建筑火場偵檢要素分析

摘要：近年來，建筑火災時有發生，一旦發生建筑火災，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，并分析這些要素發生條件的臨界判定，構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及裝備的研發提供參考。

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，我國城鎮化水平穩步提升，建筑物數量逐年增加，這些建筑物為人們提供了生活、工作、生產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，上海金山區一廠房發生火災，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館發生火災，造成18人死亡、4人重傷、12人輕傷[2]。一旦發生建筑火災，消防救援人員必須迅速執行救援和滅火作戰任務。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、建筑結構不穩定和坍塌等危險，生命安全持續受到威脅。因此，在滅火救援中，快速準確地評估火場高危區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 建筑火災發展過程

建筑火災的發展過程大致可分為初期、發展和下降三個階段。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，可能會出現自行熄滅、緩慢燃燒和迅速擴散。火災初期階段持續時間長短不定。在建筑火災全面發展階段，室內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，便會發生轟燃。轟燃標志著建筑火災已進入全面發展階段。轟燃發生后，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生，研究表明，較大部分人員傷亡發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一些征兆。

燃燒時間。根據GB50016—2014（2018年版）《建筑設計防火規范》規定[5]，不同耐火等級建筑構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件的燃燒時間判斷建筑是否會發生倒塌。

燃燒溫度。當鋼結構溫度升高至600℃時，強度將下降2/3，導致承載能力減弱，一段時間后，鋼結構就會出現塑性形變，進而局部結構被破壞，造成建筑整體失去穩定，形成倒塌。

建筑結構狀態改變。當建筑構件發生位移或振動頻率發生突變時，表明建筑物正在逐步失去原有的承載能力和穩定性。典型征兆包括建筑結構部分或整體傾斜、承重墻墻面外鼓或出現較大裂縫、承重鋼構件大幅度彎曲、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（聲發射特性）。建筑結構倒塌破壞前，一般會發出異常聲響，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

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

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。轟燃是室內火災發展到一定階段時出現的一種類似于爆燃的特殊現象，危害性極大。轟燃的定義是當室內的可燃物被點燃后，如果氧氣供給充足，可燃物會持續燃燒并在室內頂部形成熱煙氣層，使得室內頂部和周圍墻壁的溫度逐漸升高，當室內溫度升高后又會以熱輻射的形式，進一步加劇室內可燃物的燃燒速率，導致室內所有可燃物一起被點燃的燃燒現象。當發生轟燃時，室內將形成一片火海，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物的室內流入新鮮氧氣時發生的快速爆燃過程。當室內通風條件不良時，室內的氧氣含量不足以支持可燃物的快速燃燒，但室內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生改善，大量新鮮空氣涌入房間并與可燃氣體混合發生劇烈燃燒，在室內燃燒的同時，在通風口外形成巨大的火球，從而對室內外造成危害，導致回燃的發生。

目前國內外針對轟燃和回燃的臨界判定都是一些經驗性和實驗性的總結，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。回燃理論研究開展相對較晚，缺乏成熟的量化標準，經驗性的臨界條件判定有2種：①門窗縫隙處噴射狀溢煙。②室內火場呈暗紅色。除此之外，國際上比較認可未燃燃料質量分數作為預測回燃發生的影響參數，但是該預測模型目前還缺乏統一性。

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，并伴隨著物質的熱分解反應。熱分解反應是物質由于溫度的升高而發生的化學反應，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，物質在一定的溫度下，分解出熱分解產物；其次，可燃燒的熱分解產物、可燃物和氧氣發生劇烈的化學反應，釋放出熱量；最后，不可燃燒的熱分解產物、燃燒產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十種，包括CO、CO2、HCI、HCN、NH3、NO2、SO2、H2S、COCL和H2O等。火災煙氣的化學毒性和物理高溫直接威脅消防員的生命安全。火災煙氣的毒害性表現在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，火場溫度即可接近400℃，在火災充分發展階段甚至高達800℃。火場中的高溫不僅破壞建筑構件，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，人體會迅速出現失能狀態，進而死亡。

2.7 觸電

火場環境復雜多變，消防員在滅火救援、生命搜索和火場清理的過程中極易發生觸電事故。觸電通常是指人體直接接觸電源或高壓電，經過空氣或其他導電介質通過人體傳遞電流，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。

根據國家標準規定，安全電壓不高于36V，持續接觸安全電壓為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2.1～2.7節內容，歸納總結形成了建筑火場偵檢目標需求體系表，見表1。

3 結束語

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，以及建筑構件形變、振動和聲發射特性，形成了建筑火場偵檢目標需求體系表，為后續相關各方研究建筑火場偵檢裝備及技術提供參考。

參考文獻

[1]新華網.上海金山區一企業廠房火災致8人亡含2名消防員[EB/OL]http：//www.xinhuanet.com/local/2021-04/23/c_1127365436.htm

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

[3]劉玉海.避免消防救援人員傷亡對策研究[J].中國應急管理，2022（9）：56-57.

[4]王明，宋能，宋丙劍.《消防用防墜落裝備》新標準解讀[J].城市與減災，2024（3）：35-39.

[5]倪照鵬.《建筑設計防火規范》發展綜述[J].工程建設標準化，2020（5）：20-31.

[6]王伯牙，嚴柱.室內火災轟燃現象的成因及影響因素[J].低碳世界，2020，10（10）：215-216.

[7]張嘉祥.建筑火災撲救行動中多發風險與管控策略研究[J].消防界（電子版），2023，9（11）：96-98.