關于大型商業綜合體建筑火災現場排煙對策分析

周曙光

摘要：大型商業綜合體具有文娛、購物、餐飲等功能，建筑本身體量大、面積大、人員密度大的特點。由于火災荷載相對較高，火災產生的煙霧濃度高、溫度高、毒性大，煙氣不易排出，導致人員逃生和救援人員施救困難。通過對現代大型商業綜合體建筑的火災煙霧流動規律和火場排煙時機選擇進行分析，對有效開展大型商業綜合體火災排煙技術提出應用參考。

關鍵詞：商業綜合體;火場排煙;煙囪效應

2018年3月25日，俄羅斯西伯利亞南部城市克麥羅沃州“3·25”俄羅斯購物中心發生火災，在這棟4層建筑內，火源位于4樓的兒童娛樂區，火勢迅速蔓延至其余區域，由于黑煙的作用，火場的能見度降為零，起火面積約1500m2，此次火災事故發生前購物中心的火警系統就因故障失效，直到火災發生時，也沒有采取任何維修的辦法，也沒有任何人要求商場因此停業。火災中的大批遇難人員都被困在電影廳，電影廳的工作人員在影片放映過程中，將出口的門從外反鎖，導致了被困人員無法及時逃生。據調查引發此次火災的原因是購物中心違背安全用電規章，導致電網負荷過大，電線短路起火。

2018年6月1日，位于四川省達州市通川區西外鎮塔沱市場內發生一起火災事故。此次火災的過火面積共約5.1萬m2，致使1人死亡，造成9210余萬元的直接經濟損失。起火建筑東面長149.8m，南面長120.0m，西面長141.8m，北面長115.3m，分地下1層、地上5層，總建筑面積9.1萬㎡，主體為鋼混結構。火災爆發原因為業主私自拉接用來照明的電源線短路，其下面的香蕉外包裝紙箱被引燃。近年來，國內還相繼發生綜合體的特大火災傷亡事故，如鄭州天然商廈、南昌萬壽宮商城、北京隆福商業大廈等。建筑物火災發生后，都會給人民的生命和財產造成重大損失。

1? 大型商業綜合體火災煙氣的特性及其危險因素

經調查研究顯示，大型商業綜合體建筑面積大，店鋪之間的分隔和內部商品布置較為復雜，可燃物較多、火災荷載大[1]，這些特點，決定了如若發生火災必然產生大量煙霧，對火災撲救構成極大的困難和風險。建筑內煙霧的流動和擴散，是導致人員死亡的重要因素，尤其是此類綜合體火災，空間大、內部密閉、可燃物多，產生煙霧濃、毒性大、擴散速度快、著火點隱蔽[2]。

1.1? ?煙霧密度大，中性平面低

由于大型商業綜合體空間大、縱深距離長、空氣更新緩慢，所以，部分物質受熱之后，發生氣化，燃燒不充分，這會生成大量不完全燃燒的產物，而使煙氣含量增高。因為火災，大量煙霧形成。向外流動的煙霧在通道橫截面上占有較大面積，以致與空氣接觸的水平面偏低，流動通道隨之變為一個大煙囪，增加救援人員火情偵察和滅火戰斗難度[3]。

1.2? 高溫煙霧可能引發新的燃燒

在一次火災中，物質燃燒放出的熱量決定煙霧溫度。當前來看，在大部分的大型商場中，存有相當數量的可燃物質，與其他建筑的單位火災荷載比高出很多。火災如若爆發，火源點的周圍溫度基本可以到1000℃，使得煙霧溫度高。另外，還有兩個要素的存在，難以分散開的煙霧使得內部壓力變大;冷空氣的及時補充導致溫度緩慢下降的結果發生。這些煙霧，在整個過程中，可以對四周的可燃物質進行加熱，到達燃點后，新的燃燒便會形成。

1.3? 隱蔽火點多，陰燃面積大

冷空氣的補充，相對于物質的燃燒是緩慢的。所以不充分燃燒很多，多數物質會有陰燃的特征。在大型商場地下部分，會有成垛的現象，這也容易陰燃，況且，煙霧最易籠罩這些部位，所以要在短時間內發現極為困難，影響了消滅火災的進程。

1.4? 氣體、不完全燃燒的產物量大

大型綜合體中，會有儲存化學纖維、塑料、麻、棉、橡膠、毛等作為原料制作產生商品的情況，沒有足夠空氣，這些物質不會充分燃燒，有毒氣體還有一些不完全燃燒的產物也將產生。例如，海綿中含有聚氨酯、化纖地毯中含有聚丙烯和泡沫，一旦燃燒，劇毒氣體隨之產生，吸入極少量就會造成人員受傷或死亡的情況，這就是在建筑火災中人員傷亡的主要原因。

2? 大型商業綜合體建筑的火災煙霧流動規律

大量火災調查發現，不同環境、不同區域，擴散煙霧的流動速度會有不同。比如，水平方向流動的煙霧為0.3～0.8m/s，而垂直方向流動的煙霧為5～7m/s，這就是由于煙囪效應的影響。總的來說，煙霧發生這些變化主要是因為通風系統的壓力以及溫度差異導致的氣體密度不同，從而導致的煙囪效應，這里面，溫度差還有溫度的變化成為煙霧流動最重要的影響因素。

2.1? 建筑物內部通風和空調系統的供風、排風的壓力均衡情況對煙霧產生影響

如若內部供風和排風是一樣的，那么，這個系統就不會對建筑物產生壓力。如若一個部位的供氣突然超過了排氣，增壓便出現，空氣就會飄向其余地方。反之，會有相反的景象。所以，可以人為控制一些建筑物內部的通風和空調系統，使之向有益的方向流動。

2.2? 溫度升高后的氣體膨脹

由氣體膨脹定律不難得出，著火區域內氣體會擴大3倍，所以，建筑物的其余部分將承擔的2/3氣體轉移，并且此過程極為迅速，壓力相當大。這些壓力如若不能削弱，煙氣就會依托著火層，向上或向下流動。

2.3? 發生火災的建筑，內部空氣的溫度要高于外部，空氣容重降低，浮力隨之上升

建筑物上下均有門窗開口，氣流從上開口流向室外，從下開口流向室內產生煙囪效應。建筑物的溫差及高度會對煙囪效應產生影響，如若火災發生在較低的層數，煙囪效應對較高層和豎井的影響很明顯，此時煙氣上升的潛力更大。因此火災條件下著火層以上開口部位往往是危險場所。

2.4? 風向、風力、風速在室內，影響著高層煙霧活動軌跡，且這種影響與建筑物的外形與規模相關

通俗來說，迎風面的墻壁由于風力作用受到向內的壓力，向外的壓力就加在背風面和兩側的墻壁，向上的壓力出現在平頂層上。這些壓力，以致空氣通過迎風面進入建筑物的內部，通過背風面遠離建筑物，負壓力此時對頂層上啟口的垂直通風管道，通常有一種吸引的作用。同時中性面在正的水平風壓力效果下有上升，中性面在負的水平風壓力效果下有下降。

3? 火場排煙的意義

建筑火災遇害的人員大多是因為煙氣，煙氣導致遇害的比例達80%，即便是在燒死的遇害者中，根本原因也是先窒息后被火燒。在能見度低于3m以下時，人在這樣生疏的環境中很難逃離。因此為提高救人和滅火效率而進行的排除高溫煙氣主要有以下幾方面意義：

3.1? 創造疏散逃生的有利條件

在滅火戰斗中，最重要的是營救被困人員，而濃煙會導致能見度低，這阻礙了人員的疏散逃生速度;流動狀態的有毒煙氣，會使更多人員中毒，甚至失去逃生能力;又因為高溫缺氧，導致窒息。如果消防人員到場后就實施積極的排煙降毒措施，高溫、濃煙對被困人員的侵襲就會降低，從而疏散逃生的速度得到提高，逃生的時間隨之延長，為營救被困人員贏得了寶貴時間。

3.2?; 創造可以提高滅火效率的有利條件

從火場實際來看，發生火災的商業綜合體，想從外部進攻不容易。由于內部高溫煙霧聚集，可燃物微粒大量產生，溫度達到400℃以上，霎時會全面燃燒，形成“轟燃”現象。同時擴散的濃煙和有毒氣體，也會妨礙消防人員展開滅火戰斗。能見度不高造成消防人員行動困難。內部空間大、鋼結構跨度大的大型綜合體如果不盡快排煙散熱、冷卻承重構件，極有可能發生建筑坍塌，切斷救援人員近戰救援的路線，甚至會造成內攻人員傷亡，對滅火戰斗的順利進行造成影響。

3.3? 為控制火勢和減緩火勢蔓延的速度提供條件

如建筑內排煙設施是完整有用的，發生火災時即可排放大量的煙氣，同時冷空氣得以增補進入商場內，火災產生熱量70%～80%可以消除，還可以控制火災蔓延。選擇恰當的排煙方式，能提高環境的能見度[4]和安全性，延緩和阻止部分部位的坍塌，內攻近戰得以快速展開，提高滅火救援的效率，減少火災損失。

3.4? 為改變火勢蔓延的方向創造有利條件

因為煙氣的溫度高于空氣，在對流的影響下，無風條件就會以3～4m/s的速度沿著樓梯間等豎直的管道向上擴散，以0.3～1.0m/s的速度沿著走廊橫向流動。在大部分的情況下，煙霧擴散及流動的方向就決定了火勢蔓延的方向，在特殊情況下，為了保護貴重物品，會改變蔓延的方向，從而達到為滅火和救人提供幫助的目的。

4? 火場排煙應用現狀

4.1? 火災現場應用程度較低

滅火救援戰斗中，關于第一時間排煙降毒有明確的規定，但實際運用中，由于成功案例少、參戰人員少、考慮因素多等，排煙沒有被作為必須執行的戰術運用到救援中。特別是在大空間、大跨度鋼結構、內部環境復雜、密閉性好的建筑火災中，火場面積較大、可燃物質較多、火災荷載大，被困人員多、滅火救援任務重、現場一片混亂的情況下，無法準確判定火場排煙位置和方式，消防人員往往運用最簡單的噴霧水流進行排煙降溫，在非常惡劣的濃煙、高溫環境中堅持戰斗也時有發生。

4.2? 部分救援人員對排煙方法掌握不好

雖然大部分消防站均配有移動排煙設備，有的還配有排煙消防車，但僅僅是做到了對排煙車輛裝備的性能參數熟悉和器材操作而已，實戰能力較差。滅火預案中僅有排煙任務，但對如何組織、分工沒有觸及，實際意義不大。現有的教材資料缺乏針對性的演練訓練，現場環境所要求的排煙方式和排煙條件選擇上技術標準高，一旦火場需要排煙時，救援人員往往茫然無措。

4.3? 部分基層指揮員對火場排煙不夠重視

由于排煙技術要求較高，如果選擇不當，新鮮空氣進入后，將會導致內部火勢蔓延擴大，可燃物猛烈燃燒，甚至會發生轟燃現象。由于傳統意識的影響，往往使指揮員片面認為火場排煙意義不大，非必要情況不會開展內部排煙作業，這是對排煙的作用和認識不深，對排煙技術掌握不熟練，從而在戰斗行動中不重視排煙的應用，排煙的利與弊也不能在火場實踐中得到驗證，導致火場排煙在理論只是一個思想上的概念，實戰運用中很少行動，才會出現成功案例比較少的現象[5]。

5? 火場送風排煙的時機條件

火場送風排煙目標是排除火災煙氣，不論采取自然排煙、移動機械還是破拆等，都要針對不同情境，采用相應的方式，抓住不同的時機來實行。如排煙、送風有助于救援任務，送風排煙措施就應果斷實施;如送風無助于任務，致使控制不住煙氣，就要等最后階段再采取送風排煙措施。

5.1? 火災規模較小時的排煙策略

若火災發生時，火災規模不大，基本不會再發展，又產生了大批的火災煙氣，這些煙氣就應該及時排出。如若相對較大的空間，燃料控制會使火災燃燒很長時間。在這種情形下，火場排煙基本沒有風險。空氣進入后火災不會發生變換，也不會轟燃。此時應果斷采取送風排煙措施，能及時排出火災煙氣，幫助內攻滅火。

5.2? 火災初始階段的排煙策略

消防救援隊伍到達現場時，火災有可能處于初始階段。這個時候，火場熱煙氣的溫度會較高，內部的氧氣還有余量，熱煙氣會從起火點向外流，逐漸向上以及四周蔓延。因為煙氣溫度高，熱浮力就成為煙氣流動去往排煙口的驅動力。加上其自身的空間特點，煙氣流動空間大、通路長、排煙口缺乏，自然排煙的效果降低。這時，送風進入可成為流動的機械驅動力，加速流動的煙氣流向排煙口。新鮮空氣的供給，會有火災強度突然增大的可能，轟燃也可能會發生。這就說明在火災初始階段采取送風排煙的措施，是有一定危險性的。因此，到場之后，消防力量要第一時間展開協同配合，排煙與內攻降溫結合，梯次進攻化解風險。

5.3? 火災全面發展階段時的排煙策略

在到達火場后，偵查發現火災處于全面燃燒階段，火災蔓延速度快。如若發現有較大的可能發生轟燃，此時不應該考慮實施排煙。因火災到全面發展階段之后，空氣和產生的一些可燃氣體混合燃燒，此時若排煙送風有很大危險性。這時控制火勢才是火場的主要方面，而此時，送風排煙與作戰目標不符。因此，全面發展階段的火災不實用。

但是，在與著火區域相近的區域內，要考慮排煙優先使用。在其他火場區域采取排煙送風是可以改善火場環境的，從而提高能見度，對于被困人員的疏散和消防員內攻有積極影響。此時，要考慮的問題是，風機的風是否會影響火源，既控制煙氣，又避免火源被空氣射流直吹。

6? 結語

大型商業綜合體逐漸成為經濟發展的標志，反映了一部分城市的發展水平，但也隨之帶來更嚴峻的消防安全風險。其火災事故處置過程復雜、涉及面廣、參戰力量多、跨度時間長、社會關注度高的聯合救援行動。由于火場煙氣具有較大的危害，分析煙霧流動規律和煙氣如何受外部環境因素的影響，選擇合理的排煙時機和排煙方法，對于有效提高被困人員的逃生率、加快滅火救援速度、及時排出煙氣是非常重要的。

參考文獻：

[1]陳旭，鄧大鵬，祖利朝.火場煙氣和排煙系統對火災救援的影響[J].河北建筑工程學院學報，2018，36（1）：94-96.

[2]徐升智.大型商業綜合體火場移動防排煙戰術探究[J].山西建筑，2020，46（7）：179-181.

[3]尤益林.排煙技術在滅火戰斗行動中的應用[C]//.2013中國消防協會科學技術年會論文集，2013：338-340.

[4]李海峰.淺析大型地下商場火災煙氣致災因素和應對措施[J].吉林勞動保護，2011（11）：38-39.

[5]荀迪濤，李思成，王萬通.滅火戰斗中火場排煙方法探討[J].消防科學與技術，2014，33（01）：99-102.

Analysis of ventilation countermeasures at the

scene of a fire in a large commercial complex building

Zhou Shuguang

（Yantai Municipal Fire and Rescue Brigade，Shandong? Yantai? 264000）

Abstract：With the rapid development of the economy， large commercial complexes have come into being， with functions such as civic entertainment， shopping and dining， and the building itself is characterized by large volume， large area and high density of people. Due to the relatively high fire load， the smoke generated by fire is highly concentrated， hot and toxic， and the smoke is not easily discharged， which makes it difficult for people to escape and rescuers to give help. The article analyzes the fire smoke flow law and fire smoke evacuation timing of modern large commercial complex buildings， and proposes an application reference for effective fire smoke evacuation technology of large commercial complexes.

Keywords：commercial complex; fire smoke evacuation; chimney effect