大空間建筑火災撲救戰法研究

張　國

(天津市消防總隊，天津　300090)

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大空間建筑火災撲救戰法研究

張國

(天津市消防總隊，天津300090)

由于大空間建筑具有抗震性能好、材料強度高、支撐性能強、組裝便捷等優點，近幾年在我國各地數量不斷增多，跨度及體量也越來越大。隨之而來的是大空間建筑火災也逐漸呈多發趨勢，并已成為消防部門必須面對和解決的一道難題。因此，圍繞大空間建筑火災的特點、撲救的難點，從合理進行救援疏散、科學防排煙、提高內攻控制火勢效率等方面分析探討了撲救大空間建筑火災的對策以及戰術戰法。

大空間建筑；火災特點；滅火戰法

一、研究背景

隨著我國社會經濟的發展，各種大空間建筑越來越多，應用范圍越來越廣泛，如劇場、會堂、體育館、展覽館、候車(機、船)廳、大型車間、大型倉庫等。根據《網架結構設計與施工規程》中的規定，跨度在60 m以上的結構稱為大空間建筑。此類建筑主要采用鋼材料，其結構形式主要包括網架結構、網殼結構、懸索結構、膜結構、薄殼結構等五大空間結構及各類組合空間結構。大空間建筑對人們的生產生活帶來了便利，但也給火災發生后的人員疏散與火災撲救提出了一個難題，由于大空間筑可能存在人員密集、物品繁雜、電氣線路繁多等諸多因素，火災發生后，如戰術措施不當，將可能導致重大的財產損失和人員傷亡(見表1)。

國內學者曾對大空間建筑火災滅火救援做了一些研究。2007年陳穎對大空間建筑煙氣控制的數值模擬進行了研究，研究了不同排煙模式下煙氣控制的效果；2007年9月，張高潮提出了火災救援的不利因素、技戰術措施和滅火戰斗的保障要點；2008年8月，祁祖興就大空間建筑固定消防設施出現故障、沒有聯動，而導致不能正常發揮作用的情況下,提出了消防隊員如何利用固定消防設施進行火情偵察、疏散人員、滅火排煙等需要解決的技術和戰術問題；2008年高虎在分析大空間建筑結構和性能特點的基礎上，指出大空間建筑防排煙工程設計特別之處。這些研究對大空間建筑的滅火救援提供了技術支持。國外也對大空間建筑火災做了大量的研究，在科學研究和實際工作的基礎上總結了大量關于大空間排煙系統設計的規律和經驗。美國、英國等國家率先提出了“性能化防火設計”方法，運用消防安全工程學及火災動力學的原理與方法，根據大空間建筑結構、用途和內部可燃物等方面的具體情況，通過計算機火災模擬對建筑的火災危險性進行定量的綜合預測和評估，據此得出最優的大空間建筑防火設計方案，為大空間建筑物提供合理的消防對策。

表1　近年來國內大空間建筑典型火災案例

大空間建筑主體多為輕型鋼結構框架，該類結構組裝、拆卸周期較短，同比同類結構造價相對便宜，但是鋼架結構的大空間建筑通常情況下受高溫、冷熱驟變、荷載過大等因素的影響極易發生倒塌。同時，該類建筑由于內部空間較大、結構復雜、路線曲折，一旦發生火災，人員極難在短時間內疏散。因此，加強安全疏散、防排煙、火災撲救方法等方面的研究，是確保大空間建筑發生火災事故時，成功進行人員疏散和撲救的一個重要課題。

二、大空間建筑的火災特點

(一)極易發生坍塌

大空間建筑整體或局部坍塌是大空間建筑火災的一個主要特點，也是對救援人員安全造成威脅的最大因素和火災撲救困難的重要原因。如2006年5月8日烏魯木齊市建筑機械廠庫房火災中，屋頂整體突然坍塌，導致一名士官被埋壓；2005年8月2日發生的馬鞍山市蒙牛乳業有限公司火災中，冷庫發生倒塌導致3名戰士犧牲。在實戰中，因建筑坍塌造成救援人員傷亡的案例占有一定比例，因此，分析研究建筑坍塌的規律，及時發現建筑坍塌前的征兆并正確處置，就能減少或者避免坍塌對救援人員的傷害。通過對建筑火災倒塌概率、倒塌時間、倒塌形狀的案例分析發現，此類建筑發生倒塌通常與其本身選用的建筑材料、燃燒積聚溫度和持續燃燒時間密切相關。早期建造的大空間建筑多采用以輕鋼柱子、梁或鋼筋混凝土柱子作為主要承重主體的建筑材料，如若未經防火保護處理，在相對封閉的空間內發生猛烈燃燒，且積聚較高的溫度時，15 min以上就有發生垮塌的危險，倒塌的形狀多為屋頂整體或局部壓垮。近年來建造的大空間建筑選用的材料多采用純鋼結構或混合結構為主，此類材料在火場溫度200 ℃以內時，強度基本不變，超過300 ℃時，則開始顯著下降，達到500 ℃以上時，強度下降一半，當達到600 ℃以上時，強度基本為0，易形成“斜面形”的倒塌。而此時鋼筋混凝土構件承載能力受到影響，但不會倒塌，當溫度達到700～900 ℃，經過60～90 min，會發生突然斷裂、垮塌現象。以城市綜合體為主的“大體量”建筑，因其采用新型建筑混合材料，抗高溫能力強，一般不會發生垮塌，但由于其內部分割材料多、可燃物多以及滅火用水荷載大等原因，仍有局部或大面積垮塌的危險。

(二)高溫煙氣濃度大

由于大空間建筑開口部位相對較少，加之可燃物質較多，因此，一旦發生火災，該類建筑內部會迅速產生大量高溫煙氣，隨著燃燒的發展，導致高溫煙氣體積不斷發生膨脹并不斷積聚，如果不及時實施排煙措施，很難在無外力作用下及時清除。

(三)被困人員不易疏散

發生火災后，由于濃煙的影響，建筑內部能見度差。同時，一旦內部供電系統遭到破壞，且伴隨著高溫煙氣彌漫，能見度繼續下降。經過專業機構測試，火災發展階段大空間建筑內部的能見度僅為1～3 m，此時使用照明設備通常情況下對面也很難見到人影。此外，由于燃燒產生的CO等高溫有毒氣體進一步加大了人員疏散救援的難度，還在一定程度上加大了救援人員及被困人員的心理壓力。

(四)火勢蔓延快

由于該類大空間建筑內部空間體量相對較大，內部氧氣充足，且由于該類建筑內部通常儲存有大量易燃物品，因此，大空間建筑一旦發生火災，在熱對流現象的影響下燃燒迅猛，蔓延快，高溫煙氣四處彌漫擴散，極易造成人員傷亡和重大財產損失。

(五)內攻難度大

大空間建筑內部發生火災后，由于能見度逐漸下降，火勢一旦達到發展階段，內部充滿煙氣，滅火力量到場后難以準確尋找火點，難以判斷被困人員的準確位置，且由于大空間建筑內部火災荷載相對較大，鋼架結構良好的導熱性能同時加大了滅火的難度，且極易形成新的火點。當鋼構件溫度超過臨界點時，外部射水在高溫作用下短時間內會氣化升騰，不但極易給內攻人員造成傷害或窒息，還會進一步導致燃燒的大空間建筑內部能見度下降，導致內攻的安全性下降，增大了滅火的難度。

三、大空間建筑火災的滅火救援難點

(一)人員疏散救援難

大空間建筑火災中被困人員的疏散救援比較困難，主要是因為大空間建筑一旦發生火災，隨著火勢進入全面發展階段，高溫煙氣彌漫，能見度低，必然給疏散救援工作帶來極大的影響。其次，按照相關規范規定，安全疏散距離不應超過30 m的條件下才能保證被困人員能夠及時從火場撤離，而大空間建筑其內部縱深至安全出口的直線距離普遍超過30 m，且內部結構復雜，雜亂擺放的物品會給人員疏散帶來極大的影響，一旦發生火災，在能見度較低情況下，被困人員無序疏散，難以判斷正確的疏散通道，從而產生盲目跟從的從眾行為，不但極大地浪費了有效的安全疏散時間，甚至會發生擁擠踩踏事故。

(二)防排煙困難

大空間建筑火災撲救中防排煙困難，在大空間建筑內很難有效地采取防煙隔煙措施。由于火災中煙氣量很大，當空間頂棚較高時，許多煙氣可能升不到頂棚便開始緩慢沉降；空間不高、面積很大的建筑會出現煙氣彌散現象。當煙氣沿水平方向蔓延到幾十米以外的區域時也會發生局部沉降現象，這說明大空間建筑煙氣層分布不均勻。另外，由于建筑內部熱風壓的影響，尤其是南方地區，大空間上部常會形成一定厚度的熱空氣層，即所謂的熱障效應，也會阻止火災煙氣上升到大空間的頂棚，甚至可能導致自然排煙的失效。

因此，大空間建筑早期火災煙氣運動的彌散、沉降現象和熱障效應特點，導致煙氣層高度很不均衡，煙氣控制較為復雜。此外，由于大空間建筑空間大、凈空高，火災時產生的熱煙氣在上升過程中熱量散失，溫度下降，熱煙氣在上升到一定高度時，將不再繼續上升，而是向水平方向和下方擴散，造成煙氣大面積擴散。給排煙系統設置帶來困難，即使設置了排煙系統，排煙效果也不理想。所以大空間建筑一旦發生火災，防排煙異常困難。

此外，破拆排煙也比較危險，特別是由彩鋼板等金屬材料搭建而成的大空間建筑，登頂破拆時極易造成滅火人員滑倒摔傷，此外，金屬材料具有良好的導熱性，受高溫火勢直接影響，稍有不慎極可能對作業消防官兵造成燙傷，破拆時稍有不慎，在高溫和外力的共同作用下玻璃窗發生迸裂，處理不當也同樣會對消防隊員造成傷害。

(三)內攻控制火勢難

大空間建筑的火災撲救，合理控制火勢是關鍵。由于建筑內部體量大，氧氣充足，且內部存放的可燃物多，一旦發生火災，火勢蔓延迅速，易形成大面積或多點燃燒，隨著大空間建筑內部溫差逐漸加大，導致熱對流現象不斷加劇，燃燒產物無序飛散形成飛火，極易引起新火點，導致火勢蔓延擴大。但是，由于燃燒產生的高溫煙氣四處蔓延，難以準確判斷出控制位置，一旦初期控制火勢失利，沒有切斷熱對流的途徑，火勢就會急劇擴大，給后續內攻滅火造成極大困難。同時，沒有受到控制的高溫煙氣還會對疏散人員及救援人員的安全產生威脅。

四、大空間建筑火災撲救對策

(一)合理進行救援疏散

當大空間建筑發生火災后，火場內人員受到火勢、濃煙、毒害等威脅時，在施救者能夠進入的情況下，必須立即組織精干人員組成救人小組，強行進入內部，組織營救工作，同時要積極控制火勢的蔓延和對人員的威脅。疏散人員的方法：(1)根據建筑平面圖，結合現場情況選擇最佳的安全救援疏散路線，并在路線上合理設置疏散指示標志，保證被疏散人員不偏離正確的逃生路線，提高疏散效率。(2)負責疏散的人員應明確組織分工，并注意相互之間的通信聯絡，保障最大效率的疏散。同時，應通過廣播、擴音器等穩定被困人員情緒，指導正確路線，維持疏散秩序，防止擁擠踩踏。在出口處設立警戒線，防止已經疏散出去的人員或尋找親人的人員進入火場增加疏散難度。(3)在疏散過程中注意防排煙，保障疏散線路暢通。在選擇救援疏散路線時，要考慮避開排煙通道。(4)在救援疏散路線上，設置水槍掩護。一方面可以起到排煙降溫的作用；另一方面可以穩定被疏散人員的情緒，增加安全感。

(二)科學防排煙

防排煙可為逃生提供安全通道，并利于初期滅火。對于大空間建筑火災的排煙，固定防排煙設施是首選。固定防排煙設施一般能滿足初期火災階段的風量，在疏散救人滅火過程中，要隨時關閉封閉樓梯間的門和防煙樓梯間的門，否則防排煙系統難以發揮作用，反過來會影響人員安全疏散。因此指揮員到達火場后，應迅速派員佩戴空氣呼吸器逐層檢查樓梯間的防火門是否關閉，特別要注意著火層和上部各層樓梯間上的防火門是否處于關閉狀態，對敞開的防火門應及時關閉，以保證防排煙系統發揮應有的作用。對具備自然排煙條件的大空間建筑，應將上風方向的下窗開啟，將下風方向的上窗開啟，利用風力加速橫向排煙。利用對流原理和抽拔作用排煙還應當在著火層和著火層上層開啟外窗或砸碎玻璃,以有效地排煙。

當大空間建筑的層高不是很高且是單層建筑時，破拆屋頂某個位置也是排煙的一種方法。破拆時盡量在著火點的正上方開口，使燃燒范圍集中，起到抑制蔓延的作用。大空間建筑一般情況下建筑高度偏高，建筑開口部位相對較少或普遍位于較高處，因此在進行火場破拆時應在落實各項安全措施的前提下，架設拉梯于窗口一側進行破拆排煙，防止玻璃碎片扎傷，條件允許情況下，還可組織相應力量開啟起火建筑頂部天窗或實施頂部破拆，改變煙氣流向。此外，為防止破拆時大量新鮮空氣的不斷進入，造成火勢的擴大蔓延，破拆應盡量選擇在下風處側墻部位進行，以提高建筑內部能見度，并及時散熱以防止局部驟熱引起建筑結構倒塌[1]。有條件時，可采用噴霧水流防排煙。在實際操作時，一定要充分利用好自然氣候條件，統一行動。由大量實戰經驗可知，大空間建筑火災撲救中使用移動排煙設備排煙效果不是很理想，應謹慎使用移動排煙設備。

(三)提高內攻控制火勢效率

1.貫徹打早、打快思路進行內攻控制火勢

客觀地講，大空間建筑火災初期的蔓延速度是比較慢的，在初起階段有效控制火勢是掌握主動權的關鍵，控制越早，效率越高。因此要充分利用打早、打快的滅火戰術，充分發揮固定防火設施的作用，盡早切斷高溫煙氣流的對流途徑，力爭把火勢控制消滅在初起階段。

2.合理使用水流

由于通常情況下大空間建筑內部堆放物品較多，火災荷載較大，一旦發生火災，會產生大量的煙和熱，控制住高溫煙氣的蔓延，就成為有效控制火勢、消滅火勢的關鍵。因此，滅火力量到場后應迅速從上風方向距離起火部位最近的入口通道進入建筑內部設置水槍陣地，利用噴霧水流的降溫和驅煙消煙效果好的優點，在高溫煙氣向內部蔓延的通道上，有效控制蔓延，防止火勢擴大。當火勢借助風力快速向下風方向蔓延時，可以設置第二道防線對火勢進行堵截[2]。當內部通道載面積比較大時，可同時設置幾支噴霧水槍進行堵截控制。在供水充足的情況下，可利用移動水炮出噴霧水堵截高溫煙氣。在控火、滅火過程中，還應該部署專門力量不間斷對大空間鋼架結構進行冷卻，冷卻時射水要均勻、全面，防止局部受熱不均引起建筑垮塌。

3.確保火場供水

由于大空間建筑一般分布于城郊結合部或遠郊，市政消防水源相對偏少，火勢擴大后又需要大量的滅火用水，科學分配滅火用水，確保持續不間斷供水就顯得尤為重要。因此，在準確摸清可利用的水源條件下，應及時抓住火場的主要方面，明確優先將水使用在控制火災蔓延的方面。首批力量到場后，距離火場最近的車輛首先出水，迅速在火勢蔓延方向、下風方向投入重兵進行內攻冷卻、堵截，同時安排其他車輛就近取水，確保初期有效供水。在嚴重缺水的地區，應有序安排車輛停靠距離，形成至少1條串聯供水的線路，并為后續力量預留好進攻路線[3]。在有條件利用天然水源的現場，應確保大功率水罐車優先停靠，最大限度發揮大功率水罐車的供水特點，確保供水不間斷，才能保障有效內攻控火滅火[4]。

[1] 徐磊.加拿大輕鋼結構住宅體系[J].上海建材,2001,20(6):38-40.

[2] 張元祥,寧宇.論空間定位技術在消防救援行動中的應用[J].消防科學與技術,2009,28(1):62-66.

[3] 公安部消防局.中國消防手冊:第十卷 火災撲救[M].上海:上海科學技術出版社,2010.

[4] 公安消防部隊作戰訓練安全行動要則[Z].

(責任編輯陳華)

A Study on Firefighting Strategies in Fire Accidents of Large-span Buildings

ZHANG Guo

(TianjinFireCrops,Tianjin300090,China)

Large-span buildings have a good seismic performance, a high strength of materials and good supporting performance, the number of large-span buildings in China is increasing in recent years, resulting in a large number of buildings with larger spans in the industrial parks. If these building were caught on fire, the firemen would encounter big trouble. Therefore, this article analyzes the characteristics of large-span building fires, and offers some suggestions about the fire fighting and rescuing in these buildings.

large-span buildings; fire characteristics; firefighting strategy

2016-01-15

張國(1963—)，男，天津薊縣人，高級工程師。

D631.6

A

1008-2077(2016)06-0027-04