地下建筑火災中的煙氣危害與火場排煙技術

張永成

（寧波市消防救援支隊朗霞站，浙江寧波 315400）

0.引言

根據(jù)應急管理部數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2021 年全國共接報火災74.8 萬起，死亡1987 人，受傷2225 人。其中，火燒致死人數(shù)低于30%，超過70%的死亡人員因煙氣致死，其他原因不足2%。從數(shù)據(jù)中可以看出，控制建筑火災危害，就需要使用科學的火場排煙技術，降低建筑火災死亡人數(shù)。

1.地下建筑火災的特點

1.1 發(fā)煙量大

在地下建筑剛產(chǎn)生火災時，和地上建筑火災前期情況類似，火焰會迅速點燃周邊可燃燒物質?？墒?，大多數(shù)地下建筑是半封閉狀態(tài)，并不能提供給火災足夠的氧氣，在面對一些固體可燃物時，需要更長的時間才能上升到和地上建筑火災相同的溫度，即需要更長的陰燃時間，具有較大的發(fā)煙量。而且，地下建筑通常情況下不具備系統(tǒng)窗，這讓火災生成的大量煙氣，無法通過系統(tǒng)窗，順利排出地下建筑，絕大多數(shù)的煙氣會聚集于建筑物內部，進一步增加地下建筑的煙氣量。

1.2 泄爆能力差

地下建筑在半封閉狀態(tài)下，會不斷聚集煙氣，火災產(chǎn)生的高溫無法通過常規(guī)方法有效發(fā)散，會讓地下建筑空間溫度快速上升，導致氣體體積在短時間內快速膨脹，會更快發(fā)生“轟燃”現(xiàn)象，造成嚴重經(jīng)濟損失。缺少泄爆能力的地下建筑，會擴大“轟燃”現(xiàn)象的概率。

1.3 人員疏散困難

地下建筑是一種半封閉式空間，需要由燈源之類的設施提供人工照明，不具備廊道的自然照明條件。而在發(fā)生火災時，地下建筑的電力供應會受到影響，還未離開地下建筑的被困人員需要借助疏散標志指示燈等緊急光源，才能正常離開地下建筑[1]。而在大量煙氣的干擾下，被困人員辨別緊急光源會受到影響，增加被困人員疏散難度。而且，在發(fā)生火災時，使用電梯具有極高的安全風險，被困人員需要沿著樓梯離開地下建筑。在火災發(fā)生初期，煙氣流動速度約為0.3m/s，在火災猛烈時期，流動速度可達0.5m/s ～3m/s，在樓梯等垂直空間中，煙氣流動速度會上升到3m/s ～4m/s，影響被困人員的正常疏散。

1.4 撲救困難

相較于常規(guī)的地上建筑火災，地下建筑火災具有撲救困難的特點，例如探測火情、通信指揮等工作需要花費更長時間，無法在短時間內制定高效、安全的撲救活動。

2.地下建筑火災中的煙氣危害

煙氣是可燃燒物在燃燒過程，吸收火焰中的熱能，生成擁有熱量的混合物，主要有完全燃燒的炭黑粒子產(chǎn)物與不完全燃燒的灰分。

2.1 煙氣會引起中毒與窒息

地下火災產(chǎn)生的煙氣是一種混合物質，會攜帶大量毒性氣體，如CO、HCl、HCN 等。人在呼吸煙氣與空氣混合物后，會產(chǎn)生例如麻醉、窒息等負面影響，影響救援人員與被困人員的正常呼吸，增加中毒窒息概率[2]。如果人員在地下火災現(xiàn)場昏厥，呼吸系統(tǒng)會持續(xù)攝入煙氣，增加各個器官運行負擔，進而出現(xiàn)人員死亡，這也是為什么在火災中，煙氣致死人數(shù)遠超過火燒致死人員的原因。

2.2 煙氣具有燙傷能力

地下建筑具有半封閉性質，導致在發(fā)生火災時，地下空間溫度會迅速上升至800℃～900℃，煙氣溫度也會增加到600℃～700℃，在火源位置的溫度則會超過1000℃，增加地下建筑熱量集聚速度[3]。而物質燃燒產(chǎn)生的火風壓又會在煙氣溫度影響下進一步增加，為煙氣流動提供正反饋條件，增加煙氣流動速度與火災影響力。而煙氣擁有較高的熱量，救援人員穿戴的衣物無法抵消煙氣熱量，更容易出現(xiàn)燙傷事故。而且，救援人員在跑到救生出口期間，會持續(xù)承受來自煙氣的高溫，極容易出現(xiàn)虛脫現(xiàn)象，失去自主逃生能力。

2.3 煙氣會對人員視線造成干擾

在普通的25m2建筑空間內，利用外來火源點燃內部裝修材料，測試燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣量。從發(fā)煙開始的10min 內，以疏散視距的10m 界限為例，會產(chǎn)生2.4×105m3的煙氣，可以充斥單層3500m2、每層3m 高、總計23 層的建筑空間。而常規(guī)地下建筑僅有1 ～3 層，單層高為2.4m ～3m，燃燒產(chǎn)生的煙氣會在短時間內充斥整個地下建筑空間，而被困人員的能見距離也會下降至30cm[4]。即使擁有緊急光源指引，也會因情緒、生理等多種因素，增加對火災的恐怖感，失去冷靜判斷能力，降低安全逃離火災現(xiàn)場的概率，進而增加被困人員的死亡概率。

2.4 煙氣會協(xié)助地下火災蔓延火勢

在煙氣中，存在CO 等不完全燃燒產(chǎn)物，在高溫、火風壓的雙重影響下，CO 又會和空氣產(chǎn)生進一步混合，提供更多的可燃燒物質。燃燒產(chǎn)物會攜帶更多的熱能，在對流、輻射的影響下，會在地下建筑中增加新的火點，縮短“轟燃”時間，讓地下建筑的火災獲得火勢蔓延條件，增加更多的不可控因素，提高火災救援難度。

3.地下建筑火災中的火場排煙技術及應用

為科學控制地下建筑火災影響力，降低救援人員與被困人員傷亡率，控制經(jīng)濟損失，需要選擇合適的火場排煙技術，并進行科學應用。現(xiàn)整理幾種常見的火場排煙技術及應用方法，便于救援人員學習與應用。

3.1 自然排煙

地下建筑火災會產(chǎn)生熱氣流，可以利用其浮力條件，配合地下建筑的排煙豎井、排煙道與電梯井、樓梯間等出入口，通過空氣的自然對流，將地下建筑中的煙氣從排煙口處順利排出。在排出過程中可以打開上風向下窗與下風向上窗，借助自然風力，實現(xiàn)水平方向的排煙。如果是垂直方向排煙，則要打開上部排煙口，同時將下部進風口進行關閉，避免出現(xiàn)空氣與煙氣產(chǎn)生的“中性面”下移，降低排煙效果。也需要考慮到在地下建筑火災期間，自然排煙可能無法達到預期效果，出現(xiàn)排煙速度偏慢等情況，救援人員可以根據(jù)救援條件，使用其他方法進行輔助排煙。如果在必要條件下，也可以使用定向破拆技術，打開地下建筑的半封閉條件，加速自然排煙。

3.2 機械排煙

機械排煙技術是通過強制動力，在地下建筑空間內構成空氣對流，完成排煙任務。相比于自然排煙，機械排煙擁有更穩(wěn)定的排煙效果。如果是在地下建筑火災初期使用機械排煙技術，可以讓著火區(qū)域火風壓得到有效控制，并形成負壓條件，避免煙氣向未著火區(qū)域發(fā)生擴散，可以讓未著火區(qū)域的人員安全疏散，一些重要物資也可以及時轉移，保障人員與財產(chǎn)的安全。機械排煙技術可以根據(jù)使用方法，劃分為兩種類型：第一種，通過排煙機與排煙車，完成移動式排煙。在使用這種方法時，救援人員需要先確定一個和火源擁有足夠安全距離的通道，即沒有選擇救援的通道進行排煙作業(yè)。也可以選擇和火源距離較近的通道，即選擇救援的通道實施送風。利用這種方法，可以讓其他出口成為驅散煙氣的通道，讓救援人員獲得足夠的新鮮空氣，降低救援風險。在送風軟管周邊區(qū)域，也可以構成擁有正壓無煙條件的安全區(qū)域，救援人員可以在這個區(qū)域進行輪換休息，避免出現(xiàn)體力不支，降低救援效率的問題。在實施移動排煙技術時，要求排煙輸出口放置在地上的室外環(huán)境中，吸風口要吸收室外環(huán)境的新風，完成送風任務。如果是用在一些較長的縱深距離地下建筑中，就可以通過移動式排煙技術進行排煙。第二種，使用固定式排煙系統(tǒng)進行排煙。固定式排煙系統(tǒng)擁有多個排煙設備，例如防火防煙門、排煙風機、自動控制設備等。相比于移動式排煙技術，固定式排煙系統(tǒng)排煙效果更好，可以在發(fā)現(xiàn)火災的最短時間內啟動排煙計劃，大約可以排出地下建筑火災現(xiàn)場約80%的熱量，有效降低火災現(xiàn)場溫度，為之后的被困人員安全疏散與救援人員火災撲救提供安全保障。

3.3 噴霧水排煙

通過霧狀水控制火災現(xiàn)場溫度，降低煙塵總量，進而形成負壓區(qū)，提高煙氣驅煙效果。以最常見的噴霧水槍為例，在噴霧水槍工作壓力為0.3MPa，流量為2.5L/s 時，水槍噴射有效直徑可以達到2.2m；如果工作壓力為0.44MPa，流量為2.5L/s 時，水槍噴射有效直徑可以達到2.5m。將噴霧角調整在60°，可以獲得最佳噴霧排煙效果。這種方法多用在擁有兩個及以上出入口的地下建筑火災中，選擇進風口進行噴霧排煙，或是在兩側出入口同時噴霧，加快排煙效果。如果地下建筑火災自然排煙速度偏低，現(xiàn)場火災救援條件不具有良好的機械排煙效果，救援人員就可以同時使用2 ～3 個，集中火源進行排煙散熱。在噴霧排煙過程中，超過90%的噴霧水會吸收熱能，完全汽化，進一步降低火災現(xiàn)場溫度，提高火災救援效果。

3.4 泡沫排煙

向火災現(xiàn)場的高處位置噴灑高倍數(shù)泡沫滅火劑，通過產(chǎn)生的泡沫物質，快速填充火災現(xiàn)場，既可以快速排煙除塵，也可以隔絕起火點周邊煙氣，達到合理控制火災的效果。泡沫排煙技術可以應用在室內空間，不會產(chǎn)生過多的水漬影響，對于保護一些重要資源有較大幫助。

3.5 化學藥劑排煙

地下建筑火災產(chǎn)生的煙氣有毒成分，具有偏酸性與可溶于水等特性，利用噴霧水排煙原理，向煙氣噴灑可以中和酸性物質的化學藥劑，就可以有效降低煙氣中的有毒物質含量，也可以讓煙氣這種氣溶膠發(fā)生凝聚現(xiàn)象，降低煙氣的減光性，便于被困人員安全逃生?；馂木仍畣挝豢梢栽谶@方面展開深入的技術研究，提升化學藥劑排煙的適用性。

4.地下建筑火災撲救案例分析

為讓本文內容更具有參考價值，將對某地下建筑火災撲救案例進行詳細分析。

4.1 基本情況

某體育館地下一層總面積為400m2，由私人承包，建成名為“某俱樂部”的酒吧。在火災發(fā)生前，該酒吧因經(jīng)營困難已經(jīng)停業(yè)，僅有1 人負責值班。在火災發(fā)生當前，值班人員外出，鎖上大門。體育館工作人員在發(fā)現(xiàn)災情的第一時間報警。等到轄區(qū)隊站抵達現(xiàn)場時，火災正在擴散時期，地下建筑存在大量濃煙，增加火災救援難度。當日氣溫3℃，北風2～3 級。

4.2 火災撲救過程

本次火災撲救過程，可以劃分為3 個階段：第一階段：初步偵察，排煙降溫。在接到報警后，指揮中心立刻調集轄區(qū)2 輛消防車、16 名指戰(zhàn)員前往火災現(xiàn)場。因為該體育館處于經(jīng)十路中段位置，具有位置敏感特性，指揮中心又迅速調集13 個隊站、36 輛消防車、280 余名指戰(zhàn)員，進行現(xiàn)場增援。率先抵達火災現(xiàn)場的隊站人員立即進行火情偵察，發(fā)現(xiàn)起火點在體育館北側地下一層的“某俱樂部”，存在桌、椅與易燃可燃材料，產(chǎn)生的煙氣從體育館門、窗等位置擴散，現(xiàn)場無被困人員與化學危險品。站長下達命令，1 輛水罐車?？吭谙鹚ㄖ苓?，由2 支水槍負責掩護救援人員對地下建筑做內部偵察，尋找著火點，1 支水槍負責滅火。站長與副站長帶領戰(zhàn)斗員通過水槍驅動排煙，對現(xiàn)場做排煙降溫；第二階段：劃段指揮，逐步推進。支隊指揮員抵達現(xiàn)場后，立即組建火場指揮部，并和隊站指揮員、體育館工作人員了解火災與地下建筑基本情況后，對戰(zhàn)術部署進行調整，并將火場的西、北、東3個方位，逐次5 個救援區(qū)域，現(xiàn)場支隊領導負責控制各個救援區(qū)域，配合滅火資源，對整個滅火作業(yè)進行高效指揮；第三階段：調整部署，近戰(zhàn)滅火。全體指戰(zhàn)員在指揮部的組織指揮下，通過空氣呼吸器，輪流進入火災現(xiàn)場進行近戰(zhàn)滅火。在西側救援區(qū)域，使用4 支水槍主攻滅火，控制火勢。在東側救援區(qū)域，使用2 支水槍進行滅火。在北側、西北側、東北側分別使用2 支水槍，配合強行破拆進行滅火。同時，兩部排煙車負責在東側、北側進行排煙作業(yè)，構建立體交叉作戰(zhàn)模式。利用“內攻外控、四面包圍、上堵下封、強攻近戰(zhàn)”，阻斷火勢蔓延。其余人員與車輛裝備則進行時刻替換，實現(xiàn)有條不紊進行安全滅火。

4.3 火災撲救成績

在本次地下建筑火災救援案例中，共投入14 個隊站、39 臺消防車、300 余名指戰(zhàn)員，經(jīng)歷4 個多小時的奮力撲救，成功撲滅大火。本次火災影響范圍超過260m2，零人員傷亡，保護體育館近億元的物資財產(chǎn)安全。

5.結語

地下建筑受環(huán)境等因素影響，發(fā)生火災具有較高的危險性，火災撲救難度大，應堅持“兩個至上”原則，采取多種火場排煙技術，將火災產(chǎn)生的煙氣及時予以排除以及阻止煙氣向其他安全區(qū)域外散，從而確保人員的順利疏散、安全避難，并給滅火救援行動創(chuàng)造有利條件。