建筑倒塌事故中的建筑構(gòu)件破拆研究

羅藝鑫，王萬嘉

(中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000)

破拆技術(shù)作為一門獨(dú)立的搶險(xiǎn)救援技術(shù)，常運(yùn)用于災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各類障礙物實(shí)施破拆和清除，遏制災(zāi)害進(jìn)一步發(fā)展、開辟救援通道、營救被困人員。建筑倒塌事故的救援有著現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，潛在危險(xiǎn)巨大，實(shí)施破拆困難等特點(diǎn)，深入建筑倒塌情況下的破拆研究，能夠有效提升救援效率，增強(qiáng)消防隊(duì)伍對(duì)此類災(zāi)害事故的應(yīng)對(duì)能力。國內(nèi)理論研究主要集中在建筑倒塌事故的原因分析、搜救及破拆裝備等幾個(gè)方面。李海等論述了建筑倒塌的原因及應(yīng)急救援處置程序[1]，肖術(shù)連等就不同結(jié)構(gòu)類型破拆點(diǎn)的選擇進(jìn)行了研究[2]。國外有關(guān)建筑倒塌事故方面的文獻(xiàn)常以救援手冊(cè)或行動(dòng)規(guī)范形式出現(xiàn)。自汶川地震后，各消防救援隊(duì)伍越發(fā)重視地震事故的救援，每年都會(huì)開展大型的地震救援演練，其中運(yùn)用到了一些破拆技巧，但演練還是多側(cè)重于快速反應(yīng)和人員搜救方面。

新時(shí)代下，提升我國消防隊(duì)伍的應(yīng)急救援能力已經(jīng)成為了應(yīng)急救援發(fā)展的必然趨勢(shì)和要求。為了更深一步研究建筑倒塌事故中的破拆技術(shù)，本文分析總結(jié)建筑倒塌事故的特點(diǎn)與破拆實(shí)施難點(diǎn)，提出加強(qiáng)消防隊(duì)伍破拆施救能力的措施。

一、建筑構(gòu)件破拆概述

(一)建筑構(gòu)件的分類

在現(xiàn)今的建筑倒塌事故中，破拆行動(dòng)必須基于確保建筑穩(wěn)定的前提下進(jìn)行，防止由于外力作用進(jìn)一步造成建筑形變，導(dǎo)致更嚴(yán)重的損失。因此，在建筑倒塌事故的救援中，破拆行動(dòng)往往是對(duì)建筑的各個(gè)“零件”部分進(jìn)行。建筑構(gòu)件，是指構(gòu)成建筑物的各個(gè)要素。在此限定下，建筑物當(dāng)中的主要構(gòu)件按照他們?cè)诮ㄖ衅鸬降慕Y(jié)構(gòu)作用，可以劃分為門、窗、墻柱、梁等。建筑按照所用材料的不同，可分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，建筑構(gòu)件也可以按照此方法分類[3]。

門設(shè)置在建筑物內(nèi)以分割內(nèi)部多個(gè)空間的連接，常常用木材、玻璃和鋼制合金制成。窗指墻上或屋頂?shù)拈_口以連通外部，窗體常用玻璃，窗框常用不銹鋼和合金制成。地板是建筑的地面或者樓面的表面層，常常以混凝土、石材或木材制成，是建筑豎直方向上的分隔。墻、梁和柱都是建筑物承重的主要構(gòu)件。其中，墻和柱是建筑物豎直方向的承重構(gòu)件，梁是水平方向的承重構(gòu)件，這三種構(gòu)件的強(qiáng)度要求都很大，所以基本上都是混凝土、合金、石材等制成。建筑構(gòu)件分類如表1所示。

表1 建筑構(gòu)件分類

(二)破拆工具介紹

不同構(gòu)件其材質(zhì)是不相同的，因此破拆時(shí)要選用特定的方法和裝備?；鶎酉狸?duì)伍中現(xiàn)用的破拆工具根據(jù)其破拆方式的不同，可分為切割工具、鑿鉆工具、擴(kuò)張工具、剪切工具等不同的類別，詳細(xì)分類及其特點(diǎn)如表2所示。

除了上述的破拆工具，還有一些簡(jiǎn)易破拆工具，如消防斧、撓鉤、鐵鋌、鐵鏟、絕緣剪等，應(yīng)用于簡(jiǎn)單的破拆行動(dòng)。氣動(dòng)切割刀，常用于切割玻璃、薄金屬等材料，是利用高壓氣體作為動(dòng)力源。彈能破拆工具是使用一些化學(xué)物質(zhì)爆炸產(chǎn)生沖擊力作為動(dòng)力源，進(jìn)行暴力破拆的工具。還有上海消防研究所研制出的以消防壓力水源為動(dòng)力的鉆孔、切割裝置[4]。

表2 破拆工具分類

另外，日本、瑞典、德國、芬蘭等國家正在進(jìn)行破拆機(jī)器人的研究工作，這是新式的破拆工具[5]。

二、破拆方法

(一)破拆難點(diǎn)分析

建筑構(gòu)件在倒塌事故中受損程度不一樣，破拆實(shí)施難度也不同，我們從作業(yè)空間大小、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜程度、材質(zhì)堅(jiān)固程度、可選器材種類等幾個(gè)方面來進(jìn)行分析，這也是對(duì)建筑構(gòu)件實(shí)施破拆行動(dòng)中存在的主要難點(diǎn)。建筑構(gòu)件破拆難點(diǎn)分析如表3所示。

表3 建筑構(gòu)件破拆難點(diǎn)分析

門作為建筑物的常用通道，常與建筑外部空間連接，多數(shù)情況下門的內(nèi)外有一定的空間進(jìn)行破拆，大部分破拆器材都有足夠的空間使用，門的材質(zhì)也決定了破拆較為容易，用砸、撬、切割等破拆方法均可。其破拆難點(diǎn)主要在于：若遇到損失其原本的框架結(jié)構(gòu)，難以通過砸撬法破壞門鎖進(jìn)行開門；門前后墻體垮塌，縮小破拆實(shí)施空間造成破拆困難，或者破拆后也無法形成有效通道。

窗與門有很多共同的性質(zhì)，破拆門所常用的砸、撬、切割等方法對(duì)破拆窗通常都可用。其破拆難點(diǎn)在于：對(duì)施加了防護(hù)欄的窗，需要首先把防盜網(wǎng)和窗前的遮擋障礙拆除；有些窗位于建筑中上部，消防員在破拆時(shí)難以尋找穩(wěn)定的著力點(diǎn)；拆除的玻璃碎片易進(jìn)入消防員、被救者的呼吸道或掉落下方，傷及人體。

墻是在事故中常常受到大面積損毀的構(gòu)件，倒塌的墻體、坍塌的屋頂形成的磚混石塊、瓦礫常常堆積在墻和地板的結(jié)合部，造成作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。其破拆難點(diǎn)在于：實(shí)施空間狹??；材質(zhì)通常比較堅(jiān)固，可選工具較少；破拆點(diǎn)難以選擇，隨意破拆容易影響到建筑的承重，造成二次垮塌。

地板常分為木制地板和混凝土地面兩種。若是木制地板，則較易拆除，大多數(shù)破拆工具都能對(duì)木質(zhì)地板進(jìn)行作業(yè)拆除，但若是混凝土地面，材質(zhì)較硬，可選工具的范圍較小，破拆實(shí)施空間常常狹小復(fù)雜。

梁和柱都是建筑內(nèi)部的承重構(gòu)件，特性與墻類似，其硬度都較大，簡(jiǎn)單的工具無法進(jìn)行有效破拆，可選裝備較少。在事故中，實(shí)施破拆的空間通常都較為有限，但也要視現(xiàn)場(chǎng)的具體情況而定。

(二)不同構(gòu)件的破拆方法

破拆可以使被困人員脫離倒塌廢墟的危險(xiǎn)境地，但不合理的破拆也會(huì)給被困人員帶來二次傷害，有時(shí)甚至是被埋壓的危險(xiǎn)[6]。在救援過程中，消防救援人員必須要選擇合適的破拆方法和破拆工具。任何一種破拆工具，若要發(fā)揮其最大效能，除操作方法合理恰當(dāng)外，還要將多種破拆方法和器材裝備有機(jī)結(jié)合，協(xié)同破拆，相互配合。根據(jù)實(shí)施破拆時(shí)，破壞建筑構(gòu)件的方式和受力的不同，破拆方法可大致分為以下九種：砸撬法、拉拽法、切割法、剪切法、鑿鉆法、頂撐法、沖撞法、爆破法和機(jī)械拆除法。

1.門的破拆

在建筑倒塌事故中，門的破拆主要分為破鎖開門和破門開門。

如果門的框架結(jié)構(gòu)尚未損壞，可以通過破壞門鎖從而打開門。對(duì)于明鎖，可以用手動(dòng)破拆工具組、消防斧和消防鐵錘破鎖開門；對(duì)于暗鎖，通常使用鐵鋌、鋼釬先對(duì)門進(jìn)行砸撬，暴露出鎖后，再用手動(dòng)破拆工具組或無齒鋸進(jìn)行切割破鎖開門；對(duì)于高級(jí)防盜門，可用無齒鋸對(duì)門板破洞，插入鐵鋌撬動(dòng)門鎖，使門鎖脫離而開門。破壞門鎖有困難時(shí)，則直接對(duì)門板破拆開洞，再伸手進(jìn)門打開門鎖開門。

如果門不再能直接打開，通常用無齒鋸和雙輪異向切割機(jī)對(duì)門板進(jìn)行切割，直接在門板上破拆開洞破出通道，若操作空間較小，則嘗試手動(dòng)破拆工具組進(jìn)行人力破拆，或者使用別的鑿鉆工具、頂撐工具將操作空間拓寬后再使用機(jī)動(dòng)切割工具對(duì)門板進(jìn)行切割破拆。對(duì)于一些特殊的門，需用特殊的方法。如卷簾門，常用氣動(dòng)切割刀對(duì)薄金屬卷簾破拆，打開缺口開門，或者直接形成通道。對(duì)于電梯門，常用撬棍、液壓擴(kuò)張器等，強(qiáng)行擴(kuò)張將門打開。

2.窗的破拆

窗是建筑中最為脆弱的構(gòu)件，在建筑倒塌事故中，常用砸撬法、切割法、剪切法、鑿鉆法等結(jié)合使用，直接破拆玻璃開辟通道。窗前有護(hù)欄阻擋時(shí)，先使用剪切工具如剪切器、鋼筋速斷器對(duì)鐵欄清除，再使用手動(dòng)破拆工具或者氣動(dòng)切割刀破開玻璃。若窗已經(jīng)損失了框架結(jié)構(gòu)，大多數(shù)玻璃已經(jīng)碎裂，則選取合適的工具如撓鉤、消防斧等清除玻璃殘?jiān)乐箽埩舻牟Ａ?，開辟出救生通道。

3.墻的破拆

墻體主要有木質(zhì)墻、磚墻和金屬墻幾種材質(zhì)。在建筑倒塌事故中，對(duì)墻的破拆最重要的在于選擇好破拆點(diǎn)，然后再根據(jù)墻的材質(zhì)和厚度，選擇合適的器材，先進(jìn)行破洞，再逐漸擴(kuò)寬洞口，最終形成救援通道。對(duì)墻常用鑿鉆法、沖撞法進(jìn)行破拆。

對(duì)木質(zhì)墻，在選擇了破拆點(diǎn)后，直接用消防斧或者鐵錘砸開木質(zhì)墻，視現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)合機(jī)動(dòng)鏈鋸對(duì)木質(zhì)墻體進(jìn)行切割。對(duì)磚墻結(jié)構(gòu)，要認(rèn)真選擇好墻體上的非承重位置后，用鑿巖機(jī)對(duì)破拆點(diǎn)進(jìn)行鑿鉆，先破開1～2塊磚出現(xiàn)洞口，再選取消防斧等手動(dòng)工具結(jié)合鑿巖機(jī)對(duì)磚墻敲擊，逐漸擴(kuò)大破墻面積，形成通道。對(duì)金屬墻，常選取消防斧、鐵錘結(jié)合鑿巖機(jī)對(duì)墻面破開，內(nèi)部的鋼架和金屬結(jié)構(gòu)暴露后，再選取液壓剪切器或鋼筋速斷器對(duì)墻內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪切，破開墻體。

4.地板的破拆

地板常分為木質(zhì)和混凝土材質(zhì)，若在倒塌過程中已經(jīng)出現(xiàn)開口，則只需擴(kuò)大開口即可，若沒有開口，則盡量選擇薄弱處進(jìn)行破洞。常用鑿鉆法、切割法、頂撐法、沖撞法結(jié)合使用進(jìn)行破拆。

對(duì)于木質(zhì)地板，常用消防斧等手動(dòng)工具破開地板，形成裂縫，再用手動(dòng)破拆工具組將裂口擴(kuò)大，最后用機(jī)動(dòng)鏈鋸進(jìn)行切割，形成通道。對(duì)于混凝土地板，常使用鑿巖機(jī)、手動(dòng)破拆工具組等破拆工具，先破孔后擴(kuò)大。遇到內(nèi)有鋼筋的預(yù)制板，鑿孔后用液壓剪切器或鋼筋速斷器對(duì)內(nèi)部鋼筋進(jìn)行剪切，再清除掉混凝土，擴(kuò)大開口直至最后形成有效通道。但在事故現(xiàn)場(chǎng)，倒塌的樓板或墻體常堆疊在一起，會(huì)形成極厚的混凝土層，需要在作業(yè)時(shí)一邊破拆一邊清除廢料，進(jìn)行長時(shí)間的破拆。

5.梁的破拆

梁大部分是混凝土材質(zhì)，和破拆混凝土地面方法一致。常用鑿鉆法、切割法或沖撞法進(jìn)行破拆。在對(duì)梁進(jìn)行破拆時(shí)，盡量找到建筑倒塌時(shí)形成的裂縫開口，進(jìn)而破拆。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，通常先使用手動(dòng)破拆工具組或鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿孔破洞，再擴(kuò)大開口，以破除阻礙；遇到內(nèi)有鋼筋的，通常是清除掉外圍的混凝土部分，再利用剪切器或者鋼筋速斷器進(jìn)行剪切作業(yè)，最后形成救援通道。

對(duì)于混凝土材質(zhì)的構(gòu)件，破拆難度一般較大，現(xiàn)在針對(duì)一些較難破拆的構(gòu)件，出現(xiàn)了高溫加熱拆除法，即先進(jìn)行高溫加熱，使構(gòu)件強(qiáng)度降低，再進(jìn)行破拆的方法[7]。如四川汶川地震中，成都消防支隊(duì)對(duì)鋼筋水泥建筑采用氧焊焰加熱，再進(jìn)行射水，展開鉆打、切割，利用熱脹冷縮，降低鋼筋水泥的強(qiáng)度再實(shí)施破拆，取得了良好效果[8]。

三、破拆的組織實(shí)施

根據(jù)搶險(xiǎn)救援行動(dòng)的實(shí)際需要，現(xiàn)場(chǎng)指揮員應(yīng)在掌握現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情的情況下科學(xué)合理地確定破拆方案，及時(shí)有效地組織破拆。指揮員應(yīng)根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)變化的情況靈活作出方案修正，確保救援質(zhì)量和速度的最大化。救援現(xiàn)場(chǎng)情況往往復(fù)雜多變，信息量大，而且“信息污染”嚴(yán)重，在大量真?zhèn)位祀s的信息環(huán)境中，指揮員要辨明真?zhèn)?，審時(shí)度勢(shì)，在千頭萬緒中找出關(guān)鍵所在，及時(shí)作出準(zhǔn)確判斷，緊緊把握“救人第一，科學(xué)施救”的原則，第一時(shí)間解救被困人員。

(一)前期作業(yè)準(zhǔn)備

在平時(shí)的日常訓(xùn)練中，戰(zhàn)斗員就應(yīng)該熟練掌握各種基本的破拆技巧。消防中隊(duì)的司機(jī)應(yīng)該熟悉轄區(qū)內(nèi)的道路交通情況，各戰(zhàn)斗員應(yīng)熟悉各種裝備器材的特性及操作方法，中隊(duì)干部應(yīng)熟悉建筑倒塌事故的救援實(shí)施流程和救援實(shí)施方案。在接到報(bào)警時(shí)，接警員應(yīng)詢問清楚事故的基本情況，及時(shí)匯報(bào)指揮員，指揮員要根據(jù)有限信息考慮現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的多種情況，從最復(fù)雜、最困難的情況出發(fā)，計(jì)劃組織好各種協(xié)同和保障，做好人員分工。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，到場(chǎng)力量應(yīng)迅速展開，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)一步細(xì)化分組。并視情況及時(shí)啟動(dòng)《社會(huì)聯(lián)動(dòng)應(yīng)急救援預(yù)案》，迅速調(diào)度醫(yī)療、交通、供水、供電、通信、環(huán)保、氣象等部門人員遂行出動(dòng)，第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)[9]。各部門力量由政府主導(dǎo)，做到各司其職，互相協(xié)調(diào)配合，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)救援效率的最大化。

(二)確定作業(yè)方式

在實(shí)施破拆前，要有相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行指導(dǎo)，選好破拆點(diǎn)。盡量選擇破拆非承重構(gòu)件，保證破拆實(shí)施對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響最小化。破拆方法的選擇是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裝備情況和作業(yè)實(shí)施環(huán)境等多種因素共同決定的，常對(duì)構(gòu)件進(jìn)行砸撬或頂撐，形成易于破拆的著力點(diǎn)，再進(jìn)行作業(yè)。破拆中也要做好支撐、頂升等保護(hù)措施，利用相關(guān)技術(shù)手段確保救援和被救人員的安全。選定破拆方法后，指揮員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，選定最合適的破拆器材。器材裝備是影響救援效率的重要因素，面對(duì)狹小、復(fù)雜的破拆實(shí)施空間，應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)便的手動(dòng)破拆工具，不能一味追求大型機(jī)動(dòng)、液壓破拆器具。

(三)靈活實(shí)施破拆

在指揮活動(dòng)中，指揮員要緊緊把握住救援的關(guān)鍵，處理好全局與局部，主要與次要，一般與重點(diǎn)的辯證關(guān)系。在建筑倒塌事故中，破拆效率的高低是多方因素共同影響決定的，要提高破拆效率，需要多方面因素協(xié)調(diào)配合，指揮員需因情選擇，制定救援方案，高效靈活進(jìn)行指揮，才能把作戰(zhàn)效能發(fā)揮最大。指揮員還要靈活選用不同的破拆方法，隨機(jī)應(yīng)變，對(duì)常用的破拆方法進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)合，達(dá)到破拆效率的最大化。

四、結(jié)語

本文對(duì)建筑倒塌事故中常需破拆的建筑構(gòu)件進(jìn)行分類區(qū)分，介紹了常用的破拆器材，分析不同構(gòu)件的破拆難點(diǎn)，探討了不同建筑構(gòu)件的破拆實(shí)施方法：對(duì)門破拆首選破鎖開門，若破鎖有難度再選擇破開門板形成通道；窗的破拆要先拆除窗前的護(hù)欄阻擋，再清除窗體形成通道；對(duì)地板、墻和梁的破拆，都屬于對(duì)混凝土材質(zhì)的破拆，采用先破口，再擴(kuò)大開口的思路，結(jié)合鑿巖機(jī)、切割機(jī)等多種器材破拆形成通道。并提出在破拆行動(dòng)的組織指揮中，應(yīng)從前期作業(yè)準(zhǔn)備、選定作業(yè)方式、靈活實(shí)施破拆這三方面進(jìn)行優(yōu)化指揮，以最大化地提高破拆效率。