滅火彈在超高層建筑火災(zāi)上的應(yīng)用

喬磊吳越史長虹李淦李川

1、山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2、中國人民解放軍總后軍需裝備研究所3、中國人民解放軍66068部隊 4、太原工具廠

引言

如果火災(zāi)發(fā)生在在100米以上的超高層建筑內(nèi)，由于樓層高度太高，消防水車、云梯等滅火設(shè)備根本達(dá)不到著火樓層。且超高層建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)有通風(fēng)口、電梯口等設(shè)施，容易引起煙囪效應(yīng)，火勢蔓延非常迅速，人員疏散非常困難。近年來國內(nèi)外出現(xiàn)了針對超高層建筑火災(zāi)的滅火彈。滅火彈可以有多種發(fā)射方式將滅火彈投射到著火樓層，彌補(bǔ)普通滅火設(shè)備在高度上的不足。

1 超高層建筑火災(zāi)

1.1 超高層建筑

我國《民用建筑設(shè)計通則》（GB50352-2005）[1]規(guī)定：建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。隨著社會的發(fā)展，超高層建筑越來越多。然而，超高層建筑火災(zāi)也成為一個嚴(yán)重的社會問題。

1.2 超高層建筑火災(zāi)

近年來，超高層建筑火災(zāi)時有發(fā)生，下面列舉了近年來我國發(fā)生的一些超高層火災(zāi)案例。

2009年2月9日晚8時許，尚在建設(shè)中的中央電視臺新址園區(qū)文化中心北配樓發(fā)生火災(zāi)。大火燃燒近6個小時后才于翌日凌晨2時救熄，央視大火案救災(zāi)建筑物過火過煙面積達(dá)2.1萬平方米，造成直接經(jīng)濟(jì)損失1.64億元。

2013年3月4日下午4時左右，天津市南開區(qū)華苑鑫茂科技園一高層大廈發(fā)生火災(zāi)?；鹎閺?層左右開始燒，由于煙囪效應(yīng)，火勢迅速蔓延至樓頂。消防人員經(jīng)過2個小時才將大火撲滅。

2015年5月24日下午4時30分左右，南京市鼓樓區(qū)的中商萬豪44層突然著火。由于煙囪效應(yīng)，煙氣由豎井、通風(fēng)口等通道迅速上升到頂樓。消防人員經(jīng)過2個多小時將明火撲滅。

以上典型超高層建筑火災(zāi)案例均反映出超高層建筑火災(zāi)的一個撲救難點(diǎn)，即超高層建筑樓層過高，云梯、舉高車等滅火設(shè)備受到高度的限制，很難達(dá)到發(fā)生火災(zāi)樓層的高度，并極易產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，煙氣上升速度非?？?，在消防人員未來到著火現(xiàn)場時，火勢已經(jīng)蔓延到其他樓層。

2 常規(guī)滅火方式

現(xiàn)階段，應(yīng)對100米以下的高層建筑可以通過消防水車和消防云梯實(shí)現(xiàn)外部救援。而應(yīng)對100米以上的超高層建筑火災(zāi)主要措施是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)和自動控制消防滅火系統(tǒng)聯(lián)動撲滅初期火災(zāi)。但如果火勢過大，必須通過消防人員進(jìn)入著火樓層進(jìn)行救援并在外部利用登高設(shè)備疏散和營救被困人員。

2.1 人員進(jìn)入建筑內(nèi)部滅火

目前針對超高層建筑火災(zāi)，一般是消防人員攜帶水槍和滅火器等滅火設(shè)備，從大樓底部從樓梯進(jìn)入火場。水槍通過水龍帶與消防車相連，在消防人員進(jìn)入火場后，由水泵將消防車內(nèi)的水抽到火場，經(jīng)水槍噴出進(jìn)行滅火。

但消防人員從大樓底部沿樓梯進(jìn)入著火樓層需要一定的時間，如果超高層建筑火勢過大，在煙囪效應(yīng)下引起多層著火。此時消防人員只能先撲滅較低著火樓層，再撲滅較高樓層，延誤了滅火時間。同時，如果樓層高度過高，水泵無法將水供應(yīng)到著火樓層，或者雖然將水供應(yīng)到著火樓層，但水壓太小，水槍無法正常工作。而超高層建筑火災(zāi)均在100米以上，所以在滅火過程中，必須采用增壓等方式，增加了滅火難度。

2.2 超高自動云梯

鑒于我國在某些城市研制了超高自動云梯，并已投入使用。此類云梯上升最高高度能達(dá)100米以上，并有自動供水系統(tǒng)與智能系統(tǒng)，滅火時可自動調(diào)整，控制水流速度及滅火方向。但如果當(dāng)?shù)仫L(fēng)速過大，會對此類云梯的升降產(chǎn)生很大影響。而且如果樓層過高，此類云梯依然沒有辦法進(jìn)行有效滅火。而且，此類超高層自動云梯的滅火高度僅僅突破了100米，對于150米以上的超高層建筑依然無能為力。而且這種超高自動云梯的造價很高，只有少數(shù)較大城市才有，無法滿足更多中小城市的需求量。

3 滅火彈滅火

為了彌補(bǔ)云梯等滅火設(shè)備在高度上的限制，近年來，國內(nèi)外均研制出了各種針對高層與超高層建筑火災(zāi)的滅火彈。滅火彈由滅火炮、飛機(jī)等發(fā)射到火場內(nèi)，適時起爆，將彈體內(nèi)滅火劑彌散到火場進(jìn)行滅火。與云梯等滅火設(shè)備相比，滅火彈機(jī)動性更強(qiáng)，滅火高度可以達(dá)到數(shù)百米之高，不受周圍環(huán)境的影響。

3.1 典型滅火彈

目前，國內(nèi)外已有很多企業(yè)和個人在研究滅火彈。在我國，針對高層建筑消防用滅火彈的研究己經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，出現(xiàn)了一些不同類型的滅火彈。

北京的崔景軍、蘭麗發(fā)明了一種具有滅火功能的滅火彈[2]。這種滅火彈應(yīng)可用于滅火系統(tǒng)中，以提高對高層或超高層建筑的滅火效果。

沈陽理工大學(xué)何偉勝等人也發(fā)明了一種單兵便攜平衡發(fā)射式高層建筑滅火彈[3]。

北京九州尚陽科技有限公司發(fā)明了一種氣動水基滅火彈[4]。這種氣動水基滅火彈既能夠針對不易攀爬的山體和高層樓宇的外墻等特殊情況實(shí)現(xiàn)有效地滅火。

3.2 滅火彈工作方式

3.2.1 發(fā)射方式

以上列舉的幾種滅火彈，針對滅火環(huán)境的不同，其發(fā)射方式也有所不同。有的配有專用滅火炮，有的則用飛機(jī)等向火場投擲，但其目的均是將滅火彈準(zhǔn)確的投射到火場。

（1）滅火炮發(fā)射

我國山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司發(fā)明一種榴彈遠(yuǎn)程滅火彈[5]，這種遠(yuǎn)程滅火彈采用榴彈炮發(fā)射平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程滅火，射程遠(yuǎn)、精確度高。但這種滅火炮結(jié)構(gòu)相對仍較為復(fù)雜，成本較高，而且樓層較高，彈道曲率較大，發(fā)射精度很難保證。

（2）直升機(jī)投擲

直升機(jī)可直接飛到著火樓層附近，減小投射距離，提高滅火精度。而且用直升機(jī)投擲的滅火彈結(jié)構(gòu)較為簡單，但這種專用直升機(jī)造價太高，且螺旋槳旋轉(zhuǎn)會加快樓內(nèi)火勢蔓延。

（3）滅火導(dǎo)彈

我國盧欽一發(fā)明了一種遠(yuǎn)程紅外自動尋的滅火導(dǎo)彈[6]，不僅射程遠(yuǎn)，而且這種滅火導(dǎo)彈帶有制導(dǎo)系統(tǒng)和智能識別系統(tǒng)，能準(zhǔn)確捕捉到著火點(diǎn)并適時滅火。此類滅火彈發(fā)射精度相對較高，但造價成本很高，不能大規(guī)模使用。

3.2.2 配用滅火劑

大多數(shù)滅火彈配用滅火劑均為干粉滅火劑。這是因?yàn)楦煞蹨缁饎┎粌H高效，而且由于干粉為固體，方便滅火彈彈道設(shè)計及彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計。干粉滅火劑的品種較多，如碳酸氫鈉、碳酸銨鹽、氨基干粉等。針對不同火災(zāi)，所用干粉滅火劑也不同。在滅火彈發(fā)射到火場附近后，一般是通過體內(nèi)拋灑裝置，將體內(nèi)滅火劑均勻的拋灑開來，形成霧狀，彌散到整個火場。

3.2.3 火彈的特點(diǎn)

（1）移動速度快

由發(fā)射裝置直接將滅火彈發(fā)射到火場，較消防人員通過其他滅火設(shè)備到達(dá)火場所用時間短，并且滅火彈由發(fā)射裝置直接發(fā)射到火場，而發(fā)射裝置較消防車、云梯等設(shè)備輕便，不受地形等因素的影響。

（2）射程遠(yuǎn)

滅火彈的出現(xiàn)就是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有消防設(shè)備在射程上的不足，如由消防炮發(fā)射的滅火彈。目前市場上出現(xiàn)的遠(yuǎn)程消防炮射程至少可達(dá)到200米以上，而針對高層建筑的消防炮射程至少可達(dá)100米以上。

（3）滅火效率低

滅火彈受到射程和發(fā)射動力的影響，質(zhì)量不能太大，因此單發(fā)所帶滅火劑質(zhì)量不大，當(dāng)一發(fā)滅火彈發(fā)射到火場起爆時，體內(nèi)滅火劑較少。如果著火范圍較大，火勢蔓延速度快，則需多發(fā)滅火彈同時進(jìn)行滅火。此時，影響滅火彈滅火的主要問題在于多發(fā)滅火彈的發(fā)射速率。

（4）射擊精度低

高層建筑與超高層建筑樓層較高，彈道曲率大，且火場基本位于彈道的最高點(diǎn)，射擊精度很難保證。而且一旦滅火彈未射進(jìn)火場，會從高空中落下，對周圍的環(huán)境造成傷害。

（5）進(jìn)入火場存在隱患

滅火彈以一定速度進(jìn)入火場，可能會對周圍的被困人員造成傷害。目前，大多數(shù)滅火彈體均由體內(nèi)裝有火藥的爆管炸開彈體，將體內(nèi)滅火劑拋撒到空中。然而，在起爆過程中，爆炸的威力可能會再次引燃周圍易燃物體，且爆炸時的破片也可能會對周圍的被困人員造成傷害。

（6）火藥的購買及使用受限

由于滅火彈需靠火藥起爆，而購買及使用火藥需經(jīng)過有關(guān)部門批準(zhǔn)，對于一般民營企業(yè)來說較為困難，阻礙了滅火彈的市場化。

（7）成本問題

一般滅火劑的滅火密度較低，如果火場范圍過大，需要同時發(fā)射多發(fā)滅火彈。所以減小單發(fā)滅火彈成本是目前面臨的一個主要問題。

4 發(fā)展趨勢

就以上分析滅火彈的問題，若要將滅火彈投入市場，須從以下幾點(diǎn)入手：

（1）提高滅火彈發(fā)射精度

發(fā)射精度是影響滅火彈投入使用的最大因素。滅火彈只要能準(zhǔn)確地進(jìn)入著火樓層內(nèi)，就可以完全代替常規(guī)滅火設(shè)備。提高滅火彈發(fā)射精度也是目前最需解決的問題。

（2）提高滅火彈發(fā)射速度

單發(fā)滅火彈裝藥量小，所以滅火彈的發(fā)射速度影響著滅火彈的滅火效果。目前，有人發(fā)明了可以使多發(fā)滅火彈同時發(fā)射的消防車，但成本太大，并且難以針對高層建筑進(jìn)行滅火。也有人在滅火裝置上增加自動機(jī)，以此提高發(fā)射速度。

（3）改進(jìn)滅火劑的拋撒原理

由于滅火劑的拋撒需要火藥，且滅火劑在拋撒過程中容易對被困人員造成傷害。所以，如果改進(jìn)或徹底改變滅火劑的拋撒原理，無需火藥或彈體無需起爆，體內(nèi)滅火劑可直接從體內(nèi)噴出，將會大大提高滅火彈的實(shí)用性。

（4）降低成本

許多滅火彈體內(nèi)均有感應(yīng)裝置，且發(fā)射裝置均較為復(fù)雜，自然增加了滅火彈的滅火成本。如果可以改進(jìn)整個滅火系統(tǒng)，降低整個滅火系統(tǒng)的滅火成本，滅火彈才可以真正投入市場。

5 總結(jié)

目前滅火彈在超高層建筑火災(zāi)中并未大量使用，超高層建筑火災(zāi)仍無較好辦法。滅火彈自身存在諸多問題，其中制約滅火彈大量投入使用的主要原因是滅火彈的發(fā)射精度。所以，提高滅火彈發(fā)射精度是目前急需解決的問題。一旦滅火彈能準(zhǔn)確進(jìn)入火場，那么對于解決超高層建筑火災(zāi)這一難題將是革命性的進(jìn)步。

[1]GB50352-2005.民用建筑設(shè)計通則[S].中華人民共和國建設(shè)部,2005.

[2]崔景軍,蘭麗.一種具有滅火功能的滅火彈[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局，2015.

[3]楊維東,于文男等.氣動水基滅火彈[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局,2015.

[4]何偉勝,焦志剛等.單兵便攜平衡發(fā)射式高層建筑滅火彈[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局,2015.

[5]盧家暉.一種榴彈遠(yuǎn)程滅火彈[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局,2014.

[6]盧欽一.遠(yuǎn)程紅外自動尋的滅火導(dǎo)彈[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局,2012.