ISO 24678-42023 消防安全工程.代數公式的管理要求.第4部分煙層標準立項發展報告

消防安全工程代數公式的管理要求第4部分：煙層標準立項發展報告StandardizationDevelopmentReport:Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicformulae—Part4:Smokelayers摘要隨著建筑功能復雜化與高層及地下空間規模持續擴大，火災煙氣已成為威脅人員生命安全的首要因素。煙氣層的形成、發展和穩定過程直接決定疏散通道的可用性與消防撲救的可行性，而代數公式作為煙氣層特性快速估算的核心工具，其計算結果的可靠性與適用范圍缺乏統一的規范化要求。國際標準化組織（ISO）于2023年6月28日正式發布ISO24678-4:2023《消防安全工程代數公式的管理要求第4部分：煙層》，該標準是全球消防安全工程領域首部專門針對煙層代數公式建立系統管理要求的國際標準。本標準規定了穩態與非穩態條件下煙層厚度、溫度及界面高度的代數公式適用條件，明確了公式輸出參數的精度等級與驗證程序，并給出了標準輸入參數的確定方法及不確定性分析框架。標準的發布填補了ISO24678系列在煙層應用場景下的空白，完善了消防安全工程中代數公式管理的標準體系，為性能化防火設計提供了可量化、可驗證、可追溯的技術依據，對提升我國建筑防火設計的科學化水平和消防安全的國際協同治理能力具有重要的參考意義和引領價值。關鍵詞：消防安全工程；代數公式；煙層；標準管理；性能化防火設計；ISO246781研究背景1.1火災煙氣危害的嚴峻形勢火災統計數據分析表明，煙氣已成為火災中人員傷亡的首要原因。根據世界各國的火災統計數據，火災致死案例中約有70%—80%與煙氣吸入相關，遠高于火焰直接灼燒導致的死亡比例。煙氣不僅降低能見度、阻礙人員疏散，其含有的有毒氣體（如一氧化碳、氰化氫等）在短時間內即可致人中毒昏迷，嚴重威脅生命安全。隨著建筑功能日趨復雜化，高層建筑、地下綜合體、大型交通樞紐、大空間商業設施等不斷涌現，火災煙氣運動的時空特征更為復雜，對煙氣控制系統的可靠性提出了更高要求。1.2代數公式在煙氣分析中的應用與挑戰在消防安全工程實踐中，代數公式（algebraicformulae）因其計算簡便、物理意義明確、便于工程應用等特點，被廣泛用于煙氣層特性參數的快速估算。常見的代數公式涵蓋煙層厚度計算、煙氣溫度估算、煙氣產生速率預測、煙層界面位置判定等關鍵參數。這些公式在性能化防火設計中扮演著不可或缺的角色，是煙氣控制系統設計、疏散安全性評估、火災場景構建的基礎工具。然而，工程實踐中也暴露出不容忽視的問題：各類代數公式的適用條件界定不清、參數取值缺乏統一依據、計算結果的準確性缺少系統驗證。同一火災場景下，不同設計人員采用不同的公式或輸入參數，可能得出差異顯著的結果，這種不一致性嚴重影響了設計方案的可靠性評估和消防審批的科學性。1.3標準需求與國際響應ISO24678系列標準旨在為消防安全工程中代數公式的應用提供統一的管理框架和技術要求。該系列已涵蓋煙氣填充、煙氣羽流等內容，但在煙層（smokelayers）這一關鍵應用場景方面，尚無專門的標準進行規范。為填補這一空白，ISO消防安全工程領域的專家歷經多輪研討與論證，最終形成并發布了ISO24678-4:2023。這一標準的出臺不僅是ISO標準體系的重要補充，也標志著國際消防安全工程領域對代數公式管理規范性認識的深化和共識的達成。2標準主要內容2.1范圍與適用邊界ISO24678-4:2023適用于消防安全工程中涉及煙層特性分析的各類場景，包括但不限于穩態火災條件下煙層的形成與維持、非穩態火災條件下煙層的動態演化，以及機械排煙和自然排煙條件下煙層行為的差異評估等。標準的適用對象主要面向消防安全工程師、性能化防火設計人員、消防科研人員以及消防審批與管理人員。2.2規范性引用文件與術語定義標準參照并引用了ISO13943《消防安全詞匯》中的基本術語定義框架，同時結合煙層分析的特殊需求，對以下關鍵術語進行了明確界定：煙層（smokelayer）、煙層界面（smokelayerinterface）、穩態條件（steady-stateconditions）、非穩態條件（transientconditions）、煙層厚度（smokelayerthickness）、虛源（virtualsource）等。這些定義的明確統一，消除了不同工程實踐中的術語理解分歧，為后續技術要求的準確傳達奠定了基礎。2.3代數公式的分類與層次化管理ISO24678-4:2023對用于煙層特性計算的代數公式采用了層次化管理思路，將公式按照其理論基礎和適用范圍分為以下層次：-第一層次——基本理論公式：基于質量守恒、能量守恒等基本物理定律推導的公式，具有較為嚴格的物理基礎，適用范圍界定清晰。-第二層次——經驗修正公式：在基本理論公式基礎上，結合實驗數據或數值模擬結果進行經驗和半經驗修正的公式，其適用范圍通常有所限定。-第三層次——工程近似公式：以簡化和便捷為導向的工程近似公式，適用于初步估算和方案比較階段，但其精度需要進行明確評估。等級的劃分并非優劣排序，而是幫助使用者根據具體工程需求、可用數據資源和精度要求做出合理選擇，從而避免公式的誤用和濫用。2.4公式應用的適用條件與精度要求標準對煙層代數公式的使用條件進行了詳細的界定和明確的要求。首先，標準對不同類型火災場景下公式的適用性進行了區分，明確了哪些場景適合采用代數公式進行煙層分析，哪些場景則需借助更復雜的數值模擬工具（如場模擬CFD方法）。其次，標準充分考慮了邊界條件的影響，對建筑幾何尺寸、開口條件、火源功率及熱釋放速率等因素對公式適用性的影響進行了系統分析。在精度要求方面，標準規定了煙層特性參數計算結果的可接受誤差范圍。對于煙層厚度、煙層溫度等關鍵輸出參數，標準明確要求設計人員應當對計算結果進行敏感性分析，評估輸入參數不確定性對輸出結果的影響程度，并在設計文件中予以充分說明，為后續的消防審批和安全評估提供參考依據。2.5輸入參數確定與不確定性分析標準強調輸入參數的準確性直接決定輸出結果的可靠性，因此專章規定了主要輸入參數（包括火源熱釋放速率、建筑空間幾何尺寸、環境溫度、開口條件等）的確定方法。對于具有統計變異的參數，標準要求采用合理的取值方法（如特征值法、保守值法等），并充分考慮不確定性來源及傳播。標準引入了分項安全系數法的思想，允許在缺乏精確數據時采用偏保守的估計值，以保障設計的安全性裕度。2.6驗證與文檔化管理為確保煙層代數公式應用的規范性和可追溯性，標準要求在實際工程應用中形成完整的文檔記錄，包括公式選擇的依據、輸入參數的來源、計算過程的詳細記錄、結果的敏感性分析以及結論的適用范圍等內容。同時，標準鼓勵將代數公式計算結果與實驗數據或數值模擬結果進行對比驗證，特別是在大型復雜項目的方案論證階段，多方法交叉驗證已成為推薦做法。3標準修訂的企事業單位或標委會介紹3.1ISO/TC92/SC4技術委員會概況ISO24678-4:2023由國際標準化組織消防安全工程技術委員會（ISO/TC92）下屬的消防安全工程分技術委員會（SC4）負責制定和修訂工作。ISO/TC92/SC4的名稱是“消防安全工程”（Firesafetyengineering），其工作范圍涵蓋消防安全工程領域的基礎標準和方法標準的制定與維護，包括火災動力學、火災探測與報警、煙氣控制、疏散模型、結構耐火和火災風險評估等關鍵方向的標準化工作。3.2主要參與單位介紹在本標準的制定過程中，英國標準化協會（BSI）發揮了重要的技術引領作用。作為ISO/TC92的積極成員和長期技術貢獻方，英國在火災科學和消防安全工程領域擁有深厚的研究積淀，其消防安全工程研究可追溯至20世紀50年代。來自英國的多位學者和工程專家在火災煙氣運動的理論建模方面卓有建樹，為火災煙氣動力學理論的建立和應用做出了開創性貢獻。BSI在標準制定中充分發揮了其開放性和協調性的組織優勢，廣泛吸納了來自學術界、工程咨詢機構、建筑設計單位、消防主管部門及檢測認證機構等多方力量的意見和建議。尤其是來自英國愛丁堡大學、阿爾斯特大學等知名學術機構的火災安全科學家，在煙層理論模型的構建、代數公式的系統評估以及不確定性分析方法等核心內容的制定過程中發揮了關鍵作用。此外，來自美國、日本、澳大利亞、新西蘭、北歐等國家和地區的專家也深度參與了標準的研討與審查，充分保證了標準的國際適用性和技術先進性。3.3中國參與情況中國作為ISO的常任理事國，長期以來持續參與ISO/TC92/SC4的各項標準化工作。中國建筑科學研究院有限公司、中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室、應急管理部天津消防研究所等多家國內權威機構均積極參與了ISO24678系列的制定工作，追蹤該系列標準的國際進展，并在國內積極推動相關標準的轉化應用。ISO24678-4:2023的發布為我國防火設計規范的修訂和完善提供了重要的國際參考，也為我國參與消防安全工程標準的國際治理提供了新的平臺和機遇。4標準的意義與應用前景4.1對消防安全工程實踐的深遠影響ISO24678-4:2023的發布和實施對全球消防安全工程實踐具有廣泛而深遠的影響。首先，標準的發布為煙層代數公式的規范應用提供了權威依據，有助于減少因公式誤用而導致的評估偏差，提高火災安全評估的科學性和公信力。其次，標準提升了性能化防火設計的規范性和一致性，使消防審批中涉及煙氣控制方案的論證更加有據可依，有利于不同項目之間的橫向比較和經驗積累。第三，標準的實施還有力促進了不同國家和地區的消防安全工程實踐的經驗互認與交流合作，為消防安全的國際協同治理提供了技術基礎和制度保障。4.2對推動性能化防火設計發展的作用性能化防火設計強調以火災安全目標為導向，采用科學分析工具對設計方案進行評估和優化。煙層分析作為性能化設計中煙氣控制與疏散安全評估的核心環節，其計算方法的可靠性直接影響整體設計方案的合理性和安全性。ISO24678-4:2023通過對代數公式的系統化管理，為性能化設計提供了更可靠的技術支撐，增強了消防工程師的計算信心，降低了因方法不當導致的安全風險，對推動性能化防火設計方法在更廣泛領域的應用發揮了重要的基礎性作用。4.3對產業發展的推動從產業發展的角度來看，該標準的發布還帶動了相關軟件工具和工程咨詢服務的規范化發展。目前國際主流的火災安全工程軟件（如FDS、CFAST等）及各類簡化計算工具，均可依據該項標準對其中煙層計算模塊進行驗證和優化。標準的實施為軟件開發企業提供了明確的功能要求和驗證基準，有助于提高軟件產品的質量和可信度。同時，工程咨詢機構在開展煙氣控制設計時也有了更加統一的技術依據，有助于規范市場秩序，提升服務質量。5結論與展望5.1標準實施建議中國在積極轉化和應用ISO24678-4:2023的過程中，應重點推進以下工作：一是加快標準的國內轉化進程，結合我國建筑防火設計規范的體系特點，適時制定相應的國家標準或行業標準；二是加強與國際標準和國外先進標準的對標分析，梳理我國現行標準在煙層代數公式管理要求方面的差距，明確改進方向；三是強化標準實施的配套支持，編制配套技術指南和工程應用手冊，完善標準實施的技術支撐體系。5.2人才培養與技術創新在人才培養方面，應在消防工程、安全工程等專業培養方案中加強煙層代數公式規范化應用的相關知識教學，培養具有國際視野的標準化人才。在技術創新方面，應持續關注人工智能和機器學習技術在火災煙氣預測領域的應用，推動新一代智能預測方法與代數公式方法的融合；同時，提升火災實驗測量技術的精度與自動化程度，為代數公式的驗證與修正提供更豐富的實驗數據支撐，推動標準體系的持續更新與完善。5.3未來發展展望參考文獻[1]ISO24678-4:2023,Firesafetyengineering—Requirementsgoverningalgebraicformulae—Part4:Smokelayers[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardiza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