應用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng) 實施大跨度大空間火災處置的效能初探

李國松

摘要：近年來，我國的房屋建造技術(shù)取得了前所未有的發(fā)展，各種應用于生產(chǎn)、儲存的大跨度大空間建筑逐漸涌現(xiàn)。通常情況下，大跨度大空間建筑內(nèi)部儲存的大量商品、貨物會使用拒水性較強的外包裝予以覆蓋，建筑內(nèi)部一旦發(fā)生火災事故，層疊堆垛的貨物會極大地降低各類滅火劑的實際滅火效率，導致火災現(xiàn)場作業(yè)時間大幅延長，災情處置難度也必然隨之增大。通過對大跨度大空間建筑結(jié)構(gòu)特點進行具體分析，著重介紹了壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)在實際滅火處置過程中的工作原理，從鋼結(jié)構(gòu)主體冷卻及處置堆垛火災兩個環(huán)節(jié)探討了應用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)處置大跨度大空間倉庫火災的實戰(zhàn)效能。為了增加結(jié)論的可信度，以拒水性較強的輪胎堆垛模擬大跨度大空間倉庫內(nèi)部的儲存物資進行火災模擬試驗，通過測試結(jié)果證明應用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)是一種能夠高效處置大跨度大空間倉庫火災的戰(zhàn)術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)；大跨度大空間倉庫；堆垛火災；析液時間

中圖分類號：TU998.1? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2022）12-0021-04

隨著我國建筑建造技術(shù)的進步和建造工藝的飛速發(fā)展，特別是大跨度大空間建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸成為倉儲物流建筑的主流結(jié)構(gòu)形式，通過對轄區(qū)內(nèi)部大跨度大空間建筑臺賬進行逐一梳理，目前轄區(qū)包括倉儲、生產(chǎn)、綜合體等用途在內(nèi)的大跨度大空間建筑高達800余家。由于此類建筑內(nèi)部通常存儲有大量的易燃物品，且建筑耐火極限通常僅有2～3h，再加上處置過程中通常需要較高的水荷載等特性，導致此類建筑內(nèi)部一旦發(fā)生各類火災事故，短時間內(nèi)即可導致建筑結(jié)構(gòu)整體性倒塌、堆垛內(nèi)部長時間陰燃現(xiàn)象的出現(xiàn)，已經(jīng)逐漸成為當前消防救援隊伍亟待解決的難題。此外，大跨度大空間類建筑內(nèi)部所存放的堆垛通常使用拒水性包裝材料予以包覆，處置過程中消防射水根本無法充分發(fā)揮全部滅火效能，大部分噴射到火場的水都會白白流失掉，堆垛內(nèi)部普遍存在較為嚴重的陰燃現(xiàn)象，長時間作業(yè)過程中建筑主體框架存在局部倒塌或整體倒塌的危險。因此，如何安全高效地完成大跨度大空間建筑火災的有效處置也成了近期消防救援隊伍的重點攻關(guān)科目[1]。

近年來，隨著工作職能的日益拓展，一線消防救援隊伍的執(zhí)勤任務(wù)更加繁重，“全災種、大應急”定位下新的任務(wù)形勢迫切需要不斷加快隊伍專業(yè)化處置水平及實戰(zhàn)打贏能力的有效提升。隨著作戰(zhàn)理念的不斷更新?lián)Q代，壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)由于其良好的滅火效率、持續(xù)的降溫效果、對空氣完善的隔絕性能逐漸引起了各級消防救援指戰(zhàn)員的青睞，而應用壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)也成了可供現(xiàn)場指揮員有效處置大跨度大空間倉庫火災的技戰(zhàn)術(shù)措施之一。應用壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)，以輪胎堆垛作為目標作戰(zhàn)對象，通過實戰(zhàn)化模擬測驗有效考察了壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)對大跨度大空間倉庫火災的實際處置效能，力爭為該項滅火技戰(zhàn)術(shù)的有效推廣提供必要的理論支撐及實踐經(jīng)驗。

1 大跨度大空間建筑結(jié)構(gòu)的概念、分類及其火災特點

1.1? 大跨度大空間結(jié)構(gòu)建筑概念和分類

近年來，大跨度大空間建筑結(jié)構(gòu)逐漸成為部分工業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)儲存用房形式的首要選擇。所謂的大跨度大空間建筑，通常特指內(nèi)部平面面積大、空間跨度大、垂直尺度高且建筑內(nèi)部存在的分隔較少的建筑結(jié)構(gòu)形式，在建筑學上，其被定義為單位跨度不小于60m的大型建筑。大跨度大空間建筑在實戰(zhàn)處置過程中容易引發(fā)大面積火災事故，在造成巨大財產(chǎn)損失的同時，長時間的處置極易給消防救援隊伍造成巨大的負面影響。目前，我國針對大跨度大空間建筑火災的實戰(zhàn)處置依然停留在理論研究層面。因此，堅定不移地將不同技戰(zhàn)術(shù)措施對大跨度大空間建筑火災的實際處置效能的研究擺在戰(zhàn)訓工作的首要位置，扎實推進實戰(zhàn)化訓練、規(guī)范化作戰(zhàn)和專業(yè)化發(fā)展就顯得尤為重要了[2]。

1.2? 大跨度大空間建筑結(jié)構(gòu)火災特點

事實上，大跨度大空間建筑內(nèi)部一旦發(fā)生各類火災事故，建筑內(nèi)部大量堆積的各類可燃、易燃物品在高溫輻射作用下，短時間內(nèi)即可產(chǎn)生大量的有毒有害氣體。此外，由于該類結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)部普遍具有空間體量大、縱深跨度長的特點，火災發(fā)生后極易形成大面積立體式燃燒并隨時間的延長不斷增加熱釋放速率，建筑主體受熱后在極短的時間內(nèi)極可能發(fā)生部分傾斜或整體性坍塌等二次事故。在大跨度大空間建筑火災的實戰(zhàn)處置過程中，由于該類建筑結(jié)構(gòu)通常建設(shè)在郊區(qū)或者人員較為稀少且遠離城市的位置，建筑周邊可有效利用的消防水源相對較為匱乏，現(xiàn)場參戰(zhàn)力量一旦在火災初期不能有效調(diào)集充足的滅火力量很難及時有效地實現(xiàn)對火勢的徹底壓制，實戰(zhàn)過程中通常需要配合強臂破拆車、挖掘機等機械車輛，經(jīng)過長時間的實戰(zhàn)處置才能將火勢徹底撲滅。

2 壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)工作原理

壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)在處置現(xiàn)場的實際應用過程中，當水流經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)部的水泵后便具有了一定的初始壓力，帶有壓力的水先與泡沫原液按照一定的比例進行混合，隨后利用機械原理將高壓空氣直接壓入水與泡沫原液形成的混合體系之中，形成預混泡沫液，隨后通過空壓機形成水、空氣和泡沫液三者之間的壓力平衡，壓縮空氣泡沫系統(tǒng)的流量混合比例主要由控制系統(tǒng)自動控制，從而實現(xiàn)三者之間的動態(tài)平衡，以產(chǎn)生根據(jù)火場實際所需的泡沫類型。在壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)產(chǎn)生的混合液中，水依然占據(jù)著較大比重，此時該系統(tǒng)產(chǎn)生的混合物中水分和空氣的比例為3：7。在實際噴射過程中，由于水中加入了泡沫原液從而使水的表面積有效擴大，當應用壓縮空氣泡沫滅火劑對拒水物質(zhì)進行撲救時，泡沫液依靠其良好的黏附作用緊緊附著在起火物質(zhì)表面，而泡沫液內(nèi)部的水分也隨之慢慢向起火物質(zhì)內(nèi)部滲透，不但有效減少了滅火劑的流失，而且其中的液態(tài)成分在通過火焰及黏附在起火物質(zhì)表面時，能夠有效起到降溫吸熱的作用。此外，應用壓縮空氣泡沫干泡沫對起火物質(zhì)表面進行覆蓋后能夠起到良好的窒息滅火效果，進一步增強了壓縮空氣泡沫的冷卻、滅火實戰(zhàn)處置效果[3]。

與普通泡沫滅火系統(tǒng)的吸入式注氣法不同的是，壓縮空氣泡沫系統(tǒng)形成的泡沫更為細致、均勻，具有較高動能，提高了滅火效率。處置過程中能夠有效降低水帶載荷且可靈活調(diào)節(jié)發(fā)泡倍數(shù)，增加滅火劑射程。由于壓縮空氣泡沫中注入了大量壓縮空氣，相比于水帶中同樣體積的水或泡沫其載荷明顯減小，不但有效增加了滅火劑的輸送距離，還提高了一線消防指戰(zhàn)員火場的機動性。因此，壓縮空氣泡沫技術(shù)特別適用于大跨度大空間建筑火災的撲救。必要時，使用空氣壓縮機獨立工作時，可以作為驅(qū)散火場煙霧和有毒氣體的輔助措施。此外，壓縮空氣泡沫具有儲能作用，系統(tǒng)在無法正常工作的狀態(tài)下依然能夠維持幾十秒鐘的滅火時間。此外，應用壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)的最大優(yōu)勢之一是可以通用不同類型的泡沫原液，例如使用價格低廉的B類泡沫滅火劑代替價格昂貴的A類泡沫撲救液體類火災，該滅火劑的混合比僅為0.1%～1.0%，泡沫液用量較少，且生成的泡沫能黏附在物體表面并有效保留24h。

壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)可以在不同類別火災的實戰(zhàn)處置過程中普遍達到較為良好的滅火效果，由于不同作戰(zhàn)對象需要不同混合比的泡沫混合液予以有效處置，因此在滅火作戰(zhàn)過程中應當根據(jù)具體的火災類型選擇適當?shù)呐菽旌媳?。一般情況下，當混合比在0.3%時，系統(tǒng)產(chǎn)生濕泡沫，可應用于多種A類火災的有效撲救。同時，該混合比條件下產(chǎn)生的泡沫同樣可以作為中倍數(shù)泡沫使用，能夠最大限度防止各種油類火災的復燃并在一定程度上起到火場隔離的戰(zhàn)術(shù)效果。當系統(tǒng)混合比在0.3%～0.5%范圍內(nèi)時，系統(tǒng)產(chǎn)生干泡沫，主要可以用于火災處置現(xiàn)場消防救援人員的自我防護。當混合比在0.5%～1.0%范圍內(nèi)時，則可用于各類B類火災的有效處置撲救，壓縮空氣泡沫滅火技術(shù)具體適用范圍如表1所示。

3 應用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)處置大跨度大空間建筑火災的技術(shù)措施

當大跨度大空間建筑內(nèi)部發(fā)生火災事故且起火建筑內(nèi)部火災荷載相對較高時，先期到場的消防指戰(zhàn)員應根據(jù)起火現(xiàn)場實際情況，在預先確定實際起火部位、燃燒物質(zhì)理化性質(zhì)、火勢蔓延途徑等相關(guān)情況的基礎(chǔ)上，合理組織好火場供水、破拆排煙且確定現(xiàn)場無倒塌危險時，應合理利用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)組織內(nèi)攻近戰(zhàn)，徹底消滅火勢。

3.1? 利用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)對建筑主體鋼架結(jié)構(gòu)實施有效冷卻

大跨度大空間建筑通常設(shè)置在城鄉(xiāng)接合部區(qū)域，建筑周邊的消防水源普遍較為匱乏，此時可以合理利用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)良好的黏附效果和冷卻效率。應用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)從起火建筑外部撲救高度相對較低的建筑火災時，壓縮空氣泡沫射流能夠直接沖擊起火建筑的天花板，反射后的射流能夠沖擊墻壁及建筑內(nèi)部的周邊空間。隨著蒸發(fā)作用的不斷加強，可以有效降低起火建筑的室內(nèi)溫度，降低室內(nèi)氧氣含量，并有效阻止火勢的進一步蔓延擴大。當起火建筑通透性相對較好或形成較大開口部位的起火現(xiàn)場，壓縮空氣泡沫干泡沫能夠長時間黏附在建筑主體鋼架結(jié)構(gòu)之上，保證建筑結(jié)構(gòu)主體始終得到均勻的冷卻保護，有效防止建筑結(jié)構(gòu)主體由于溫度過高或冷熱驟變而發(fā)生整體性坍塌事故，最大限度保障一線消防救援人員的人身安全。

3.2? 利用壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)對起火堆垛實施處置

在實戰(zhàn)處置大跨度大空間倉庫火災的過程中，現(xiàn)場指戰(zhàn)員可以優(yōu)先選擇價格較為低廉的B類泡沫并優(yōu)先選用濕泡沫類別。此時濕泡沫利用其良好的流動性及沖擊效果，短時間內(nèi)即可迅速接觸到燃燒物質(zhì)表面并迅速向燃燒物質(zhì)基體內(nèi)部滲透，與起火物質(zhì)表面接觸的滅火劑依然起到了良好的冷卻降溫作用，燃燒堆垛表面溫度短時間內(nèi)即可下降至燃點以下。當起火堆垛表面沒有明顯的火焰時，現(xiàn)場處置人員可操作車載儀表盤改用干泡沫進行有效覆蓋，利用干泡沫近乎中倍數(shù)泡沫的實際覆蓋效果將有陰燃可能性的起火堆垛完全覆蓋，將燃燒物與空氣徹底隔絕，并利用干泡沫內(nèi)部析出的水分對堆垛陰燃部分實施二次冷卻。

特別是當大跨度大空間倉庫內(nèi)起火物質(zhì)呈堆垛式疊放時，堆垛外部通常覆蓋有大量的拒水物質(zhì)從而導致消防射水無法直擊火點時，此時應當利用直流水槍沖擊效果較好的特點首先噴射濕泡沫對起火堆垛進行初步冷卻，不同噴射狀態(tài)下壓縮空氣泡沫的相關(guān)參數(shù)如表2所示。

由于在滅火劑中添加的壓縮空氣能夠增加射流的動能，確保滅火劑具有穿過熱輻射區(qū)域直擊起火部位的沖擊能力，可以短時間內(nèi)迅速完成火勢的有效處置。由于壓縮空氣泡沫所產(chǎn)生的泡沫更為致密、規(guī)整，所以，在冷卻燃燒物的同時還能起到良好的滅火作用。因此，在實際處置過程中，特別是起火大跨度大空間建筑內(nèi)部設(shè)置有多個較大體積的燃燒堆垛時，在應用濕泡沫對堆垛實施有效降溫并達到預期滅火效果的前提下，應同步應用濕泡沫對周邊未燃燒堆垛實施覆蓋保護，火勢得到有效壓制后迅速改變泡沫類型，應用干泡沫對起火堆垛實施二次覆蓋，保證燃燒物質(zhì)與空氣的徹底隔絕，由于泡沫冷卻效果相對較好且實際流失速度相對較慢，能夠最大限度地有效防止復燃、陰燃現(xiàn)象的發(fā)生。此外，在實際處置過程中還應當充分發(fā)揮壓縮空氣泡沫系統(tǒng)對現(xiàn)場消防救援人員的防護作用，特別是現(xiàn)場偵查人員首次進入起火建筑內(nèi)部時，可以使用多功能水槍通過開花或噴霧射流噴射適量濕泡沫從而最大限度地實現(xiàn)消防員的自我防護。通常情況下，當環(huán)境溫度達到800℃時，完全蒸發(fā)3L泡沫混合液能夠釋放出10m3以上的蒸汽，此時，釋放出的水蒸氣能夠置換空氣并有效減緩建筑物內(nèi)部的燃燒速度，從而有效保障參與內(nèi)攻近戰(zhàn)的消防救援人員不會在蒸汽中受傷或感到不適。

4 應用壓縮空氣泡沫系統(tǒng)實施堆垛火災處置的效能測試

分別選用普通泡沫消防車和壓縮空氣泡沫消防車進行滅火能力測試對比試驗，車輛性能如表3所示。為確保測試結(jié)果與大跨度大空間火災處置現(xiàn)場實際情況更為貼近，測試過程中選用拒水性較強的600個輪胎搭建成2個完全相同的堆垛，分別澆淋20L柴油與10L汽油的混合物后引燃，待充分燃燒至猛烈階段時由兩組參加測試的消防指戰(zhàn)員分別實施滅火。應用壓縮空氣泡沫系統(tǒng)進行撲救后，僅僅消耗600L消防用水，在85s內(nèi)即完成對火勢的有效撲救，而相比之下，應用普通泡沫消防車在330s時火勢仍然處在猛烈燃燒階段。此外，由于普通泡沫消防車中噴射出的泡沫混合液在直流狀態(tài)下對消防員的防護作用相對較弱，滅火初期，測試人員只能選擇相對較遠的區(qū)域?qū)嵤缁?。在成功撲滅明火后，現(xiàn)場參加測試人員又利用壓縮空氣泡沫消防車產(chǎn)生的干泡沫對燃燒物進行覆蓋，2min后應用測溫工具進行測試，火勢熄滅后的輪胎表面溫度僅為25.5℃，現(xiàn)場監(jiān)護8h后未有復燃現(xiàn)象發(fā)生，充分證明應用壓縮空氣泡沫系統(tǒng)能夠有效處置拒水性較強的堆垛火災，為我國各級消防指戰(zhàn)員在實戰(zhàn)處置大跨度大空間倉庫火災時提供了可供參考的有效戰(zhàn)術(shù)。

5 結(jié)語

通過壓縮空氣泡沫滅火系統(tǒng)獨特的機械動力體系，以堆垛火災為模擬作戰(zhàn)對象，考察了合理利用干、濕泡沫對大跨度大空間倉庫火災實施處置的效果。通過測試發(fā)現(xiàn)在滅火實戰(zhàn)處置過程中合理應用正壓式壓縮空氣泡沫混合系統(tǒng)，90s內(nèi)即可成功實現(xiàn)對300個橡膠輪胎火勢的撲救，在起到有效隔絕空氣的同時，滅火劑內(nèi)部的水分能夠成功滲入拒水性較強的燃燒物質(zhì)基體內(nèi)部起到必要的冷卻效果，且火災處置結(jié)束后能夠有效防止起火堆垛復燃、陰燃現(xiàn)象的發(fā)生，進一步證明了應用該戰(zhàn)術(shù)措施能夠?qū)崿F(xiàn)大跨度大空間倉庫火災的成功處置，能夠切實提升消防救援隊伍處置大跨度大空間建筑火災的能力。

參考文獻：

[1]閃淳昌.總體國家安全觀引領(lǐng)下的應急體系建設(shè)[J].行政管理改革，2018，3（3）：20-23.

[2]付立兵.對我國應急救援體系建設(shè)的思考[J].中國消防，2014，6（11）：34-36.

[3]王崢宇.以政府為主導的現(xiàn)代應急救援體系建設(shè)研究[D].南昌：江西財經(jīng)大學，2018.

Preliminary study on the efficiency of applying compressed air foam fire extinguishing system to implement large-span and large-space fire disposal

Li Guosong

（High-tech District Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin 300000）

Abstract：In recent years， housing construction technology has achieved unprecedented development in our country， and various large-span and large-space buildings used in production and storage have gradually emerged. Under normal circumstances， a large number of commodities and goods stored inside large-span and large-space buildings will be covered with outer packaging with strong water repellency. Once a fire accident occurs inside the building， the stacked goods will greatly reduce the actual fire extinguishing efficiency of various fire extinguishing agents， resulting in a significant extension of the operation time on the fire site， and the difficulty of disaster disposal will inevitably increase. Through the concrete analysis of the structural characteristics of large-span and large-space buildings， the paper focuses on the working principle of the compressed air foam fire extinguishing system in the actual fire extinguishing process. The practical efficiency of using compressed air foam fire extinguishing system to deal with large-span and large-space warehouse fires is discussed from the two links of steel structure main body cooling and dealing with stacking fire. In order to increase the credibility of the conclusion， a fire simulation test was carried out by simulating the storage materials in a large-span and large-space warehouse with tire stacking with strong water repellency. The test results prove that the application of compressed air foam fire extinguishing system is a tactical measure that can efficiently deal with fires in large-span and large-space warehouses.

Keywords：compressed air foam fire extinguishing system; large-span and large-space warehouse; stacking fire; liquid separation time