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基于性能的设计中ASET / RSET评估的动态方法.胡桐
香港九龙尖沙咀柯士甸道122号丽嘉广场11楼A室Leong Poon＆Associates（HK）Ltd
理论
评估火灾条件下建筑物中的人员安全的基本概念是确定在危险情况发生之前，人员能够安全逃生的时间。可用安全出口时间/所需安全出口时间（ASET / RSET）概念自30年前成立以来，基于性能的消防安全工程设计中的消防安全评估就已经被消防安全工程从业人员广泛使用。但是，这种方法的适当性只是偶尔被讨论，而没有得到详细的解决。讨论通常集中在影响ASET和RSET参数结果的假设和方法上的弱点和不足之处，而不是ASET / RSET概念本身。最初的ASET / RSET方法是库珀（Cooper）在1980年针对单个车厢的简单两区模型得出的，但如今仍在应用于更大，更复杂的建筑物。尽管先进的三维仿真模型得到了高度详细的结果，但烟雾层不再均匀，无法维持的条件区域的范围为过渡状态，并且可能仅在车厢区域的一部分上发展，这是不言而喻的。在这种情况下继续应用ASET / RSET方法可能会导致对出口条款的不同解释，从而导致偏离了库珀最初设计的提供评估出口安全性的基本措施的预期目的和范围。对于这种简化的评估火灾安全出口的简化方法的可行替代方法，也几乎没有公开的文献可用，该方法最初是从区域模型概念得出的。本文简要介绍了ASET RSET方法，并介绍了基于给定空间随时间变化的效用的另一种消防安全评估方法。替代方案提供了一种动态方法来评估安全级别，该方法更适合与高级仿真模型一起使用，从而在更复杂的建筑布局中提供瞬态三维环境。
引言
尽管自1960年代以来，用于预测火灾行为的分析模型一直在发展（Jones，2001年[1]），但可用于工程应用的模型是可以作为计算机软件使用的模型，可以从中容易地预测火灾危险的确定。 。最早的模型之一是基于两层区域模型概念的可用安全出口时间（ASET）模型（Cooper＆Stroup，1982 [2]）。 ASET模型可以很好地估计由于单个舱室中的火灾而导致条件变得无法维持的时间，以便评估安全出口。它通过将“可用安全出口时间”（ASET）定义为检测时间与危险发作之间的时间间隔，引入了消防安全的概念。为了确保建筑物被认为是安全的，受到火灾威胁的空间中的居住者必须能够在一定时间范围内逃生，即所需的安全出口时间（RSET）
该值必须小于为该空间确定的ASET。 RSET仅在被告知发生火灾时被认为是离开飞机所花费的时间。但是，Cooper没有提供有关确定RSET的任何指导。 Sime（1986 [3]）随后通过增加应对阶段以及检测和出口阶段来增强了这一方面。应对阶段可能更广泛地称为移动前时间，以允许在意识到火警提示的时间之后开始出口之前的各种延迟。因此，证明安全出口已成为满足受火灾影响的空间的ASETgt; RSET关系的任务。
在消防科学和人类行为研究的支持下，基于性能的设计（PBD）指南（IFEG 2005 [4]，CoPFSB 2011 [5]）中很快出现了ASET RSET概念作为评估消防安全性的一种方法。源自基于性能的消防安全工程设计方法的“替代解决方案”采用ASET RSET演示安全性，最终被当局接受，但要根据指南进行各种修改。但是，由于PBD在消防安全方面的性质，指南和规范中的许多内容都是很大的过程，大概是在实现设计时保留了基于性能的方法的核心优势。规定数据的使用被视为与基于性能的设计概念的本质相抵触，后者旨在提供规范设计所缺乏的设计灵活性。结果，PBD的审议水平大大提高。
当局试图证明已达到消防安全水平（Poon，2012年[6]）。
尽管已使用了30多年，但ASET RSET方法本身并未发生任何重大变化。关于ASET RSET问题的讨论主要集中在影响ASET / RSET参数结果的假设和方法上的弱点和不足之处，而不是ASET RSET概念本身。最初的ASET RSET概念源自库珀在1980年代初期针对单个车厢的简单两区模型，如今仍在应用到更大，更复杂的建筑空间中。尽管改进了更复杂的三维仿真模型以产生高度详细的输出，但烟雾不再是均匀的层，并且不稳定条件的区域范围与时间有关，并且可能仅在一部分烟尘上发展。隔室面积。在这种情况下继续使用ASET RSET方法已导致对基本安全出口条款的不同解释，从而导致与Cooper最初设计的提供评估出口安全性基本措施的预期目的和范围发生重大出入。对于这种从区域模型概念得出的火灾安全逃生的简化表示方法，几乎没有可行的替代方法的公开文献。本文简要介绍了ASET RSET方法，并介绍了基于给定空间随时间变化的效用的另一种消防安全评估方法。替代方案提供了一种动态方法来评估安全级别，该方法更适合与高级仿真模型一起使用，从而在更复杂的建筑布局中提供瞬态三维环境。
2.安全说明
2.1法规中的消防安全目标
基于规范性规范的常规消防安全设计实践完全依赖于遵守《消防或建筑规范》相关条款（表1）中规定的特定要求。在几乎所有这些法规中，尽管以各种形式用不同的法规来表达，但乘员安全的基本目标只是提供乘员安全。但是，没有明确规定实现此目标的方法，因为这意味着遵守该规范的消防安全规定被认为可以满足该目标。当采用基于绩效的方法时，如果不遵守规定性措施，则必须遵守这些相同的基本目标，因此需要对构成目标的明确解释。
表1.乘员安全守则目标
国家代码根目标或性能要求
澳大利亚BCA [7]在紧急情况下撤离时，保护乘员免受疾病或伤害。
香港
CoPFSB [5]保护居住者的生命
在发生火灾紧急情况之前，新加坡FC [8]乘员必须能够直接或通过受保护的出口逃逸到安全的地方。
美国（NFPA）NFPA
101 [9]
不熟悉点火的任何乘员均不得暴露于瞬时或累积的不稳定条件下。
NFPA 101在其解释性附录中提供了许多建议，可用于实现其性能要求，即避免将乘员置于不适当的环境中：
方法1.设计团队可以设置详细的性能标准，以确保居住者不会因火灾而丧失工作能力（Purser，2002）。
方法2。对于每个设计火灾场景以及设计规范，条件和假设，设计团队可以
证明在该房间的烟雾和有毒气体层下降到低于地面6英尺（1830毫米）的水平之前，每个房间或区域将被完全疏散。
方法3.对于每个设计火灾场景以及设计规范和假设，设计团队可以演示
在任何占用的房间内，烟雾和有毒气体层的高度都不得下降到低于地面6英尺（1830毫米）的水平。
方法4。对于每个设计火灾场景以及设计规范和假设，设计团队可以演示
不会有火势蔓延到任何占用的房间。
方法的范围从最不保守（方法1）到最保守（方法4）。但是，没有建议的建议安全裕度。方法2可以被认为是与ASET RSET概念相关联的更广泛使用的方法。
2.2。安全裕度或安全系数
最初引入的ASET RSET评估消防安全方法更多是一个概念，而不是针对PBD的编纂方法。自从将其应用于建筑设计以来，当考虑到消防安全数据在其可变性方面具有确定的意义时，就必须使用安全系数或余量来考虑设计的不确定性。
基于ASET RSET概念的设计不确定性容限可以表示为安全裕度（ASET-RSETgt;安全裕度）或安全系数（ASET / RSETgt;安全系数）。这些安全措施用于解决分析过程中数据和假设的不确定性。
不幸的是，许多参数仍然缺乏所需的精确性和火警数据的可用性，而且分析技术可能极其复杂，以至于任何进行变异性分析以得出合理安全系数的尝试都将极为艰巨。即使应采用简单的ASET / RSET概念，有关基于性能的消防工程设计的现行规范或指南也没有明确的建议，建议应采用何种适当的安全系数。但是，监管机构确实坚持要求它们，它们通常大于一个但不大于3，通常在1.5到2之间。
2.3。灵敏度分析
灵敏度分析可用于研究输入变量的变化如何影响计算结果。灵敏度分析是通过在合理范围内更改一个输入变量，而其余输入变量保持不变来进行的。敏感性分析有助于深入了解对计算结果有重大影响的参数，因此，在提供对该变量的更可靠估计方面具有更大的重要性。适当的灵敏度分析可以为确定设计所需的安全级别奠定基础。但是，通常缺乏信息，迄今为止，当局通常依靠共识方法来设置被认为“足够保守”的限制。
虽然可以提供所建议解决方案的整体“感觉”，但它不能代替提供可接受的解决方案的需求
设计中的安全裕度。
2.4。冗余
规范中的消防安全规定具有不确定的内置冗余措施。最明显的例子是，尽管配备了洒水喷头，但尽管在洒水控制火上的许多试验表明温度不超过100°C（舒尔茨，2005年[10]），但其耐火性可能会降低但不能消除。因此，存在这样一种危险，即基于性能的设计能够提供一种替代解决方案，而没有充分解决规范性规定中固有的冗余带来的额外安全性（Babrauskas [11]）。
可以使用基于风险的方法评估消防安全在一定程度上考虑冗余问题（Poon，2012 [12]）。但是，基于风险的方法的局限性在于缺乏可靠的数据，无法对这些数据进行适当的风险评估。由于火灾的影响而导致的复杂故障机制及其后果，也是时间上的复杂性，难以提供可靠的风险评估。
2.5总结
以上讨论表明，评估PBD安全级别的准确方法并不容易定义。除了诸如结构分析之类的相对直接的评估外，诸如火灾安全之类的现象的安全级别被认为过于复杂而无法准确确定。尽管如此，ASET RSET方法仍然能够保持可接受的评估形式，这似乎是满足消防法规根本目标的可识别手段。在可以更好地评估防火评估的安全等级之前，必须就设计的安全余量进行谈判或通过符合当局的要求。
3，ASET RSET方法
3.1。一般概念
证明乘员安全的ASET RSET方法是一种基于时间的简单方法，其两个参数取决于许多关键变量，如图1所示（Poon，2007 [13]）。安全是通过对一组商定的验收标准进行评估来定义的，验收标准主要根据对可能遭受火灾影响的乘员的持久性限制来表示。简而言之，如果可以证明居住者能够以可接受的余量逃避火灾的影响，则认为该解决方案已满足相关的性能要求（表1）。由于居住者的承受力极限变化不大，因此接受标准的范围相对一致。持久性限制的最低接受标准集如下：
bull;烟气温度高于2.1m lt;185°C（2.5kW /msup2;辐射极限）
bull;烟气温度低于2.1m lt;60°C
bull;能见度低于2.1mgt; 10m的烟雾
以上内容涵盖了针对危险性火灾风险的安全要求，以及安全地协商通往安全场所的出口路径的要求。
消防工程分析过程通常涉及评估火灾发展，烟雾蔓延和乘员疏散，并根据验收标准中指定的可承受极限，通过并入ASET / RSET时间线比较来评估结果。 ASET / RSET首字母缩略词定义如下：
ASET =可用的安全出口时间（达到不稳定状态的时间）RSET =所需的安全出口时间（撤离建筑物的时间）
ASET是从火灾影响达到验收标准中规定的持久性极限时开始确定的。 RSET是通过对乘员安全逃离火势所花费时间的分析来确定的。因此，最终对接受标准的评估是在相对的基础上进行的，即乘员可以安全地逃脱，使其免于遭受火势（即ASETgt; RSET）暴露于不稳定的条件下。一般认为，此方法可达到相关的性能要求（有适用的安全津贴），因此可以达到消防法规的相应目标和功能说明。
3.2。限制
Babrauskas（2009 [14]）清楚地表达了与ASET RSET概念相关的许多局限性。他的主要重点是，ASET RSET方法的确定性并不能反映两者之间的随机性。
在评估火灾和乘员行为时。尽管这些缺陷仍然存在，但在消防安全分析中使用可信的“最坏情况”有助于分散对消防安全进行概率（随机）评估的需求。
但是，在本文中，要解决的ASET RSET方法的局限性的主要重点是，基于两层区域模型的ASET RSET方法的开发条件可能不再适合使用现代三层模型。火灾模拟和乘员移动模型。最初的ASET RSET概念实际上是一种一维方法，因为假定条件在整个房间内是统一的，因此考虑房间中任何位置的居住者的具体位置并没有任何好处。在出现无法忍受的条件之前，所有占用者都必须从房间撤离，这是整个房间的统一情况。
现在，现代仿真模型能够根据时间提供建筑物中所有位置的火灾情况。因此，关于从“房间”的角度出发何时安全退出的条件“不可接受”的ASET定义不再明确，需要加以解释。类似地，现在可以根据时间追踪每个单独的乘员沿着出口的路径的位置，从而可以在对乘员无害的可租住区域内安全地留在火场附近。
本文尝试采用广泛接受的ASET和RSET方法的概念来扩展其应用，以利用当前模型能够提供的更详细的输出。下节说明了用于确定火灾安全性的改进评估方法所需的功能。
4.所需功能
4.1。设计目标
所有消防安全设计解决方案都必须符合规范的规定目标（表1）。尽管不同的法规以不同的形式定义了安全性，但NFPA 101最好地表达了基本目标，即“任何不熟悉点火的乘员都不得暴露于瞬时或累积的不稳定状况”。划定“紧密着火”的居住者的目的是排除非常靠近火源且不太可能避免危险接触的居住者，无论采取何种措施。但是，客观的陈述正确地暗示了出境不是必要的行动，只要乘员不处于不适当的条件下即可。方法3和4举例说明了这一点，它们是不需要人员疏散的解决方案场景，实际上是更为保守（因此
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