現代火災調查技術在高層建筑火災中的應用研究

摘要：隨著城市化進程的加快，高層建筑的數量不斷增多，其火災風險也隨之增加。高層建筑火災具有火勢蔓延快、撲救難度大、損失嚴重等特點，亟須采用先進的火災調查技術進行科學分析與有效應對。本文從高層建筑火災特征入手，探討現代火災調查技術與方法，包括火災模擬、痕跡分析、智能化技術等，并結合實際案例分析這些技術在火災原因判斷、責任認定以及安全隱患評估中的作用。研究發現，綜合運用多種現代技術手段，可以顯著提高火災調查的科學性和效率，為高層建筑火災預防與治理提供重要支撐。

關鍵詞：高層建筑；火災調查；火災模擬；痕跡分析；智能化技術

引言

隨著城市化和經濟的迅速發展，高層建筑已成為現代城市的重要標志。這些建筑因其高度復雜的結構以及功能的多樣性，為城市生活和生產提供了便利。然而，高層建筑因其特殊的建筑形式和使用特點，一旦發生火災，往往伴隨著火勢的迅速蔓延、煙氣擴散和撲救困難等問題，對人員生命財產安全以及城市的正常運行造成嚴重威脅。據統計，高層建筑火災在火災總量中占比逐年上升，其造成的經濟損失和社會影響尤為顯著。

一、火災調查概述

在火災應對與防控領域，火災調查是一項至關重要的環節。通過科學的火災調查，可以準確確定火災原因，評估火災隱患，為責任認定和防火措施的優化提供科學依據。傳統的火災調查方法主要依靠目擊證據、現場痕跡分析和經驗判斷，這些方法在面對高層建筑復雜的火災場景時往往難以滿足需求。高層建筑火災的復雜性，既要求調查技術能夠快速準確地還原火災過程，也要求其在數據采集和分析過程中具有高效性和可靠性[1]。現代火災調查技術快速發展，為高層建筑火災研究與分析提供了新的機遇。火災模擬技術利用計算機模擬火災過程，能夠直觀再現火災場景，為火災成因和蔓延路徑的分析提供科學依據。痕跡分析與材料科學技術通過對燃燒痕跡和殘留物的深入研究，可以精確定位起火點。同時，物聯網和人工智能技術的引入，使火災調查進入了智能化時代，極大地提升了火災數據采集、存儲和分析的效率與精度。

二、高層建筑火災特征

高層建筑因其結構復雜、空間大和功能多樣，在發生火災時展現出一系列不同于普通建筑的顯著特征。這些特征直接影響火災蔓延、撲救難度和救援策略，因此成為火災調查和火災防控研究的重點。

（一）火勢蔓延速度快

高層建筑通常采用大量可燃材料，如裝飾裝修材料、家具、家電等。一旦發生火災，這些可燃物會迅速燃燒，釋放大量熱量和煙氣，加劇火勢蔓延。此外，高層建筑的垂直結構特性使得火災容易通過樓梯井、電梯井、管道井等向上蔓延，形成“煙囪效應”，導致火勢迅速擴散到上部樓層，增加了撲救難度。

（二）煙氣擴散范圍廣

高層建筑火災中產生的大量煙氣在熱氣流驅動下迅速向上擴散，不僅影響建筑內部的人員疏散，還可能通過外墻裂縫、窗戶等部位擴散到外部，對周邊建筑和環境造成威脅。煙氣中的有毒氣體和顆粒物是火災中導致人員傷亡的主要因素，其濃度和擴散速度遠高于普通建筑火災。

（三）人員疏散難度大

高層建筑內部通常容納大量人員，發生火災時，疏散路線長、時間緊迫，加之煙氣、火勢的阻礙，常常導致部分人員無法及時撤離。此外，疏散過程中可能發生擁堵、跌倒等問題，從而加劇了人員傷亡風險。

（四）火災撲救條件有限

高層建筑的高度和內部復雜的分區結構對滅火行動提出了較高要求。傳統滅火設備如消防水槍、水帶的射程有限，很難直接撲滅高層火源。即使依靠云梯消防車和高壓水槍，其高度覆蓋能力也可能不足。此外，建筑內部的消防設施（如噴淋系統、消防栓等）能否正常運行，對火災撲救起到決定性作用。

（五）對經濟和社會影響大

高層建筑往往具有較高的經濟價值，其火災造成的直接財產損失顯著。此外，這類建筑通常為住宅、辦公或綜合用途，其火災可能導致人員傷亡和財產損失，甚至影響城市交通、經濟運行和社會穩定。高層建筑火災特征的復雜性和嚴重性對火災調查技術提出了更高要求，必須結合現代化技術手段提高火災分析和治理的科學性與針對性。

三、現代火災調查技術

隨著火災研究與調查需求的不斷增加，傳統的火災調查手段已難以滿足復雜火災場景的分析要求。現代火災調查技術以多學科交叉為基礎，借助計算機技術、材料科學、人工智能等領域的最新成果，為火災原因分析、責任認定以及隱患評估提供了更加科學和高效的解決方案[2-3]。

（一）火災模擬技術

火災模擬技術是現代火災調查的重要工具，通過計算機軟件對火災發展過程進行虛擬重現。常用的模擬軟件如FDS（Fire Dynamics Simulator）能夠基于流體力學原理模擬火勢蔓延、煙氣擴散和溫度場變化等動態過程。這種技術不僅有助于還原火災場景，分析起火原因，還可以評估不同條件下的火災風險，為消防設計和防火改進提供科學依據。

（二）痕跡分析與材料科學技術

火災現場殘留的痕跡和材料信息是火災調查的重要線索。痕跡分析技術通過顯微鏡觀察、成分檢測和熱分析等手段，研究燃燒痕跡和殘留物的性質，以確定起火點和燃燒過程。例如，紅外光譜技術可用于識別可燃物的成分，而掃描電子顯微鏡能揭示細微的燃燒損害。材料科學技術的引入使調查人員可以更精確地還原火災發生的微觀機制。

（三）智能化技術

物聯網（IoT）和人工智能（AI）的發展為火災調查注入了新的活力。通過物聯網設備，建筑內部的溫度、煙氣濃度和火焰傳感器數據可以實時記錄并傳輸，為火災發生的時間、地點和過程提供第一手數據。人工智能能夠對海量數據進行智能分析，發現傳統調查中可能遺漏的線索。例如，機器學習算法可以基于歷史火災數據預測可能的成因，提高調查效率。

（四）無人機與遙感技術

無人機和遙感技術的應用極大地拓展了火災調查的范圍和精度。無人機可在火災發生后迅速進入災害現場采集高空影像，為大范圍火災的初步評估提供支持；熱成像技術可以捕捉火災熱點區域，為判斷火源位置和火勢蔓延路徑提供輔助。

（五）大數據與云計算

現代火災調查技術充分利用大數據和云計算，通過整合歷史火災案例、現場數據和實驗結果，構建火災模型和數據庫，為火災調查提供數據支持。云計算平臺的引入使調查人員能夠快速調用分析工具，實現協作和遠程支持。現代火災調查技術以精確性、智能化為核心特點，顯著提升了火災原因分析和隱患評估能力。這些技術的綜合運用正在改變傳統火災調查模式，為火災防控和治理提供了有力保障。

四、現代火災調查技術在高層建筑火災中的實際應用

（一）火災原因調查

火災模擬技術通過對火災發生過程的虛擬重現，可以還原火源位置、初始燃燒條件及火勢蔓延路徑。例如，在某高層住宅火災中，通過FDS軟件的模擬發現，電氣線路短路引發的火花在靠近可燃裝修材料時迅速引燃周圍環境，導致火災蔓延。結合模擬結果，調查人員能夠精準確定起火點和起火原因，為責任認定和隱患治理提供依據[4]。

（二）火災責任認定

通過對火災現場殘留物的化學成分分析，可以識別易燃材料或劣質設備是否為火災誘因。例如，通過光譜分析和熱殘留檢測，確認某建筑采用不符合標準的保溫材料直接導致火勢迅速擴散。這種科學證據為火災責任劃分和后續法律訴訟提供了重要支撐。

（三）火災隱患評估

物聯網傳感器收集到的高層建筑內的實時數據，如溫度、濕度、煙氣濃度等，可用于監測火災發生先兆。在火災發生后，人工智能算法結合歷史數據進行分析，可以快速識別潛在風險點。例如，無人機搭載熱成像設備在火災后檢測建筑結構隱患，為建筑的后續修復和防火改造提供指導。

五、案例研究

（一）案例一：英國某大廈火災

2017年6月14日，倫敦某大廈發生火災，起火點為4層一住戶的冰箱短路。火災迅速沿外墻蔓延至整棟建筑，造成72人死亡。這場火災的嚴重性主要源于外墻使用了夾層鋁塑板作為保溫材料，其聚乙烯芯材具有高度可燃性。火災發生后，大量有毒煙氣進一步阻礙了住戶逃生，并對消防員的救援行動造成了極大影響。在調查過程中，技術團隊使用FDS軟件對火災過程進行了詳細模擬，揭示了火焰通過外墻的保溫材料迅速擴散至建筑頂部的動態過程。此外，通過對外墻殘留物的化學成分分析，確認了保溫材料的聚乙烯芯材在高溫下迅速燃燒并釋放大量熱量和煙氣[5]。

（二）案例二：上海某公寓火災

2010年11月15日，上海某公寓發生火災，導致58人死亡、71人受傷。火災由建筑外墻施工中的電焊火花引發，直接點燃了外墻腳手架上的可燃保溫材料，火勢沿建筑外立面快速蔓延。由于外墻裝飾材料和腳手架均為易燃材料，火災產生了大量濃煙和高溫，使住戶難以逃生，造成重大人員傷亡和財產損失。在調查中，通過痕跡分析和物證采集，確認火源為工人違規操作電焊導致的飛濺火花。此外，無人機搭載熱成像技術掃描火災現場后發現，建筑外墻的大面積保溫材料不符合國家防火標準，存在嚴重隱患。

（三）案例三：美國某大廈火災

1980年11月21日，美國某大廈發生大火，起火點為建筑一樓咖啡廳內的電氣設備故障。火災發生后，火勢沿建筑內部迅速蔓延，并產生了大量濃煙，煙氣通過電梯井和通風管道擴散至上層樓層，造成85人死亡、約700人受傷。這場火災暴露了建筑防火設計中的諸多問題，如火災探測器和自動噴淋系統未全面覆蓋。在調查過程中，專家團隊利用火災動態模擬技術分析了火災從初始起火點到煙氣擴散的全過程，發現電梯井和通風系統成為煙氣傳播的主要途徑。此外，通過痕跡分析，確認起火設備的電氣線路存在設計缺陷。

六、挑戰與未來發展方向

現代火災調查技術的應用為火災原因分析和預防提供了強大的科學支持，在實際運用中仍面臨諸多挑戰。一些偏遠地區因缺乏先進設備和專業技術人員，火災調查依然依賴傳統手段，導致效率低下且結果缺乏精確性。目前，各國對火災調查的技術應用標準和操作規程差異較大，數據的互聯互通和技術經驗共享較為困難，影響了火災研究的整體協同效應。火災場景復雜性的增加也對調查技術提出了更高要求[6-7]。

利用人工智能和機器學習技術提升數據分析能力，實現從火災原因判斷到責任認定的全面智能化。推動火災調查技術的標準化和國際化合作，建立全球統一的技術標準和數據庫，促進跨國技術共享與協作。拓展技術的適用性，研發更加輕便高效的現場調查工具，如便攜式痕跡分析設備和無人機載多功能探測系統，使技術在更多復雜場景中得以應用。加強對調查技術的培訓和推廣，提升基層消防部門和調查人員的技術水平，是未來火災調查水平全面提升的基礎保障[8]。隨著火災調查技術的不斷創新與完善，其在火災預防、隱患排查和安全設計優化中的作用將愈發突出。通過技術、法規與管理的多維度協同，火災調查將邁向更高效、更精準的新時代，為提升公共安全水平和減少火災損失提供強大支持。

結語

現代火災調查技術在高層建筑火災中的應用極大地提升了火災原因分析的精確性和隱患排查的全面性。火災模擬技術能夠直觀再現火災過程，痕跡分析技術可以深度解析火源與燃燒行為，智能化技術進一步實現了數據采集與分析的自動化和高效化。然而，現有技術在數據標準化、技術集成以及復雜火災環境適應性等方面仍存在不足。未來，需加強技術間的協同應用，推動火災調查技術的智能化、規范化和普及化，為高層建筑火災預防與安全保障提供更全面的技術支持。

參考文獻

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