一起商用冷柜火災(zāi)殘骸物證鑒定研究

王 粵，陳清光，袁 智，黃安清，莫善軍

(1.廣東省安全生產(chǎn)技術(shù)中心，廣州，510060；2.中山大學(xué)工學(xué)院，廣州，510006；(3.中山大學(xué)廣東省消防科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州，510006)

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一起商用冷柜火災(zāi)殘骸物證鑒定研究

王 粵1，陳清光1，袁 智1，黃安清1，莫善軍2,3*

(1.廣東省安全生產(chǎn)技術(shù)中心，廣州，510060；2.中山大學(xué)工學(xué)院，廣州，510006；(3.中山大學(xué)廣東省消防科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州，510006)

為完整地描述火災(zāi)事件發(fā)生及發(fā)展，確?；馂?zāi)物證鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)相符合，以一起商用冷柜火災(zāi)殘骸物證鑒定為例，采用劃分物證殘骸的電氣故障區(qū)域、利用金相法與電氣故障傳播時(shí)序分析法等方法進(jìn)行綜合鑒定，確定該冷柜的故障點(diǎn)、起火原因，并構(gòu)建電氣火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展的蔓延過程?？蔀榛馂?zāi)物證鑒定技術(shù)研究工作提供一定的參考。

電氣火災(zāi)；火災(zāi)殘??；物證鑒定；時(shí)序分析；一次短路

0 引言

目前，我國(guó)火災(zāi)事故頻繁發(fā)生，由電氣引起的火災(zāi)占火災(zāi)總數(shù)的30%以上[1]，其中，廣東、浙江等發(fā)達(dá)省份火災(zāi)起數(shù)與死亡人數(shù)均高于其他省份[2]。針對(duì)火災(zāi)事故調(diào)查，美國(guó)著名的《柯克火災(zāi)調(diào)查》[3]在電氣火災(zāi)成因調(diào)查中，僅僅描述了電氣短路會(huì)形成熔珠；美國(guó)NFPA所著的《火災(zāi)和爆炸調(diào)查指南》[4]雖然描述了若干種熔珠的形態(tài)，但并未對(duì)熔珠成因進(jìn)行詳細(xì)分析。

我國(guó)的公安部沈陽(yáng)消防研究所[5]等單位主要承擔(dān)了電氣火災(zāi)物證鑒定技術(shù)的研究工作，總結(jié)出短路、過載、接觸不良、漏電等電氣火災(zāi)主要成因，并提出GB/T27905、GB16840等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。GB/T27905主要探討了電氣線路[6]、小功率異步電機(jī)[7]等火災(zāi)物證痕跡檢查方法。GB16840分別從宏觀法[8]、剩磁法[9]、成分分析法[10]、金相法[11]、電氣火災(zāi)物證識(shí)別和提取方法[12]、SEM微觀形貌分析法[13]等方法判斷電氣火災(zāi)形成的原因。

在實(shí)際的鑒定過程中，宏觀法與金相法應(yīng)用最為廣泛。鑒定技術(shù)人員將現(xiàn)場(chǎng)提取的短路熔珠進(jìn)行金相分析，判斷是否為一次短路、二次短路。火災(zāi)物證提取與鑒定的過程可能會(huì)出現(xiàn)這樣兩種矛盾的情況：(1)電氣線路在某處發(fā)生高能量的一次短路，若該短路點(diǎn)的導(dǎo)線線徑較細(xì)，無法承載高能量，短路點(diǎn)的銅導(dǎo)線線端部經(jīng)高溫作用下熔化并汽化，無法凝固形成一次短路熔痕；(2)該短路點(diǎn)導(dǎo)線線徑較粗，可以短時(shí)承載高能量負(fù)荷，并噴濺出大量的短路熔珠，而火調(diào)人員只能提取有限的熔珠，經(jīng)鑒定后卻為二次短路熔珠。上述兩種情況均不意味著短路點(diǎn)處不是故障點(diǎn)，出現(xiàn)鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)不符。

此外，在火災(zāi)原因認(rèn)定上，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)認(rèn)定的點(diǎn)火源與鑒定的痕跡不對(duì)稱。尤其是一次短路痕跡，火調(diào)人員不僅用于確定起火原因，還據(jù)此反推認(rèn)定起火點(diǎn)，結(jié)果造成勘查的起火點(diǎn)與反向推定起火點(diǎn)不相符，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)與技術(shù)鑒定脫節(jié)[14]。

為避免上述三種情況的發(fā)生，對(duì)于電氣故障的診斷，阮等[15]認(rèn)為，先構(gòu)造功能結(jié)構(gòu)層次圖，再基于此圖，依據(jù)故障現(xiàn)象及提示或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，將故障的范圍盡可能地縮小(子功能)；接著，對(duì)此“子功能”進(jìn)行原理或工作過程分析，提出可能性的故障點(diǎn)；然后，對(duì)故障點(diǎn)的可能性進(jìn)行大小分析，指出大小并列出順序；最后，一一進(jìn)行技術(shù)檢測(cè)，便可查出故障點(diǎn)的所在。對(duì)于電氣火災(zāi)鑒定技術(shù)，潘等[16]認(rèn)為按照火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的電氣原理圖將火災(zāi)中電氣殘留物有機(jī)聯(lián)系起來，將各種電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法鑒定的結(jié)果用電氣故障傳播時(shí)序分析方法加以驗(yàn)證，將局部特征分析結(jié)果與電氣故障傳播時(shí)序分析相結(jié)合，構(gòu)成電氣火災(zāi)綜合鑒定技術(shù)的核心內(nèi)容。

綜上，針對(duì)實(shí)際的電氣火災(zāi)物證鑒定與現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)可能缺乏邏輯性，本文以一起商用冷柜火災(zāi)殘骸物證鑒定為例，通過劃分物證殘骸的電氣故障區(qū)域、利用金相法與電氣故障傳播時(shí)序分析法等，構(gòu)建火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展、蔓延的過程。

1 殘骸鑒定技術(shù)分析

廣州某商鋪發(fā)生火災(zāi)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，已排除其他著火原因，確認(rèn)起火部位為商用冷柜，下文將對(duì)冷柜進(jìn)行鑒定。

圖1 冷柜殘骸整體圖 Fig.1 Overall view of refrigerator debris

1.1 殘骸整體痕跡分析

圖1(a)、圖1(b)為從火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)提取的冷柜殘骸物證，冷柜正面過火嚴(yán)重，背面無過火痕跡。推測(cè)火源在冷柜正面。對(duì)冷柜殘骸整體進(jìn)行切塊分析，將其分為三個(gè)部分：金屬外框左側(cè)A區(qū)、金屬外框的右側(cè)B區(qū)、冷柜下側(cè)C區(qū)、上側(cè)D區(qū)。金屬外框左側(cè)A區(qū)燒損嚴(yán)重，呈鐵銹色，附著于外框的塑料炭化明顯；金屬外框的右側(cè)B區(qū)過火痕跡較輕，其中右上側(cè)B1處塑料有煙熏痕跡，右下側(cè)B2處塑料完好。上部D1處塑料燒出孔洞，D2處塑料燃燒較少，即D1處經(jīng)火場(chǎng)作用久于D2處。從殘骸整體燃燒痕跡來看，左側(cè)A處、D1處普遍比右側(cè)B處、D2處燃燒更嚴(yán)重。說明左側(cè)燃燒時(shí)間較右側(cè)更長(zhǎng)，或者說左側(cè)更接近于火源。然而，金屬外框周圍A區(qū)、B區(qū)、D區(qū)均未見明顯的火源物質(zhì)。冷柜下側(cè)為電機(jī)及電氣控制線路部分，燃燒痕跡明顯，電機(jī)及電氣控制線路有可能成為電火源。因此，初步推斷冷柜的起火部位為下側(cè)C區(qū)。

圖2 冷柜機(jī)底部Fig.2 Bottom of refrigerator debris

1.2 殘骸局部痕跡分析

圖2(a)為冷柜樣機(jī)底部，E區(qū)、F區(qū)分別對(duì)應(yīng)于圖2(b)中的E1+E2區(qū)、F1+F2區(qū)。E區(qū)為冷柜的控制電路區(qū)；F區(qū)為電源進(jìn)線、門燈控制區(qū)，這兩個(gè)部位均可能成為電火源。過火痕跡顯示：左側(cè)E1處燒損嚴(yán)重，隨著靠近中線，燒損痕跡逐漸減輕，炭化痕跡逐漸加重；右側(cè)F1處則呈明顯炭化區(qū)域，隨著靠近右側(cè)邊框，炭化塑料殘留物逐漸增多。左側(cè)E2處塑料燒出孔洞；右側(cè)F2處有大量的塑料殘骸，殘骸經(jīng)高溫作用，呈熔瘤狀。將E1處與E2處，F(xiàn)1處與F2處對(duì)比，下側(cè)的E2處、F2處均比上側(cè)相應(yīng)的E1處、F1處燒損嚴(yán)重?；饎?shì)蔓延痕跡為冷柜底部左下側(cè)往上側(cè)及右側(cè)蔓延，即由E區(qū)附近的火源向周圍蔓延。因此，推斷E區(qū)為電火源區(qū)域。

將圖2(b)中E區(qū)、F區(qū)的殘骸拆解得到圖3(a),可清晰觀察左側(cè)E區(qū)導(dǎo)線絕緣材料燒毀，導(dǎo)線裸露；右側(cè)F區(qū)絕緣材料大量存在，且絕緣材料經(jīng)高溫作用呈熔瘤狀，燃燒蔓延由左往右，即由E區(qū)蔓延至F區(qū)。圖3(b)是圖3(a)的展開，在導(dǎo)線R1處、導(dǎo)線R2處、電路板R3處發(fā)現(xiàn)金屬熔痕。圖3(c)為R2處、R3處金屬熔痕的相對(duì)位置，其中R2熔痕直徑相對(duì)較小。

圖4所示的電路板位于E2區(qū)后方，其殘骸過火痕跡明顯。G區(qū)元件內(nèi)部完好，無爆裂跡象，表面經(jīng)高溫作用，使得金屬嚴(yán)重變色，并附著大量燃燒灰燼。電路板邊角H1區(qū)、H2區(qū)、H3區(qū)經(jīng)火場(chǎng)作用變色較輕，部分保持完好，表明經(jīng)高溫作用時(shí)間較短。燃燒灰燼由G區(qū)向邊角H1區(qū)、H2區(qū)、H3區(qū)減輕，且G區(qū)與H1、H2、H3區(qū)中間存在圓弧狀微白色的過渡區(qū)。H4處導(dǎo)線絕緣皮完全燒毀，導(dǎo)線裸露，變色嚴(yán)重，表面經(jīng)火場(chǎng)作用時(shí)間較長(zhǎng)。因而推測(cè)，火勢(shì)由G區(qū)向H1區(qū)、H2區(qū)、H3區(qū)蔓延，電火源在右上側(cè)的G區(qū)或G區(qū)附近。

圖4 電路板殘骸Fig.4 Wreckage of circuit board

1.3 熔痕分析

圖5為從導(dǎo)線及電路板導(dǎo)線中提取的金屬熔痕。R1處熔痕為多股銅導(dǎo)線線端部珠狀熔痕，該熔珠直徑為多股銅導(dǎo)線線徑的1～2倍，光澤性差，其金相組織為粗大柱狀晶，熔珠內(nèi)部氣孔少且小，短路熔珠與導(dǎo)線銜接處的過渡區(qū)界限不明顯。參照GB/T16840.1-2008和GB16840.4-1997進(jìn)行綜合判定，R1處熔珠為二次短路熔珠，即鋼導(dǎo)線在外界火焰作用下，導(dǎo)致絕緣皮失效發(fā)生短路后殘留的痕跡[11]。R2處熔痕為多股銅導(dǎo)線線端部熔痕，熔珠歪在一側(cè)，直徑為多股銅導(dǎo)線線徑的1～2倍，表面有大量炭跡，光澤性差，其金相組織為粗大柱狀晶，熔珠內(nèi)部無氣孔，R2處熔珠綜合判定為二次短路熔珠。R3處熔痕為多股銅導(dǎo)線線端部珠狀熔痕，直徑為多股銅導(dǎo)線線徑的1～2倍，熔珠圓潤(rùn)，表面被炭跡覆蓋，無金屬光澤，熔珠邊緣金相組織為細(xì)小的胞狀晶和柱狀晶，晶界較細(xì)，熔珠邊緣的金相磨面內(nèi)氣孔小，且較整齊，R3處熔珠綜合判定為一次短路熔珠，即鋼導(dǎo)線因自身故障于火災(zāi)發(fā)生之前形成的短路熔化痕跡[11]。

圖5 熔痕外觀及金相圖Fig.5 Appearance of melted mark and metallurgical structure

1.4 電氣故障傳播時(shí)序及火災(zāi)蔓延分析

根據(jù)前文所述，對(duì)商用冷柜進(jìn)行整體綜合判斷認(rèn)定：

(1)冷柜的故障區(qū)域?yàn)椋豪涔竦撞侩娐钒?；故障點(diǎn)為：電路板R3處；起火原因：R3處發(fā)生一次短路。

(2)電氣故障傳播時(shí)序?yàn)椋篟3處發(fā)生一次短路、燃燒，并向四周蔓延→電路板燃燒(H1-H4)→燃燒R2引發(fā)二次短路→E區(qū)燒損重→F區(qū)燒損輕→燃燒R1引發(fā)二次短路，見圖3(b)。

(3)電氣火災(zāi)蔓延痕跡為：對(duì)于冷柜整體而言，圖2(e)所示：由E2區(qū)處后方的電氣短路→縱向向上燃燒蔓延至E1處→進(jìn)而向上左側(cè)A區(qū)金屬外邊框及塑料燃燒，見圖1(a)→向上燃燒D1處燒出孔洞→向左D2處燃燒較輕→向下熏黑B1處→B2處無明顯過火；E2處短路→橫向向左燃燒蔓延至F2處、F1處→B2處無明顯過火。

1.5 小結(jié)

首先，商用冷柜殘骸在整體勘察后，將對(duì)電氣故障區(qū)域劃分，推斷出故障區(qū)域?yàn)殡娐钒濉Ｆ浯?，利用金相法?duì)故障點(diǎn)R1處、R2處、R3處判別，判斷故障點(diǎn)的短路屬性。最后，驗(yàn)證R3處一次短路，R1處、R2處二次短路故障點(diǎn)，是否滿足電氣故障傳播時(shí)序、火災(zāi)殘骸的燃燒痕跡。從而最終確定故障點(diǎn)、起火方式、蔓延過程。

因此，對(duì)于電氣火災(zāi)物證的鑒定，除利用GB16840等鑒定方法，還需將電氣痕跡物證同其他痕跡物證聯(lián)系，形成以起火點(diǎn)為中心向四周蔓延的立體分布體系，才能揭示火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展過程中的燃燒規(guī)律及其變化[17]，確保鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)結(jié)果相符。

2 結(jié)論

(1)通過對(duì)火災(zāi)物證殘骸痕跡的分析，從整體勘察至局部排查，劃分出殘骸的電氣故障區(qū)域，逐步縮小故障點(diǎn)范圍，提出可能的故障點(diǎn)，并根據(jù)故障點(diǎn)短路熔痕的金相組織，對(duì)假設(shè)的故障點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

(2)將已驗(yàn)證的故障點(diǎn)與電氣故障傳播時(shí)序分析相結(jié)合，構(gòu)建以起火點(diǎn)為中心，向時(shí)間、空間四個(gè)維度方向蔓延的立體圖形，同時(shí)火勢(shì)蔓延過程與故障點(diǎn)發(fā)生的依次順序需滿足邏輯自洽，才能揭示整個(gè)火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展、蔓延的過程，確保鑒定結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)一致。

[1] 余瓊芳. 基于小波分析及數(shù)據(jù)融合的電氣火災(zāi)預(yù)報(bào)系統(tǒng)及應(yīng)用研究[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2013: 2-4.

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[8] GB/T 16840.1-2008,電氣火災(zāi)痕跡物證技術(shù)鑒定方法第1部分:宏觀法[S].

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[10] GB 16840.3-1997,電氣火災(zāi)痕跡物證技術(shù)鑒定方法第3部分:成分分析法[S].

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A case study on evidence identification of commercial freezer debris

WANG Yue1, CHEN Qingguang1, YUAN Zhi1, HUANG Anqing1, MO Shanjun2,3

(1. Guangdong Technology Center of Work Safety, Guangzhou 510060, China;2. School of Engineering, SunYat-Sen University, Guangzhou 510006, China;3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Fire Science and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China)

This paper takes the debris identification of a commercial freezer as an example for complete description of the development process of a fire incident. A comprehensive evidence identification method is used. The method first partitions the electrical fault areas, and then uses metallographic method and time series analysis of electrical fault propagation for evidence identification. By this method the fault point and cause of fire are identified, and the process of fire spreading is inferred.

Electric fire；Fire debris；Evidence identification；Time series analysis；Primary short circuited

2016-01-10；修改日期：2016-04-12

廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B031500008、2014B030301034)；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014Y2-00069)。

王粵(1986-)，男，碩士，廣東省安全生產(chǎn)技術(shù)中心工程師，主要從事事故鑒定、安全生產(chǎn)方面的研究。

莫善軍，E-mail:442767390@qq.com

1004-5309(2016)-00114-05

10.3969/j.issn.1004-5309.2016.02.09

X934；X915.5

A