建筑火場偵檢要素分析

摘要：近年來，建筑火災時有發(fā)生，一旦發(fā)生建筑火災，消防員不可避免要抵近或進入火場進行滅火救援。然而建筑火場復雜多變，消防員的安全面臨極大威脅。因此，準確識別火場中的致命威脅，避免消防員受到傷害，成為亟須解決的問題。通過深入探討建筑火場中威脅消防員生命安全的偵檢要素，并分析這些要素發(fā)生條件的臨界判定，構(gòu)建了建筑火場偵檢目標需求體系，為未來建筑火場偵檢技術(shù)及裝備的研發(fā)提供參考。

關鍵詞：建筑火場；消防偵檢；消防員安全；臨界條件

中圖分類號：D631.6 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1227（2024）08-0016-03

近年來，我國城鎮(zhèn)化水平穩(wěn)步提升，建筑物數(shù)量逐年增加，這些建筑物為人們提供了生活、工作、生產(chǎn)和從事文化活動的場所，在給人民帶來極大便利的同時，也面臨著不小的安全隱患，其中，建筑火災是一種最常見的建筑物安全事故。2021年4月22日，上海金山區(qū)一廠房發(fā)生火災，導致8人遇難，其中包含2名消防救援人員[1]。2021年6月25日，河南省柘城縣一武術(shù)館發(fā)生火災，造成18人死亡、4人重傷、12人輕傷[2]。一旦發(fā)生建筑火災，消防救援人員必須迅速執(zhí)行救援和滅火作戰(zhàn)任務。消防員不可避免地要深入火場，面對極端高溫、火焰、有毒煙霧，以及可能遇到的轟燃、回燃、建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和坍塌等危險，生命安全持續(xù)受到威脅。因此，在滅火救援中，快速準確地評估火場高危區(qū)域并預測潛在的致命威脅，為消防救援隊伍處置爭取時間，成為亟須解決的問題。

1 建筑火災發(fā)展過程

建筑火災的發(fā)展過程大致可分為初期、發(fā)展和下降三個階段。在建筑火災初期階段，燃燒只局限于著火點處的可燃物。隨著局部燃燒，由于可燃物燃燒性能、分布和通風、散熱等條件的不同，可能會出現(xiàn)自行熄滅、緩慢燃燒和迅速擴散。火災初期階段持續(xù)時間長短不定。在建筑火災全面發(fā)展階段，室內(nèi)的可燃物在高溫影響下釋放出可燃氣體，當溫度達到400～600℃時，便會發(fā)生轟燃。轟燃標志著建筑火災已進入全面發(fā)展階段。轟燃發(fā)生后，室溫急劇上升，溫度可達800～1000℃。在下降階段，由于燃料減少，燃燒速度減慢、強度減弱，溫度下降，火災最終進入熄滅階段。

2 建筑火場的偵檢要素

2.1 建筑火場威脅消防員安全因素

近年來，我國消防救援隊伍在滅火救援中時有傷亡發(fā)生，研究表明，較大部分人員傷亡發(fā)生在建筑火災撲救過程中[3]，造成消防員傷亡的原因包括坍塌、爆炸、煙氣中毒、觸電、高溫、墜落、人員迷失以及建筑火災燃燒條件改變而引起的特殊燃燒行為，如轟燃和回燃等。由于人員墜落和迷失并不屬于需要實時偵檢的對象[4]，所以不在這里討論。

2.2 建筑物坍塌

坍塌是建筑火災中較為常見的現(xiàn)象。建筑物倒塌，一方面危害救援人員的生命安全，另一方面使火災進一步蔓延擴大，影響滅火救援工作的開展。在火災中，造成建筑倒塌的因素主要有燃燒、高溫和爆炸等。在火災條件下，建筑物倒塌除了爆炸因素外，倒塌的過程都需要一定的時間。因此，建筑物倒塌前都會出現(xiàn)一些征兆。

燃燒時間。根據(jù)GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定[5]，不同耐火等級建筑構(gòu)件有不同的燃燒性能和耐火極限。以二級耐火等級建筑為例，承重墻和柱的耐火極限一般為2.5h，梁一般為1.5h。消防指揮員需要通過建筑構(gòu)件的燃燒時間判斷建筑是否會發(fā)生倒塌。

燃燒溫度。當鋼結(jié)構(gòu)溫度升高至600℃時，強度將下降2/3，導致承載能力減弱，一段時間后，鋼結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)塑性形變，進而局部結(jié)構(gòu)被破壞，造成建筑整體失去穩(wěn)定，形成倒塌。

建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)改變。當建筑構(gòu)件發(fā)生位移或振動頻率發(fā)生突變時，表明建筑物正在逐步失去原有的承載能力和穩(wěn)定性。典型征兆包括建筑結(jié)構(gòu)部分或整體傾斜、承重墻墻面外鼓或出現(xiàn)較大裂縫、承重鋼構(gòu)件大幅度彎曲、樓板下沉、墻體或樓板變形造成玻璃幕墻成片破碎等。

異常聲響（聲發(fā)射特性）。建筑結(jié)構(gòu)倒塌破壞前，一般會發(fā)出異常聲響，通常是“咔嚓”聲或“嘰嘰嘎嘎”聲，聲音的音量從小到大，直到建筑倒塌。

2.3 爆炸

爆炸多發(fā)生于化工工業(yè)建筑中，化工產(chǎn)業(yè)本就屬于高危行業(yè)，從化工原材料到化工產(chǎn)品，大多是易燃易爆物質(zhì)，加之部分化工企業(yè)的安全生產(chǎn)意識較為淡薄、管理缺失，以及生產(chǎn)到儲存過程的不確定因素，極易發(fā)生火災爆炸事故。

可燃氣體與空氣均勻混合形成爆炸性混合氣體，其濃度達到一定的范圍時，遇見明火或一定的引爆能量會立即發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限，爆炸極限又分為爆炸上限（UEL）和爆炸下限（LEL）。UEL是指可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最高濃度，當濃度高于UEL時，由于氧氣供給不足，可燃物只能燃燒不會爆炸。當濃度低于LEL時，由于可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，導致可燃性混合物既不能燃燒也不會爆炸，如甲烷（CH4）的爆炸極限是5%～15%，一氧化碳（CO）的爆炸極限是12.5%～74.2%。

2.4 轟燃和回燃

轟燃和回燃是建筑火場中較為常見的一類險情[6-7]，是建筑火災的特殊燃燒行為。轟燃是室內(nèi)火災發(fā)展到一定階段時出現(xiàn)的一種類似于爆燃的特殊現(xiàn)象，危害性極大。轟燃的定義是當室內(nèi)的可燃物被點燃后，如果氧氣供給充足，可燃物會持續(xù)燃燒并在室內(nèi)頂部形成熱煙氣層，使得室內(nèi)頂部和周圍墻壁的溫度逐漸升高，當室內(nèi)溫度升高后又會以熱輻射的形式，進一步加劇室內(nèi)可燃物的燃燒速率，導致室內(nèi)所有可燃物一起被點燃的燃燒現(xiàn)象。當發(fā)生轟燃時，室內(nèi)將形成一片火海，從而進入最猛烈的燃燒階段。

回燃是一個充滿不完全燃燒產(chǎn)物的室內(nèi)流入新鮮氧氣時發(fā)生的快速爆燃過程。當室內(nèi)通風條件不良時，室內(nèi)的氧氣含量不足以支持可燃物的快速燃燒，但室內(nèi)可燃物仍然進行著熱解反應，這使得整個空間積聚了大量的可燃氣體。此時一旦通風條件發(fā)生改善，大量新鮮空氣涌入房間并與可燃氣體混合發(fā)生劇烈燃燒，在室內(nèi)燃燒的同時，在通風口外形成巨大的火球，從而對室內(nèi)外造成危害，導致回燃的發(fā)生。

目前國內(nèi)外針對轟燃和回燃的臨界判定都是一些經(jīng)驗性和實驗性的總結(jié)，普遍認可轟燃的臨界條件判定有3種：①開口上部火焰卷出，火場亮白。②煙氣層溫度達到600℃。③地面熱輻射達到20kW/m2?；厝祭碚撗芯块_展相對較晚，缺乏成熟的量化標準，經(jīng)驗性的臨界條件判定有2種：①門窗縫隙處噴射狀溢煙。②室內(nèi)火場呈暗紅色。除此之外，國際上比較認可未燃燃料質(zhì)量分數(shù)作為預測回燃發(fā)生的影響參數(shù)，但是該預測模型目前還缺乏統(tǒng)一性。

2.5 煙氣毒害

火災的燃燒過程通常是一個不完全燃燒過程，并伴隨著物質(zhì)的熱分解反應。熱分解反應是物質(zhì)由于溫度的升高而發(fā)生的化學反應，這種化學反應通常是無氧化作用且不可逆的。熱分解反應主要包括3個階段：首先，物質(zhì)在一定的溫度下，分解出熱分解產(chǎn)物；其次，可燃燒的熱分解產(chǎn)物、可燃物和氧氣發(fā)生劇烈的化學反應，釋放出熱量；最后，不可燃燒的熱分解產(chǎn)物、燃燒產(chǎn)物和未燃燒的可燃物混合在一起，形成了建筑火災煙氣。已知建筑火災煙氣的成分有數(shù)十種，包括CO、CO2、HCI、HCN、NH3、NO2、SO2、H2S、COCL和H2O等?；馂臒煔獾幕瘜W毒性和物理高溫直接威脅消防員的生命安全?；馂臒煔獾亩竞π员憩F(xiàn)在3個方面：一是直接中毒或者窒息死亡；二是因缺氧或中毒暈倒后遭火焰侵襲身亡；三是煙氣中肉眼不可見的懸浮微粒，一般直徑小于10μm，經(jīng)過呼吸進入人體肺部，黏附并聚集在肺泡壁上，引起呼吸道疾病，增大心臟病死亡率。衡量不同種類的氣體對人體的危害程度，可以使用立即威脅生命和健康濃度（IDLH）值表示。IDLH是指有害環(huán)境中空氣污染物濃度達到某種危險水平，如可致命、可永久損害健康或可使人立即喪失逃生能力。

2.6 高溫

起火后10～15min之內(nèi)，火場溫度即可接近400℃，在火災充分發(fā)展階段甚至高達800℃?；饒鲋械母邷夭粌H破壞建筑構(gòu)件，導致建筑倒塌和可燃氣體爆炸，還因為人體對高溫的忍受程度有限，直接威脅消防員的安全。當溫度達到66℃時，一般人員難以忍受；當溫度達到140℃時，人體會短時間喪失生理功能；當溫度大于180℃時，人體會迅速出現(xiàn)失能狀態(tài)，進而死亡。

2.7 觸電

火場環(huán)境復雜多變，消防員在滅火救援、生命搜索和火場清理的過程中極易發(fā)生觸電事故。觸電通常是指人體直接接觸電源或高壓電，經(jīng)過空氣或其他導電介質(zhì)通過人體傳遞電流，從而引起組織損傷和功能障礙，甚至死亡。觸電造成的人體損傷主要與電壓高低、電流強弱、直流和交流電、頻率高低、通電時間、接觸部位、電流方向和所在環(huán)境的氣象條件有關。在火場中觸電事故的常見形式有單相觸電、兩相觸電、泄漏電流觸電、跨步電壓觸電等。

根據(jù)國家標準規(guī)定，安全電壓不高于36V，持續(xù)接觸安全電壓為24V，安全電流為10mA，電擊對人體的危害程度，主要取決于通過人體電流的大小和通電時間長短。考慮到滅火救援過程中，環(huán)境潮濕、地面積水等因素，人體電阻顯著下降，一般認為在火場中的安全電壓不高于24V。

2.8 建筑火場偵檢目標需求體系表

根據(jù)2.1～2.7節(jié)內(nèi)容，歸納總結(jié)形成了建筑火場偵檢目標需求體系表，見表1。

3 結(jié)束語

本文概括了建筑火場中威脅消防員安全的因素以及臨界條件的判定，通過梳理歸納分析，確定了建筑火場需要實時偵檢的要素，主要包括溫度、可燃氣體、有毒氣體、電流電壓、轟燃、回燃，以及建筑構(gòu)件形變、振動和聲發(fā)射特性，形成了建筑火場偵檢目標需求體系表，為后續(xù)相關各方研究建筑火場偵檢裝備及技術(shù)提供參考。

參考文獻

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[2]新華網(wǎng).河南柘城發(fā)生重大火災事故 已致18人死亡[EB/OL]http：//www.xinhuanet.com/photo/2021-06/25/c_1127597613.htm

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