸烟时香烟中心的温度）。还有资料介绍，一支香烟停放在一个平面上可连续点燃24min。炽热的香烟温度，从理论上讲足以引起大多数可燃固体以及易燃液体、气体的燃烧。

3.人为纵火

纵火造成的人员伤亡仅次于用火不慎。纵火的原因有多种，主要可分为社会内部矛盾的激化和敌对势力蓄意破坏。根据火灾燃烧学的原理，引起火灾的前提是满足物质燃烧的三个必要条件，即引火源、可燃物和助燃剂（氧气等）。在这几个条件之中，可燃物和助燃剂无处不在，所以要防止纵火致灾，关键是控制火种和易燃物。如果对火种或易燃易爆危险物品控制不力，就有可能发生人为纵火的事件。

二、建筑防火

（一）被动防火

1.防火间距

防火间距是两栋建（构）筑物之间，保持适应火灾扑救、人员安全疏散和降低火灾时热辐射等的必要间距。为了防止建筑物间的火势蔓延，各幢建筑物之间留出一定的距离是非常必要的。这样能减少辐射热的影响，避免相邻建筑物被烤燃，并可为疏散人员和灭火提供必要场地。影响防火间距的主要因素有：①热辐射；②热对流；③建筑物外墙开口面积；④建筑物内可燃物的性质、数量和种类；⑤风速；⑥相邻建筑物的高度；⑦建筑物内消防设施的水平；⑧灭火时间的影响。

2.耐火等级

为了保证建筑物的安全，必须采取必要的防火措施，使之具有一定的耐火性能，即使发生了火灾也不至于造成太大的损失。通常用耐火等级来表示建筑物所具有的耐火性。一座建筑物的耐火等级不是由一两个构件的耐火性决定的，而是由组成建筑物的所有构件的耐火性决定的，即由组成建筑物的墙、柱、梁、楼板等主要构件的燃烧性能和耐火极限决定的。

3.防火分区

防火分区是指采用防火分隔措施划分出的、能在一定时间内防止火灾向同一建筑的其余部分蔓延的局部区域（空间单元），主要通过涵盖面积来确定。通过划分防火分区这一措施，建筑物一旦发生火灾，可以有效地把火势控制在一定的范围内，减少火灾损失，同时可以为人员安全疏散、消防扑救提供有利条件。防火分区主要是通过在一定时间内阻止火势蔓延，且把建筑物内部空间分隔成若干较小防火空间的防火分隔设施来实现的。常用防火分隔有防火墙、防火门、防火卷帘等。

4.消防扑救条件

建筑的消防扑救条件可根据消防通道和消防扑救面的实际情况进行衡量。消防通道是指包括有无穿越建筑的消防通道、环形消防车道以及消防电梯等。消防通道的畅通及完备可以保证火灾时消防车能够顺利到达火场，消防人员迅速开展灭火战斗，及时扑灭火灾，最大限度地减少人员伤亡和火灾损失。在实际建筑中，消防车道一般可与交通道路、桥梁等结合布置。消防扑救面是指登高消防车能靠近主体建筑，便于消防车作业和消防人员进入建筑进行抢救人员和扑灭火灾的建筑立面。

5.防火分隔设施

如前所述，常用的防火分隔设施有防火墙、防火门以及防火卷帘等。在通过消防设计审核和验收之后，防火墙基本上就不会发生什么变化。而防火门和防火卷帘即使在消防设计审核和验收之后，在实际运行时也有可能出现一些问题，包括：常闭防火门未关闭或关闭不严，防火门损坏；防火卷帘下部堆放物品，或是维护保养不及时致使滑轨滑槽锈蚀，造成防火卷帘无法达到预定位置；常开防火门由于控制系统损坏或出现故障，紧急情况下无法关闭。如果出现上述问题，都会使防火分区不能达到预定的消防设计要求，无法实现火灾时防止火灾蔓延的目的。

（二）主动防火

1.灭火器材

灭火器材在很大程度上相当于一线的卫士，担负着扑灭或控制初期火灾的重任。灭火器材的配置是否符合要求，是否能够及时维护以保持其完好可用，都将决定着潜在火势的发展状况。根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB 50140—2005），民用建筑灭火器配置场所的危险等级，应根据其使用性质、火灾危险性、可燃物数量、火灾蔓延速度以及扑救难易程度等因素，划分为以下三级：

严重危险级：功能复杂、用电用火多、设备贵重、火灾危险性大、可燃物多、起火后蔓延迅速或容易造成重大火灾损失的场所。

中危险级：用电用火较多、火灾危险性较大、可燃物较多、起火后蔓延迅速的场所。

轻危险级：用电用火较少、火灾危险性较小、可燃物较少、起火后蔓延较慢的场所。

2.消防给水

消防给水系统完善与否，直接影响火灾扑救的效果。据火灾统计，在扑救成功的火灾案例中，93%的火场消防给水条件较好，水量、水压有保障；而在扑救失利的火灾案例中，81.5%的火场消防供水不足。许多大火失去控制，造成严重后果的情况，都与消防给水系统不完善、火场缺水有密切关系。

3.火灾自动报警系统

火灾自动报警系统是一套不需要人工操作的智能化系统：一旦建筑物内某个部位发生火灾，火灾探测器就可以检测到现场的火焰、烟雾、高温和特有气体等信号，并转换成电信号，经过与正常状态阈值比较后，给出火灾的报警信号，通过自动报警控制器上的报警显示器显示出来，告知值班人员某个部位失火，同时通过自动报警控制器启动报警装置报警。

火灾探测器是火灾自动报警系统的重要组成部分，它分为感烟火灾探测器、感温火灾探测器、气体火灾探测器、感光火灾探测器四种。在实际应用中，根据火灾的特点、安装场所的环境特征、房间高度等因素选择合适的探测器，以达到及时、准确报警的目的。

4.防排烟系统

防烟、排烟的目的是及时排除火灾产生的大量烟气，阻止烟气向防烟分区外扩散，确保建筑物内人员的顺利疏散和安全避难，并为消防救援创造有利条件。建筑物内的防烟、排烟是保证建筑物内人员安全疏散的必要条件。排烟方式主要有机械排烟和自然排烟两种；防烟方式主要有固体防烟、加压送风防烟和空气流防烟三种。在进行排烟的同时还必须进行补风，因为排烟过程是烟气与空气对流置换过程。补风口的面积必须足够大，且应分布合理，否则还容易造成烟气与空气的掺混，达不到预定的排烟速率。另外，如果补风口过于靠近火源，还可能造成燃烧强度的增大。

5.自动灭火系统

此处的自动灭火系统主要是指水自动灭火系统，是以水为主要灭火介质的灭火系统。它包括自动喷水灭火系统、水喷雾灭火系统、细水雾灭火系统和水炮灭火系统。同样，随着建筑领域的巨大变化，相应灭火系统的选择也更加多样化，设计者应根据建筑物的功能、布局、结构特点，选择高效、经济、合理的灭火系统，才能有效地扑灭火灾。

6.疏散设施

疏散设施的目的主要是使人员能从发生事故的建筑中迅速撤离到安全部位（室外或避难层、避难间等），及时转移室内重要的物资和财产，同时，尽可能地减少火灾造成的人员伤亡与财产损失，也为消防人员提供有利的灭火救援条件等。因此，保证安全疏散是十分必要的。建筑物中的安全疏散设施，如楼梯、疏散走道和门等，是依据建筑物的用途、人员的数量、建筑物面积的大小以及人们在火灾时的心理状态等因素综合考虑的。因此，要确保这些疏散设施的完好有效，保障建筑物内人员和物资安全疏散，减少火灾所造成的人员伤亡与财产损失。根据建筑消防设计规范，公共建筑安全出口的数目通常不应少于两个。出口不少于两个的规定，是考虑到当其中一个疏散出口被烟火封堵时，人员可以通过另一个疏散出口逃生。设计规范对疏散的距离也作了相应的规定，根据建筑物的耐火等级不同，疏散距离会有所变化。此外，应急照明和疏散指示标志的设置以及是否合理，对人员安全疏散也具有重要作用。在疏散门上方、走廊下方、楼梯前室以及走廊转弯处等重要部位设置疏散方向标志和照明灯具，停电时备用消防电源自动切换保证照明，帮助疏散。

三、人员状况

确保在火灾发生时人员安全疏散，是实现建筑物功能和举办活动的基本前提。对风险评估结果影响最大的因素之一就是建筑物或活动场地人员的安全疏散。为了确保人员在紧急情况下的安全疏散，消防法规中规定应设置消防照明、消防指示、消防广播等消防设施。然而，评估建筑物或活动场地内人员是否能够安全疏散，除了上述消防设施，还需要考虑建筑物或活动场地内人员自身的一些特点对安全疏散的影响，主要表现在人员荷载、人员素质、人员熟知度和人员体质几个方面。

（一）人员荷载

人员荷载是决定疏散分析结论的基础，也是评估建筑物疏散安全性的前提条件。疏散设计是建立在正确的人员荷载统计的基础之上的。不同区域的人员密度指标不仅与国家、地区、地段以及空间场所的类型和使用因素有关，而且还受其平面布置、空间布局、使用面积和内部物体配置等因素的制约。一方面，如果建筑物实际使用时容纳的人员数量超出设计规模，则会增加人员安全疏散的风险；另一方面，即使建筑物的整体人员荷载在设计的规模范围内，也有可能由于人员分布不均衡，导致建筑物内局部人员荷载过大，造成紧急情况下局部人员疏散存在困难，增加人员安全疏散的风险。一般情况下，建筑物内人员数量越多，造成拥堵的可能性越高。

（二）人员素质

人员素质包括人的心理承受能力、应急反应能力和遵守纪律能力。在特定的建筑火灾场景下，因人的心理承受能力、应急反应能力和遵守纪律能力不同，即使在相同的设计安全范围内，疏散相同人员所需的时间也会存在较大差异。在发生火灾时，如果心理承受能力差，就可能会在紧急疏散和逃生时不知所措，到处乱跑；如果应急反应能力差，则会找不到正确的疏散、逃生方向，不能正确地利用疏散指标标志，不能采用正确的疏散、逃生姿势；如果遵守纪律能力差，则不能够听从疏散引导人员的指挥进行有序疏散，出现抢道、拥挤等行为，严重时造成疏散通道堵塞。人员素质越高，就会拥有越好的组织纪律性和判断力。在紧急状态下，高素质的人群能够自发作出更为准确的判断，采取有利于消防安全的行为，并自觉听从消防广播的公告和引导，接受消防人员的安抚，听从指挥人员的指挥，遵守和维护疏散秩序。定期的人员疏散逃生训练能够显著提高人的心理承受能力、应急反应能力和遵守纪律能力，因此，在目前对人员素质高低的衡量还没有确定的判定标准时，可以通过建筑物内人员接受疏散逃生的次数和问卷调查的结果进行参照判定。

（三）人员熟知度

俗话说“闭着眼睛也知道”，这反映的是人们对一种事物熟知到一定程度。对于不同的建筑物而言，其使用人群通常是不同的。例如住宅、办公楼、写字楼等，通常情况下除了少量外来办事人员，其使用人员是基本固定的。这些人员长年累月在固定的场所工作、活动，对建筑物内的结构布局、出口数量及位置、疏散通道和疏散楼梯位置等都非常熟悉，在紧急情况下能够第一时间找到正确的疏散逃生通道，及时疏散到安全区域。而对于影院、剧场、商场等建筑，由于人员流动非常频繁，这些人员对建筑物的消防疏散设施不了解甚至非常不熟悉，在紧急情况下就容易出现慌乱，难以正确地找到疏散通道，从而不能及时有效地疏散到安全区域。

（四）人员体质

建筑物的使用人员通常包括老人、儿童、成年人等人员，其中有的可能还是残障人士。由于不同人群的身体状况不同，其行动能力也存在显著差异。成年人的行走速度要快于老人、儿童和残障人士，其中有些残障人士可能还需要他人的协助才有行动能力。对于不同的建筑物，人员的比例会有所不同。一般住宅、商场等场所，老人和儿童的比例相对较高；办公楼、写字楼、歌舞厅等场所以中青年人员为主；除了体育比赛、演唱会、展览等大型活动有时会有相对集中的残障人士以外，其他场所的残障人士一般较少。不同的建筑物由于老人、儿童、成年人及残障人员所占比例不同，紧急情况下人员安全疏散逃生的风险也会不同，评估时需要综合考虑建筑物的使用人员中不同人群比例的情况差异。

四、消防安全管理

（一）单位内部管理

1.消防安全责任制

消防工作的基本制度是防火安全责任制。这一制度的基本要求是：从各级政府，到社会各单位以及每个公民，都应当对所管辖工作范围内的消防工作负责，切实做到“谁主管、谁负责；谁在岗、谁负责”，保证消防法律、法规和规章的贯彻执行，保证消防安全措施落到实处。

2.消防设施维护管理

公共建筑内大多采用消防中介机构对消防设施进行维护保养，因此，定期对此类消防中介服务组织进行抽查、测试、考核，是强化建筑消防设施维护保养管理的重要组成部分。同时，还要统一维护保养技术标准，定期向消防部门报告建筑消防设施维护保养的情况。

3.管理人员及员工消防安全培训

社会单位应当采用理论授课、现场参观、实地操作、火灾事故案例分析等多种方式，定期对全体管理人员和员工进行消防安全培训，系统地开展消防安全法规和消防知识教育，使消防安全责任人、消防安全管理人和部门负责人完全具备检查消除火灾隐患、组织扑救初期火灾、组织人员疏散逃生以及开展消防宣传教育四个能力；使特殊岗位人员全员参加监管部门组织进行的消防案例培训直至通过考核获得上岗证；使全体员工认识到火灾对生命财产的危害，树立防火安全的重要性，了解单位建筑火灾易发的部位、灭火器材的位置和疏散出口的方向等消防常识，基本掌握上述四个能力，自觉防火和维护消防安全设施的有效性。

4.隐患检查整改机制

火灾隐患的整改，按发生火灾的危险性和整改的难易程度，可以采用当场整改和限期整改两种办法。如果发现单位内部存在违章使用和存放易燃易爆危险物品，违章使用明火作业，在具有火灾、爆炸危险的场所吸烟等容易诱发火灾的隐患，以及锁闭、遮挡、占用安全出口和疏散通道，遮挡或挪用消防器材，常闭式防火门敞开，防火卷帘下方堆放物品，消防设施管理和值班人员脱岗，违章关闭消防设施和切断消防电源等整改起来不需要花费较多时间、人力、物力和财力的火灾隐患，单位及消防部门应当责成有关人员当场整改，并做好记录。

（二）消防监督管理

1.消防宣传

开展社会面消防宣传工作是做好消防工作的重要基础。通过消防宣传，可以提高社会对消防安全的重视程度，增强对火灾安全的防范意识，了解火灾的危险性，落实消防制度，消除火灾隐患的重要性，以及树立良好的消防法制观念。消防宣传的形式可以多样化，不仅要利用报刊、书籍、广播、电视等传统的宣传阵地，还要充分利用互联网、手机短信、地铁和楼宇电视、户外大屏幕、社区电子显示屏等新型信息化手段，拓展消防宣传的阵地，提高消防宣传的辐射面和效果。

2.消防培训

消防培训是提高公众消防知识水平的重要途径之一。通过消防培训，公众可以掌握最新的技术方法、装备操作技能，并提高实战分析和解决问题的能力。公众可以在消防培训中了解常见火灾的规律，掌握正确的逃生方法、简单消防器材的使用和处置方法。开展岗前培训并实行特殊工种人员持证上岗制度，经常性地教育和培训要立足实际、注重实效。各类特殊工种人员，尤其是消防中控室、发电机房、锅炉房以及燃气厨房等特别重要的岗位，必须参加消防部门统一组织的消防安全培训，并经考核合格后，持证上岗，杜绝违法违规操作，防止误操作。

3.监督检查

对火灾危险源状况、建筑防火状况以及单位内部管理状况的监督管理，尤其是隐患排查整治等消防安全保卫的许多方面，在很大程度上都依赖于消防监督人员的巡查检查力度。如果消防监督人员没有制定严格的巡查检查制度、确定具体的监督重点、定期巡查周期以及监督隐患落实整改情况，那么就不能及时发现和纠正各种不安全行为和火灾隐患。

五、消防力量

（一）消防站

消防站是一座城市、一个地区、一个乡村开展灭火行动的基础设施，也是抵御火灾的根本所在。为了科学合理地建设消防站，国家制定了《城市消防站建设标准》，对消防站的建设规模、布局、选址以及装备和人员配备都做了相应的规定。但是，由于各地经济发展水平不平衡以及建设用地不足，有的地区的消防站建设可能达不到《城市消防站建设标准》的要求。另外，对于奥运会、世博会等重大活动，为了确保活动的消防安全，许多场馆设置了固定或临时消防站。消防站的存在能够快速有效地对火灾进行处置，防止火灾蔓延，降低火灾损失，因此，距离消防站越近，消防安全保障水平越高，面临的火灾风险越低。当然，消防站的灭火救援能力与其建设水平存在很大的关联。根据评估对象的范围不同，有的需要将消防站纳入评估，有的则不需要。此外，临时消防站一般采用的是简易的临时建筑，如果未安装避雷设施，在夏季雷雨天气中，可能会由于雷击引起消防站自身起火或对消防员造成人身伤害。

（二）消防队员

消防员数量的多少直接反映出突发火灾事故时的处置能力。为了提高全社会防控火灾能力和公共消防安全水平，我国正在努力构建以公安消防队为主体，政府专职消防队、企业事业单位专职消防队、群众义务消防队和志愿消防队、保安消防队伍等多种形式的消防队伍为基础，全面覆盖城乡，有效控制各类火灾的具有中国特色的消防力量体系。重大活动的力量配备一般都高于社会平均消防员的拥有水平，但是按照何种标准配备人员，要根据评估对象的安保级别进行统筹考虑。

（三）消防装备

消防装备包括消防车辆、灭火救援装备和防护装备。消防车辆是消防员灭火救援的根本。随着高层建筑、各种新材料、新工艺的应用，火场环境越来越复杂。灭火救援器材是消防员的武器，如果没有一套过硬的消防装备，即使再优秀的消防员，也不能很好地完成各种灭火救援任务，而且消防员自身将面临巨大的危险。消防装备不仅要根据保护对象的火灾类型和特点进行合理配备，而且要建立一套完善的保养制度，从而使消防装备始终保持在良好的备战状态。

（四）到场时间

火灾过程一般可分为阴燃、增长、充分发展、衰退直至最终熄灭等阶段。在发生火灾时，人们希望自动报警系统能够及时报警，启动自动灭火系统灭火；或是建筑物内部人员能够使用灭火器材，在阴燃或火灾初期阶段就扑灭火灾。但是，由于可燃物的燃烧特性不同或是各种原因，致使未能在这一阶段尽快扑灭火灾。通常情况下，从消防队接警出动至到达火灾现场，总会需要一些时间，将这段时间称为到场时间。消防队伍的到场时间长短，将影响到消防队首次灭火时燃烧所处的阶段。人们希望消防队以最快的速度到场，因为到场所需时间越短，火灾发展越不充分，越有利于火灾的扑救。

通常情况下，消防队的到场时间主要取决于以下两个因素：

1.出警距离

出警距离是指消防队与火灾现场之间最近的道路交通的距离。距离越短，到场时间越短。通常情况下，消防队与火灾现场之间可能会具有多条可选的道路，此时人们希望能够通过地理信息系统，实现最优化路径的自动选择，选择最短距离，尽快抵达火灾现场。

2.道路交通状况

火灾发生时，消防队出警时所选路线的道路交通状况，将对消防队的到场起至关重要的影响。有时即使距离很短，但由于道路限高措施，导致消防车辆无法通行；或者道路年久失修，影响车辆时速；或者交通严重堵塞，消防车寸步难移。这些都会造成消防队无法及时进入火灾现场，延误最佳灭火时机。同样，希望有实时路况信息系统，能在选择行车路线时，避开拥挤道路路段，尽快抵达火灾现场。

（五）预案完善

1.预案制定

应急预案是筹划灭火救援作战准备与实施的作战文书，是消防部队平时业务建设的一项主要工作。完善的预案能够反映出指挥员的组织、指挥、决策和部署的科学性，同时也是消防官兵对目标单位的熟悉程度、重点部位认定的准确性、指挥流程的科学性以及警力部署的合理性的一个重要的体现。其主要意义在于使消防官兵熟悉场地情况，进行新的技战术研究；以及给指挥员提供辅助决策。如果所制定的应急预案的完善程度不够，将直接影响指挥员对目标单位情况的熟悉程度和决策水平。

2.预案演练

预案演练是提升消防队战斗力的一个必不可少的环节。在完成应急预案之后，还需要进行定期演练，以检验和完善指挥流程的科学性和实用性，加深官兵对角色和职能的理解，提高实践操作的成效以及查找其中的不足之处，并在此基础上加以修订完善。即使有理论上足够完善的应急预案，如果没有组织实施充分的演练，对其每一个环节进行检验，也不能证明其实战完备性，还不能保证每一名值勤消防官兵具有足够的熟练程度，从而使其成为一纸空文，造成战时不能及时有效地组织灭火救援工作的恶果。有人认为，消防演练的火灾场景总是假想的，在实战之中很少会遇到完全相同的火灾场景，对演练的作用表示怀疑，并对演练的组织和实施持有一定的消极心理。诚然，消防演练的火灾场景可能一生中都不会出现，但是通过练习所掌握的各种思考方法和解题思路，则可以应对大多数问题。

（六）后勤保障

1.心理保障

有的重大活动持续时间相对较长，有时达到几个月或半年，而且准备工作往往提前几个月就开始进行。长时间的精神压力会对消防官兵的心理状态产生不利的心理影响，如产生疲惫、厌战的想法。如果不能采取有效的措施消除这些不利的心理状态，将严重削弱消防队的战斗力，其后果可能是不能及时发现火灾、火警时出动缓慢、现场组织不力、灭火行动低效等。

2.食宿保障

灭火救援又是一项集技术与体力为一体的特殊工作。消防官兵时刻面临着血与火的考验，他们不仅要具备尽可能丰富的专业知识，还必须拥有强健的体魄，即力量、速度、耐力、灵活以及柔韧性。这一切在很大程度上取决于合理的膳食营养和充足的睡眠，也是保证充沛体力与准确判断力的前提。重大活动场馆有时会设有临时消防站，有时根本就没有临时消防站，官兵的执勤都在露天进行。在至冷、至热的环境中长时间地执勤，如果不能有效地保障官兵的食宿，同样有可能对消防官兵的战斗力产生不利的影响。

3.医疗保障

如果疾病预防工作不到位，或者在消防官兵意外患病时，得不到及时治疗与较好恢复，将有可能出现非战斗性减员。在警力非常紧缺的情况下，要想弥补非战斗性减员的空缺，势必需要相关部门投入大量的时间与精力，从其他地区抽调警备进行补充。而且即使能够及时调配抽调警备，也有可能造成其他地区保卫力量的不足。

本章思考题

1.火灾风险评估常见的概念有哪些？

2.火灾隐患与火灾风险有何差异？

3.火灾危险源与火灾风险源有何不同？

4.影响火灾发生的因素有哪些？

5.建筑火灾风险的来源主要有哪些？

6.消防力量主要包括哪几个方面的内容？

参考文献

[1] 杜兰萍.火灾风险评估方法与应用案例[M].北京：中国人民公安大学出版社，2011.

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[3] 陈宝智.系统安全评价与预测[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[4] 陈国良，陶端霞.重大活动场馆火灾风险评估指标体系研究[J].消防技术与产品信息，2011，7.

第三章 火灾风险评估方法概述

学习要求

通过本章学习，应了解火灾风险评估的基本流程和常用风险评估方法，掌握安全检查表法和预先危险性分析法的技术特点，能够运用事件树和事故树分析法进行简单的事故致因分析，了解火灾试验方法在火灾风险评估中的作用。

火灾风险评估的方法较多，本章重点介绍了安全检查表法、预先危险性分析法、事件树分析法和事故树分析法等几种常用的系统安全评估方法，简单介绍了其他常用火灾评估评估方法，重点叙述了这些评估方法的基本概念、应用领域和特点。

第一节 安全检查表法

本节主要介绍安全检查表法的概念、形式和主要内容，以及编制安全检查表的方法、流程和注意事项。

一、安全检查表的基本概念

在安全系统工程学科中，安全检查表法是最基础、最简单的一种系统安全分析方法。它不仅是为了事先了解与掌握可能引起系统事故发生的所有原因而实施安全检查和诊断的一种工具，也是发现潜在危险因素的一个有效手段和用于分析事故的一种方法。

早在20世纪中期，安全检查表在许多发达国家的保险、军事等部门得到应用，对系统安全性评价起到很大作用。

随着科学技术的进步和生产规模的扩大，安全检查表引起了人们的高度重视，在各部门和行业生产中得到广泛应用。我国机械、电子等部门首先将其用于开展企业安全评价工作，并于1988年1月颁布了《机械工厂安全性评价标准》，对保证安全生产起到积极作用。

系统地对一个生产系统或设备进行科学的分析，从中找出各种不安全因素，确定检查项目，预先以表格的形式拟定好的用于查明其安全状况的“问题清单”，作为实施时的蓝本，这样的表格就称为安全检查表。

二、安全检查表的形式

（一）提问式

检查项目内容采用提问方式进行。提问式一般格式见表5-3-1和表5-3-2。

表5-3-1 ×××安全检查表（一）

表5-3-2 ×××安全检查表（二）

（二）对照式

检查项目内容后面附上合格标准，检查时对比合格标准进行作答。对照式一般格式见表5-3-3。

表5-3-3 ×××安全检查表（三）

三、安全检查表的内容和要求

安全检查表的内容和要求包括如下几个方面：

1）应按专门的作业活动过程或某一特定的范畴进行编制。

2）应全部列出可能造成事故的危险因素，通常从人、建筑物、环境和管理四个方面进行考虑。

3）内容文字要简单、明了、确切。

四、安全检查表的作用

安全检查表的作用包括如下几个方面：

1）根据不同的单位、对象和具体要求编制相应的安全检查表，可以实现安全检查的标准化和规范化。

2）安全检查表使检查人员能够根据预定的目的去实施检查，避免遗漏和疏忽，以便发现和查明各种问题和隐患。

3）依据安全检查表检查，是监督各项安全规章制度的实施、制止“三违”（即违章指挥、违章作业和违反劳动纪律）的有效方法。

4）安全检查表是安全教育的一种手段。

5）安全检查表是主管安全部门和检查人员履行安检职责的凭证，有利于落实安全生产责任制，便于分清责任。

6）安全检查表能够带动广大干部职工认真遵守安全纪律，提高安全意识，掌握安全知识，形成“全员管安全”的局面。

五、安全检查表的编制依据

安全检查表的编制依据包含以下几个方面：

1）国家和行业的安全规章制度、规程、规范和规定等。通过标准、规程和实际状况，使检查表在内容上和实施中符合法规要求。

2）在结合本单位的经验及具体情况的基础上进行系统安全分析的科学结论（确定的危险部位及防范措施）。由管理人员、技术人员、操作人员和安技人员一起，共同总结本单位生产操作的实践经验，系统分析本单位的各种潜在危险因素和外界环境条件，从而编制出完美的检查表。

3）国内外、本企业事故案例。编制时，应认真收集以往发生的事故教训及使用中出现的问题，包括同行业及同类产品生产中事故案例和资料，把那些能导致发生工伤或损失的各种不安全状态都一一列举出来。此外，还应参照对事故和安全操作规程等的研究分析结果，把有关基本事件列入检查表中。

六、安全检查表的编制方法

安全检查表的编制一般采用经验法和系统安全分析法。

（一）经验法

找熟悉被检查对象的人员和具有实践经验的人员，以“三结合”（工人、工程技术人员和管理人员相结合）的方式组成一个小组，依据人、物、环境的具体情况，根据以往积累的实践经验以及有关统计数据，按照规程、规章制度等文件的要求，编制安全检查表。

（二）系统安全分析法

根据对编制的事故树的分析、评价结果来编制安全检查表。通过事故树进行定性分析，求出事故树的最小割集，按最小割集中基本事件的多少，找出系统中的薄弱环节，以这些薄弱环节作为安全检查的重点对象，编制成安全检查表。

还可以通过对事故树的结构重要度分析、概率重要度分析和临界重要度分析，分别按事故树中基本事件的结构重要度系数、概率重要度系数和临界重要度系数的大小，编制安全检查表。

七、安全检查表的编制与实施

1.确定系统

确定系统是指确定出所要检查的对象。检查的对象可大可小，可以是某一工序、某个工作地点、某一具体设备等。

2.找出危险点

这一部分是制作安全检查表的关键，因为安全检查表内的项目、内容都要针对危险因素而提出的，所以找出系统的危险点至关重要。在找危险点时，可采用系统安全分析法、经验法等方法分析寻找。

3.确定项目与内容，编制成表

根据找出的危险点，对照有关制度、标准法规、安全要求等分类确定项目，并写出其内容，按安全检查表的格式制成表格形式。

4.检查应用

在现场实施应用、检查时，要根据要点中所提出的内容，一个一个地进行核对，并作出相应回答。

5.整改

如果在检查中，发现现场的操作与检查内容不符时，则说明这一点已经存在着事故隐患，应该马上给予整改，按安全检查表的内容实施。

6.反馈

由于在安全检查表的制作中，可能存在某些考虑不周的地方，所以在检查、应用的过程中，若发现问题，应及时向上汇报、反馈，进行补充完善。

八、安全检查表的优点及注意事项

1.安全检查表的优点

1）具有全面性与系统性。

2）有明确的检查目标。

3）简单易懂、容易掌握、易行“群管”。

4）有利明确责任，避免在发生事故时的责任纠缠不清。

5）有利安全教育。

6）可以事先编制，集思广益。

7）可以随科学发展和标准规范的变化不断完善。

2.使用安全检查表时的注意事项

1）应用安全检查表实施检查时，应落实安全检查人员。企业厂级日常安全检查，可由安技部门现场人员和安全监督巡检人员会同有关部门联合进行。车间的安全检查可由车间主任或指定车间安全员检查。岗位安全一般指定专人进行，检查后应签字并提出处理意见备查。

2）为保证检查的有效定期实施，应将检查表列入相关安全检查管理制度，或制定安全检查表的实施办法。

3）应用安全检查表检查，必须注意信息的反馈及整改。对查出的问题，凡是检查者当时能督促整改和解决的应立即解决；当时不能整改和解决的应进行反馈登记、汇总分析由有关部门列入计划安排解决。

4）应用安全检查表检查，必须按编制的内容逐项、逐内容、逐点检查，有问必答、有点必检，并按规定的符号填写清楚，为系统分析及安全评价提供准确可靠的依据。

九、案例分析

某工厂为做好汽车库防火工作，拟制定安全检查表。

防火的内容很多，所以安全检查的制定范围也可能很广。比如：车库里应设置灭火器；车库位置与明火火源的距离；车库里照明电线的设置要求，等等。

在进行汽车库防火工作时，要做什么样的安全检查表，首先应确定出具体的系统。系统边界划定的不同，其内容也就大不一样。

1）确定系统——“手持灭火器”安全检查表。当系统确定以后，就应针对所确定的系统，通过标准法规、经验教训、安全要求等，找出系统的危险点。

2）找出危险点。主要包括以下内容：

①灭火器的数量不够。

②灭火器的放置位置不当，难以被人看到。

③通往灭火器的通道不畅通。

④灭火器失效。

⑤灭火器选型不当。

⑥大家不熟悉灭火器的操作。

⑦禁止使用的灭火器类型未更换。

⑧未在所规定的地点都配上灭火器。

⑨灭火剂有可能冻结的灭火器未采取防冻措施。

⑩用过的或损坏的灭火器未更换。

⑾工作人员不知道自己工作区域内灭火器的放置位置。

⑿车库内无必备的灭火器。

3）确定项目与内容，编制成表，见表5-3-4。

表5-3-4 手持式灭火器安全检查表

第二节 预先危险性分析法

本节主要介绍用于分析对象在运营之前的风险评估方法——预先危险性分析法，包括其分析步骤和分级、辨识危险性、分析过程和危险性控制等。

一、预先危险性分析法的基本概念

火灾风险预先危险性分析也称初始风险分析，是安全评估的一种方法。它是在评估对象运营之前，特别是在设计的开始阶段，对系统存在火灾风险类别、出现条件后果等进行概略的分析，尽可能评价出潜在的火灾危险性。

二、分析步骤和分级

1）调查、了解和收集过去的经验和相似区域火灾事故发生情况。

2）辨识、确定危险源，并分类制成表格。危险源的确定可通过经验判断、技术判断和实况调查或安全检查表等方法进行。

3）研究危险源转化为火灾事故的触发条件。

4）进行危险分级。危险分级的目的是确定危险程度，指出应重点控制的危险源。危险等级可分为以下四个级别：

Ⅰ级：安全的（可忽视的）。不会造成人员伤亡和财产损失以及环境危害、社会影响等。

Ⅱ级：临界的。可能降低整体安全等级，但不会造成人员伤亡，能通过采取有效消防措施消除和控制火灾危险的发生。

Ⅲ级：危险的。在现有消防装备条件下，很容易造成人员伤亡和财产损失以及环境危害、社会影响等。

Ⅳ级：破坏性的（灾难性的）。会造成严重的人员伤亡和财产损失以及环境危害、社会影响等。

三、辨识危险性

（一）直接火灾

当可燃物质和氧气共存时，遇到火源就有可能发生火灾，这是人们所熟知的，称为直接火灾。

应该注意某些物质发生直接火灾的可能性。例如各类粉尘，包括有机塑料粉尘，染料粉尘，某些金属如铁、铝等粉尘，煤尘及谷物粉尘等。它们能与空气充分结合，有些还有吸附空气的能力，特别是在加工、运输、储藏过程中，容易造成粉尘爆炸，产生严重后果。

在石油和易燃液体的加工过程中，液体本身很少和空气接触，但应该注意到某些设备创造了易燃液体必须和空气接触的条件。例如储罐的呼吸阀，当环境温度高时（如中午时）排出多余的蒸气，环境温度低时（如夜间或雨后）则又吸入周围的空气，因而就会在储罐空间形成爆炸性气体，遇到火花或静电就会发生爆炸。

（二）间接火灾

间接火灾是指受到外力破坏引起本身发生火灾的情况，如设备或其他容器遭受外来事故的波及，易燃物质外泄，遇火源发生事故。因此，在设计时要注意设备之间、装置之间、工厂之间的间距，就是要避免间接火灾的影响。

（三）自动反应

有些化学物质本身带有含氧分子团，不需外部供氧就能发生氧化反应。例如炸药、过氧化物等，性质极不稳定，遇到冲击振动或其他刺激因素，就能发生火灾爆炸。另外，有一些化合物本身能聚合（如不饱和烃类）和分解（如乙炔），受到温度、压力或储存时间的影响，就会自动发生反应，造成火灾爆炸。

（四）人的因素

人的可靠性较低，往往由于生理和心理状态造成误操作而发生事故。如何对人进行教育训练，提高其可靠性，这是人机工程学所研究的主要课题。

四、预先危险性分析格式

预先危险性分析结果可列为一种表格。表5-3-5是预先危险性分析的一般表格形式。火灾风险定性评估的最终结果以风险等级表征。火灾风险等级确定主要是针对那些易发生火灾的关键部位，确定出减少和清除发生的可能性及发生后损失的最佳方法。表5-3-6和表5-3-7分别给出结果和概率的定性分析，由此可以得到定性风险矩阵模型，见表5-3-8。

表5-3-5 预先危险性分析的一般表格形式

表5-3-6 结果的定性分析

表5-3-7 概率的定性分析

表5-3-8 定性风险矩阵模型

注：N——风险极大，需要立刻采取行动；H——高风险性，需要引起上级的高度重视；M——中等风险性，需要指定人员负责处理；L——低风险性，需要日常定期维护管理。

五、危险性控制

（一）限制能量

许多能量本身是产品，如发电厂生产电能；有些能量是被加工的原料，如炼油厂对原油加工。从限制能量的意义来说，对这类工厂没有什么实际意义，但在原料周转储存方面，也有可能采取限制能量的措施。例如：规定合理的储量和周转量；对于特别危险的装置如高压锅炉汽鼓，应设计得尽可能小些；火药和爆炸物的生产应远离居民区，其生产量也应有一定限度。

（二）防止能量散逸

采用防护材料，使有害的能量保持在有限的空间之内。例如：把放射物质放在铅容器内；电器设备和线路采用良好的绝缘材料防止触电；登高作业使用安全带防止由位能造成的摔伤，等等。另外，在能量源上采取防护措施。例如，增设防护罩、设备喷水灭火隔火装置、防噪声装置等。也可在能量与人和物之间设立防护措施，如玻璃视镜、禁入栏栅、防火墙等。还可在能量的放出路线和放出时间上采取措施，如排尘装置，防护性接地，安全过锁，安全标志等。

（三）减低损害和程度的措施

一旦事故发生，要立即采取措施，抑制事态发展以降低后果的严重程度。

（四）防止人为失误

严格规章制度的监督检查，加强安全教育，用人机工程学的原理改善人为失误状况等。

第三节 事件树分析法

事件树分析法是由初始事件推论事故后果的方法。本节主要介绍这种方法的作用、编制程序以及定性、定量分析过程。

一、事件树分析法的基本概念

事件树分析法起源于决策树分析法，它是一种按事故发展的时间顺序，由初始事件开始推论可能的后果，从而进行危险源辨识的方法。

一起事故的发生是许多原因事件相继发生的结果，其中一些事件的发生是以另一些事件首先发生为条件的，而一些事件的出现又会引起另一些事件的出现。在事件发生的顺序上，存在因果的逻辑关系。事件树分析法是一种时序逻辑的事故分析方法。它以一个初始事件为起点，按照事故的发展顺序，分成阶段，一步一步地进行分析，遵循每一事件可能的后续事件只能取完全对立的两种状态（成功或失败、正常或故障、安全或危险等）之一的原则，逐步向结果方向发展，直到达到系统故障或事故为止。所分析的情况用树枝状图表示，故称事件树。它既可以定性地了解整个事件的动态变化过程，又可以定量计算出各阶段的概率，最终了解事故发展过程中各种状态的发生概率。

二、事件树分析法的作用

1）可以事前预测事故及不安全因素，估计事故的可能后果，寻求最经济的预防手段和方法。

2）事后用事件树分析事故原因，十分方便明确。

3）事件树的分析资料既可作为直观的安全教育资料，也有助于推测类似事故的预防对策。

4）当积累了大量事故资料时，可采用计算机模拟，使事件树对事故的预测更为有效。

5）在安全管理上用事件树对重大问题进行决策，具有其他方法所不具备的优势。

三、事件树的编制程序

（一）确定初始事件

事件树分析法是一种系统地研究作为危险源的初始事件如何与后续事件形成时序逻辑关系而最终导致事故的方法。因此，正确选择初始事件十分重要。初始事件是事故在未发生时，其发展过程中的危害事件或危险事件。可以用两种方法确定初始事件：

1）根据系统设计、系统危险性评价、系统运行经验或事故经验等确定。

2）根据系统重大故障或事故树分析，从其中间事件或初始事件中选择。

（二）判定安全功能

系统中包含许多安全功能，在初始事件发生时，可消除或减轻其影响以维持系统安全运行。

（三）绘制事件树

从初始事件开始，按事件发展过程自左向右绘制事件树，用树枝代表事件发展途径。首先考察初始事件一旦发生时最先起作用的安全功能，把可以发挥功能的状态画在上面的分枝，不能发挥功能的状态画在下面的分枝。然后依次考察各种安全功能的两种可能状态，把发挥功能的状态（又称成功状态）画在上面的分枝，把不能发挥功能的状态（又称失败状态）画在下面的分枝，直到到达系统故障或事故为止。事件树编制过程如图5-3-1所示。

（四）简化事件树

在绘制事件树的过程中，可能会遇到一些与初始事件或与事故无关的安全功能，或者其功能关系相互矛盾、不协调的情况，需用工程知识和系统设计的知识予以辨别，然后从树枝中去掉，即构成简化的事件树。

在绘制事件树时，要在每个树枝上写出事件状态，树枝横线上面写明事件过程内容特征，横线下面注明成功或失败的状况说明。

四、事件树的定性分析

事件树的定性分析在绘制事件树的过程中就已进行，绘制事件树必须根据事件的客观条件和事件的特征作出符合科学性的逻辑推理，用与事件有关的技术知识确认事件可能状态，所以在绘制事件树的过程中就已经对每一发展过程和事件发展的途径作了可能性分析。

画好事件树之后的工作，就是找出发生事故的途径和类型以及制定预防事故的对策。

（一）找出事故联锁

事件树的各分枝代表初始事件一旦发生，其可能的发展途径。其中，最终导致事故的途径即为事故联锁。一般地，导致系统事故的途径有很多，即有许多事故联锁。事故联锁中包含的初始事件和安全功能故障的后续事件之间具有“逻辑与”的关系。显然，事故联锁越多，系统越危险；事故联锁中事件树越少，系统越危险。

图5-3-1 事件树编制过程

（二）找出预防事故的途径

事件树中最终达到安全的途径指导人们如何采取措施预防事故。在达到安全的途径中，发挥安全功能的事件构成事件树的成功联锁。如果能保证这些安全功能发挥作用，则可以防止事故。一般地，事件树中包含的成功联锁可能有多个，即可以通过若干途径来防止事故发生。显然，成功联锁越多，系统越安全；成功联锁中事件树越少，系统越安全。

五、事件树的定量分析

事件树的定量分析是指根据每一事件的发生概率，计算各种途径的事故发生概率，比较各个途径的概率大小，作出事故发生可能性序列，确定最易发生事故的途径。一般地，当各事件之间相互统计独立时，其定量分析比较简单；当事件之间相互统计不独立时，则定量分析变得非常复杂。这里仅讨论前一种情况。

1.各发展途径的概率

各发展途径的概率等于自初始事件开始的各事件发生概率的乘积。

2.事故发生概率

事件树定量分析中，事故发生概率等于导致事故的各发展途径的概率和。

定量分析要以事件概率数据作为计算的依据，而事件过程的状态又是多种多样的，一般会因为缺少概率数据而不能实现定量分析。

3.事故预防

事件树分析法把事故的发生发展过程表述得清楚而有条理，为设计事故预防方案、制定事故预防措施提供了有力的依据。

从事件树上可以看出，最后的事故是一系列危害和危险的发展结果，如果中断这种发展过程，就可以避免事故发生。因此，在事故发展过程中的各阶段，应采取各种可能措施，控制事件的可能性状态，降低危害状态的出现概率，增加安全状态出现概率，把事件发展过程引向安全的发展途径。

采取在事件不同发展阶段阻截事件向危险状态转化的措施，最好在事件发展前期过程实现，从而能产生阻截多种事故发生的效果。但有时因为技术经济等原因无法控制，这时就要在事件发展后期过程采取控制措施。显然，要在各事件发展途径上都采取措施才行。

六、事件树的应用实例

在铁路旅客运输中是严禁旅客携带易燃品上车的，以确保旅客运输安全。然而有的旅客违反规定携带易燃品，进站时未查出，将其带上火车，这就可能引起火灾事故，造成人员伤亡和财物损失。但如果处理得当，也可以避免火灾事故的发生。

具体分析如图5-3-2所示。

图5-3-2 火车火灾事故事件树分析示意图

第四节 事故树分析法

事故树分析法是系统安全工程中最常用的分析方法之一，是一种由事故树演绎推理事故过程和原因的评估方法。本节主要介绍该方法的基本概念和定性、定量分析的一般流程，更详细的计算分析过程可参考相关文献了解。

一、事故树分析法的基本概念

事故树分析法是一种演绎推理法。这种方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示，通过对事故树的定性与定量分析，找出事故发生的主要原因，为确定安全对策提供可靠依据。

事故树分析法是具体运用运筹学原理对事故原因和结果进行逻辑分析的方法。事故树分析法先从事故开始，逐层次向下演绎，将全部出现的事件用逻辑关系连成整体，对能导致事故的各种因素及相互关系作出全面、系统、简明和形象的描述。

对于火灾事故，可通过事故树分析，经过中间联系环节，将潜在原因和最终事故联系起来。这样可以调查事故原因，为采取整改措施提供依据。通过对原因的逻辑分析，可以分清导致事故原因的主次顺序，从而控制住有限的几个关键原因，就能有效地防止重大火灾事故发生，提高管理的有效性，节约人力、物力。

二、事故树的符号及其意义

事故树采用的符号包括事件符号、逻辑门符号和转移符号三大类。

1.事件及事件符号

在事故树分析中，各种非正常状态或不正常情况皆称为事故事件，各种完好状态或正常情况皆称为成功事件，两者均简称为事件。事故树中的每一个节点都表示一个事件。

（1）结果事件。结果事件是由其他事件或事件组合所导致的事件，它总是位于某个逻辑门的输出端，用矩形符号表示。

（2）底事件。底事件是导致其他事件的原因事件，位于事故树的底部，它总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件，用圆形符号表示。

（3）特殊事件。特殊事件是在事故树分析中需要表明其特殊性或引起注意的事件，用菱形符号表示。

2.逻辑门及其符号

逻辑门是连接各事件并表示其逻辑关系的符号。

（1）与门。与门可以连接数个输入事件E₁，E₂，…，E_n和一个输出事件E，表示仅当所有输入事件都发生时，输出事件E才发生的逻辑关系。

（2）或门。或门可以连接数个输入事件E₁，E₂，…，E_n和一个输出事件E，表示至少有一个输入事件发生时，输出事件E就发生。

（3）非门。非门表示输出事件是输入事件的对立事件。

3.转移符号

当事故树规模很大或整个事故树中多处包含有相同的部分树图时，为了简化整个树图，便可用转入和转出符号，以标出向何处转出和从何处转入。

（1）转出符号。它表示向其他部分转出，△内记入向何处转出的标记。

（2）转入符号。它表示从其他部分转入，△内记入从何处转入的标记。

三、事故树的定性分析

（一）割集和最小割集

事故树顶事件发生与否是由构成事故树的各种基本事件的状态决定的。很显然，当所有基本事件都发生时，顶事件肯定发生。然而，在大多数情况下，并不是所有基本事件都发生时顶事件才发生，而只要某些基本事件发生就可导致顶事件发生。在事故树中，引起顶事件发生的基本事件的集合称为割集，也称截集或截止集。一个事故树中的割集一般不止一个，在这些割集中，凡不包含其他割集的，称为最小割集。换言之，如果从割集中任意去掉一个基本事件后就不是割集，那么这样的割集就是最小割集。所以，最小割集是引起顶事件发生的充分必要条件。

对简单的事故树，可以直接观察出它的最小割集；但是，对一般的事故树来说，就不易做到；对于大型复杂的事故树来说，就更难了。这时需要借助于某些算法，并需要应用计算机进行计算。求最小割集的常用方法有布尔代数法、行列法、矩阵法等。如下以布尔代数法说明求最小割集的过程。

任何一个事故树都可以用布尔函数来描述。化简布尔函数，其最简析取标准式中的每个最小项所属变元构成的集合，便是最小割集。若最简析取标准式中含有m个最小项，则该事故树有m个最小割集。

根据布尔代数的性质，可把任何布尔函数化为析取和合取两种标准形式。

析取标准形式为

合取标准形式为

可以证明，A_i和B_i分别是事故树的割集和径集。如果定义析取标准式的布尔项之和A_i中的各项之间不存在包含关系，即其中任意一项基本事件的布尔积不被其他基本事件的布尔积所包含，则该析取标准式为最简析取标准式，那么A_i为结构函数f的最小割集。同理，可以直接利用最简合取标准式求取事故树的最小径集。

用布尔代数法计算最小割集，通常分三个步骤进行：

第一，建立事故树的布尔表达式。

第二，将布尔表达式化为析取标准式。

第三，化析取标准式为最简析取标准式。

化简最普通的方法是，当求出割集后，对所有割集逐个进行比较，使之满足最简析取标准式的条件。但当割集的个数及割集中的基本事件个数较多时，这种方法不但费时而且效率低，所以常用素数法或分离重复事件法进行化简。

1）素数法将每一个割集中的基本事件用一个素数表示，该割集用所属基本事件对应的素数的乘积表示。则一个事故树若有N个割集，就对应有N个数。把这N个数按数值从小到大排列，按以下顺序求最小割集：

①素数表示的割集是最小割集，与该素数成倍的数所表示的割集不是最小割集。

②在N个割集中去掉上面确定的最小割集和非最小割集后，再找素数乘积的最小数。该数表示的割集为最小割集，与该最小数成倍的数所表示的割集不是最小割集。

③重复上述步骤，直至在N个割集中找到N₁（N₁≠0，N₁≤N）个最小割集和N₂（0≤N₂≤N-N₁）个非最小割集，且N₁+N₂=N为止。

2）分离重复事件法的基本依据是：若某一事故树中无重复的基本事件，则求出的割集为最小割集；若树中有重复的基本事件，则不含重复基本事件的割集就是最小割集，仅对含有重复基本事件的割集化简即可。这里用N表示事故树的全部割集，N₁表示含有重复基本事件的割集，N₂表示不含重复基本事件的割集，N′表示全部最小割集。其步骤为：

①求出N，若事故树没有重复的基本事件，则N′=N。

②检查全部割集，将N分成N₁和N₂两组。

③化简含有重复基本事件的割集N₁为最小割集N₁′。

④N′=N′₁∪N₂。

最小割集在事故树分析中起着非常重要的作用，归纳起来有以下三个方面：

（1）表示系统的危险性。最小割集的定义明确指出，每一个最小割集都表示顶事件发生的一种可能，事故树中有几个最小割集，顶事件发生就有几种可能。从这个意义上讲，最小割集越多，说明系统的危险性越大。

（2）表示顶事件发生的原因组合。事故树顶事件发生，必然是某个最小割集中基本事件同时发生的结果。一旦发生事故，就可以方便地知道所有可能事故发生的途径，并可以逐步排除非本次事故的最小割集，而较快地查出本次事故的最小割集，这就是导致本次事故的基本事件的组合。显而易见，掌握了最小割集，对于掌握事故的发生规律、调查事故发生的原因有很大帮助。

（3）为降低系统的危险性，提出控制方向和预防措施。每个最小割集都代表了一种事故模式。由事故树的最小割集可以直观地判断哪种事故模式最危险，哪种次之，哪种可以忽略，以及如何采取措施使事故发生概率下降。

（二）径集与最小径集

在事故树中，当所有基本事件都不发生时，顶事件肯定不会发生。然而，顶事件不发生常常并不要求所有基本事件都不发生，而只要某些基本事件不发生，顶事件就不会发生。这些不发生的基本事件的集合称为径集，也称通集或路集。在同一事故树中，不包含其他径集的径集称为最小径集。如果从径集中任意去掉一个基本事件后就不再是径集，那么这样的径集就是最小径集。所以，最小径集是保证顶事件不发生的充分必要条件。

求最小径集一般采用对偶树法。根据对偶原理，成功树顶事件的发生，就是其对偶树（事故树）顶事件的不发生。因此，求事故树最小径集的方法是，首先将事故树变换成其对偶的成功树，然后求出成功树的最小割集，即为所求事故树的最小径集。

将事故树变为成功树的方法是将原事故树中的逻辑或门改成逻辑与门，将逻辑与门改成逻辑或门，并将全部事件变成事件补的形式，这样便可得到与原事故树对偶的成功树。

最小径集在事故树分析中的作用与最小割集同样重要，主要表现在以下两个方面：

（1）表示系统的安全性。最小径集表明，一个最小径集中所包含的基本事件都不发生，就可防止顶事件发生。可见，每一个最小径集都是保证事故树顶事件不发生的条件，是采取预防措施从而防止发生事故的一种途径。从这个意义上来说，最小径集表示了系统的安全性。

（2）选取确保系统安全的最佳方案。每一个最小径集都是防止顶事件发生的一个方案，可以根据最小径集中所包含的基本事件个数的多少、技术上的难易程度、耗费的时间以及投入的资金数量，来选择最经济、最有效控制事故的方案。

四、事故树的定量分析

事故树的定量分析首先确定基本事件的发生概率，然后求出事故树顶事件的发生概率。求出顶事件的发生概率之后，可与系统安全目标值进行比较和评价，当计算值超过目标值时，就需要采取防范措施，使其降至安全目标值以下。

基本事件的发生概率包括系统的单元（部件或元件）故障概率及人的失误概率等，在工程上计算时，往往用基本事件发生的频率来代替其概率值。

（一）系统的单元故障概率

目前，许多发达国家都建立了故障率数据库，用计算机存储和检索，使用非常方便，为系统安全和可靠性分析提供了良好的条件。我国已有一些行业开始进行建库工作，但数据还比较缺乏。

（二）人为失误概率

人为失误是另一种基本事件。系统运行中的人为失误是导致事故发生的一个重要原因。人为失误通常是指作业者实际完成的功能与系统所要求的功能之间的偏差。人为失误概率通常是指作业者在一定条件下和规定时间内完成某项规定功能时出现偏差或失误的概率。它表示人为失误的可能性大小，因此人为失误概率也就是人的不可靠度。一般根据人的不可靠度与人的可靠度互补的原则，可获得人为失误概率。

（三）顶事件的发生概率

事故树的定量分析是在已知基本事件发生概率的前提条件下，定量地计算出在一定时间内发生事故的可能性大小。如果事故树中不含有重复的或相同的基本事件，各基本事件又都是相互独立的，顶事件发生概率可根据事故树的结构，用下列公式求得。

用“与门”连接的顶事件的发生概率为

用“或门”连接的顶事件的发生概率为

式中 q_i——第i个基本事件的发生概率（i=1，2，…，n）。

第五节 其他火灾风险评估方法

火灾风险评估方法较多，本章前几节主要介绍了系统安全工程中集中常用的评估方法，本节简单介绍国内外常用的其他一些火灾风险评估方法。

一、火灾安全评估系统

火灾安全评估系统是20世纪70年代美国国家标准局火灾研究中心和公共健康事务局合作开发的。火灾安全评估系统相当于美国消防协会的《生命安全规范》，主要针对一些公共机构和其他居民区，是一种动态的决策方法。它为评估卫生保健设施提供了一种统一的方法。

该方法把风险和安全分开，通过运用卫生保健状况来处理风险。五个风险因素是：患者灵活性、患者密度、火灾区的位置、患者和服务员的比例、患者平均年龄，并由此派生了13种安全因素。通过德尔菲法，让火灾专家给每个风险因素和安全因素赋予相对的权重。总的安全水平以13个参数的数值计算得出，并与预先描述的风险水平作比较。

二、SIA81法

SIA81法是20世纪60年代首先在瑞士发展起来的，1965年首次公开出版，向外正式推行，迄今已修改过多次。在1984年，出版了《火灾风险评估法SIA DOC81》，即现在人们熟知的Gretener法。这一方法在瑞士和其他几个国家受到很好的认可和欢迎。此方法可作为快速评估法，用于评价大型建筑物可选方案的火灾风险。因为此法考虑了保险率和执行规范，所以此方法是最重要的火灾风险等级法之一。

FRAME方法是在SIA81法的基础上发展起来的，是一种计算建筑火灾风险的综合方法。它不仅以保护生命安全为目标，而且考虑对建筑物本身、室内物品及室内活动的保护，同时也考虑间接损失或业务中断等火灾风险因素。FRAME方法属于半定量分析法，用于新建或者已建的建筑物的防火设计，也可以用来评估当前火灾风险状况以及替代设计方案的等效性。

FRAME方法基于以下五个基本观点：

①在一个受到充分保护的建筑物中存在着风险与保护之间的平衡。

②风险的可能严重程度和频率可以用许多影响因素的结果来表示。

③防火水平也可以表示为不同消防技术参数值的组合。

④建筑风险评估对财产（建筑物以及室内物品）、居住者和室内活动分别进行。

⑤分别计算每个隔间的风险及保护。

FRAME方法中对火灾风险的定义为潜在风险与接受标准和保护水平的商。需要分开计算潜在风险，接受标准和保护水平。主要用途有：指导消防系统的优化设计，检查已有消防系统的防护水平，评估预期火灾损失，折中方案的评审和控制消防工程的质量。

三、Entec消防风险评估法

英国Entec公司研发的“消防风险评估工具箱”解决了两个问题：一是评估方法的现实性，是否在一定的时限内能达到最初设定的目标。经过对环境、毒品管理、海事安全等部门所使用的各种风险评估方法的进行广泛考察之后，研究人员认为如果对这些方法加以适当转换，就可以通过不同的方法对消防队应该接警响应的不同紧急情况进行评估。二是建立了社会对生命安全风险可接受程度的指标。

首先应该在全国范围内，对消防队应该接警响应的各类事故和各类建筑设施进行风险评估，这样得到一组关于灭火力量部署和消防安全设施规划的国家指南。对于各类事故和建筑设施而言，由于所采用的分析方法、数据各不相同，对国家水平上的风险评估设定了一个包括四个阶段的通用的程序：

①对生命和/或财产的风险水平进行估算。

②把风险水平与可接受指标进行对比。

③确定降低风险的方法，包括相应的预防和灭火力量的部署。

④对不同层次的灭火和预防工作的作用进行估算，确定能合理、可行地降低风险的最经济有效的方法。

指南确定后，才能提供一套评估工具。各地消防主管部门可以利用这些工具在国家规划要求范围内，对当地的火灾风险进行评估，并对灭火力量进行相应的部署。该项目要求针对以下四类事故制定风险评估工具：住宅火灾；商场、工厂、多用途建筑和民用高层建筑等人员比较密集的建筑物的火灾；道路交通事故一类危及生命安全、需要特种救援的事故；船舶失事、飞机坠落等重特大事故。

四、火灾风险指数法

瑞典的Magnusson等人提出了另一种半定量火灾风险评估方法——火灾风险指数法。该方法最初是为评价北欧木屋火灾安全性而建立的，从“木制房屋的火灾安全”项目发展演化而来。其子项目“风险评估”部分由瑞典隆德大学承担，目标是建立一种简单的火灾风险评估方法，可以同时应用于可燃和不可燃的多层公寓建筑。此方法即为火灾风险指数法。

五、基于抵御和破坏能力的建筑火灾风险评价

1.抵御和破坏能力风险分析方法

抵御和破坏能力风险分析方法也被称作能力和脆弱型风险评价方法。国际公共安全评估框架存在能力与脆弱性评估两个构面，基于能力与脆弱性视角的国际公共安全评估框架可归纳为三大类：

①单纯评估脆弱性的框架。

②单纯评估能力的框架。

③综合评估能力与脆弱性两方面的框架。

将能力和脆弱性分析方法引入到建筑火灾风险评价体系中，对于目前的建筑消防状况而言，社会的快速发展决定了消防安全系统的脆弱性和消防能力的动态失衡。所以，应对抵御力量和破坏力量进行综合分析，设计可根据社会发展动态调整的公共消防评价体系。

2.建筑火灾风险判定

用线性加权模型分别计算破坏力量和抵御力量的分值。计算公式为

式中 V——破坏力量或抵御力量的分值；

W_i——各级指标的权重；

F_i——最基层指标的分值。

通过比较破坏力量和抵御力量的分值可以判断评价对象的火灾风险。设R=破坏力量/抵御力量，则R的大小与火灾风险的关系见表5-3-9。

表5-3-9 火灾风险分级标准

通过破坏力量与抵御力量的比值R可以得到评价对象的火灾风险水平。针对不同的火灾风险等级，可以进行火灾风险特征描述，从而采取不同的应对措施。

六、火灾风险评估和性能化防火设计

性能化防火设计与火灾风险评估在内容上有交叉，该方法也能够完成对建筑消防设计的评估任务。这是一种新兴的基于防火性能的设计和评估手段，近年来在国内大型公共建筑消防设计评估中取得了广泛的应用。

火灾风险评估和性能化防火设计同样应用于建筑火灾防火设计性能的评价中。作为新兴的建筑火灾评估手段，二者存在的区别主要表现在如下几个方面：

①建筑火灾风险评价是对建筑火灾风险状态的评价，从宏观上获得建筑防火安全水平；而性能化防火设计是一种区别于传统设计的消防设计方法，从微观层面为建筑防火设计提供解决方案。

②多数情况下，火灾风险评估是对建筑消防现状的评价，性能化防火设计往往在建筑设计阶段完善消防设计方案。

③火灾风险评估的对象是消防安全的状态；性能化防火设计既可以提供消防设计方案，也可以完成对方案防火性能的评估，并解决传统消防设计中遇到的问题。

七、火灾风险评估的试验方法

试验方法可以作为火灾风险评估的重要手段，一般可以考虑对评价目标的相关子系统的运行效果进行测试。例如通风排烟系统，可在地铁、隧道等大型公共建筑内进行通风效果的测试、人员流量的统计等。火灾试验方法可归纳为实体试验、热烟试验和相似试验等。

实体试验模拟研究在火灾科学的烟气流动规律、燃烧特性、统计分析以及数值模型验证等研究领域具有重要意义。对既有的评价目标进行试验测试是最为理想的研究方法，然而，由于许多大型公共建筑实体试验的复杂性、对安全的敏感性以及巨大试验投入的限制，火灾风险评价中实体试验的开展受到很大的制约。

实体试验尽管最为有效，但限于实体火灾试验往往具有破坏性，为达到近似体现火灾效果，破坏性相对较小的热烟试验得到了更为广泛的应用。热烟试验是利用受控的火源与烟源，在实际建筑中模拟真实的火灾场景而进行的烟气测试。该试验是以火灾科学为理论基础，通过加热试验中产生的无毒人造烟气，呈现热烟由于浮力作用在建筑物内的蔓延情况，可用于测试烟气控制系统的排烟性能、各消防系统的实际运作效能以及整个系统的综合性能等。

火灾风险评价中，试验手段除了实体试验和热烟试验外，相似试验也是重要的技术途径之一。与原型相比，模型的尺寸一般都是按比例缩小（只在少数特殊情况下按比例放大），所以制造容易，装拆方便，试验人员少，较之实物试验，能节省资金、人力和时间。

本章思考题

1.论述对处于设计阶段的目标进行火灾风险评估常采用的方法。

2.对既有建筑进行火灾风险评估，一般应收集哪些资料？

3.论述火灾事故事后分析中常采用的评估方法。

4.比较事故树分析法和事件树分析法的应用特点。

5.论述试验方法在火灾风险评估中的作用和技术特性。

参考文献

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[15] 李引擎.建筑防火工程[M].北京：化学工业出版社，2004.

第四章 建筑性能化防火设计评估

学习要求

通过本章学习，应掌握建筑性能化防火设计评估的概念以及可以解决的问题，熟悉如何确立消防安全目标及判定条件，了解烟气模拟计算分析手段和烟气羽流有关参数的计算方法，掌握烟气流动几种计算模型的适用条件；了解人员安全疏散计算模拟分析手段和影响人员安全疏散的因素，掌握疏散安全所需时间的组成和计算方法，熟悉通用疏散分析模型及特性；了解建筑结构的主要形式及其耐火性能的特点，掌握影响建筑构件耐火性能的主要因素，了解钢结构、钢筋混凝土结构的耐火计算方法以及整体结构计算的方法和步骤。

如今，在消防界和建筑设计界，人们常常论及性能化设计这样的词语。似乎只要采用性能化的方式就可以解决目前采用现行标准无法解决的问题。那么，究竟性能化设计能够解决什么问题，性能化设计与评估之间具有什么关系，如何认识性能化设计与评估，在我国推动建筑性能化防火设计与评估还需要开展哪些工作？这些问题均需要结合我国实际情况开展相应的研究工作。本章介绍了性能化防火设计方法，包括建筑性能化防火设计可以解决的问题，火灾场景的确定以及烟气模拟计算分析、人员安全疏散计算模拟分析和结构耐火分析等内容。

第一节 概述

本节介绍了什么是性能化防火设计方法，该方法的发展过程及与传统防火设计方法的区别，建筑性能化防火设计方法能够解决的问题及所运用的手段和工具，及该方法的局限性。

一、性能化防火设计产生的背景

随着生产力的发展和社会财富的积累，火灾发生的频率和造成的损失越来越大，火灾的防治技术也越来越受到人们的重视。1666年9月英国伦敦发生火灾，大火持续了4天，约80%的城市建筑设施被烧毁。为了防止建筑物之间火灾的蔓延，英国制定了第一部有关消防的建筑规范，规定了建筑物之间的最小间距，并对建筑材料的使用进行了限制性规定。同样，世界各国的建筑防火设计规范都是长期以来人们与火灾斗争过程中总结出来的防火灭火经验的体现，同时综合考虑了当时的社会经济水平、科技水平以及其他国家的相关经验。这些规范中大多数规定是依照建筑物的用途、规模和结构形式等提出的，并且详细地规定了防火设计必须满足的各项设计指标或参数，设计人员不需要复杂的计算和分析过程，容易理解和掌握。

由于每座建筑的结构、用途及内部可燃物的数量和分布情况千差万别，因此按照规范统一给定的设计参数得到的设计方案，不一定是最合理和最有效的。特别是随着科学技术和经济的发展，各种复杂的、多功能的建筑迅速增多，新材料、新工艺、新技术和新的建筑结构形式不断涌现，对建筑的消防设计提出了新的要求，出现了许多规范难以解决的消防设计问题。在这种形势下，20世纪70年代出现了性能化防火设计的概念，到现在为止，性能化防火设计已被十多个国家所接受，并成为当前国际建筑防火设计领域研究的重点。

所谓性能化防火设计，是指根据建设工程的使用功能和消防安全要求，运用消防安全工程学原理，采用先进适用的计算分析工具和方法，为建设工程消防设计提供设计参数、方案，或对建设工程消防设计方案进行综合分析评估，完成相关技术文件的工作过程。

性能化防火设计是社会经济发展的必然趋势，它的出现与火灾科学和消防安全工程学的发展是分不开的。从19世纪末英国出现了利用金属受热膨胀原理制成的感温火灾自动探测装置以来，消防工程技术的发展已有100多年的历史。1946年第一台电子管计算机在美国研制成功，半导体和微电子技术发展迅速，计算机技术在社会各领域得到了充分的应用，消防工程技术也随之得到快速提升，各种智能化的火灾探测和自动灭火系统不断涌现。特别是大容量高性能计算工作站的出现，科学计算的能力越来越强大，使得大量复杂的火灾数据迅速分析和处理成为现实，这些都为性能化防火设计的发展提供了基础。

火灾科学与消防工程是一门以火灾发生与发展规律和火灾预防与扑救技术为研究对象的新兴综合性学科，是综合反映火灾防治科学技术的知识体系。火灾科学是反映火灾发生与发展规律的知识，如物质的燃烧与爆炸机理、火焰的化学反应机理、燃烧抑制与灭火机理、烟气的生成及毒性，以及火灾的发展、蔓延与控制等基础理论内容。消防工程是反映应用科学与工程原理防治火灾的知识，如对火灾危险性和危害性的分析评估、火灾模化、建筑防火技术、火灾探测报警技术、自动灭火技术、阻燃与耐火技术、火灾原因鉴定技术、火场通信指挥技术，以及人在火灾中的行为和反应，包括体能、心理和生理等，是消防的应用基础理论和应用技术部分。性能化防火设计是建立在火灾科学和消防工程学基础之上的一门应用技术，它的出现是火灾科学和消防工程学发展到一定阶段的必然结果。

美国、英国、日本、澳大利亚等国从20世纪70年代起就开展了性能化防火设计的相关研究，如火灾增长分析、烟气运动分析、人员安全疏散分析、建筑结构耐火分析和火灾风险评估等，并取得了一些比较实用的成果，各国纷纷制定性能化防火设计规范和指南等文件。

二、我国性能化防火设计发展

我国从1980年代初期就开始了火灾模化方面的研究，此后在火灾科学、火灾动力学演化、建筑火灾烟气运动等方面也开展了大量研究工作。但直到1995年国家“九五”科技攻关项目“地下大型商场火灾研究”开始，我国还只有少数从事此方面研究的人员对建筑物性能化防火设计有所认识。1996年后，特别是1997年FORUM会议（天津）以后，我国开始组织人员比较系统地收集整理和分析研究国内外有关建筑物性能化设计与标准方面的成果与信息。

“十五”期间，我国开始针对建筑性能化防火设计技术进行深入研究，在国家“十五”科技攻关课题《城市火灾与重大化学灾害事故防范与控制技术的研究》中分别开展了建筑物性能化防火设计技术导则的研究、高层建筑性能化防火设计评估技术研究、中庭式建筑性能化防火设计方法及其应用的研究和人员密集大空间公共建筑性能化防火设计应用研究等。

在这些研究工作的基础上，相关机构同时开展了工程应用。公安部天津消防研究所在“十一五”国家科技攻关项目中，开展了建筑物性能化防火设计规范研究项目，以保障我国建筑工程的消防安全水平，规范建筑消防安全工程技术在实际工程中的应用。

三、性能化防火设计与传统的防火规范做法对比

传统防火规范的技术要求建立在部分火灾案例的经验和火灾模拟实验等研究基础之上。历史上防火规范的出现和发展有着其相关的社会背景。当时人们掌握的科学技术水平尚无法透彻、系统地认识所处的客观社会，因此人类的技术行为难免呈现出多样性和不确定性。而为了保证工程最基本的安全度，有关的社会组织便通过一些成功的经验和理论描述，制定了一些规范条文去约束相应人员的技术行为。

传统的规范对设计过程的各个方面做了具体规定，但难以定量确定设计方案所能达到的安全水平。传统规范具有以下的特点：

1）没有细化的设计目标。

2）所使用的方法是确定的。

3）不需要再对设计的结果进行评估确认。

传统的防火设计规范为社会的发展和进步作出了巨大的贡献，但从社会进步的角度看，也存在着一些不足之处：

1）传统规范无法给出一个统一、清晰的整体安全度水准。传统规范适用于各类建筑，而各种建筑风格、类型和使用功能的差异，则无法在传统规范中给予明确的区别。因此，传统规范给出的设计结果无法告诉人们各建筑所达到的安全水准是否一致，也无法回答一幢建筑内各种安全设施之间是否能协调工作以及综合作用的安全程度如何。

2）传统防火规范是以前经验及科研技术的总结，难以跟上新技术、新工艺和新材料的发展。传统规范严格的定量规定妨碍设计人员使用新的研究成果进行设计，尽管这样的设计可能导致系统安全程度的提高和投入的减少，但很可能会与传统规范不符。大多数的传统规范条款来源于对历次火灾经验教训的总结，这种经验总结不可能涵盖所有的影响因素，尤其是随着建筑形式的发展而出现的新问题，更不可能是规范编写者在几年，甚至十几年前就能全部考虑到的。

3）传统规范限制了设计人员主观创造力的发展。非灵活的、太过具体的规范条文，常常桎梏设计人员的想象力，无形中僵化了人们的思维。规范中未规定或规定不具体的地方，也可能因盲目性而导致设计结果的失误。人们容易这样认为：符合传统规范条文要求的设计就是合格的，而对于规范没有规定的因素，设计人员就无从着手了。因此，对任何小的细节考虑不周都可能导致系统失效，完全背离设计的宗旨。

4）传统规范无法充分体现人的因素对整体安全度的影响。建筑是为人类的生产和生活服务的，人的素质在很大程度上影响着建筑防火安全的水平。比如人的生产、生活习惯，楼宇物业管理水平，人在火灾中的心理状态等都在事实上成为安全设计的主要考虑因素之一。然而，传统规范无法充分体现该类因素的作用。

当前，建筑防火相关领域新成果的不断涌现和现代信息处理技术的不断发展，在不断充实传统规范体系。与传统的防火设计规范相对比，性能化的防火设计规范具有以下特点：

1）加速技术革新。在性能化的规范的体系中，对设计方案不做具体规定，只要能够达到性能目标，任何方法都可以使用，这样就加快了新技术在实际设计中的应用，不必考虑应用新设计方法可能导致与规范的冲突。性能化的规范给防火领域的新思想、新技术提供了广阔的应用空间。

2）提高设计的经济性。性能化设计的灵活性和技术的多样化给设计人员提供更多的选择，在保证安全性能的前提下，通过设计方案的选择可以采用投入效益比更优化的系统。

3）加强设计人员的责任感。性能化设计以系统的实际工作效果为目标，要求设计人员通盘考虑系统的各个环节，减小对规范的依赖，不能以规范规定不足为理由忽视一些重要因素。这对于提高建筑防火系统的可靠性和提高设计人员技术水平都是很重要的。

由于性能化设计是一种新的设计方法，工程应用范围并不广泛，许多设计案例尚缺乏火灾实例验证。目前使用的性能化方法还存在以下一些技术问题：

1）性能评判标准尚未得到一致认可。

2）设计火灾的选择过程存在不确定性。

3）对火灾中人员的行为假设的成分过多。

4）预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有被广泛理解的局限性。

5）火灾模型的结果是点值，没有将不确定性因素考虑进去。

6）设计过程常常要求工程师在超出他们专业之外的领域工作。

需要注意的是，传统的防火设计规范与性能化的防火设计规范并不是对立的关系，恰恰相反，建筑设计既可以按照性能化防火规范与传统的防火设计规范一起使用，也可以独立按照消防安全工程的性能化判据与要求进行。在实际工程设计中，并不是所有的建筑物都应该或有必要按照性能化的工程方法进行设计。目前在一些开展这方面工作较早的国家，也只有1%～5%的建筑项目需要采用性能化的方式进行设计，如美国，约1%；新西兰和澳大利亚，3%～5%；德国，约1.5%。

建筑物的消防设计必须依据国家现行的防火规范及相关的工程建设规范进行。只有现行规范中未明确规定、按照现行规范施行有困难或虽有明确规定但执行该规定确有困难的问题，才采用性能化防火设计方法。即使如此，所设计的建筑物的消防安全性能也不应低于现行规范规定的安全水平。

任何建筑的消防安全都是一个复杂的系统工程，要实现其消防安全性能达到一定水平，必须根据采用性能化设计的部分，从整体设计进行系统的分析研究。即使这样，也只能通过改善建筑环境来控制和降低发生火灾的可能性及火灾危害，而无法完全消除火灾危险。不同功能的建筑物，需要采用性能化方式进行设计的问题也有差异，从总体上看，主要有人员安全疏散设施、防火分区面积、钢结构耐火保护以及建筑防排烟几个方面的问题。对于设计者提出需要进行性能化防火设计的问题，还必须由省级公安机关消防机构批准。某些重大或较复杂的工程建设项目，还应组织相关国家标准管理机构共同复审确定。

四、性能化防火设计核心内容

（一）整体评估

建筑物的性能化防火设计是通过采用至少与现行国家标准的规定等效的方法来实现建筑物的消防安全目标，以解决现行标准与实际需求不相适应的问题或某些不完善的规定所带来的问题。消防安全评估既是为了验证其设计方法及其结果是否与现行规范的规定等效，或者是否能达到与该建筑相适应的消防安全水平，也是为了便于进一步修改和完善现有设计方案。因此，任何一项性能化防火设计均必须在设计后进行相应的消防安全性能评估。此外，消防安全评估不仅局限于对新建建筑设计的安全性能进行评价，而且还可以单独对现有建筑或新建筑设计中采用的新材料等的消防安全性能进行评估，以确定其是否需要改造以及如何改造。

建筑物的性能化防火设计应包括防火设计、消防安全性能评估和方案改进与完善，设计与消防安全性能评估是一个相互有机结合的整体。但建筑物的消防安全性能技术评估也可以由第三方中介技术组织独立进行。在验证其等效性时，不得从其他国家的规范中断章取义引用条文，而应以我国国家标准的规定为基础进行等效性验证。

（二）专业人员

建筑物性能化防火设计是一门专业要求较高的技术性工作，是火灾科学和消防安全工程涉及的多门学科知识的综合运用。从业人员不仅应该熟悉消防技术法规，能够根据设计对象的功能与用途、高度和内部建筑特征确定其消防设计目标（如保证建筑物内使用人员的人身安全、结构稳定性等）以及相关的定量性能标准，而且能比较准确地确定和描述设计火灾场景和设定火灾，采用合适的方法（如选择或建立建筑物内火灾蔓延和烟气运动等的物理模型和数学模型等），选择和使用适当的分析预测工具，对火灾探测与报警系统、自动灭火系统、防排烟系统等消防系统有相当程度的了解，能够预测和分析、评价其可行性、有效性与可靠性。

此外，建筑物的消防安全水平的高低与建筑消防投资密切相关，合理确定该指标也是性能化防火设计的重要内容。

（三）程序控制

遵循一定的设计程序是保证设计质量的前提，特别是在进行性能化试设计和评估验证阶段。建筑物性能化设计一般在设计方案或扩初设计阶段进行，由设计师、业主、消防工程咨询专家等共同参与实施。建筑物性能化防火设计的一般程序为：

1）确定建筑物的使用功能、建筑设计的适用标准。

2）检查为实现建筑师的设计思想与业主的要求，哪些工程无法按现行标准中的规定要求实施，从而确定需要采用性能化设计方法进行设计的问题。

3）进行性能化试设计和评估验证。

4）修改完善设计并进一步评估验证确定设计是否满足所确定的消防安全目标。

5）提交审查与批准。

设计或评估人员应明白性能化防火设计的基本步骤、每一步骤中涉及的主要问题和内容以及各步骤之间的相互关系与影响。

五、性能化防火设计主要内容

（一）确定设计火灾场景与设定火灾

火灾场景的特征必须包括对火灾引燃、增长和熄灭的描述，同时伴随烟和火蔓延的可能途径以及任何灭火设施的作用。此外，还要考虑每一个火灾场景的可能后果。

描述火灾增长的模型目前主要有火灾模型的温度描述（时间温度曲线）和火灾模型的热释放速率描述两类。时间温度曲线主要用于计算构件温度，热释放速率模型主要用于计算烟气温度、构件温度和运用区域模型进行火灾模拟等。

在运用火灾模拟模型进行性能化防火设计与评估时，主要依据火灾的热释放速率模型。火灾的热释放速率曲线能否代表火灾的真实情况，直接影响性能化防火设计与评估的可靠性及其应用。

热释放速率曲线可直接通过火灾试验获得，但由于实体火灾试验的费用较高，此类可用的试验数据较少，而较多的是中型火灾试验与实验室规模的火灾试验数据（如锥形量热计、墙角试验、单体燃烧试验、大型锥形量热计和基于质量损失速率的测试方法）。当无法找到待设计的可燃组件的试验数据时，可以采用类似的火灾试验数据替代。

在一定种类可燃物分布和相应的通风条件下，火灾发展的最大热释放速率主要受最大的火源面积控制。点火初期火源的面积对火灾的增长将产生较大影响，可以将点火初期的火源面积理解为点火源的能量。

可燃物的火焰蔓延速度是指可燃物点火后沿水平和空间方向的蔓延速度，由于可燃物在空间上的蔓延速度对火灾蔓延的影响十分复杂，目前多采用水平方向的蔓延速度描述火灾发展的面积。

（二）不同类型建筑的火灾荷载密度确定

火灾荷载密度是可以较准确地衡量建筑物室内所容纳可燃物数量的一个参数，是研究火灾全面发展阶段性状的基本要素。在建筑物发生火灾时，火灾荷载密度直接决定着火灾持续时间的长短和室内温度的变化情况。建筑物内的可燃物可分为固定可燃物和容载可燃物两类。固定可燃物的数量可通过建筑物的设计图样准确地求得。容载可燃物数量很难准确计算，一般须调查统计确定。

目前国内尚无火灾荷载密度方面的调查统计数据，国外发达国家如美国、加拿大、日本等有一些这方面的调查统计数据。

（三）烟气运动的分析方法

在一定的建筑空间和火灾规模条件下，烟气的生成量主要取决于羽流的质量流量，它是进行火灾模拟、火灾及烟气发展评价和防排烟设计的基础。由于火灾烟气的复杂性，目前的羽流计算多采用基于实际火灾试验的半经验公式，比较著名的有Zukoski模型、Thomas-Hinkley模型、McCaffrey模型等，但这些模型有着各自不同的试验基础和适用条件，对同一问题各模型得出的结果往往存在着差异。世界上几个著名的建筑火灾区域模拟软件（如CFAST、MRFC等）都采用了不同的羽流模型，这给火灾的烟气运动分析带来了困难。

以上计算模型中Zukoski（1）、Zukoski（2）和NFPA模型适用于小面积火源条件下的羽流质量流量计算，Thomas-Hinkley模型适用于大面积火源条件下的羽流质量流量计算，McCaffrey模型既适用于小面积火源，也适用于大面积火源条件下的羽流质量流量计算。另外，各国还在积极开发新的烟气运动分析模型，如场模型、场-区-网模型等。

（四）人员安全疏散分析

各国对于建筑物内消防安全疏散中人员的疏散时间的计算方法，在理论上基本一致，但具体时间确定和疏散指标方面存在一定差异。人员安全疏散设计与评估必须考虑我国的实际情况和分析影响人员疏散时间的主要因素，根据建筑物的内部特征、使用人员特性和建筑物内消防设施情况及其影响等，确定安全疏散设计原则和疏散的模拟计算方法，并在预测计算的基础上与现行国家标准的规定进行比较，最后确定合理的人员疏散时间。

在该部分的设计与评估中，重点是解决疏散安全的评估（验证）方法，根据模型的假设条件、不同建筑内人员在火灾中的行为与心理特征，较准确地考虑相关不确定性所带来的影响。

（五）主动消防设施的对火反应特性分析

在很多建筑物中设有自动喷水灭火系统或其他自动灭火系统（如干粉、气体、泡沫和细水雾等），火灾发生后一定时间内，这些灭火系统将动作并向可燃物喷洒灭火剂，可燃物的燃烧状态将被改变，可燃物的热释放速率将减小，直到最终火灾熄灭。不同的灭火剂、灭火系统和喷洒强度等可对可燃物的燃烧状态产生不同的影响。可燃物在采取灭火措施后的燃烧状态是评价灭火系统灭火有效性的依据。

目前，已有一些描述采取灭火措施后可燃物燃烧状态的模型，一些区域火灾模拟软件也能模拟采取灭火措施后的火灾发展状况，但效果都不甚理想。

（六）火灾危害和火灾风险的分析与评估

火灾风险与评估的主要目标是准确辨识系统中存在的火灾危险因素，对这些因素的影响程度作出恰当的评价，并在此基础上对火灾的发生和发展过程及其危害作出预测，制订控制与处理事故的措施和方案。

火灾风险评估的判定标准是社会或者决策者的价值表述，它可以是一个极限值、极限值范围或者一个数值分布，每个风险评估对象都有不同的风险评估判定标准。风险评估判定标准的确定与风险承担者的可接受风险程度有关。因此，在确定火灾风险评估判定标准之前，应知晓对风险承担者可接受的损害和伤亡。

风险评估一般应确定火灾危害并对火灾危害的概率和危害后果进行量化、确定危害控制方案，进而量化火灾风险和选择合适的保护措施。

（七）性能化设计与评估中所用方法的有效性分析

不同设计者之间的知识和经验水平有很大差别，应注意对所用分析方法的准确性和有效性进行科学的分析和验证。

六、性能化防火设计问题

实际建筑工程的情况千差万别，在设计过程中，应积极分析研究国外的相关火灾发展与蔓延、烟气运动、人员安全疏散和结构耐火分析方面的模型与方法，开发具有自主知识产权的分析与计算工具。广泛进行各类场所内火灾荷载调查和各种典型火灾场景的火灾试验，丰富目前的火灾试验数据库。

（一）研究各类常见公共建筑内的人员荷载和人在火灾中的行为特征与心理，研究人员的疏散过程

商场、会展建筑、复杂的高层建筑、体育馆等公众聚集场所是消防安全管理的重点。由于地域差异对人员密度的影响不同、人员个体之间的行为和心理不同、社会背景以及建筑火灾本身不同等给人员疏散所带来的不确定性，使得这一过程变得复杂。这也是导致当前疏散模型较多的主要因素。当前急需研究开发与我国人体特征和行为习惯相适应的分析模型。

（二）研究灭火系统对火灾蔓延、烟气运动的影响，建立定量分析灭火系统对火反应模型

目前，主动消防设施对火灾反应的分析仅限于其响应时间的计算和对火灾发展的定性描述。事实上，不同环境和不同类型的火灾在不同灭火设施的作用下，其效果具有显著的差异。只有定量地分析和评价灭火系统对火灾发展的影响，才能准确分析火灾的蔓延与烟气生成量、烟气运动情况，合理地选择需要设置的灭火系统类型。

（三）研究结构耐火性能化设计的方法

根据建筑物的高度、使用性质和规模、体量、火灾场景等考虑其耐火等级，并进行相应的建筑构件耐火设计是实现安全性与经济性统一的途径之一。但目前建筑结构耐火性能方面的研究主要集中于材料在受火高温作用下的性能和构件耐火性能的研究。国际标准化组织等机构的相关工作也仍在进行中。在这方面，既要进一步开展系统的结构耐火性能研究，又要重视设计方法的开发。

（四）培训专业技术人员，规范性能化防火设计与评估人员的资质和职业道德

从事性能化防火设计与评估的技术人员应当系统地学习火灾科学、火灾安全工程、消防法规等专业课程，具备火灾燃烧方面的知识和火灾危险分析能力，具有良好的职业操守。政府的消防主管部门应充分发挥消防研究所、高等院校的力量，组织开展相关教育和培训，制订相关资质认证要求和程序，进行资质审查与监督管理。

随着消防安全工程的快速发展，消防安全工程学已因其潜力大、复杂度高以及应用广而在基础理论、方法学和实用工具领域得到较大的发展，性能化的防火设计方法也会越来越完善。

建筑物性能化防火设计与评估为实现建筑设计的多样化，更好地满足建筑功能需要提供了一条新的途径。但我国要推广建筑物性能化防火设计与评估技术还需要开展大量工作，需要充分认识到现行建筑防火设计方法的重要性，循序渐进、积极探索、发展和完善这一技术。

第二节 火灾场景设计

本节介绍了什么是火灾场景，如何设定火灾场景，包括火源功率的设定，火灾增长分析等。

一、火灾场景

火灾场景是对一次火灾整个发展过程的定性描述，该描述确定了反映该次火灾特征并区别于其他可能火灾的关键事件。火灾场景通常要定义引燃、火灾增长阶段、完全发展阶段、衰退阶段以及影响火灾发展过程的各种消防措施和环境条件。

火灾、建筑和人员之间的相互作用会形成一种非常复杂的系统。因此，为了采用确定性评估大型复杂建筑的消防安全，需要做一些保守的简化。根据这一理论，有一些因素会对火灾场景作出贡献，而其他一些因素对火灾场景的贡献并不显著。通过仔细选择对火灾场景设计影响较大的因素，然后运用适当的计算技术，可以较方便地得到等效安全解决方案。火灾场景的确定应根据最不利的原则确定，选择火灾风险较大的火灾场景作为设定火灾场景，如火灾发生在疏散出口附近并令该疏散出口不可利用、自动灭火系统或排烟系统由于某种原因失效等。火灾风险较大的火灾场景应包括发生概率高，但火灾危害不一定最大，或者火灾危害大，但发生概率低的火灾场景。

火灾场景必须能描述火灾引燃、增长和受控火灾的特征以及烟气和火势蔓延的可能途径、设置在建筑室内外的所有灭火设施的作用、每一个火灾场景的可能后果。在设计火灾场景时，应确定设定火源在建筑物内的位置及着火房间的空间几何特征，例如火源是在房间中央、墙边、墙角还是门边等以及空间高度、开间面积和几何形状等。

确定可能火灾场景可采用下述方法：故障类型和影响分析、故障分析、如果—怎么办分析、相关统计数据、工程核查表、危害指数、危害和操作性研究、初步危害分析、故障树分析、事件树分析、原因后果分析和可靠性分析等。

在进行火灾场景设计时，应该指定设定火源的位置及空间的几何形状，如有必要，还应指定房间内火源的位置，例如火是否在房间中央、墙边、墙角或门边。在消防队员到达现场开始扑救之前，建筑物内火灾的位置同样会造成扑救延迟。例如，消防队员扑救高层建筑中较高楼层的火灾的准备时间要比单层建筑火灾多。

二、设定火灾

在设定火灾时，一般不考虑火灾的引燃阶段、衰退阶段，而主要考虑火灾的增长阶段及全面发展阶段。但在评价火灾探测系统时，不应忽略火灾的阴燃阶段；在评价建筑构件的耐火性能时，不应忽略火灾的衰退阶段。

在设定火灾时，可采取用热释放速率描述的火灾模型和用温度描述的火灾模型。在计算烟气温度、浓度、烟气毒性、能见度等火灾环境参数时，宜选用采用热释放速率描述的火灾模型，如或；在进行构件耐火分析时，宜选用采用温度描述的火灾模型，如T=f（t）或T=f（t，w，c，q）。

在设定火灾时，需分析和确定建筑物的基本情况，包括：建筑物内的可燃物、建筑结构、平面布置、建筑物的自救能力与外部救援力量等。

在进行建筑物内可燃物的分析时，应着重分析以下因素：

1）潜在的引火源。

2）可燃物的种类及其燃烧性能。

3）可燃物的分布情况。

4）可燃物的火灾荷载密度。

在分析建筑的结构和平面布置时，应着重分析以下因素：

1）起火房间的外形尺寸和内部空间情况。

2）起火房间的通风口形状及分布、开启状态。

3）房间与相邻房间、相邻楼层及疏散通道的相互关系。

4）房间的围护结构构件和材料的燃烧性能、力学性能、隔热性能、毒性性能及发烟性能。

在分析和确定建筑物的自救能力与外部救援力量时，应分析以下因素：

1）建筑物的消防供水情况和建筑物室内外的消火栓灭火系统。

2）建筑内部的自动喷水灭火系统和其他自动灭火系统（包括各种气体灭火系统、干粉灭火系统等）的类型与设置场所。

3）火灾报警系统的类型与设置场所。

4）消防队的技术装备、到达火场的时间和灭火控火能力。

5）烟气控制系统的设置情况。

在确定火灾发展模型时，应至少分析下列因素：

1）初始可燃物对相邻可燃物的引燃特征值和蔓延过程。

2）多个可燃物同时燃烧时热释放速率的叠加关系。

3）火灾的发展时间和火灾达到轰燃所需时间。

4）灭火系统和消防队对火灾发展的控制能力。

5）通风情况对火灾发展的影响。

6）烟气控制系统对火灾发展蔓延的影响。

7）火灾发展对建筑构件的热作用。

对于建筑物内的初期火灾增长，可根据建筑物内的空间特征和可燃物特性采用下述方法之一确定：

1）试验火灾模型。

2）t²火灾模型。

3）MRFC火灾模型。

4）按叠加原理确定火灾增长的模型。

在有条件时，应尽量采用试验模型。但由于目前很多试验数据是在大空间条件下采用大型锥形量热计测量的结果，并没有考虑围护结构对试验结果的影响，因此在应用中应注意试验边界条件和通风条件与应用条件的差异。

对于面积较小的着火空间，判断达到轰燃时的临界热释放速率可采用式（5-4-1）计算。对于面积较大的着火空间，可将空间内热烟气层的温度达到500～600℃或单位地板面积接受的辐射热流量达到20kW作为着火房间达到轰燃的标志。

Q_fo=7.8A_t+378A_vh_v^1/2 （5-4-1）

式中 Q_fo——轰燃时的热释放速率（kW）；

A_t——封闭空间的总表面面积（m²）；

A_v——通风口的面积（m²）；

h_v——通风口的高度（m）。

对于火灾从轰燃到最高热释放速率之间的增长阶段，可以假设当轰燃发生时，火灾的热释放速率同时增长到最大值，此时房间内可燃物的燃烧方式多为通风控制燃烧，热释放速率将保持最大值不变。

火灾的最大热释放速率可根据火灾发展模型结合灭火系统的灭火效果来计算确定。灭火系统的灭火效果可以参考以下三种情况：

1）在灭火系统的作用下，火灾最终熄灭。

2）火灾被控制到恒稳状态。在灭火系统的作用下，热释放速率的不再增长，而是以一个恒定热释放速率燃烧。

3）火灾未受限制。这代表了灭火系统失效的情况。

灭火系统的有效控火时间可按下述方式考虑：

1）对于自动喷水灭火系统，可采用顶棚射流的方法确定喷头的动作时间，再考虑一定安全系数（如1.5）后确定该系统的有效作用时间。

2）对于智能控制水炮和自动定位灭火系统，系统的有效作用时间可按火灾探测时间、水系统定位和动作时间之和乘以一定安全系数计算。

3）对于消防队控火，可计算从火灾发生到消防队有效控制火势的时间，一般按15min计算。

三、火灾增长分析

（一）描述可燃物燃烧性能的主要参数

1）可燃物的点火性能，通常用单位面积可燃物在一定功率热辐射作用下的点火时间表示（s）。

2）可燃物的热值（kJ/kg）。

3）单位面积上的质量损失速率[kg/（m²·s）]。

4）单位面积上的热释放速率，[kJ/（m²·s）]。

5）毒性气体的生成率（kg/kg）。

6）烟气的遮光性，一般采用减光系数（m^-1）表示。

（二）可燃物的状况及火灾荷载密度

可燃物的状况主要考虑可燃物的形状、分布、堆积密度、高度、含水率、可燃烧的类型或燃烧性能等。

建筑物内的火灾荷载密度用室内单位地板面积的燃烧热值表示，见式（5-4-2）：

式中 q_f——火灾荷载密度（MJ/m²）；

G_i——某种可燃物的质量（kg）；

H_i——某种可燃物单位质量的发热量（MJ/kg）；

A——着火区域的地板面积（m²）。

一个空间内的火灾荷载密度也可以参考同类型建筑内火灾荷载密度的统计数据来确定。在进行此类统计时，应该至少对五个典型建筑取样。

在一定种类可燃物分布和相应的通风条件下，火灾发展的最大热释放速率主要受最大的火源面积控制。此外，用参数计算的方法确定火灾热释放速率随时间的变化，也需要最大火源面积这一参数。

火灾发展的面积（A_f）可采用可燃物水平方向的火焰蔓延速度表示，见式（5-4-3）：

A_f=XY或A_f=πR² （5-4-3）

X=a₀+v_xt，Y=b₀+v_yt，R=R₀+vt

式中 a₀——点火源面积在x方向的长度（m）；

b₀——点火源面积在y方向的长度（m）；

R₀——点火源的直径（m）；

v_x——火焰沿x方向的蔓延速度（m/s）；

v_y——火焰沿y方向的蔓延速度（m/s）；

v——火焰沿径向的蔓延速度（m/s）；

t——点火后火焰的蔓延时间（s）。

着火房间内烟气层的中性面位置，随热烟气温度和开口位置而变化。在中性面上方，着火房间内部的气体压力大于相邻房间或外部的气体压力；在中性面下方，着火房间内部的气体压力小于相邻房间或外部的气体压力。

通风口的形状、大小和分布影响着火房间内的燃烧类型、气体流动状态和火灾烟气及热的排放。

四、热释放速率

（一）实际火灾试验

通过实际的火灾试验，获得火灾的热释放速率曲线。但在应用中应注意试验的边界条件和通风条件与应用条件的差异。试验结果表明，在一个大约和ISO9705房间大小相当的房间内燃烧带坐垫的椅子，当考虑从100～1000kW范围的火灾时，要比在敞开式大空间内的燃烧速率增加20%。

（二）类似试验

如果缺少分析对象的可燃组件的试验数据，可以采用具有类似的燃料类型、燃料布置及引燃场景的火灾试验数据。当然，试验条件与实际要考虑的情况越接近越好。

例如，在分析会展中心中的一个展位发生火灾时，因缺少展位起火的试验数据，可以采用一个办公家具组合单元的火灾试验数据。试验中的办公家具组合单元包括两面办公单元的分隔板、组合书架、软垫塑料椅、高密度层压板办公桌以及一台计算机，还有98kg纸张和记事本等纸制品。该办公家具组合单元中包含了展览中较为常见的可燃物，物品的摆放形式也基本与展位的布置相同，且其尺寸与一个展位相当。

（三）稳态火灾

在稳态火灾的整个发展过程中，火源的热释放速率始终保持一个定值。火灾发展过程中的充分发展阶段可以近似看成是稳态火灾。某些时候，为了简化计算，一般保守地设定火灾为稳态火灾，尤其是在进行排烟系统的计算时，这种方法可以为防排烟系统的设计提供相对保守的结果。稳态火灾的火灾热释放速率可采用式（5-4-4）计算，即

其中 ——稳态火灾的热释放速率（kW）；

——燃料的质量燃烧速率（kg/s）；

h_c——燃料的燃烧值（kJ/kg）。

稳态火灾的热释放速率应该对应预期火灾增长的最大规模，因此稳态火灾的热释放速率也可以用在自动喷水灭火系统的第一个洒水喷头启动时的火灾规模来判断。

（四）t²模型

t²模型描述火灾过程中火源热释放速率随时间的变化关系，当不考虑火灾的初期点燃过程时，可用式（5-4-5）表示，即

式中 ——火源热释放速率（kW）；

α——火灾发展系数（kW/s²），；

t——火灾的发展时间（s）；

t₀——火源热释放速率时所需要的时间（s）。

根据火灾发展系数，火灾发展阶段可分为极快、快速、中速和慢速四种类型，表5-4-1给出了火灾发展系数与美国消防协会标准中示例材料的对应关系。

表5-4-1 火焰水平蔓延速度参数值

（五）MRFC模型

MRFC模型是火灾与烟气在建筑物内蔓延的多室区域模拟软件。该软件中运用可燃物火焰蔓延速度及其燃烧特性参数计算热释放速率，其计算公式为式（5-4-6）或式（5-4-7），即

或

式中 ——单位面积上的质量损失速率[kg/（m²·s）]；

H_u——可燃物的平均热值（kJ/kg）；

χ——可燃物的燃烧效率（%），在充分燃烧条件下，取χ=100%；

A_f——火源燃烧面积（m²）；

——单位面积上的热释放速率（kW/m²）。

（六）热释放速率曲线叠加模型

当房间内某可燃物着火后，会因火源和热烟气层的热辐射作用，而在一定时间内引燃其周围可燃物，使热释放速率增长。此时的热释放速率应为原着火可燃物的热释放速率和被引燃可燃物热释放速率的叠加。距火源中心距离为R处所接收到的火源辐射热流量和火源热释放速率的关系可表示为

邻近可燃物与火源中心的距离R计算公式为

R=r+L （5-4-9）

式中 ——火源热释放速率（kW）；

R——距火源中心的距离（m）；

——受火源辐射作用而接收到的热流量（kW/m²）。

r——火源的等效半径（m）；

L——可燃物与火源边界的距离（m）。

受热辐射作用引燃可燃物的最小热流量因可燃物材料不同而有所差异，如聚氨酯泡沫的最小引燃热流量约为7kW/m²，木材的最小引燃热流量约为10～13kW/m²，小汽车的最小引燃热流量约为16kW/m²。当着火房间高度较高时，空间内的冷空气层较高、热烟气层温度较低，可忽略热烟气层的热辐射作用，而直接运用式（5-4-8）判断相邻可燃物的引燃状况。反之，不能忽略热烟气层的热辐射作用。判断相邻可燃物的引燃状况时，除了用式（5-4-8）计算火源的辐射热流外，还要计算热烟气层的辐射热流量。

第三节 烟气流动与控制

统计表明：火灾中85%以上的死亡者是由于烟气的作用，有毒和高温烟气的吸入是造成火灾中人员伤亡的主要原因。因此，为了及时排除有害烟气，阻止烟气向防烟分区外扩散，确保建筑物内人员的安全疏散、安全避难和为消防队员创造有利扑救条件，需要在建筑中设置防烟和排烟设施。

总体上建筑的防烟和排烟的设计理论就是烟气控制理论。对于一幢建筑物，当内部某个房间或部位发生火灾时，应循序采取必要的防排烟措施，对火灾区域实行排烟，使火灾产生的烟气和热量能迅速排除；对非火灾区域的疏散通道等应采用机械加压送风等防烟措施，使该区域的气压高于火灾和烟气侵入区域的气压，阻止烟气的侵入。

大规模建筑其内部结构相当复杂，建筑物的烟气控制应组合应用几种方法。防排烟形式的合理性，不仅关系到烟气控制的效果，而且具有很大的经济意义。

一、烟气流动的驱动作用

为了减少烟气的危害，应当了解建筑烟气流动的各种驱动作用，以便对火势发展作出正确的判断，在建筑设计中做好烟气控制系统的设计。

（一）烟囱效应

当外界温度较低时，在诸如楼梯井、电梯井、垃圾井、机械管道、邮件滑运槽等建筑物中的竖井内，与外界空气相比，由于温度较高而使内部空气的密度比外界小，便产生了使气体向上运动的浮力，导致气体自然向上运动，这一现象就是烟囱效应。当外界温度较高时，则在建筑物中的竖井内存在向下的空气流动，这也是烟囱效应，可称之为逆向烟囱效应。在标准大气压下，由正、逆向烟囱效应所产生的压差为

式中 Δp——压差（Pa）；

K_s——修正系数（Pa·K/m），取3460Pa·K/m；

T_o——外界空气温度（K）；

T_i——竖井内空气温度（K）；

h——距中性面的距离（m）。

此处的中性面是指内外静压相等的建筑横截面，高于中性面为正，低于中性面为负。图5-4-1给出了烟囱效应所产生的竖井内外压差沿竖井高度的分布，其中正压差表示竖井的气压高于外界气压，负压差则相反。

图5-4-1 烟囱效应所产生的竖井内外压差示意图

烟囱效应通常是发生在建筑内部和外界环境之间，图5-4-2分别给出了正、逆向烟囱效应引起的建筑物内部空气流动示意图。

在考虑烟囱效应时，如果建筑与外界之间空气交换的通道沿高度分布较为均匀，则中性面位于建筑物高度的一半附近；否则，中性面的位置将有较大偏离。

烟囱效应是建筑火灾中竖向烟气流动的主要因素，在正向烟囱效应的影响下，空气流动能够促使烟气从火区上升很大高度。如果火灾发生在中性面以下区域，则烟气会与建筑内部空气一道窜入竖井并迅速上升，由于烟气温度较高，其浮力大大强化了上升流动，一旦超过中性面，烟气将窜出竖井进入楼道。若相对于这一过程，楼层间的烟气蔓延可以忽略，则除起火楼层外，在中性面以下的所有楼层中相对无烟，直到着火区的发烟量超过烟囱效应流动所能排放的烟量。

图5-4-2 正、逆向烟囱效应引起的建筑内部空气流动示意图

如果火灾发生在中性面以上的楼层，则烟气将由建筑内的空气气流携带从建筑外表的开口流出。若楼层之间的烟气蔓延可以忽略，则除着火楼层以外的其他楼层均保持相对无烟，直到火区的烟生成量超过烟囱效应流动所能排放的烟量。若楼层之间的烟气蔓延非常严重，则烟气会从着火楼层向上蔓延。

逆向烟囱效应对冷却后的烟气蔓延的影响与正向烟囱效应相反，但在烟气未完全冷却时，其浮力还会很大，会导致在理想烟囱效应的条件下烟气仍向上运动。

（二）浮力作用

着火区产生的高温烟气由于其密度降低而具有浮力，着火房间与环境之间的压差可用与式（5-4-11）类似的形式来表示，即

式中 Δp——压差（Pa）；

K_s——修正系数（Pa·K/m），取3460Pa·K/m；

T_o、T_F——周围环境及着火房间的温度（K）；

h——中性面以上距离（m）。

Fung进行了一系列的全尺寸室内火灾试验测定压力的变化，试验结果指出：对于高度约3.5m的着火房间，其顶部壁面内外的最大压差为16Pa。对于高度较大的着火房间，由于中性面以上的高度h较大，可能产生很大的压差。如果着火房间温度为700℃，则中性面以上10.7m高度上的压差约为88Pa，所形成的压力已超出了目前的烟气控制水平。图5-4-3给出了由烟气浮力所引起的压差曲线。

若着火房间顶棚上有开口，则浮力作用产生的压差会使烟气经此开口向上面的楼层蔓延。同时浮力作用产生的压差还会使烟气从墙壁上的任何开口及缝隙或门缝中泄漏。当烟气离开火区后，由于热损失及与冷空气混合，其温度会有所降低，因而，浮力的作用及其影响会随着与火区之间距离的增大而逐渐减小。

图5-4-3 浮力作用产生的压差

（三）气体热膨胀作用

燃料燃烧释放的热量会使气体明显膨胀并引起气体运动。若考虑着火房间只有一个墙壁开口与建筑物其他部分相连，则在火灾过程中，建筑内部的空气会从开口下半部流入该着火房间，而热烟气也会经开口的上半部从着火房间流出。因燃料热解、燃烧过程所增加的质量与流入的空气相比很小，可将其忽略，则着火房间流入与流出的体积流量之比可简单地表示为温度之比，即

式中 、——着火房间流出烟气的体积流量和流入着火房间空气的体积流量（m³/s）；

T_out、T_in——相应的烟气和空气的平均温度（K）。

若建筑内部初始空气温度为20℃，当空气温度达到600℃（873K）时，其体积约膨胀到20℃（293K）时的三倍。对有多个门或窗敞开的着火房间，由于流动面积较大，因气体膨胀在开口处引起的压差较小而可以忽略，但对于密闭性较好或开口很小的着火房间，如燃烧能够持续较长时间，则因气体膨胀作用产生的压差将非常重要。

（四）外部风向作用

在许多情况下，外部风会在建筑的周围产生压力分布，这种压力分布可能对建筑物内的烟气运动及其蔓延产生明显影响。若风朝着建筑物吹过来，会在建筑物的迎风侧产生较高的滞止压力，会使建筑物内的烟气向下风方向流动。风作用于某一表面上的压力可表示为

式中 p_w——风作用于建筑物表面的压力（Pa）；

C_w——量纲的压力系数；

ρ_∞——环境空气密度（kg/m³）；

v——风速（m/s）。

若采用空气温度T_o（K）来表示，式（5-4-13）可改写为

在式（5-4-13）、式（5-4-14）中，量纲的压力系数C_w的取值范围为-0.8～0.8，对于迎风墙面其值为正，而对背风墙面则为负，C_w的取值大小与建筑的几何形状有关并随墙表面上的位置不同而变化。表5-4-2给出了附近无障碍物时，矩形建筑物墙面上压力系数的平均值。

表5-4-2 矩形建筑物各墙面上的平均压力系数

注：H为屋顶高度，L为建筑物的长边，W为建筑物的短边。

按以上两式计算，风速为7m/s、压力系数C_w为0.8时产生的风压约为52Pa。在门窗关闭、密封性较好的建筑中，风压对空气流动的影响很小，但对密闭性较差或门窗均敞开的建筑，风压对其中空气流动的影响则很大。

一般而言，在距地表面最近的大气边界层内，风速随高度增加而增大，而在垂直离开地面一定高度的空中，风速基本上不再随高度增加，可以看作等速风。在大气边界层内，地势或障碍物（如建筑物、树木等）都会影响边界层的均匀性，通常风速和高度的关系可用指数关系来进行描述：

v=v₀（Z/Z₀）ⁿ （5-4-15）

式中 v——实际风速（m/s）；

v₀——参考高度的风速（m/s）；

Z——测量风速v时的所在高度（m）；

Z₀——参考高度（m）；

n——量纲的风速指数。

图5-4-4表示了不同地形条件下的风速分布，从中可看出，在不同地区的大气边界层厚度差别较大，应使用不同的风速指数。在平坦地带（如空旷的野外），风速指数可取0.16左右；在不平坦的地带（如周围有树木的村镇），风速指数可取0.28左右；在很不平坦的地带（如市区），风速指数可取0.40左右。

图5-4-4 不同地形条件下的风速分布

a）平坦地带（如湖泊） b）很不平坦的地带（如市区）

在建筑发生火灾时，经常出现着火房间窗玻璃破碎的情况。如果破碎的窗户处于建筑的背风侧，则外部风作用产生的负压会将烟气从着火房间中抽出，这可以大大缓解烟气在建筑内部的蔓延；而如果破碎的窗户处于建筑的迎风侧，则外部风将驱动烟气在着火楼层内迅速蔓延，甚至蔓延至其他楼层，这种情况下外部风作用产生的压力可能会很大，而且可以轻易地驱动整个建筑内的气体流动。

（五）供暖、通风和空调系统

许多现代建筑都安装有供暖、通风和空调系统（HVAC），火灾过程中，HAVC能够迅速传送烟气。在火灾的开始阶段，处于工作状态的HVAC系统有助于火灾探测，当火情发生在建筑中的无人区内，HVAC系统能够将烟气迅速传送到有人的地方，使人们能够很快发现火情，及时报警和采取补救措施。然而，随着火势的增长，HVAC系统也会将烟气传送到它能到达的任何地方，加速了烟气的蔓延，同时，它还可能将大量新鲜空气输入火区，促进火势发展。

为了降低HVAC在火灾过程中的不利作用，延缓火灾的蔓延，应当在HVAC系统中采取保护措施。例如在空气控制系统的管道中安装一些可由某种烟气探测器控制的阀门，一旦某个区域发生火灾，它们便迅速关闭，切断着火区域其他部分的联系；或者根据对火灾的探测信号，设计可迅速关闭HVAC系统的装置，不过即使及时关闭了HVAC系统可避免其向火区输入大量新鲜空气，也无法避免在烟气的烟囱效应、浮力或外部风力的作用下通过其通风管道和建筑中其他开口四处蔓延。

二、烟气流动分析

（一）火羽流的形成

在火灾中，火源上方的火焰及燃烧生成的烟气通常称为火羽流。实际上，所有的火灾都要经历这样一个重要的初始阶段，即在火焰上方由浮力驱动的热气流持续地上升进入新鲜空气占据的环境空间，这一阶段从着火（包括连续的阴燃）然后经历明火燃烧过程直至轰燃前结束。图5-4-5给出了包括中心线上温度和流速分布在内的火羽流示意图，可燃挥发成分与环境空气混合形成扩散火焰，平均火焰高度为L，火焰两边向上伸展的虚线表示羽流边界，即由燃烧产物和卷吸空气构成的整个浮力羽流的边界。图5-4-5b所示为理想化的轴对称火羽流模型，z₀表示虚点火源高度。

图5-4-5c中定性地给出了试验观测得到的火羽流中心线上温度和纵向流速分布，其中温度以相对于环境的温差表示。从图5-4-5中可以看到，火焰的下部为持续火焰区，因而温度较高且几乎维持不变；而火焰的上部为间歇火焰区，从此温度开始降低。这是由于燃烧反应逐渐减弱并消逝，同时环境冷空气被大量卷入的缘故。火焰区的上方为燃烧产物（烟气）的羽流区，其流动完全由浮力效应控制，一般称其为浮力羽流，或称烟气羽流。火羽流中心线上的速度在平均火焰高度以下逐渐趋于最大值，然后随高度的增加而下降。

图5-4-5 火羽流示意图

图5-4-6 浮力羽流与顶棚的相互作用

（二）顶棚射流

顶棚射流是一种半无限的重力分层流，当烟气在水平顶棚下积累到一定厚度时，它便发生水平流动，图5-4-6表示了这种射流的发展过程。

羽流在顶棚上的撞击区大体为圆形，刚离开撞击区边缘的烟气层不太厚，顶棚射流由此向四周扩散。顶棚的存在将表现出固壁边界对流动的黏性影响，因此在十分贴近顶棚的薄层内，烟气的流速较低。随着垂直向下离开顶棚距离的增加，其速度不断增大，而超过一定距离后，速度又逐步降低为零。这种速度分布使得射流前锋的烟气转向下流，然而热烟气仍具有一定的浮力，还会很快上浮。于是顶棚射流中便形成一连串的漩涡，它们可将烟气层下方的空气卷吸进来，因此顶棚射流的厚度逐渐增加而速度逐渐降低。

研究表明，一般情况下顶棚射流的厚度为顶棚高度的5%～12%，而在顶棚射流内最大温度和速度出现在顶棚以下顶棚高度的1%处。这对于火灾探测器和洒水淋头等的设置有特殊意义，如果它们被设置在上述区域以外，则其实际感受到的烟气温度和速度将会低于预期值。

烟气顶棚射流中的最大温度和速度是估算火灾探测器和洒水淋头响应的重要基础。对于稳态火，为了确定不同位置上顶棚射流的最大温度和速度，通过大量的试验数据拟合可得到不同区域内的关系式，应该指出的是，这些试验是在不同可燃物（木垛、塑料、纸板箱等）、不同大小火源（668kW～98MW）和不同高度顶棚（4.6～15.5m）情况下进行的，得到的关系式仅适用于刚着火后的一段时期，这一时期内热烟气层尚未形成，顶棚射流可以被认为是非受限的。

在撞击顶棚点附近烟气羽流转向的区域，最大平均温度和速度与以撞击点为中心的径向距离无关，Alpert推导出此时最大温度和速度计算式为

烟气流转向后水平流动区域内的最大温度和速度计算式为

式中 ΔT_max——最大平均温度（℃）；

v_max——最大平均速度（m/s）；

z_H——火源到顶棚的高度；

z_V——火源基部以上虚点源的高度；

r——以羽流撞击点为中心的径向距离（m）；

——火源对流热释放速率（kW），对流热占总热释放速率的比值为0.7。

火羽流转向区外顶棚以下，平均温升ΔT随垂直距离y的变化的无量纲相关性，可按式（5-4-20）、式（5-4-21）计算。

基于式（5-4-20）中给出的温度曲线，顶棚射流的最高温升应发生在式（5-4-21）中顶棚以下垂直距离y上，即

火羽流转向区外顶棚以下，顶棚射流平均速度v随垂直距离y的变化的无量纲相关性，可按式（5-4-22）、式（5-4-23）计算。

基于式（5-4-22）中给出的速度曲线，顶棚射流的最大速度应发生在式（5-4-23）中顶棚以下垂直距离y上，即

以上公式组不适用于以下几种情况：

1）火源是瞬时的而且（或者）受到灭火剂的影响；长宽比大于或等于2的矩形火源；空气入口受限或者平均火焰高度小于或等于火源高度的三维火源；由喷焰组成的火源（如管道或加压燃料储液罐小孔泄漏造成的）；火焰在火源以上分散到一定程度，具有多重火羽流的火源。

2）在无阻平面空间内，火焰平均高度L高于顶棚高度z_H的50%，而且（或者）火源直径D大于火源最小宽度的10%。

3）受空气动力紊乱度的影响产生的顶棚射流。空气动力紊乱度是由气流场中的障碍物而产生的，或者受自然通风及机械通风的影响而产生。

4）含有梁、烟幕或其他分界面，能够引起非轴对称流或者导致热气层向下朝引火源流动的顶棚，和（或）易燃的和（或）不水平的顶棚。

5）火源或者其火焰到分界面的距离在火源直径D之内；火羽流中轴线到分界面的距离在2z_H（顶棚高度）之内。

（三）大空间窗口羽流

从墙壁上的开口（如门、窗等）流出而进入其他开放空间中的烟流通常被称为“窗口羽流”。一般情况下，在房间起火之后，火灾全面发展的性状（即可燃物的燃烧速度、热释放速率等）是由墙壁上的门窗等通风开口的空气流速控制的，即热释放速率与通风口的特性有关。根据木材及聚氨酯等试验数据可得到平均热释放率的计算公式为

式中 A_w——开口的面积（m²）；

H_w——开口的平均高度（m）。

大空间窗口羽流的质量流率计算式为

式中 Z_w——距离窗口顶端之上的高度（m）；

α——烟流高度修正系数。

在确定火源高度时，可以假定火源处于开放空间中，并具有与窗口射流火焰顶端处的窗口射流相同卷吸量的火源高度。而且，可假定位于火焰顶端处的空气卷吸与开放空间中的火灾相同。

三、烟气层有关参数计算

烟气层高度对人员疏散是一个重要的影响因素，人员在到达安全位置之前，应尽量保证疏散过程中不会在建筑烟气中穿过。

封闭空间的烟气填充过程：直到烟气层界面下移到垂直开口的上边缘为止，烟气始终在封闭空间的上部累积，如图5-4-7所示。由于热膨胀，过量的空气被挤出封闭空间。当烟气层降低到开口上界面以下位置时，随着新鲜空气的进入，烟会流出封闭空间。

图5-4-7 在烟气充填过程中的质量守恒

1—由于热膨胀而过量的空气 2—底部面积

热释放速率的计算式为

当n=0时，表示稳定燃烧的火；n=2时，表示正在增大的火，与时间成平方关系。

火源上方高度为z处的火羽流质量流速计算式为

某时刻下的烟气层界面位置（烟气层高度）的计算式为

为了计算烟气层界面位置，必须设定烟密度。在实际应用中，对封闭大空间初期的烟气充填过程取ρ_s=1.0会得到较为保守的结果。在随后的烟气充填过程中，热膨胀现象非常明显。在这种情况下，下列公式适用于t²型火，即。

式中 z——烟层界面高度（m）；

A——封闭空间的地面面积（m²）；

H——封闭空间的高度（m）；

t——火源燃烧时间（s）；

χ——火源热释放速率中热辐射所占的比例；

λ——烟气在封闭空间内充填过程中的热吸收系数（kg/m³）；

α——火源增长速率（kW/s²）；

ρ_s——烟密度（kg/m³）。

四、烟气流动的计算方法及模型选用原则

（一）概述

在火灾科学的研究方法中，采用计算机实现火灾过程或某火灾分过程阶段的模拟研究是一个飞跃。它具有信息代价少、模拟工况灵活、可重复性强等优点。随着计算机技术的不断发展，流体数学物理模型进一步完善，将成为未来研究火灾问题的主要手段。火灾的计算机模拟方法的核心是火灾模型，火灾模型是由火灾各分过程子模型在特定的模拟平台上融合而成的。

运用数学模型模拟计算防火的发展过程，是认识火灾特点和开展有关消防安全水平评估的重要手段，尤其对建筑物的性能和设计来说尤为重要。经过最近二三十年的研究，在火灾烟气流动研究领域已经发展出了多种分析火灾的数学模型。据统计，现在有60～70种比较完善的火灾模型可供使用。综合实际计算要求和客观条件限制，对火灾过程的同一个分过程进行模拟时，各火灾模型采用的子模型形式往往是不同的。各子模型形式从不同的角度、不同的程度对分过程采用合理的简化形式进行模化。同一分过程采用不同的子模型形式时，其适用范围内的模拟结果可能都是合理的。有的模型适用于模拟计算火灾产生的环境，主要反映出建筑在火灾时室内温度随时间的变化、火灾中烟气的流动、烟气中有毒气体的浓度、火灾中人员的可耐受时间等；有的模型适用于计算建筑、装修材料的耐火性能，火灾探测器和自动灭火设施的响应时间等。

火灾过程是可燃物在热作用下发生的复杂物理化学过程，与周围的环境有着密切的相互作用。任何一种火灾模型都以对实际火灾过程的分析为依据，各种火灾模型的有效性取决于对实际过程分析的合理性。火灾数值研究的困难主要表现在以下几个方面：第一，火灾事件具有随机性特点，现实生活中可能出现的火灾场景数不胜数；第二，对于大多数火灾过程很难进行深入的机理方面的分析，火灾研究涉及空气动力学、多相流、湍流的混合与燃烧、辐射以及导热等多学科知识，许多相关内容在各个学科领域还都是研究的热点，其中某些现象至今仍无法建立成熟的理论对其进行解释；第三，火灾过程中可能发生燃烧的物质多种多样，因此无法应用单一的数学模型及经验数据描述物质由聚合状态热解为可燃气体并发生燃烧的过程。

建筑火灾的计算机模型有随机性模型和确定性模型两类。随机性模型把火灾的发展看成一系列连续的事件或状态，由一个事件转变到另一个事件，如由引燃到稳定燃烧等。而由一种状态转变到另一种状态有一定的概率，在分析有关的试验数据和火灾事故数据的基础上，通过这种事件概率的分析计算，可以得到出现某种结果状态的概率分布，建立概率与时间的函数关系。而确定性模型是以物理和化学定律（如质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律等基本物理定律）为基础，用相互关联的数学公式来表示建筑物的火灾发展过程。如果给定有关空间的几何尺寸、物性参数、相应的边界条件和初始条件，利用这种模型可以得到相当准确的计算结果。

在开展火灾危险性分析时，应当综合考虑火灾发展的确定性和随机性的特点，单纯依据任何一种模型都难以全面反映火灾的真实过程。出于火灾研究的定量分析和定性分析需要，大家更关心的是火灾过程的确定性数学模型。本节主要介绍火灾发展的确定性火灾模型，包括经验模型、区域模型、场模型和场区混合模型。

（二）经验模型

多年来，人们在与火灾斗争的过程中收集了很多实际火场的资料，也开展过大量的火灾试验，测得了很多数据，并分析、整理出了不少关于火灾分过程的经验公式。经验模型则是指以试验测定的数据和经验为基础，通过将试验研究的一些经验性模型或是将一些经过简化处理的半经验模型加上重要的热物性数据编制成的数学模型。它是对火灾过程的较浅层次的经验模拟，应用这些经验模型，可以对火灾的主要分过程有较清楚的了解。经验模型不同于其他理论模型能够对火源空间以及关联空间的火灾发展过程进行估计，现有的经验模型通常局限于描述火源空间的一些特征物理参数，如烟气温度、浓度、热流密度等随时间的变化，因此经常被称为“局部模型”，常用的经验模型有美国标准与技术研究院（NIST）开发的FPETOOL模型、计算烟羽流温度的Alpert模型和计算火焰长度的Hasemi模型。

（三）区域模型

20世纪70年代，美国哈佛大学的Emmons教授提出了区域模拟思想：把所研究的受限空间划分为不同的区域，并假设每个区域内的状态参数是均匀一致的，而质量、能量的交换只发生在区域与区域之间、区域与边界之间以及它们与火源之间。从这一思想出发，根据质量、能量守恒原理可以推导出一组常微分方程；而区域、边界及火源之间的质量、能量交换则是通过方程中所出现的各源项体现出来的。区域模型一般还有如下的假设：

1）各个控制体内的气体被认为是理想气体，并且气体的相对分子质量与质量热容视为常数。

2）受限空间内部压力均匀分布。

3）不同控制体之间的质量交换主要由羽流传递作用与出口处卷吸作用造成。

4）能量传递除部分由质量交换造成外，还包括辐射与导热。

5）受限空间内部物质的质量与热容相对墙壁、顶棚与地板可以忽略。

6）忽略烟气运动的时间，认为一切运动过程在瞬间完成。

7）忽略壁面对流体运动的摩擦阻碍作用。

区域模型通常把房间分为两个控制体，如图5-4-8所示，即上部热烟气层与下部冷空气层。人们普遍认为区域模型模拟给出的结果与实际情况近似或相对接近。区域模拟是一种半物理模拟，在一定程度上兼顾了计算机模拟的可靠性和经济性，在消防工程界具有广泛的应用。应用区域模型既可以在一定程度上了解火灾的成长过程，也可以分析火灾烟气的扩散过程。目前，区域模型在建筑室内火灾的计算机模拟中具有重要地位。如果无需了解各种物理量在空间上的详细分布以及随时间的演化过程，模型中的假设十分趋近于火灾过程的实际情况，可以满足工程需要。但是区域模拟忽略了区域内部的运动过程，不能反映湍流等输运过程以及流场参数的变化，只抓住了火灾的宏观特征，因而其近似结果也是较粗糙的。

图5-4-8 区域模拟示意图

目前，世界各国的研究者建立了许多室内火灾区域模拟的模型，以CFAST、ASET、BR12、CCFM-VENTS、CFIRE-X、COMPBRN、HAVARDMARD4以及中国科学技术大学的FAC3等为典型代表。常用的区域模型有ASET、ASET-B、HARVARD-V、FIRST、CFAST和HAZARD1模型。

（四）场模型

火灾的场模拟研究利用计算机求解火灾过程中各参数（如速度、温度、组分浓度等）的空间分布及其随时间的变化，是一种物理模拟。场是多种状态参数（如速度、温度与组分浓度）的空间分布，是通过计算这些状态参数的空间分布随着时间的变化来描述火灾发展过程的数学方程集合。随着计算流体动力学技术的不断成熟以及计算机性能的提升，场模型越来越广泛地被应用到火灾研究领域。火灾的孕育、发生、发展和蔓延过程包含了流体流动、传热传质、化学反应和相变，涉及质量、动量、能量和化学成分在复杂多变的环境条件下相互作用，其形式是三维、多相、多尺度、非定常、非线性、非稳态的动力学过程。场模型由于引入的简化条件少，因而是目前为止可获取更高精确度的受限空间火灾数学模型。计算所得数据较细致，可以详细了解空间中温度场、速度场、组分浓度场等数据分布情况及其随时间变化的详细信息。但实际计算结果的正确与否还取决于适当的输入假设。

自从1983年Kumar首先建立火灾场模型以来，出现了许多场模拟的大型通用商业软件和火灾专用软件。通用商业软件以PHOENICS、FLUENT、CFX、STAR-CD等为代表，都具有非常友好的用户界面形式和方便的前后处理系统。用于火灾数值模拟的专用软件有瑞典Lund大学的SOFIE、美国NIST开发的FDS和英国的JASMINE等，它们的特点是针对性较强。场模拟可以得到比较详细的物理量的时空分布，能精细地体现火灾现象。

由于场模型是通过把一个房间划分为几千甚至上万个控制体，计算得出室内各局部空间的有关参数的变化，计算时通常所使用的场模拟方法有有限差分法、有限元法、边界元法等，导致这种模型的计算量很大。当用三维不定常方式计算多室火灾时，需要占用很长的机时，一般只在需要了解某些参数的详细分布时才使用这种模型。

（五）场区混合模型

对于复杂多室建筑的火灾过程进行计算机模拟，通常是采用区域模拟的方法。然而，试验研究表明：烟气层在着火区域或相对强流动区域无明显的分层现象，区域模拟的双层假设不能成立，只有在附近相邻的其他区域，烟气层才有明显的分层现象。这样，若采用区域模拟的方法模拟复杂多室建筑的火灾过程，则不能真实地反映其火灾的特性。如果使用场模拟的方法，由于场模拟是求解流体力学的基本控制方程，整场和多参量描述复杂多室建筑的火灾过程，需要大量的计算机资源和时间，目前，由于计算机容量和运算速度等客观条件的限制，很难对复杂多室建筑的火灾过程进行场模拟，另外，在明显的烟气层分层区间采用场模型，也增加了计算机资源和时间的耗用。因此，基于试验研究的结果和计算机客观条件等限制，采用场模拟的方法来研究着火房间或强流动区域，对其他非着火和非强流动区间采用区域模拟的方法。这种混合模拟方法，兼顾场模拟和区域模拟两者的优点，并能更为准确地反映火灾过程的特征，这种方法简称为场区模拟方法。

第四节 人员疏散分析

人员疏散分析是建筑性能化防火设计评估的重要组成部分。通过对建筑物的具体功能定位，确定建筑物内部特定人员的状态及分布特点，并结合火灾场景和具体位置设计，计算分析得到紧急情况下各种阶段的人员疏散时间及疏散通行状况预测。而火灾场景下人员疏散所需时间则是性能化防火设计评估的重要组成要件。因此，对建筑物作出符合其实际情况和特点的人员疏散性能评估成为决定建筑物性能化设计评估结果好坏的关键性因素之一。由于影响建筑物内人员疏散安全性的因素众多，性能化人员疏散分析的重点就是要综合特定建筑条件下各方面影响因素，建立起或者合理选取符合实际的人员疏散量化分析模型，从而计算得到人员疏散时间，提出改进疏散性能的方案和措施。

一、影响人员安全疏散的因素

与正常情况下人员在建筑物内行走的状态不同，人员在紧急情况下（如发生火灾）的疏散过程中，内在因素和外在环境因素都可能发生了变化，这些因素有可能对人员安全疏散造成影响。由于实际情况条件千差万别，影响人员安全疏散的因素也复杂众多，总结起来可分为：人员内在影响因素、外在环境影响因素、环境变化影响因素、救援和应急组织影响因素四类。这些因素在紧急疏散情况下，有些不利于安全疏散，有些则有利于安全疏散，还有一些影响受到现场实际条件变化和人为因素的作用而不同。

（一）人员内在影响因素

人员内在影响因素主要包括：人员心理因素、人员生理因素、人员现场状态因素、人员社会关系因素等。

1.人员心理因素

人员在紧急情况下的心理普遍会发生显著的变化，如感知到火灾、烟气时会出现恐慌，听到警铃或接收到火警信息时会出现紧张，众多人员疏散时在出口处排队等待的时间越长，人群中紧张情绪越高等。这些心理变化因素一方面能够激发人的避险本能，另一方面也会导致人员理性判断能力降低、情绪失控。

2.人员生理因素

人员生理因素包括人员自身的身体条件影响因素，如幼儿、成年、老年、健康、疾病等条件差异。不同的身体条件会显著影响人员的运动机能。此外，紧急情况下环境条件的变化也会对人员生理因素造成影响，如：火灾时由于现场照明条件变暗、能见度降低，使人的辨识能力受到影响；温度升高、烟雾刺激、有毒气体会影响人的运动能力等。

3.人员现场状态因素

人员在现场状态因素包括清醒状态、睡眠状态、人员对周围环境的熟悉程度等。对于处于清醒状态并对周围环境十分熟悉的人来说，疏散速度会大大快于处于睡眠状态并对周围环境陌生的人。如果人们在进入一个陌生环境时首先有意识地查看安全出口位置及疏散路线，则会大大改善人员的现场状态因素。

4.人员社会关系因素

即使是在紧急情况下，人们的社会关系因素仍然会对疏散产生一定影响。如：火灾时，人们往往会首先想到通知、寻找自己的亲友；对于处在特殊岗位的人员，如核电站操作员，会首先想到自身的责任；一些人员在疏散前会首先收拾财物也是社会关系因素在起作用，这些因素总体上会影响人员开始疏散运动行动的时间。

（二）外在环境影响因素

外在环境影响因素主要是指建筑物的空间几何形状、建筑功能布局以及建筑内具备的防火条件等因素。例如：地上建筑或是地下建筑、高大空间或是低矮空间、影剧院或是办公建筑等；建筑物的耐火等级，建筑内安全出口设计是否足够合理，疏散通道是否保持畅通，消防设备是否处于良好运行状态，是否存在重大火灾隐患等因素。

（三）环境变化影响因素

火灾时现场环境条件势必要发生变化，从而对人员疏散造成影响。例如火灾时，正常照明电源将被切断，人们需要依靠应急照明和疏散指示寻找疏散出口；再如原有正常行走路线一旦被防火卷帘截断，人员需要重新选择疏散路线；又如自动喷水灭火系统启动后，在控制火灾的同时也会对人员疏散产生影响。

（四）救援和应急组织影响因素

火灾时自救和外部救援和组织能力也会对安全疏散产生影响。通过建立完善的安全责任制，制订切实可行的疏散应急预案并认真落实消防应急演练，能够有效提高人的疏散能力；否则，容易引起人员拥挤和混乱。

在各种实际条件下，影响人员安全疏散的因素繁多，各种因素之间还存在相互联系和制约，某些产生主导作用的成为主要影响因素，而一些因素的变化会显著影响最终结果并成为关键性因素。上面只是简要地介绍了影响人员安全疏散的因素。人员安全疏散作为消防安全工作的重中之重，其影响因素也是消防安全工作的重点，需要看到这些因素既可能是消防工作的问题所在，也可能成为提升消防安全水平的突破口。在实际工作中，应通过不断地积累经验，总结出切合工程项目实际的主要影响因素和关键性因素。

二、人员安全疏散分析的目的及性能判定标准

（一）人员安全疏散分析的目的

人员安全疏散分析的目的是通过计算可用疏散时间（ASET）和必需疏散时间（RSET），从而判定人员在建筑物内的疏散过程是否安全，如图5-4-9所示。

图5-4-9 必需疏散时间与可用疏散时间

（二）人员安全疏散分析的性能判定标准

人员安全疏散分析的性能判定标准为：可用疏散时间（ASET）必须大于必需疏散时间（RSET）。

计算ASET时，应重点考虑火灾时建筑物内影响人员安全疏散的烟气层高度、热辐射、对流热、烟气毒性和能见度。这些参数可以通过对建筑内特定的火灾场景进行火灾与烟气流动的模拟得到。

在计算RSET时，可按以下三种情况考虑：

1）如果能够将火灾和烟气控制在着火房间内，则可只计算着火房间内人员的RSET。

2）如果火灾及其产生的烟气只在着火楼层蔓延，则可只计算着火楼层内人员的RSET。

3）如果火灾及其产生的烟气可能在垂直方向蔓延至其他楼层（例如，建筑内存在连通上下层的中庭），则需计算整个建筑内人员的RSET。当建筑存在坍塌的危险时，也需要计算整个建筑内人员的RSET。

三、人员疏散时间计算方法与分析参数

人员的疏散过程与火灾探测、警报措施、人员逃生行为特性和运动等因素有关。必需疏散时间按火灾报警时间、人员的疏散预动时间和人员从开始疏散至到达安全地点的行动时间之和计算，即

RSET=T_d+T_pre+kT_t （5-4-30）

式中 T_d——火灾探测报警时间，是指从火灾发生到触发火灾探测与报警装置而发出报警信号，使人们意识到有异常情况发生，或者人员通过本身的味觉、嗅觉及视觉系统察觉到火灾征兆的时间；

T_pre——疏散预动作时间，是指人员从接到火灾警报之后到疏散行动开始之前的这段时间，包括识别时间和反应时间；

T_t——疏散行动时间，是指建筑内的人员从疏散行动到疏散结束所需要的时间；

k——安全系数，考虑到场景预测中的不确定性，需要考虑足够的安全余量，安全系数一般取1.5～2，采用水力模型计算时的安全系数取值，应比采用人员行为模型计算时的安全系数取值要大。

（一）火灾探测报警时间

对于安装了点式火灾探测报警装置以及安装了闭式自动喷水灭火系统的场所，火灾探测报警时间应根据建筑内所采用的火灾探测与报警装置的类型及其布置、火灾的发展速度及其规模、着火空间的高度等条件，考虑设计火灾场景下火灾探测报警装置或自动喷水装置对火灾烟气的反应时间。可以通过相应的计算机模拟软件分析计算确定，也可采用其他计算工具，如美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的软件工具包中提供的DETACT-QS工具，它可预测特定火灾场景内感温元件的动作时间。

对于日常有人停留的房间并且人员处于清醒状态，可以采用特定经验公式算法预测人员发觉火灾征兆的时间。

（二）疏散预动作时间

疏散预动作时间包括识别时间和反应时间。人员在接收到火灾报警信号以后，有各种本能反应的时间，如确认火灾警报，判别火情发展情况，通知亲友，收拾物品，确定疏散路线等，开始疏散行动时间往往因人而异。受到建筑类型、功能与用途、使用人员的性质及建筑火灾报警广播和物业管理系统等各种内在及外在因素的影响，疏散预动作时间的长短具有很大的不确定性。在管理相对完善的剧院、超市或办公建筑（有定期火灾训练）中，识别时间较短。在平面布置复杂或面积巨大的建筑以及旅馆、公寓、住宅和宿舍等建筑中，该时间可能较长。表5-4-3给出了各种不同类型的人员和报警系统的典型疏散预动作时间。

表5-4-3 疏散预动作时间（引自美国《SFPE防火工程手册》）

表5-4-3中的报警系统类型为：

W1——实况转播指示，采用声音广播系统，例如带闭路电视设施的控制室。

W2——非直播（预录）声音系统和（或）视觉信息警告播放系统。

W3——采用警铃、警笛或其他类似报警装置的报警系统。

在应用表5-4-3时，还要考虑火灾场景的影响，建议将表5-4-3中的识别时间根据人员所处位置的火灾条件做如下调整：

1.人员处于较小着火房间/区域

人员可以清楚地发现烟气及火焰或感受到灼热，这种情况下可采用表5-4-3中给出的与W1报警系统相关的识别时间，即使安装了W2或W3报警系统。

2.人员处于较大着火房间/区域

人员在一定距离外也可发现烟气及火焰时，如果没有安装W1报警系统，则采用表5-4-3中给出的与W2报警系统相关的识别时间，即使安装了W3报警系统。

3.识别报警与向出口疏散之间没有延迟

例如办公室，则可以假设表5-4-3给出的识别时间为0。

4.某些场所的识别时间很难确定

可对上述可能时间段进行估计，如可以根据日常的观测记录提供某些文件证明所需要的时间。

在反应时间阶段，人们会停止日常活动开始处理火灾。在反应时间内会采取的行动有：

1）确定火源、火警的实际情况或火警与其他警报的重要性。

2）停止机器或生产过程，保护重要文件或贵重物品等。

3）寻找和召集儿童及其他家庭成员。

4）灭火。

5）决定合适的出口路径。

6）警告其他人员。

7）其他疏散行为。

（三）疏散行动时间

人员疏散行动时间是指建筑内的人员从疏散行动开始至疏散结束所需要的时间，包含行走时间和通过时间。

1.行走时间

行走时间是指行走到疏散线路上安全出口的时间。行走时间与人的行走速度以及到达出口的距离有关。行走速度与行走时间和人员密度有关，当人员密度较大会出现拥挤，导致行走速度下降；当人员密度较低且人员行走不受阻时则代表最短的行走时间，用下式计算，即

t_w=L/v （5-4-31）

式中 t_w——行走时间（s）；

L——人员从初始位置行走至疏散安全出口的距离（m）；

v——人的行走速度（m/s）。

2.通过时间

通过时间是指人流通过出口或通道的时间。通过时间由出口的通行人数和出口的通行能力决定，出口的通行能力则与出口有效宽度和出口流量有关。用下式计算，即

t_p=P/F （5-4-32）

式中 t_p——通过出口或通道的时间（s）；

P——在出口或通道处排队通过的总人数（人）；

F——通过出口或通道的人流量（人/s）。

通过出口或通道的人流量可用下式计算，即

F=fW_e=DvW_e （5-4-33）

式中 f——通过出口或通道的比流量[人/（m·s）]，又称为流出系数，为单位时间内通过出口或通道单位宽度上的人数；

W_e——出口或通道最窄处的有效宽度（m）；

D——出口或通道处排队人员单位面积上的人员密度（人/m²）；

v——人员通过出口或通道的行走速度（m/s）。

当计算建筑内某区域的疏散行动时间时，需要考虑行走时间t_w和通过时间t_p之间的关系。

1）当t_w＜t_p时，说明人员行走到达出口时，人员并没有全部通过出口，因此人员将会在出口处出现滞留现象，此时该区域内疏散行动时间由通过时间t_p决定。

2）当t_w＞t_p时，说明区域内人员在到达出口时，其他人员已经通过了出口，因而不必再在出口处排队等候，因此疏散行动时间由最远点的人员行走时间t_w决定。

人员疏散行动时间的计算可按照数学模拟计算进行。数学模拟计算方法主要有水力模型和人员行为模型两种方法。

（1）水力疏散计算模型。水力疏散计算模型将人在疏散通道内的走动模拟为水在管道内的流动状态，将人群的疏散作为一种整体运动，完全忽略人的个体特性。该模型对人员疏散过程做如下假设：

1）疏散人员具有相同的特征，且均具有足够的身体条件疏散到安全地点。

2）疏散人员是清醒的，在疏散开始的时刻同时井然有序地进行疏散，且在疏散过程中不会中途返回选择其他疏散路径。

3）在疏散过程中，人流的流量与疏散通道的宽度成正比分配，即从某一出口疏散的人数按其宽度占出口总宽度的比例进行分配。

4）人员从每个可用的疏散出口疏散且所有人的疏散速度一致并保持不变。

对于建筑的结构简单、布局规则、疏散路径容易辨别、建筑功能较为单一且人员密度较大的场所，宜采用水力模型来进行人员疏散的计算，其他情况则适于采用人员行为模型。

（2）人员行为疏散计算模型。人员行为疏散计算模型应综合考虑人与人、人与建筑物以及人与环境之间的相互作用，并能够从一定程度上反映火灾时人员疏散运动规律和个体特性对人员疏散的影响。当采用数学模型进行计算时，应注意结合待解决的实际问题与模型的适用性来选择适用的模型，并应首选经过试际疏散试验或演习验证的模型。

（四）疏散分析参数

在对人员疏散时间预测计算中必须确定人员疏散时关于人数、行走速度、比流量、有效宽度等相关参数。

1.人员数目的确定

在确定起火建筑内需要疏散的人数时，通常根据建筑的使用功能首先确定人员密度（单位：人/m²），其次确定该人员密度下的空间使用面积，由人员密度与使用面积的乘积得到需要计算的人员数目。在有固定座椅的区域，则可以按照座椅数来确定人数。在业主和设计师能够确定未来建筑内的最大人数时，则按照该值确定疏散人数。否则，需要参考相关的统计资料，由相关各方协商确定。

（1）人员密度。在计算疏散时间时，人员密度可采用单位面积上分布的人员数目表示（人/m²），也可采用其倒数表示（m²/人），或采用单位面积地板上人员的水平投影面积所占百分比表示。

对于所设计建筑各个区域内的人员密度，应根据当地相应类型建筑内人员密度的统计数据或合理预测来确定。预测值应取建筑使用时间内该区域可预见的最大人员密度。当缺乏此类数据时，可以依据建筑防火设计规范中的相关规定确定各个楼层的人员密度。

国外对各种使用功能的建筑中其人员密度的规定较为详细，如美国、英国、日本等。表5-4-4列举出了国外一些国家对人员密度的规定。

表5-4-4 各国关于建筑场所人员密度的规定 （单位：人/m²）

（2）计算面积。人数的确定是通过各使用功能区的人员密度与计算面积的乘积得到的，因此，计算面积的确定是除人员密度之外计算疏散人数的另一个重要参数。某些规范在规定人员密度时，同时规定了计算面积的确定方法。

国外的相关规定大部分采用计算房间（区域）的地板面积作为计算面积。对于计算面积的界定可以考虑建筑的使用功能，根据建筑的实际使用情况来确定。

（3）人流量法。在一些公共使用场所，人员流动较快，停留时间较短，例如机场安检、候机大厅、科技馆、展览厅等，其人数的确定可以采用人流量法。

采用人流量法，即设定人员在某个区域的平均停留时间，并根据该区域人员流量情况按以下公式计算瞬间时刻的楼内人员流量（称为人流量法），即

人员数量=每小时人数×停留时间 （5-4-34）

2.人员的行走速度

人员自身的条件、人员密度和建筑的情况均对人员行走速度有一定的影响。

（1）人员自身条件的影响。表5-4-5列出了若干人行走速度的参考值，这是根据大量统计资料得到的。但应当指出，对于某些特殊人群，其行走速度可能会慢很多，如老年人、病人等。如果某建筑中火灾烟气的刺激性较大，或建筑物内缺乏足够的应急照明，人的行走速度也会受到较大影响。

表5-4-5 不同人员不同状态下的行走速度举例 （单位：m/s）

人员行走速度在疏散模型中的设置需要了解不同模型的默认值，如Simulex疏散模型中默认的人员行走速度分男人、女人、儿童和长者四种，其行走速度见表5-4-6。

表5-4-6 Simulex疏散模型中人员行走速度

（2）建筑情况的影响。不同的建筑中由于功能、构造、布置不同，对人员行走速度的影响不同。人员在不同建筑中行走速度的典型数值与建筑物使用功能的关系见表5-4-7。

表5-4-7 不同使用功能建筑中人员的行走速度

（3）人员密度的影响。人员在自由行走时受到自身条件及建筑情况等因素的影响而速度各有差异，当为疏散人群时，其行走速度将受到人员密度的影响。人员的行走速度将在很大程度上取决于人员密度。

通常情况下，人员的疏散速度随人员密度的增加而减小，人流密度越大，人与人之间的距离越小，人员移动越缓慢；反之密度越小，人员移动越快。国外研究资料表明：一般人员密度小于0.54人/m2时，人群在水平地面上的行走速度可达70m/min并且不会发生拥挤，下楼梯的速度可达48～63m/min。相反，当人员密度超过3.8人/m²时，人群将非常拥挤，基本上无法移动。一般认为，在0.5～3.5人/m²的范围内可以将人员密度和移动速度的关系描述成直线关系。

Fruin、Pauls、Predtechenski、Milinski等人根据观测结果，整理出了一组分别在出口、水平通道、楼梯间内人员密度与人员行走速度的关系，并被美国《SFPE防火工程手册》采用，如图5-4-10所示。

图5-4-10 建筑内各疏散路径人员行走速度v与人员密度D的关系（引自美国《SFPE防火工程手册》）

同时，根据研究结果得到了人员行走速度与人员密度之间的关系式，不同密度下人员在平面的行走速度可根据下式计算得出，即

v=1.4（1-0.226D） （5-4-35）

式中 v——人员行走速度（m/s）；

D——人员密度（人/m²）。

不同密度下人员在楼梯行走速度的计算参见式（5-4-36），其中系数K见表5-4-8。

v=K（1-0.266D） （5-4-36）

表5-4-8 人员在楼梯中的行走速度（引自美国《SFPE防火工程手册》）

3.出口处人流的比流量

建筑物的出口在人员疏散中占有至关重要的地位，对出口宽度的合理设计能避免疏散时发生堵塞，有利于疏散顺利进行。我国目前的建筑规范中主要是通过控制建筑物的出口、楼梯、门等宽度来进行疏散设计，同时，性能化防火设计中对建筑物安全性的评估同样需要考虑出口宽度的问题，以衡量火灾时能否保证人员通过这些出口顺利逃生。无论是规范的规定还是性能化设计的方式，一般都根据总人数按单位宽度的人流通行能力及建筑物容许的疏散时间来控制建筑物的出口总宽度。因此，人员疏散参数确定中必须考虑出口处人流的比流量。

比流量是指建筑物出口在单位时间内通过单位宽度的人流数量[单位：人/（m·s）]，比流量反映了单位宽度的通行能力。根据对多种建筑的观测结果，比流量在水平出口、通道处和在楼梯处不同，而不同的人员密度也将影响比流量。

图5-4-11显示了不同疏散走道上比流量与人员密度的关系，由图可以看出，首先，随着人员密度的增大，单位时间内通过单位宽度疏散走道的人员数目也增大，当人员密度增大到一定程度，疏散走道内的人员过分拥挤，限制了人员行走速度，从而导致比流量的减少。

4.通道的有效宽度

大量的火灾演练试验表明人群的流动依赖于通道的有效宽度，而不是通道实际宽度，也就是说在人群和侧墙之间存在一个“边界层”。对于一条通道来说，每侧的边界层大约是0.15m，如果墙壁表面是粗糙的，那么这个距离可能会再大一些。而如果在通道的侧面有数排座位，例如在剧院或体育馆，这个边界层是可以忽略的。在工程计算中应从实际通道宽度中减去边界层的厚度，得到有效宽度。表5-4-9给出了典型通道的边界层厚度。

图5-4-11 不同疏散走道比流量f与人员密度D的关系（引自美国《SFPE防火工程手册》）

表5-4-9 典型通道的边界层厚度（引自美国《SFPE防火工程手册》）

疏散走道或出口的净宽度应按下列要求计算：

1）对于走廊或过道，为从一侧墙到另一侧墙之间的距离。

2）对于楼梯间，为踏步两扶手间的宽度。

3）对于门扇，为门在其开启状态时的实际通道宽度。

4）对于布置固定座位的通道，为沿走道布置的座位之间的距离或两排座位中间最狭窄处之间的距离。

四、人员疏散分析模型

（一）国际常用人员疏散分析模型概述

英国、美国、德国、日本等国围绕人员安全疏散行为和模型进行了一系列的研究。对于人员在火灾中的疏散行为进行了大量的观察和测量，得到了许多量化的数据，如前苏联的Predtechenski和Milin-ski，日本的Togawa以及美国Fruin等人对密集人群的疏散行为、移动速度等进行了大量的观测，后期加拿大的Pauls等人通过大量的演习试验也取得了许多参考数据，并总结了一些经验公式，提出了各自的人员疏散计算方法，如早期的经验方法，后来的网络优化法，近年来兴起的计算机模拟分析方法。经验方法主要是根据建筑物内到达安全出口的疏散距离和出口容量计算疏散行动时间，或根据建筑物的使用人数确定出口数量和宽度；网络优化法将建筑物各个单元网络化，通过对复杂建筑网络的优化找出人员可能疏散的路径，并计算疏散行动时间；而随着计算机技术的进步，人们开始直接利用计算机模拟技术模拟人员在建筑物内的移动，通过计算机记录不同时刻不同人员的几何位置变化，从而得到建筑物内人员疏散行动时间，并通过人员疏散移动图案来分析可能发生拥挤的部位，提出改进措施或组织疏散预案。因此，采用基于计算机的疏散模型将会有助于建筑设计的科学性。

人员安全疏散模型的研究和分析主要包含两个方面，一是人员疏散模型结构的研究；二是火灾中的人员行为及其量化研究。在这方面工作比较出色的有英国格林威治大学的Galea、爱丁堡大学的Thompson，美国的Fahy和澳大利亚的Shestopal等人，他们采用不同的模化方法已经建立了10多种不同类型的疏散模型，如EGRESS（EG）、EXODUS（EXO）、E-SCAPE（EP）、EVACNET+（EV）、E_X-IT89（E89）、EXITT（E）、PATHFINDER（PF）、SIMULEX（S）、STEPS（SS）、VEGAS（V）等。

人员疏散模型可以有多种分类方法，其中基于疏散模型对建筑空间的表示方法，可以把模型分为离散化模型和连续性模型两类。

1.离散化模型

离散化模型把需要进行疏散计算的建筑平面空间离散为许多相邻的小区域，并把疏散过程中的时间离散化以适应空间离散化。离散化模型又可以细分为粗网格模型和精细网格模型。

（1）粗网格模型。在粗网格模型中（如E89、E），按照实际建筑的划分来确定其几何形状。因此，每个网格节点都可以表示一个房间或走廊，但与实际大小无关。按照它们在建筑中的实际情况，用弧线将这些网格节点连接起来。在这类模型中，根据各建筑单元的出口容量和人员的移动速度，可以确定疏散人员从一个房间运动到另一个房间的时间，但没有表明疏散人员的位置，不能反映人员个体的基本行为和准确位置。

（2）精细网格模型。在精细网格模型中（如EXO、SS、S、V），整个建筑区域的平面通常是用覆盖大量棋盘状的网格或网点来表示的。每个模型中节点的网格大小和形状都有所不同，例如EXODUS采用0.5m×0.5m的正方形网格节点，SIMULEX采用0.2m×0.2m的正方形网格节点，而EGRESS采用六边形网格节点。用这种方法可以准确地表示封闭空间的几何形状及内部障碍物的位置，并在疏散的任意时刻都能将每个人置于准确的位置。因此，精细网格模型可以在每个网格内记录单个人员的移动轨迹，能够反映每个人的具体行为反应。但是，由于现代建筑的建筑单元众多，结构复杂，因而精细网格模型要求计算处理信息量较大。

2.连续性模型

连续性模型又可以称为社会力模型，它是基于多粒子自驱动系统的框架，使用经典牛顿力学原理模拟步行者恐慌时的拥挤状态的动力学模型。社会力模型可以在一定程度上模拟人员的个体行为特征。

人的行为模拟是模拟疏散过程最复杂、最困难的，并非所有这些行为特性都能被充分认识或完全量化。到目前为止，还没有一个模型能完全解决人的疏散行为的各个方面。另外，目前工程分析中经常应用的一些比较成熟的疏散模拟模型，从几何建模、人员行为模拟、结果表现等不同方面各具特点，实际应用应根据工程的具体特点和需求合理选择适应的疏散模型。以下介绍几种工程上常用的疏散模拟软件。

（二）常用人员疏散模拟软件简介

1.EVACNET软件

EVACNET软件是美国Florida大学Kisko等人开发的一种模拟建筑火灾中人员逃生的计算机程序。它是一种网格模型，包含一组由节点和弧线组成的网格，其节点表示房间、楼梯等，弧线表示连接房间的通道。对于每个节点，用户需要定义节点的能力，即每个节点内最多可容纳的人数。对于每条弧线，用户需要确定人员通过弧线所需的时间和通过能力。EVACNET将整个疏散时间划分为若干时间步。弧线的通过能力是指在给定的时间步内通道可通过的最多人数。其建模思路为：首先设定某节点的面积和容纳人数，然后确定在该节点有效出口单位宽度、单位时间内的人员流量。EVACNET模型可以进行多种建筑物内的人员疏散模拟，包括办公楼、饭店、礼堂、体育馆、零售商店和学校等。

2.EGRESS软件

EGRESS软件是由英国AEA科技公司研究人员Neil Ketchell开发的一个通用疏散软件。该软件利用建筑平面图建立模拟人员个体移动的模型。在EGRESS中，人员被模拟为一个网格上的一个个体。采用的仿真技术基于元胞自动机，在每一个时间步，人员由随机因子决定从一个单元格移动到另外一个单元格。随机因子作为密度的函数根据速度或者流量信息进行校正，并可以充分地运用试验数据。在一系列疏散试验中，EGRESS的有效性已经被证明。该程序与测量的疏散时间的一致性具有10%～20%的差别。EGRESS允许对不同行为、阻塞和瓶颈的影响进行评价，可以模拟上千人和若干平方公里的平面区域。EGRESS可用于大量不同的疏散仿真，从海上石油天然气平台到轮船、火车站、化工厂、飞机、火车和公共娱乐场所。

3.EXIT89软件

EXIT89由美国消防协会的RitaF.Fahy开发，是一个用于大量人员从高层建筑疏散而设计的疏散模型。该软件可用于模拟高密度人员的建筑的疏散。例如高层建筑，它可以跟踪个体在建筑物内的行动轨迹。从消防安全的角度来评估大型建筑设计时，该模型可以处理一些疏散场景中相关的因素，包括：

1）考虑各种不同行动能力的人员，包括限制行动能力的人员和儿童。

2）延迟时间，既包括可以用来代替移动前的准备活动的时间（由用户根据每个位置指定），也包括随机的额外时间，可以当作人员疏散开始时间。

3）提供选择路径功能，使用模型计算出来的最短路径，可以用来模拟经过良好训练的或者有工作人员协助的疏散过程；或者使用用户指定的路径，可以用来模拟人员使用熟悉的出口或者忽略某些紧急出口的疏散过程。

4）提供选择步速功能，可以反映正常移动和紧急状况下移动的差别，前者可能适于演习情况下的疏散，后者更适宜于人员在紧急情况下的反应。

5）反向流，当沿着疏散路径发生堵塞时，人员就会向与原疏散方向相反的方向流动。

6）具备上下楼梯功能，从而扩展模型的应用范围，例如有人层位于地下或者更多的需要上楼梯而不是下楼梯的建筑。

该软件还可以模拟烟气对疏散的影响，通过将用户定义的烟气阻塞或者从CFAST输出的火场热烟气数据导入到疏散场景中，从而影响到疏散运动状态。

4.EXODUS软件

EXODUS软件是由英国格林威治大学的EXODUS团队开发的，是一个模拟个人、行为和封闭区间细节的计算机疏散模型。模型包括了人与人之间、人与建筑之间和人与环境之间的互相作用。它可以模拟大型建筑物中上千人规模的疏散并可包含火灾烟气影响因素。在EXODUS中，空间和时间用二维空间网格和仿真时钟表示。空间网格反映了建筑物的几何形状、出口位置、内部分区、障碍物等。多层几何形状可以由楼梯连接的多个网格组成，每一层放在独立的窗口中。建筑平面图可由CAD产生的DXF文件提供，也可由交互工具提供。网格由节点和弧线组成，每一个节点代表一个小的空间，每一段弧代表节点之间的距离。人员沿着弧线从一个节点到另外一个节点。

该软件由五个互相关联的子模型组成，它们是人员、移动、行为、毒性和危险子模型。模型跟踪每一个人在建筑物中的移动轨迹，以及人们的模拟状态——或被疏散到安全地点，或被火灾所伤害。模型基于行为规则和个体属性，每一个人的前进和行为由一系列启发性规则决定。行为子模型决定了人员对当前环境的响应，并将其决定传递给移动子模型。行为子模型在两个层次起作用，即全局行为和局部行为，全局行为假设人员采用最近的可用疏散出口或者最熟悉的出口来逃生；局部行为可以模拟以下现象：决定人员对疏散警报的初始响应、冲突的解决、超越以及选择可能的绕行路径等。这些都取决于人员的个体属性。毒性子模型决定环境对人员的生理影响，考虑了毒性和物理危险，包括升高的温度，热辐射，CO、CO₂以及O₂含量等因素影响，并且估计了人员失去行动能力的时间。它采用“毒性比例效果剂量”模型（FED），假设火灾危险的影响由接受到的剂量决定，而不是由暴露的含量决定，并且累计暴露期间的比例。EXODUS建模可以采用试验数据或者从其他模型得到数据，允许CFAST计算数据导入到EXODUS中。EXODUS模拟完毕后，可以使用数据分析工具来处理数据输出文件。另外，提供了基于虚拟现实的后处理图形环境，提供疏散的三维动画演示。

5.SIMULEX软件

SIMULEX软件是最先由英国爱丁堡大学设计，后来由苏格兰的Peter Thompson博士继续发展的人员疏散模拟软件，可以用来模拟大量人员在多层建筑物中的疏散过程。该软件可以模拟大型、复杂几何形状、带有多个楼层和楼梯的建筑物，可以接受CAD生成的定义单个楼层的文件。用户可以看到在疏散过程中，每个人在建筑中的任意一点、任意时刻的移动。模拟结束后，会生成一个包含疏散过程详细信息的文本文件。SIMULEX把一个多层建筑定义为一系列二维楼层平面图，它们通过楼梯连接；用三个圆代表每一个人的平面形状，精确地模拟了实际的人员。SIMULEX的移动特性基于对每一个人穿过建筑物空间时的精确模拟。模拟了的移动类型包括：正常不受阻碍的行走，由于与其他人接近造成的速度降低、行走超越、身体的旋转和障碍避让。SIMULEX还模拟了最近路径出口选择机制，而心理影响因素和烟气影响因素将是模型将要进一步发展的部分。由于SIMULEX软件的易用性以及它能够较为真实地反映出疏散过程中可能出现的各种情况，已经被越来越多地应用于实际工程中。

6.STEPS软件

STEPS软件是由英国Mott MacDonald公司开发的一个三维疏散软件，可以模拟办公区、体育场馆、购物中心和地铁车站等场所，这些场所要求确保在正常交通前提下，在紧急情况下可以快速疏散。在大而拥挤的地方，通过模拟所获得的最优化人流，可以为建筑消防设计提供一个更适宜的环境和更有效的安全疏散设计方案。目前，STEPS已经被应用于加拿大埃德蒙顿机场、印度德里地铁、美国明尼阿波利斯LRT、英国生命国际中心和伦敦希思罗机场第五出口铁路/地铁。通过与NFPA基于建筑法规标准的设计作比较，STEPS的有效性已经得到验证。

STEPS具有很大的灵活性，它可以分配具有不同属性的人员，给予他们各自的耐心等级和适应性等心理影响因素；也可以指定年龄、尺寸和性别。同时，它还考虑了人员对建筑物的熟悉性，它也将影响疏散人员的个体行为。其中，耐心等级决定了当出口附近的人群拥挤时，人员是继续排队等候，还是动态转向另一个最近的出口。

STEPS也很独特，它具有在疏散过程中改变条件的能力——像日常生活中发生的那样。烟气可能封闭特定的出口，紧急设施可能开始向人群服务，并且人员在不同的时间从不同的区域开始疏散。模拟一开始，人群首先依照他们预置的特性进行行动，影响人员行为的因素与现实生活相同——人们向相反的方向移动、阻塞、减速以及排队。当一个紧急情况产生，每个人的行程将因为从正常模式转到疏散模式而被重新设定，但是仍旧遵循他们的各自特性。

使用者可按照需要将模型平面界定为不同大小的网格系统。目前STEPS模型中只允许每个人占据一个网格。当开始计算时，STEPS会使用一种递归算法来寻找每一个网格与出口之间的距离。

STEPS与SIMULEX一样都属于用于人员疏散模拟计算的精细网格模型，都可以用于使用人数众多的多层建筑的疏散模拟分析。这两个疏散软件各有特色，由于它们在各自擅长的领域的出众特点，它们在工程中的应用也越来越广泛。STEPS与SIMULEX两种软件特点对比见表5-4-10。

表5-4-10 STEPS与SIMULEX两种软件特点对比

五、人员疏散安全性评估

火灾中人员的安全疏散指的是在火灾烟气未达到危害人员生命状态之前，建筑内的所有人员安全地疏散到安全区域的行动。在人员疏散的安全评估中，关于建筑内的消防安全性能判定的主要原则是：在建筑某火灾危险区域内发生火灾时，如人的可用疏散时间（ASET）足以超过必需疏散时间（RSET），即ASET＞RSET，则建筑疏散设计方案可行；否则需对该设计方案进行调整，直至其满足人员安全疏散的要求。人员疏散安全性评估方法及流程如图5-4-12所示。

对于评估后需要改进、提高疏散安全性的场所，可以通过以下几方面来解决：

1）增加疏散出口的数量，缩短独立疏散出口间距离；增加疏散出口及疏散通道的宽度，提高疏散通道通行能力。

2）改善区域烟气控制措施，如提高排烟量、改变排烟方式、改进防烟分区设置等。

3）改善火灾探测、报警系统设计，改善应急通知和广播系统设计，提高早期报警速度，改善火灾警报通知效果。

4）完善疏散指示系统设计，包括出口标志、导流标志以及加强应急照明，提高疏散通道使用效率。

此外，火灾发生过程中还可能出现很多特殊的情况，例如疏散过程中建筑结构的稳定性、人员被困等多种情况。因此，在人员安全疏散的判定标准中还可以根据具体情况，考虑特殊性制定具体的判定标准。

图5-4-12 人员疏散安全性评估方法及流程

如当结构存在坍塌的危险时，要保证人员的安全，需要同时满足下面的条件，即

RSET＜min（T_fr，T_f） （5-4-37）

式中 T_fr——结构的耐火极限；

T_f——在火灾条件下结构的失效时间。

又如，当人员无法疏散、需要滞留在建筑内等待救援时，需要同时满足下面的条件：

kT_control＜min（T_fr，T_f） （5-4-38）

式中 T_control——消防队有效控火时间；

k——安全系数。

第五节 建筑结构耐火性能分析

本节介绍了主要的建筑结构形式以及各种建筑结构耐火性能的特点、影响建筑结构耐火性能的主要因素、火灾下建筑结构及构件极限状态的定义、建筑结构耐火时间计算模型的选取方法及计算步骤、钢结构和混凝土结构的耐火时间计算方法、整体结构耐火时间计算的方法和步骤等。

一、影响建筑结构耐火性能的因素

（一）结构类型

1.钢结构

钢结构是由钢材制作的结构，包括钢框架结构、钢网架结构和钢网壳结构、大跨交叉梁系结构。钢结构具有施工机械化程度高、抗震性能好等优点，但钢结构的最大缺点是耐火性能较差，需要采取涂覆钢结构防火涂料等防火措施才能耐受一定规模的火灾。在高大空间等钢结构建筑中，在进行钢结构耐火性能分析的基础上，如果火灾下钢结构周围的温度较低，并能保持结构安全时，钢结构可不必采取防火措施。

2.钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是在混凝土配置钢筋形成的结构，混凝土主要承受压力，钢筋主要承受拉力，二者共同承担荷载。当建筑结构耐火重要性较高、火灾荷载较大、人员密度较大或建筑结构受力复杂时，钢筋混凝土结构的耐火能力也可能不满足要求。这时，需要进行钢筋混凝土结构及构件的耐火性能评估，确定结构的耐火性能是否满足要求。

3.钢—混凝土组合结构

（1）型钢混凝土结构。型钢混凝土结构是将型钢埋入钢筋混凝土结构形成一种组合结构，截面形式如图5-4-13所示，适合大跨、重载结构。由于型钢被混凝土包裹，火灾下钢材的温度较低，型钢混凝土结构的耐火性能较好。

（2）钢管混凝土结构。钢管混凝土结构是由钢和混凝土两种材料组成的，它充分发挥了钢和混凝土两种材料的优点，具有承载能力高、延性好等优点。钢管混凝土结构中，由于混凝土的存在可降低钢管的温度，因此钢管的温度比没有混凝土时要低得多。一般情况下，钢管混凝土结构中的钢管需要进行防火保护。钢管混凝土柱截面如图5-4-14所示。

图5-4-13 型钢混凝土结构截面形式

图5-4-14 钢管混凝土柱截面

（二）荷载比

荷载比为结构所承担的荷载与其极限荷载的比值。火灾下，结构承受的荷载总体不变，而随温度升高，材料强度降低，构件的承载能力降低。当构件的荷载达到极限荷载，构件就达到了火灾下的承载能力以及耐火极限状态，开始倒塌破坏，这时的耐火时间为耐火极限。荷载比越大，构件的耐火极限越小，荷载比是影响结构及构件耐火性能的主要因素之一。

（三）火灾规模

火灾规模包括火灾温度和火灾持续时间。火灾高温是构件升温的源泉，它通过对流和辐射两种传热方式将热量从建筑内空气向构件传递。作为构件升温的驱动者，火灾规模对构件温度场有明显的影响。当火灾高温持续时间较长时，构件的升温也较高。

（四）结构及构件温度场

温度越高，材料性能劣化越严重，结构及构件的温度场是影响其耐火性能的主要因素之一。材料的热工性能直接影响构件的升温快慢，从而决定了火灾下结构及构件的温度场分布。

二、结构耐火性能分析的目的及判定标准

结构耐火性能分析的目的就是验算结构和构件的耐火性能是否满足现行规范要求。结构的耐火性能分析一般有两种方法：第一种验算结构和构件的耐火极限是否满足规范的要求；第二种验算在规范规定的耐火极限时的火灾温度场作用下，结构和构件的承载能力是否大于荷载效应组合。这两种方法是等效的。

（一）耐火极限要求

构件的耐火极限要求应符合《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）及其他相关国家标准规定。

（二）构件抗火极限状态设计要求

火灾发生的概率很小，是一种偶然荷载工况。因此，火灾下结构的验算标准可放宽。火灾下只进行整体结构或构件的承载能力极限状态的验算，不需要正常使用极限状态的验算。构件的承载能力极限状态包括以下几种情况：

1）轴心受力构件截面屈服。

2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构。

3）构件整体丧失稳定。

4）构件达到不适于继续承载的变形。

对于一般的建筑结构，可只验算构件的承载能力，对于重要的建筑结构，还要进行整体结构的承载能力验算。

三、计算分析模型

抗火验算时建筑结构耐火性能计算（一般也可称为抗火验算）一般有三种方法：第一种采取整体结构的计算模型；第二种采取子结构的计算模型；第三种采取单一构件计算模型。《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200：2006）中，对于高度大于100m的高层建筑结构宜采用整体计算模型进行结构的抗火计算，单层和多层建筑结构可只进行构件的抗火验算。

实际建筑结构中，构件总是和其他构件相互作用，独立构件是不存在的。因此，研究构件的耐火性能需要考虑构件的边界条件。欧洲规范规定，进行构件耐火性能分析时，构件的边界条件可取受火前的边界条件，并在受火过程中保持不变。

整体结构耐火性能评估模型是一种高度非线性分析，计算难度较高，需要专门机构和专业人员完成。

四、建筑结构耐火性能分析的内容和步骤

建筑结构耐火性能分析包括温度场分析和高温下结构的安全性分析。建筑火灾模型和建筑材料的热工参数是进行结构温度场分析的基础资料。同样，高温下建筑材料的力学性能是建筑结构高温下安全性分析的基础资料。同时，进行建筑结构高温下安全性分析还需要确定火灾时的荷载。确定上述基本材料之后，就可按照一定的步骤进行高温下结构的抗火验算了。

（一）结构温度场分析

确定建筑火灾温度场需要火灾模型。我国《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）提出，可采用ISO834标准升温曲线作为一般建筑室内火灾的火灾模型。由于建筑室内可燃物数量和分布、建筑空间大小及通风形式等因素对建筑火灾有较大影响，为了更加准确地确定火灾温度场，也可采用火灾模拟软件对建筑火灾进行数值模拟。

确定火灾模型之后，即可对建筑结构及构件进行传热分析，确定火灾作用下建筑结构及构件的温度。进行传热分析，需要已知建筑材料的热工性能。国内外对钢材、钢筋和混凝土材料的高温热工性能、力学性能进行了大量的研究。在进行构件温度场分布的分析时，涉及的材料热工性能有三项，即热导率、质量热容和密度，其他的参数可以由这三项推导出。

1.钢材

高温下钢材的有关热工参数见表5-4-11。

表5-4-11 高温下钢材的热工参数

2.混凝土

高温下普通混凝土的有关热工参数可按下述规定取值。

热导率可按下式取值，即

质量热容应按下式取值，即

式中 T_c——混凝土的温度（℃）；

c_c——混凝土的质量热容[J/（kg·℃）]。

混凝土的密度为

ρ_c=2300kg/m3

（二）材料的高温性能

1.混凝土

高温下普通混凝土的轴心抗压强度、弹性模量应按下式确定，即

式中 f_cT——温度为T_c时混凝土的轴心抗压强度设计值（N/mm²）；

f_c——常温下混凝土的轴心抗压强度设计值（N/mm²），应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）取值；

η_cT——高温下混凝土的轴心抗压强度折减系数，应按表5-4-12取值，其他温度下的值，可采用线性插值方法确定；

E_cT——高温下混凝土的弹性模量（N/mm²）；

ε_c0，T——高温下混凝土应力为f_cT时的应变，按表5-4-12取值，其他温度下的值，可采用线性插值方法确定。

表5-4-12 高温下普通混凝土的轴心抗压强度折减系数η_cT及应力为f_cT时的应变ε_c0，T

2.钢材

在高温下，普通钢材的弹性模量应按下式计算，即

式中 T_s——温度（℃）；

E_sT——温度为T_s时钢材的初始弹性模量（N/mm²）；

E_s——常温下钢材的弹性模量（N/mm²），按现行《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定；

χ_sT——高温下钢材的弹性模量折减系数。

高温下钢材的热膨胀系数可取1.4×10^-5℃。

在高温下，普通钢材的屈服强度应按下式计算，即

式中 T_s——钢材的温度（℃）；

f_yT——高温下钢材的屈服强度（N/mm²）；

f_y——常温下钢材的屈服强度（N/mm²）；

f——常温下钢材的强度设计值（N/mm²），应按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）取值；

γ_R——钢材的分项系数，取γ_R=1.1；

η_sT——高温下钢材的屈服强度折减系数。

（三）火灾极限状态下荷载效应组合

火灾作用工况是一种偶然荷载工况，可按偶然设计状况的作用效应组合，采用下列较不利的设计表达式，即

S_m=γ_0T（γ_GS_GK+γ_TS_TK+γ_Qϕ_fS_QK） （5-4-48）

S_m=γ_0T（γ_GS_GK+γ_TS_TK+γ_Qϕ_qS_QK+γ_WS_WK） （5-4-49）

式中 S_m——荷载（作用）效应组合的设计值；

S_GK——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；

S_TK——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值；

S_QK——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值；

S_WK——按风荷载标准值计算的荷载效应值；

γ_0T——结构重要性系数，对于耐火等级为一级的建筑，γ_0T=1.15，对于其他建筑，γ_0T=1.05；

γ_G——永久荷载的分项系数，一般可取γ_G=1.0，当永久荷载有利时，取γ_G=0.9；

γ_T——温度作用的分项系数，取γ_T=1.0；

γ_Q——楼面或屋面活荷载的分项系数，取γ_Q=1.0；

γ_W——风荷载的分项系数，取γ_W=0.4；

ϕ_f——楼面或屋面活荷载的频遇值系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定取值；

ϕ_q——楼面或屋面活荷载的准永久值系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定取值。

（四）结构构件抗火验算基本规定

1.耐火极限要求

构件的耐火极限要求与《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）及其他国家标准一致。

2.构件抗火极限状态设计要求

火灾发生的概率很小，是一种耦合荷载工况。因此，火灾下结构的验算标准可放宽。火灾下只进行整体结构或构件的承载能力极限状态的验算，不需要正常使用极限状态的验算。构件的承载能力极限状态包括以下几种情况：

1）轴心受力构件截面屈服。

2）受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构。

3）构件整体丧失稳定。

4）构件达到不适于继续承载的变形。

对于一般的建筑结构，可只验算构件的承载能力；对于重要的建筑结构，还要进行整体结构的承载能力验算。

基于承载能力极限状态的要求，钢构件抗火设计应满足下列要求之一：

1）在规定的结构耐火极限时间内，结构或构件的承载力R_d不应小于各种作用所产生的组合效应S_m，即

R_d≥S_m （5-4-50）

2）在各种荷载效应组合下，结构或构件的耐火时间t_d不应小于规定的结构或构件的耐火极限t_m，即

t_d≥t_m （5-4-51）

3）结构或构件的临界温度T_d不应低于在耐火极限时间内结构或构件的最高温度T_m，即

T_d≥T_m （5-4-52）

对钢结构来说，上述三条标准是等效的。由于钢构件温度分布较为均匀，因此，钢结构构件验算时采用上述第3）条的最高温度标准，混凝土构件可采用前面两条标准。

3.构件抗火验算步骤

采用承载力法进行单层和多高层建筑钢结构各构件抗火验算时，其验算步骤如下：

1）设定防火被覆厚度。

2）计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。

3）计算结构构件在外荷载作用下的内力。

4）进行荷载效应组合。

5）根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。

6）当设定的防火被覆厚度不合适时（过小或过大），可调整防火被覆厚度，重复上述1）～5）步骤。

采用承载力法进行单层和多高层混凝土结构各构件抗火验算时，其验算步骤如下：

1）计算构件在要求的耐火极限下的内部温度。

2）计算结构构件在外荷载作用下的内力。

3）进行荷载效应组合。

4）根据构件和受载的类型，进行构件抗火承载力极限状态验算。

5）当设定的截面大小及保护层厚度不合适（过小或过大）时，可调整截面大小及保护层厚度，重复上述1）～4）步骤。

4.钢结构构件抗火验算

这里只介绍基于高温下承载能力验算的方法，火灾下钢构件的验算还有极限温度计算方法，读者可参考其他资料。

高温下，轴心受拉钢构件或轴心受压钢构件的强度应按下式验算，即

式中 N——火灾下构件的轴向拉力或轴向压力设计值；

A_n——构件的净截面面积；

η_T——高温下钢材的强度折减系数；

γ_R——钢构件的抗力分项系数，近似取γ_R=1.1；

f——常温下钢材的强度设计值。

高温下，轴心受压钢构件的稳定性应按下式验算，即

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值；

A——构件的毛截面面积；

φ_T——高温下钢材的强度折减系数；

α_c——高温下轴心受压钢构件的稳定验算参数，对于普通结构钢构件，根据构件长细比和构件温度按规范表格采用；

φ——常温下轴心受压钢构件的稳定系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定。

高温下，单轴受弯钢构件的强度应按下式验算，即

式中 M——火灾时最不利截面处的弯矩设计值；

W_n——最不利截面的净截面系数；

γ——截面塑性发展系数，对于工字形截面，γ_x=1.05，γ_y=1.2，对于箱形截面，γ_x=γ_y=1.05，对于圆钢管截面，γ_x=γ_y=1.15。

高温下，单轴受弯钢构件的稳定性应按下式验算，即

式中 M——火灾时构件的最大弯矩设计值；

W——纤维确定的构件毛截面系数；

φ′_bT——高温下受弯钢构件的稳定系数；

φ_b——常温下受弯钢构件的稳定系数（基于弹性阶段），按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）有关规定计算，但当所计算的φ_b＞0.6时，φ_b不作修正；

α_b——高温下受弯钢构件的稳定验算参数。

高温下，拉弯或压弯钢构件的强度，应按下式验算，即

式中 N——火灾时构件的轴力设计值；

M_x、M_y——火灾时最不利截面处的弯矩设计值，分别对应于强轴x轴和弱轴y轴；

A_n——构件的净截面面积；

W_nx、W_ny——对强轴x轴和弱轴y轴的净截面系数；

γ_x、γ_y——绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数，对于工字形截面，γ_x=1.05，γ_y=1.2，对于箱形截面，γ_x=γ_y=1.05，对于圆钢管截面，γ_x=γ_y=1.15。

高温下，压弯钢构件的稳定性应按下式验算，即

1）绕强轴x轴弯曲：

2）绕弱轴y轴弯曲：

式中 N——火灾时构件的轴向压力设计值；

M_x、M_y——火灾时所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩设计值；

A——构件的毛截面面积；

W_x、W_y——对强轴和弱轴的毛截面系数；

N′_ExT、N′_EyT——高温下绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的参数；

λ_x、λ_y——对强轴和弱轴的长细比；

φ_xT、φ_yT——高温下轴心受压钢构件的稳定系数，分别对应于强轴失稳和弱轴失稳；

φ′_bxT、φ′_byT——高温下均匀弯曲受弯钢构件的稳定系数，分别对应于强轴失稳和弱轴失稳；

γ_x、γ_y——绕强轴弯曲和绕弱轴弯曲的截面塑性发展系数，对于工字形截面，γ_x=1.05，γ_y=1.2，对于箱形截面，γ_x=γ_y=1.05，对于圆钢管截面，γ_x=γ_y=1.15；

η——截面影响系数，对于闭口截面，η=0.7，对于其他截面，η=1.0；

β_mx、β_my——弯矩作用平面内的等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定；

β_tx、β_ty——弯矩作用平面外的等效弯矩系数，按现行国家标准《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）确定。

5.钢筋混凝土构件抗火验算

目前，尚没有国家标准提出钢筋混凝土构件的抗火验算方法，钢筋混凝土构件的抗火验算一般依据通用的非线性有限元方法进行计算。

6.整体结构抗火验算

（1）整体结构抗火极限状态。整体结构的承载能力极限状态为：

1）结构产生足够的塑性铰形成可变机构。

2）结构整体丧失稳定。对于一般的建筑结构，可只验算构件的承载能力，对于重要的建筑结构，还要进行整体结构的承载能力验算。

（2）整体结构抗火验算原理。上节给出的规范抗火设计方法是基于计算的抗火设计方法，要求结构的设计内力组合小于结构或构件的抗力。火灾高温作用下，结构的材料力学性质发生较大变化。基于防火设计性能化的要求，对于一些复杂、重要性高的建筑结构，需要考虑高温下材料本构关系的变化、结构的内力重分布、整体结构的倒塌破坏过程，这就需要对火灾下建筑结构的行为进行准确确定。对火灾下建筑结构的内力重分布、结构极限状态及耐火极限的确定，需要采用基于性能的结构耐火性能计算方法。整体结构耐火性能计算方法需要采用非线性有限元方法完成。

整体结构耐火性能计算的一般步骤如下：

1）确定材料热工性能及高温下材料的本构关系和热膨胀系数。

2）确定火灾升温曲线及火灾场景。

3）建立建筑结构传热分析和结构分析有限元模型。

4）进行结构传热分析。

5）将按照火灾极限状态的组合荷载施加到结构分析有限元模型，进行结构力学性能非线性分析。

6）确定建筑结构整体的火灾安全性。

7）按照上节要求进行构件的验算。

（3）钢结构及钢筋混凝土结构整体结构抗火验算的具体步骤。对单层和多高层建筑钢结构整体抗火验算时，其验算步骤如下：

1）设定结构所有构件一定的防火被覆厚度。

2）确定一定的火灾场景。

3）进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。

4）荷载作用下，分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求。

5）当设定的结构防火被覆厚度不合适（过小或过大）时，调整防火被覆厚度，重复上述1）～2）步骤。

对单层和多高层钢筋混凝土结构整体抗火验算时，可采用如下步骤：

1）确定一定的火灾场景。

2）进行火灾温度场分析及结构构件内部温度分析。

3）荷载作用下，分析结构整体和构件是否满足结构耐火极限状态的要求。

4）当整体结构和构件承载力不满足要求时，调整截面大小及其配筋，重复上述1）～3）步骤。

本章思考题

1.论述性能化防火设计方法与传统的防火设计的区别。

2.哪些建筑内容可以进行建筑性能化防火设计？哪些建筑不允许开展建筑性能化防火设计？

3.建筑性能化防火设计的消防安全目标如何确定？

4.什么是火灾场景？如何设定？

5.烟气流动的驱动作用包括哪几种？

6.烟气流动几种计算模型的选用原则是什么？

7.影响人员安全疏散的因素可以分为哪几类？

8.从火灾发生到人员疏散到安全区域的所需疏散时间RSET计算中包含哪几部分？

9.常用的建筑结构有哪几种？它们的耐火能力怎样？

10.影响构件耐火能力的主要因素有哪些？

11.火灾下构件有哪几种极限状态？

12.火灾下的荷载效应怎样进行组合？

13.建筑结构抗火验算的计算模型有哪些？

14.整体结构抗火计算的一般步骤有哪些？

15.钢结构整体抗火计算的步骤有哪些？

参考文献

[1] 公安部天津消防研究所.GB 50016—2006建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2] 中国工程建设标准化协会.CECS 200—2006建筑钢结构防火技术规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

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[4] Eurocode 2.BSEN1992-1-2：2004 Design of Concrete Structures-Part1-2：General Rules：Structural Fire Design[S].Brussels（Belgium）：European Committee for Standardization，2004.

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