既有建筑改造防火性能评价体系和方法研究

余佳蔚，王露熹，李百毅，林 鹏，张 颖

(1.四川省建设工程消防和勘察设计技术中心，成都 610041；2.成都市消防安全治理技术保障中心，成都 610199；3.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610097；4.四川轻化工大学应急与安全学院，四川 自贡 643000）

引言

截止2021 年底，我国建筑保有量总计约660 亿平方米，而我国的城市建筑面积总量控制为750 亿平方米[1]。因此，我国城市建设已由大规模増量发展模式转为存量提质改造与増量结构调整并重的历史新时期，数百亿平方米的既有建筑面临逐步的优化改造和维修升级。国家十四五发展规划、二〇三五年远景目标纲要、2022 政府工作报告以及党的二十大报告都将城市更新纳入国家发展规划，既有建筑改造已成为支撑我国经济转型的重要载体，直接关乎民心民生。

1954 年，我国编制了第一部《建筑设计防火规范》，此后1956 年、1960 年、1975 年、1982 年、1995年、2006 年、2014 年和2018 年，在总结国内外多起火灾事故和大量科研成果的基础上，《建筑设计防火规范》[2]经过数次完善和修订，为人民生命财产安全提供了重要保障。在既有建筑改造利用过程中，完全遵循现行消防设计规范可能导致大量改造项目难以推进，因此，如何兼顾安全和发展是亟待解决的核心问题。2022 年，四川省建设工程消防和勘察设计技术中心承担了住房和城乡建设部课题《城市更新中既有建筑改造利用消防性能安全评价要点》的研究，该课题立足于城市更新中既有建筑改造的需求和改造现状，在既有建筑改造消防安全风险要点基础上，制定一套科学、完整、合理的消防安全评估体系，规范既有建筑改造消防评估工作。

1 国内既有建筑改造防火设计方法现状

为了统筹发展和安全、改进和完善既有建筑改造利用消防设计审查验收管理，2021年4月，住建部印发了《关于开展既有建筑改造利用消防设计审查验收试点的通知》，在31 个市县开展既有建筑改造消防试点工作。北京市发布了《北京市既有建筑改造工程消防设计指南（试行）》[3]，该指南要求既有建筑在改造实施前，建设单位应组织开展消防安全综合评估，从建筑设计、消防设施、消防电气等方面对既有建筑消防改造进行评估。南京市发布了《南京市既有建筑改造消防设计审查工作指南》[4]，要求既有建筑改造应开展消防技术可行性研究报告，并根据改造程度分为整体改造和局部改造。广州市发布了《广州市具有历史文化保护价值的老旧小区既有建筑消防设计指引》[5]，提出在编制消防设计方案阶段，应从总平面消防安全布局和建筑消防设计两大方面进行消防安全评估。

林鹏等[6]分析了香港某高层住宅建筑在维修期间的火灾安全水平。通过对其维修前（满足规范要求）和维修期间（不满足规范要求）两种情况下人员疏散过程的比较，分析烟气运动规律，评估了该建筑在施工期间的安全水平。张靖岩等[7]总结了既有建筑火灾风险评估方法与消防改造技术路径。庄毅俊等[8]分析了既有建筑改建中消防设计存在的主要问题。

李强等[9]和徐坚强等[10]将层次分析法应用于建筑消防安全评估。崔峻旗等[11]将层次分析法应用于既有老旧住宅的消防安全评估。层次分析法从建筑防火规范、消防设施、消防管理等方面，建立多层级火灾风险评价指标。通过专家打分，计算各指标因子的权重值，建立层次评估模型。在既有建筑改造评估时，专家对每个指标赋值，并根据指标权重，综合计算该建筑的火灾风险分值。层次分析法把研究对象作为一个系统，按照分解、比较判断、综合的思维方式进行决策，并把定性和定量方法结合起来。然而，对既有建筑改造项目，层次分析法指标体系的建立、指标权重赋值及指标的评分均需要专家参与，主观性太强，可能造成全国范围内不同项目的消防安全标准显著不同。因此，层次分析法不能解决我国如此大体量的既有建筑改造项目的消防评估问题。

2 国外既有建筑改造防火设计方法

2003 年国际规范理事会ICC 颁布了《International Building Code，IBC》[12]，规定了美国新建建筑的安全、防火与节能标准。2006 年ICC 颁布了《International Existing Building Code，IEBC》[13]。IEBC 要求在合理的安全升级基础上，鼓励既有建筑的使用和再利用。对于火灾风险较高的既有建筑改造，如商业步行街、高层建筑、地下建筑等，应满足现行建筑防火设计要求。根据改建后建筑的使用类型，分别从火灾安全、疏散、其他安全要求3 个方面，确定了不同类型建筑在这3 个方面应达到的阈值。评估时根据项目的实际情况评分，并与要求的阈值相比，如果这3个方面的评分均超过阈值，则满足规范要求。

美国消防协会（NFPA）颁布的NFPA 系列，包括NPFA 101[14]、NFPA 101A[15]、NFPA 5000[16]等规范。NFPA 101《生命安全规范》规定了不同类型建筑的防火设计要求。对于无法满足NFPA 101 要求的建筑，可采用NFPA 101A《可替代的生命安全的规范》，该规范针对不同类型建筑的火灾安全评估进行了系统、详细的阐述，对每个安全参数进行量化评分，确定某个防火分区或整栋建筑的火灾安全水平。如对商业建筑，提出影响火灾安全的12 个参数，包括建筑结构、危险区域分隔、竖向开口、水喷淋系统、火灾报警系统、感烟探测器、内部装修、烟气控制、出口通道、疏散系统、走廊/房间分隔、应急管理。根据既有建筑实际状况，确定每个安全参数分值。将建筑评分与强制性规定的分值比较，确定建筑是否达到规范要求的安全标准。NFPA 5000将建筑分为新建和既有建筑两大类别，分别给出不同的防火设计要求。根据是否为人员聚集场所和火灾风险是否变化，确定适用的规范条款。若改建后为人员密集场所且火灾风险降低，则防火分区和疏散等按既有建筑类别相关条款，喷淋、排烟、报警等消防设施应按新建建筑类型设置。若改建后为人员密集场所且火灾风险增加，则全部按新建建筑类别确定适用条款。

3 既有建筑改造防火评估体系

本文提出既有建筑改造防火评估体系的总体思路如图1所示。

图1 既有建筑改造防火设计总体思路

总体思路如下所述。

第一步 根据既有建筑改造后的实际使用功能，以现行规范为基准，分别从建筑耐火设计、总平面布局、平面布置及防火分区、安全疏散、灭火救援设施、消防设施设备六方面，确定与现行规范不一致的条文，即偏离项。

第二步 根据偏离项所导致的火灾风险高低，可将偏离项分为以下4种类型。

1）类型一：偏离项的火灾风险较低且改造难度大。根据偏离项潜在的消防安全隐患，进行定性分析。对安全隐患很低且改造难度大的偏离项，直接豁免。如原高层民用建筑设计防火规范GB 50045—95（2005 年版）建议避难层间距不宜超过15层，而现行规范建议两个避难层（间）之间的高度不宜大于50 m。其他属于类型一的偏离项包括消防水泵房的设置楼层、消防电梯停靠楼层、消防水池设置位置及最低有效水位计算方式、建筑高度超过100 m建筑楼板的耐火极限等。

2）类型二：偏离项具有一定安全隐患，但改造难度大。如现行规范要求消防电梯前室的短边不应小于2.4 m，而早期建筑防火设计规范要求消防电梯前室面积不应小于6.0 m²，对其短边长度无要求，导致很多既有建筑消防电梯前室短边不满足现行规范要求。其他属于类型二的偏离项包括高位水箱容积、防烟系统机械送风竖井和排烟竖井的材质、排烟水平风管的耐火极限、住宅剪刀楼梯间合用加压送风系统、商业部分应与住宅部分的共用疏散楼梯等。

3）类型三：偏离项所导致的火灾隐患大小与偏离程度有关。比如，根据现行规范要求，一、二级耐火极限高层建筑之间的防火间距不能小于13 m。而当两栋一级耐火极限的既有高层建筑改造时，防火间距为12 m 和防火间距为5 m 两种条件下所导致的火灾扩散的风险存在很大的差异。显然，该类偏离项的火灾风险与规范的偏离程度成正比。其他属于类型三的包括耐火等级、防火分区面积、疏散出口数量及疏散宽度和疏散距离等。

4）类型四：除类型一、类型二和类型三之外的偏离项。如民用建筑与高火灾风险场所、厂房仓库的防火间距、建筑保温和外墙装饰、不同耐火等级建筑的高度和允许层数、超过2 万平方米地下商业的防火分隔、有顶棚步行街、中庭的防火分隔方式、儿童及老年人照料场所、疏散楼梯形式等。

第三步 根据每种偏离类型的特点和火灾风险的高低，定制4种不同的火灾风险防控策略。

1）策略一：偏离项类型一导致的火灾风险很低，在既有建筑改造中可以直接豁免。如避难层间距为15 层或50 m 对人员疏散和避难影响可忽略不计，因此该偏离项可直接豁免。

2）策略二：偏离项类型二导致一定程度的火灾风险，应根据其影响后果，采取相对应的补偿性措施消除其安全隐患后豁免。如当前室的短边小于2.4 m 时，应考虑消防电梯短边可能影响消防救援。因此，当消防电梯前室短边不满足要求时，可在规范要求的基础上增加消防扑救面长度25%，以提升消防扑救能力。

3）策略三：偏离项类型三导致的火灾风险和偏离程度有关，可定量计算分值（负数）。根据偏离程度和影响后果采取相应的补偿措施消除安全隐患，达到该规范条文所要求（或隐含）的等同的安全目的，即等效替代法。

4）策略四：偏离项类型四导致火灾风险很高，应按现行规范整改。

4 等效替代法评估方法

等效替代法以该规范条文的目的为出发点，根据改造建筑条目与相应规范要求的偏离程度和潜在安全隐患，采取相应的替代措施，达到等同或超过该规范条文的安全水平。根据《建筑设计防火规范》GB 50016—2014（2018 年版）第5.3.1 条：当建筑内设置自动灭火系统时，防火分区的面积可增加1.0倍。根据规范第5.5.17 条：当建筑物内全部设置自动喷水灭火系统时，其安全疏散距离可在规范要求的距离的基础上增加25%。可见，规范允许通过设置喷淋系统，防火分区面积超限100%，或者疏散距离超限25%。因此等效替代法是我国现行规范已经实施应用的方法。IBC、NFPA 5000均采用类似理念，如设置喷淋系统时，其防火间距、防火分区面积、允许的建筑高度和面积、构件的耐火极限、百人宽度指标和疏散长度等，均可以在规范限定的基础上适当放宽。

因此对于类型三的偏离项，计算其与相应现行规范的偏离程度，确定其分值如下：

其中，i是偏离项编号；P（i）为偏离项i的分值，P(i)取值范围为[-1.0～0]；A(i)code是规范要求值；A(i)actual是实际值；K1(i) 和K2(i) 为系数。对强制条目，K1(i)=1.0；对一般性条目，K1(i)=0.5；K2(i)为该条目的权重，权重取值可以通过多种方法获得，如根据规范相关条目反推、专家判断，或者通过科学实验验证等。如《建筑设计防火规范》GB 50016—2014（2018 年版）中，当设置喷淋系统时，防火分区面积可以增加100%，而疏散距离可以增加25%。因此，可以推断安全疏散的权重为防火分区面积的4倍。

当且仅当P(i)+R(i) ≥0 时，可达到规范等同的安全要求。R(i)是根据偏离项i所导致的安全隐患提出针对性的补偿替代措施后，再根据补偿性措施消除该偏离项的有效性而给出的相应分值，R(i)取值范围为0～1.0。R(i)可以通过多种方法获得，如根据规范相关条目、专家判断、通过科学实验验证等。如当设置喷淋系统时，若防火分区面积可增加一倍，则对应的R(i)=1.0。类似地，当两栋建筑的防火间距不足时，考虑到防火间距的目的是防止火灾在两栋建筑之间扩散，通过主动控制火灾，如设置自动喷淋系统、加强喷淋的喷水强度和提高喷淋的有效性等方式，达到防止火灾向相邻的建筑扩散的目的。根据每种替代措施的有效性，给予其分值（正分），见表1。

表1 防火间距不足时的替代措施及分值

5 既有建筑改造防火评估案例分析

某既有建筑改造项目包括1号楼和2号楼，如图2所示。图2中，1号楼为办公楼，10层，35 m高，功能为教室；2号楼为办公楼，17层，58 m高。原建筑设计于2008年，按《建筑防火设计规范》（局部修订2008）和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045—95 设计。现对1号楼进行整体改造，使用功能维持不变。

1 号楼的主要防火设计见表2，包括耐火极限、防火间距、防火分区面积、安全疏散、灭火救援设施和消防设施设备的防火设计。具体阐述如下。

表2 1号楼偏离项及其分类

1）1 号楼的耐火极限和防火分区面积满足现行规范要求。

2）在总平面布局方面，根据规范要求，两栋高层建筑的防火间距不应小于13 m。现1 号楼与2 号楼的防火间距为10 m，如图3 所示。根据前述的分类原则，该偏离项属于第三类。防火间距为强制性条款，则K1=1.0，防火间距的权重根据专家决策K2=2.0。根据式（1），则该偏 离项评分为P=-2 ×。设置防火间距是防止火灾向相邻建筑蔓延。为达到等同的目的，可通过提高喷淋系统喷水强度或可靠性，通过主动灭火把火灾规模控制在一定范围内，从而达到防止火灾向相邻建筑蔓延的目的。根据现行规范要求，1 号楼应设置中危险I 级的自动喷淋系统。补偿性措施为采用喷水强度在规范基础上提高一级的喷淋系统。根据表1，该补偿措施R分值为0.5。则P+R≥0，达到规范等同的安全效果。

图3 相邻建筑防火间距不足

3）在安全疏散方面，1 号楼现疏散楼梯为封闭楼梯间。根据现行规范，建筑高度大于32 m 的二类高层公共建筑应采用防烟楼梯间。根据分类原则，该偏离项为类型四，应按规范要求整改，拟采用自然通风的防烟楼梯间。

4）在灭火救援方面，1 号楼现有的消防电梯前室短边2 m 宽，如图4 所示。而根据现行规范，消防电梯前室的使用面积不应小于6.0 m²，前室的短边不应小于2.4 m。该既有建筑两侧剪力墙无法扩宽，前室短边不能满足规范要求，该偏离项为类型二。考虑到消防电梯用途是方便消防救援，为达到等同的目的，拟在规范要求的基础上，增加消防扑救面长度25%。该偏离项采取替代措施后豁免。

图4 消防电梯前室短边不满足规范要求

5）在消防设施设备方面，1 号楼消防水泵房位于地下3层。该偏离项属于类型一，可直接豁免。

6 结束语

通过对全国各地既有建筑改造利用情况的调研，总结了各地既有建筑改造消防设计的经验及亟待解决的问题，研究了国外建筑防火设计规范对既有建筑改造的消防规范评估方法，包括IBC、IEBC、NFPA 5000、NFPA 101、NFPA 101A 等，结合我国规范防火体系特性，提出了既有建筑改造消防安全评价方法，对破解我国既有建筑改造的消防难题具有现实意义，文中提出的4种偏离项的类型库，以及针对不同偏离项导致的火灾风险、相应的补偿措施库，则需要在进一步总结和广泛征求意见基础上进行完善。