火災撲救中大跨度廠房煙氣控制技術研究

侯旭

摘要：大跨度廠房火災是當前常見的一種建筑火災類型，火場煙氣是造成撲救難度大和人員傷亡的主要原因，充分研究火災撲救中大跨度廠房煙氣控制技術能夠極大程度提高火災撲救效率，減少火災造成的人員傷亡和財產損失，避免因控煙不力造成火災撲救被動。

關鍵詞：大跨度廠房；煙氣控制；消防安全；火災撲救

中圖分類號：TU998.1? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）01-0030-04

火場煙氣是伴隨火災發生過程產生的，火場濃煙具有毒害、高溫、蓄熱、遮蔽、附著等特點，其產生對火災撲救和火場人員逃生均會帶來不利影響。在大跨度廠房火災撲救中正確觀察火場煙氣狀態，做好煙氣控制措施能減少火災損失，給火災撲救帶來積極意義。

1 大跨度廠房與火場煙氣概述

1.1? 大跨度廠房

大跨度結構的工業建筑一般有交通工具生產裝配車間、大型設備檢修車間、流水線生產廠房、大型倉庫等，采用混凝土、鋼材、輕質建材等建筑材料構筑，建筑方式分為拱券、穹窿結構，桁架、網架結構，殼體結構，懸索結構，或者多重結構組合。建材類型采用標準結構、排架結構、框架結構、磚混結構、鋼鐵結構，大空間主要采用堅固支柱和輕質頂板相結合的形式，梁、柱、樓板多為鋼制和混凝土建材。

大跨度廠房具有受力均勻、結構穩固、建筑面積大、進深空間大、采光能力強、空間利用率高等特點，建筑整體剛性高、強度大、穩固性好，抗震抗沖擊能力強，且建造速度快、建造成本低，減少了建造工時，提高了使用質量，兼具實用性和觀賞性，也在節能減排方面具有積極意義，成為當前工業生產企業廠房、倉庫類建筑主要發展的結構類型。但是大跨度結構遇到火災高溫烘烤易產生形變，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度、屈服點和彈性模量都有變化。而建筑混凝土保護層受熱溫度超過900℃時，強度幾乎喪失。大跨度廠房坍塌易造成人員埋壓傷亡以及內部開展救援的消防人員傷亡。

1.2? 火場煙氣

火場煙氣是指火災現場可燃物質發生燃燒、熱量傳遞，致使可燃物質性狀發生變化，本身分解釋放的大量氣態、液態、固態顆粒物與空氣的混合物。日常民用建筑火災現場，火場煙氣主要是因家具家電和辦公設備等居民生活生產用品熱解或燃燒產生，而在工業建筑中，因生產設備、生產工藝以及生產物資不同，導致產生的火場煙氣成分也不盡相同。通常，火場煙氣在水平方向的流動擴散速度較小，在火災初期為0.1～0.3m/s，在火災中期為0.5～0.8m/s；火場煙氣在垂直方向的流動擴散速度較大，在火災初期為1～5m/s，在火災中期和形成煙囪效應的建筑內部為6～8m/s，甚至更大[1]。

2 大跨度廠房火場煙氣造成的危害與影響

對過往的大跨度廠房亡人火災進行分析可知，火場煙氣是造成人員逃生困難導致傷亡的主要原因[2]，研究火場煙氣帶來的危害有助于確定合理的控煙措施，及時有效減少和消除火場煙氣，為人員疏散和火災撲救帶來幫助。

2.1? 對火災現場人員造成的危害

火場煙氣對火災現場人員造成的危害有：①大量的煙霧迅速產生易造成人員出現恐懼心理，導致驚慌失措，對原有的疏散路線失去了正常判斷思維，無法判明當前處境，延誤逃生時間。②煙氣會降低人體所需氧濃度，當空氣中含氧量降低到15％時，人的肌肉活動能力下降；降到10％～14％時，人員會出現四肢無力，智力混亂，辨不清方向癥狀；降到6％～10％時，人員會發生暈倒情況，甚至造成大腦缺氧的不可逆損傷；低于6％時，人員短時間就會死亡。實際火場中氧的最低濃度僅有3％左右[3]。③火災中產生的煙氣含有大量有毒成分，火場中一氧化碳濃度達到1％時，人會在1～2min內死亡；二氧化碳的濃度達到20％時，人在短時間內死亡；氯化氰的濃度達到2‰以上時，人在短時間內死亡；氫氰酸的濃度達到0.027%時，人立即死亡[3]。同時，煙氣粉塵顆粒進入呼吸系統會附著在氣管或者肺部，產生缺氧、塵害等危害，導致人員呼吸不暢、行動困難，大幅度降低人員逃生概率。④高溫侵害。火場煙氣在流動過程中裹挾著大量熱量，高溫煙氣一旦進入人體口腔鼻腔，將會破壞器官黏膜，吸入溫度達到65～149℃時，會造成身體內部組織壞死，肺部停止擴張，人員極易死亡。⑤影響視線。火災現場內部濃煙造成人員無法辨別方向，無法有效逃生，同時，加重了人員的恐懼心理，在焦急的心態作用下，人員大口呼吸氧氣會導致煙氣進入身體，很快失去知覺直至死亡。

2.2? 對消防人員滅火救援造成的影響

滅火戰斗到場展開基本是在火災發生的初期階段至發展階段，此時火場煙氣濃度高，對消防人員滅火救援造成的影響有：①造成心理壓迫。對于滅火戰斗經驗不足，進入消防救援隊伍時間較短的消防員會造成心理恐慌，動搖滅火行動意志。②影響火情研判。進入火場搜救、內攻的人員，被高溫濃煙包圍，無法正常觀察現場情況。③加重火場險情。煙氣是微小的顆粒粉塵物，會包裹住火場熱量，導致無法有效散熱，煙氣擴散帶動火勢發展，如果不能有效排煙，將會造成火災的擴大。在緊密不通風的火災現場，因燃燒氣體不充分，高溫濃煙無法及時排除，在室內頂棚下方積聚到一定程度會形成爆燃，乃至發生轟燃現象。④增加搜救難度。天花板、吊頂等裝飾材料和生產設備、物資跌落火場會阻礙消防員行進路線，極易導致消防員體能快速消耗，空氣呼吸器供氣量會伴隨著大量呼吸快速降低，導致消防員工作時間縮短。同時，濃煙環境會造成消防員無法準確判斷方位，增加搜索被困人員的難度，甚至造成消防員無法找到原有出入口，導致消防員深陷火場。

2.3? 易引發較大社會輿情，影響火災撲救

大跨度廠房一般為大型生產企業使用的建筑類型，在當地具有較高“知名度”，并且大跨度廠房發生火災將會產生大量濃煙，引發群眾和媒體的廣泛關注。部分不明真相的群眾缺乏安全意識，聚集在火場周邊觀看滅火過程，對火情控制、人員疏散、車輛行駛、消防車輛補水等工作產生消極影響，同時，輿情擴散，會使得火災引發社會廣泛關注，給指揮員的指揮決策造成思想壓力。

3 大跨度廠房存在的消防問題

作為生產企業應當將安全生產放在各項工作首位，消防安全應是日常管理的重中之重，當前，部分企業高度重視生產經營活動，卻忽視了消防工作的重要性，對消防設施維護保養、人員消防安全培訓、消防滅火救援演練等工作較為忽視，無法達到規定要求，火災發生后現場缺乏有序組織，極易在混亂的環境中造成人員傷亡與較大經濟損失。

3.1? 火災荷載大

廠房按照生產類型分為機械加工制造、輕紡電子加工、食品化工、物流倉庫、靜電廠房、防塵廠房、高配電廠房、科研廠房、特種廠房等多種類別。大跨度廠房空間巨大，但是“寸土寸金”，部分企業為提高空間利用率，提升生產速度，將消防安全拋之腦后。例如，違規堆放生產物資，擅自將甲、乙、丙類性質不同的貨物不滿足間距要求或超量混雜放置，原料、半成品、成品物資沒有分類存放，導致廠房火災荷載增大，火災發生極易快速蔓延，呈現出煙氣毒性大、火災強度大、持續時間長等特點。

3.2? 部分企業擅自變更廠房使用功能

部分企業將原有丁、戊類火災危險性廠房改為甲、乙、丙類物品生產廠房，原有耐火等級、防火間距、消防設施、通風排煙設備無法與現有功能相匹配，火災發生后極易快速傳播，甚至波及周邊建筑物。部分企業違反消防法律法規擅自變更原有建筑使用功能，破壞原有防火分隔、防煙分隔以及部分消防設施，致使原有消防設施無法發揮應有作用，一旦突發火情，易造成火災快速蔓延。部分企業違規使用可燃裝飾材料，部分廠房通過消防驗收后，擅自加裝易燃可燃裝修裝飾材料，火災情況下煙霧大、燃燒快，加速了火勢發展。

3.3? 消防安全管理能力有待提升

部分企業的消防安全負責人、消防安全責任人消防安全意識薄弱，消防安全管理能力不足，導致廠房長期存在消防安全隱患，表現在：①擅自鎖閉安全出口、占用疏散通道、堵占消防車道、破壞消防救援窗口功能，造成人員疏散路線不暢，延誤消防救援工作時間。②私接亂拉電氣線路，電氣線路采取明敷或未穿管保護，部分電氣線路老化未及時更換，部分單位違規使用大功率用電設備，成為電氣火災發生的主要隱患。③消防設施管理能力弱，部分消防設施存在故障、屏蔽、損壞，消防維保工作不能有效解決存在的問題，系統長期“帶病工作”。

4 大跨度廠房的防排煙方案

一般情況下，疏散路線為：房間→走廊→樓梯間前室→樓梯間（避難走道）→室外。煙氣流動路線為：房間→走廊→樓梯間前室→樓梯間（避難走道）→上部樓層→室外。防止煙氣侵入走廊、樓梯間前室、樓梯間（避難走道）是防止煙氣侵害被困人員的主要任務，也是建筑防排煙工程的主要目的。大跨度廠房的防排煙方案如下：

4.1? “多措施”提高建筑防煙能力

首先，要采取不燃材料防煙。建筑內部建筑材料、家具家電、裝修材料使用不燃、難燃材料，但對于工業廠房來說，因不同的生產物資性質，較難實現完全不燃。其次，要采取密閉防煙。確保著火房間能夠有效封閉，耐火性和密閉性要高，以降低空氣流動，達到窒息滅火的效果。再次，要采取阻礙防煙。在煙氣流動路線上設置阻礙措施，例如：擋煙垂壁、防火（煙）分隔設施、管道井封堵、防火閥、防煙閥等。最后，要采取機械防煙。進行部分密閉區域的加壓送風，形成正壓環境，阻擋煙氣侵入。

4.2? “雙渠道”提升火場排煙能力

減少火災現場煙氣的方式可分為自然排煙和機械排煙。自然排煙是利用煙氣本身的熱浮力、外部自然風力作用，形成空氣流動，釋放火場煙氣，主要是通過冷空氣的進入口和熱煙氣的排出口釋放煙氣，水平通道可以使用建筑外窗和破拆建筑形成缺口排出，豎向通道的可以通過排煙豎井形成“煙囪效應”排出煙氣，國外常稱之為煙塔排煙方式。自然排煙具有結構簡單、經濟實惠、運行簡單的優點，缺點也是顯而易見的，排煙效果不穩定、對建筑結構有一定的制約、排煙通道有可能成為火災蔓延的途徑。機械排煙是利用排煙機將著火區域產生的煙氣通過排煙口排至室外。在火災初期階段，通過降低著火區域煙氣壓力，形成負壓，防止煙氣向其他區域擴散。機械排煙具有不受外界客觀條件制約、保證排煙量穩定、快速啟動停止等優點，但是也存在火災猛烈燃燒階段排煙效果降低、設備耐火耐高溫能力不足、投資維護成本高、易老化等缺點。

5 大跨度廠房火災撲救現場控煙措施

研究火場煙氣的目的是為火災撲救工作提供輔助，明確煙氣的特性和危害，能夠降低煙氣對消防人員的干擾，控制火勢持續發展，提升工作效率。

5.1? 排煙行動開展前的準備工作

滅火戰斗展開前，應做好火場態勢觀察，詢問知情人，做好“七掌握”：①清點廠區撤離工人名單，確認是否存在有人員被困情況。②掌握起火物質、起火部位和火災發生時長，應考慮火場是否存在爆炸可能性，燃燒物質是否具有毒害性。③占領消防控制室，查看防排煙系統啟動情況。④測試氣象條件，確認是否適合開展自然排煙。⑤觀察建筑情況，避開救援窗口和消防救援場地，選取合理方向和位置開展火場排煙。⑥與后續滅火力量聯絡，做好滅火力量調度和防護準備。⑦掌握火場周邊水文、建筑、居民情況，確認排放煙氣是否會影響周邊人員健康，高溫煙氣控制不當是否會引燃周邊建筑。

5.2? 按照煙氣擴散途徑開展有效排煙

有效排煙方式有：①人工排煙。消防人員利用移動式排煙機、排煙消防車、消防水槍（炮）等方式排煙，排煙機和排煙消防車要置于正確風向。采用消防水槍排煙，要調整好射流角度，控制在65°左右，采取開花水和噴霧水的方式，保持0.75～0.8MPa的噴射壓力，實現最佳噴霧稀釋效果。采用高倍數泡沫，要考慮大跨度廠房起火部位是否處于較小的封閉空間，利用高倍數泡沫“擠占”煙氣空間，達到吸收控煙的目的。以上方式使用過程中要備足直流水槍，防止突發險情和火勢擴大。②機械排煙。在大跨度廠房火災初期階段，啟動防排煙設備，保證疏散通道、樓梯間前室、樓梯間、電梯間形成正壓，開啟排煙風機，降低室內煙氣濃度，為人員逃生提供條件。③自然排煙。滅火行動過程中要注意氣象條件，自然排煙應避免超過6級風力，防止因排煙造成的火勢蔓延。以上排煙方式可以相互結合使用，盡快實現火場煙氣排放，為搜救人員和快速滅火、防止災情擴大奠定基礎。

5.3? 按照煙氣流動方向打開排煙通道

具體來講：①開展水平排煙。臨近火災現場，判斷火場風向，大致確定起火部位，在起火區域的建筑下風口開啟進風口，迎風面的窗口位置要低于煙氣下沿，排煙面的窗口位置要高于煙氣上沿或趨近于煙氣中上部。打開排煙窗口的過程中要做好個人防護，消防人員要嚴格執行作戰紀律，佩戴好防護護具，佩戴空氣呼吸器，在窗口的側上方側身打開排煙窗口，防止出現“回火”現象，造成火焰和煙氣急速噴出傷害消防員人身安全。②垂直排煙。通常可以理解為在建筑屋面或者較高位置進行破拆，利用火場煙氣自身高溫和流動特點迫使煙氣流出，迎風面的排煙口要置于建筑底部或起火部位水平位置，排煙面的排煙口要易于破拆且具有一定的承載能力，防止破拆過程中人員跌落傷亡。③綜合排煙。將水平排煙和垂直排煙戰術相結合，提高排煙效果，排煙口的面積應為送風口的2倍以上，以達到最佳的排煙效果。應當注意的是，排煙工作開展前要研判（下轉第42頁）（上接第32頁）建筑燒損程度，確認是否滿足內攻滅火條件，多點位設立觀察哨，隨時注意火場形勢變化，排煙通道一旦打開，消防人員應立即內攻滅火，短時間成功滅火，防止“火借風勢”造成蔓延擴大。

5.4? 排煙后續滅火工作要及時跟上

火場煙氣會制約滅火行動開展，滅火行動及時開展能夠減少火場濃煙釋放，因此，排煙行動和滅火行動要有機結合。排煙工作開展后要隨時測量煙氣濃度，觀測起火部位火光明暗，檢測廠房受損情況，考慮是否會發生坍塌、傾倒等危及消防救援人員安全的情況。一旦時機成熟，選擇最佳滅火時間，果斷決策、快速用兵，要集中滅火力量攻堅，防護力量梯次進攻，降低進入廠房人員遭受濃煙、高溫帶來的傷害。排煙過程中，如果內攻近戰無法實現，要主動咨詢聽取建筑工程、防化工程專家意見，對未過火建筑進行阻斷分隔，從外圍控制火勢。同時要明確緊急撤離信號，做好內攻人員防護檢查和登記，多角度實時監測建筑形變情況。

大跨度廠房火災撲救參戰力量多，火場存在一定的爆炸危險和毒害風險，撲救此類火災要求指揮員保持清醒頭腦，理性分析火場情況，形成排煙控煙和撲滅明火“雙主線”思維，為盡快消除火災危害積極行動，加強力量調集、有序組織指揮、強化后勤保障，用高超的指揮“藝術”戰勝“火魔”。

參考文獻：

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