军工危险性建筑物外部安全距离美国和我国标准对比分析*

黄志凌 刘永宁 田野 张晓晖 韩尧 汪蓓 孙丽

(中国兵器工业标准化研究所 北京 100089)

0 引言

火炸药等军工燃烧爆炸品科研生产过程涉及的原材料、半成品及成品大多具有燃烧爆炸性，事故易发且后果严重，固有风险高。军工危险性建筑物外部安全距离的设置，是事故发生时保障建筑物周边安全，减少事故伤亡损失的重要措施[1]。

军工危险性建筑物外部安全距离主要按1990年颁布的《火药、炸药、弹药、引信及火工品工厂设计安全规范》(以下称安全规范)执行，随着新产品新技术的发展，建筑物外部安全距离确定时药量覆盖不全面、新产品无依据、厂房用地与城市发展用地矛盾等问题日益突出[2]，制订更加科学合理的外部安全距离标准需求越发强烈。

军工行业为安全规范的修订开展了大量工作，但由于安全规范涉及面广，影响范围大，修订难度高，且缺乏相应的试验支撑，迟迟未能完成修订。本文针对安全规范中外部安全距离问题，对我国及美国《国防部弹药和火炸药安全标准》(DOD 6055.09)中外部安全距离的分类、确定原则、确定方法进行对比分析，为我国军工危险性建筑物外部安全距离标准的制修订提供借鉴。

1 美国标准对外部安全距离的要求

1.1 安全距离的分类

美国标准按生产或储存产品的危险等级来分类确定安全距离，危险等级按TB 700-2《弹药和爆炸品危险性分级方法》要求执行，将弹药和火炸药分为1.1级至1.6级，其中1.2级又细分为1.2.1～1.2.3三个不同等级[3-4]。

在建筑物类型方面，美国标准将其分为覆土库和其他潜在爆炸场所(包括生产厂房、地面库房等)。在爆炸可能影响的目标方面，美国标准将被保护对象分为居住建筑物和公共交通路线，其中居住建筑物是指有人的与弹药和火炸药生产无关的建筑物，如学校、住宅、商店、医院等，公共交通路线是指公共街道、道路、高速公路、可通航河道或运人铁路等[5]。

在此基础上，标准中分别对1.1级到1.6级不同危险等级的覆土库和其他潜在爆炸场所至居住建筑物、至公共交通线路的安全距离进行了规定，其中对覆土库的外部安全距离，前面、侧面、后面的要求不一样。

1.2 安全距离的确定原则及方法

美国标准以不同危险等级的弹药和火炸药的爆炸反应效应来确定安全距离，主要考虑冲击波、破片、热辐射、地震波以及其他可能的后果，其中冲击波、破片是确定安全距离的主要考虑因素。

如对于1.1级危险品，美国标准规定：

(1)当计算装药量小于13 608 kg时，安全距离由破片控制。并规定计算药量大于226.8 kg时距离其他潜在爆炸场所应不小于381 m，计算药量小于226.8 kg时按照相应的经验公式进行计算，并对典型产品露天堆放和建筑物内存放时的危险破片距离进行了规定。

(2)当计算药量大于13 608 kg时，安全距离由冲击波超压控制。在考虑冲击波伤害时，对至居住建筑物距离的确定，其风险可接受度类似于我国二级破坏(次轻度破坏)等级，对至公共交通线路距离的确定，其风险可接受度类似于我国三级破坏(轻度破坏)等级。

此外，在确定安全距离时，美国标准规定了一些情况下可对计算药量及安全距离进行折减。如在对计算药量进行确定时，当建筑物内多个点的爆炸品在短时间内同时爆炸时，其冲击波叠加，应当按药量的总量作为计算药量，当不同点的爆炸品爆炸间隔时间长，爆炸冲击波不发生叠加时，可按最大药量的爆炸点的药量作为计算药量；对在有效爆炸防护措施的爆炸品，其计算药量可进行折减；对有防护屏障的建筑物，其安全距离可进行折减。

美国标准中对不同情况的安全距离列表进行了规定，并在标准中提供了安全距离的计算方法。如对1.1级爆炸品，标准中规定“13 608 kg<计算药量≤45 359 kg”时，安全距离为“15.84×计算药量1/3”，“45 359 kg<计算药量≤113 398 kg”时，安全距离为“1.1640×计算药量0.577”，“113 398 kg<计算药量”时，安全距离为“19.84×计算药量1/3”。

2 我国安全规范对安全距离的要求

2.1 安全距离的分类

我国安全规范以危险品TNT压力当量作为分级的主要依据，同时考虑危险品感度、工艺加工方法、建筑物本身的防护措施等因素，确定生产或贮存危险品的建筑物危险等级，再规定不同危险等级建筑物的外部安全距离。建筑物危险等级分为A1，A2，A3，B，C1，C2，D级7个等级，A1，A2，A3级建筑物统称为A级建筑物，C1，C2级建筑物统称为C级建筑物[6]。

A级建筑物的特点是在该建筑物中生产或贮存的危险品具有整体爆炸危险性，所采用的生产工艺又不宜把爆炸事故的破坏局限在一定的小范围内(例如抗爆间室内)。B级建筑物实质是建筑物内的弹药、炸药、黑火药、起爆药和烟火药等危险品，由于在特定条件下降低了危险品的危险性能或减轻事故的破坏能力，如危险作业是在抗爆间室或装甲防护下进行的，炸药生产工序中由于同时存在水或其他钝感物质降低了其危险性，爆炸物已装入金属或非金属壳体内，操作相对比较安全。C级建筑物的特点是该建筑物中生产或贮存的产品能强烈地燃烧，在特定条件下由燃烧可以转化为爆燃或爆炸。

在建筑物类型方面，安全规范分为生产厂房(工序)和仓库两类，分别规定了危险品生产区和仓库区的外部安全距离。在爆炸物可能影响的目标方面，安全规范将被保护对象分为七类，如表1所示。

表1 安全规范中七类保护目标

在此基础上，安全规范分别规定了不同危险等级的生产区建筑物、仓库区建筑物，在不同计算药量情况下，与不同受保护对象之间的安全距离。

2.2 安全距离的确定原则

安全规范在确定建筑物安全距离时，遵循以下原则：

(1)A级建筑物主要考虑爆炸冲击波的破坏作用，不考虑爆炸建筑物的飞散物对周围的破坏影响。

(2)生产或贮存弹药的A级、B级建筑物处考虑爆炸空气冲击波的破坏作用外，在外部距离上还必须考虑弹药爆炸时弹片的危害。

(3)地面建筑物爆炸时，爆炸地震波的破坏作用大大地小于空气冲击波的作用，因为忽略爆炸地震波的破坏作用。

(4)生产或贮存C级产品的建筑物一般除考虑燃烧危险，热辐射及燃料颗粒飞散对周围建筑物及人员的危害外，还必须考虑某些产品由爆燃或爆轰而引起的对周围建筑物及人员的伤害。

(5)由于防护土堤在远距离时阻挡空气冲击波的作用甚小，外部距离可不考虑防护土堤对空气冲击波的减弱作用。

安全规范在对外部距离各类目标的破坏标准方面，采用二级破坏(次轻度破坏)作为可接受破坏，二级破坏的超压Δp的范围为2～9 kPa，安全规范制定时，采用4～8 kPa作为爆源至本厂住宅区边缘、村庄、零散住户、铁路车站、高压线路、区域变电站等的外部距离的依据[7]。具体如下：

(1)对本厂住宅区的安全距离，至危险品生产区采用4 kPa为可接受冲击波压力，至危险品总仓库采用5 kPa。

(2)对本厂危险品总仓库和零散住户，由于这两部分的人员相对较少，其可接受冲击波压力采用7～8 kPa。

(3)对国家铁路，由于列车只是短暂通过，承受爆炸事故时冲击波的几率很低，其安全距离采用相当于爆源建筑物至本厂区住宅边缘的0.5倍。

(4)对铁路车站中的区段站，其安全距离按靠近的城镇确定，对中间站，有摘挂作业的按至本厂住宅区的标准确定，无摘挂作业的按零散住户的标准确定。

(5)对公路，三级以上公路(不含三级)的外部距离采用本厂区住宅区距离的0.5倍 ，三级公路的外部距离采用本厂住宅区距离的0.35倍。

2.3 安全距离的确定方法

我国安全规范中采用表格列出了不同情况下建筑物的危险等级及相应的建筑物外部距离，对于其确定方法和原则在标准中并未涉及。采用列表法，虽然更能简单直接地指导建筑物的选址和设计工作，避免规范执行过程中的争议，但对表中未列出产品、工艺、计算药量，无法在规范中找到相关的设计准则。

安全规范在确定外部距离时，以爆源建筑物距本厂住宅区边缘所产生的建筑物破坏程度的距离为基础，其他目标则按其重要程度及爆后损失大小，采用不同破坏程度而确定不同的外部距离。

其外部距离按经验公式(1)计算：

R=k1k2W1/2.8

(1)

式中，R为爆源建筑物的外墙至目标边缘的直线距离，m；W为爆源建筑物内的计算药量(折合成TNT当量)，kg；k1为破坏类别系数；k2为防护等级系数。

在确定各类保护目标的安全距离时，其破坏类别系数k1均取值23，防护等级系数k2根据目标的重要程度和爆后损失大小确定，如表2所示。

表2 各类保护目标的防护等级系数k2值

此外，对A级建筑物，安全规范还增加了外部距离等级系数，以鳞片状TNT的爆炸当量参照，其TNT当量确定为1，将A2级建筑物外部距离的等级系数确定为1，将TNT当量大于1的A1级建筑物外部距离等级系数确定为1.2，而TNT当量小于1的A3级建筑物外部距离等级系数确定为0.8。

居于上述考虑，计算得出了安全规范中的安全距离。如对TNT当量为10 t的A1级建筑物，其建筑物外墙至本厂住宅区边缘的外部距离计算为

R=1.2×23×1×10 0001/2.8=740.4 m

(2)

3 美国和我国标准对比分析及建议

3.1 美国和我国标准对比分析

对美国标准和我国安全规范对安全距离的相关要求进行对比表明：

(1)在安全距离的分类方面，美国标准按照产品的危险等级，考虑不同危险等级的覆土库以及其他潜在爆炸场所距离人居建筑物、公共交通线路之间的安全距离，安全规范中考虑了产品危险性、生产工艺和产品状态，保护目标考虑了七级。安全规范尽管考虑更为细致和全面，满足了当时危险性建筑物的设计需求，但其分类方法按照当时的技术状态确定，且标准中亦未提及相关的分类原则和方法，新产品、新工艺的厂房设计未能纳入到标准中。美国标准尽管划分较为笼统，但其分类方法具有较强的通用性和普适性，新产品按照其分类方法，即可确定安全距离。

(2)在安全距离的确定原则和方法方面，美国标准和安全规范确定安全距离的核心思想是一致的，即通过评估爆炸的伤害效应，考虑风险可接受程度，最终确定安全距离。在对人居建筑物方面，其风险可接受度均为二级破坏，但安全规范中风险可接受度相对较低，其对住宅建筑物的冲击波超压可接受值为4 kPa，美国的则为0.62 kPa，风险可接受程度大大小于美国，此外在具体计算确定过程中，我国考虑了破坏类别系数、防护等级系数，还考虑了外部距离等级系数，安全系数远大于美国标准的相关要求。

(3)在标准的具体内容方面，安全规范中采用列表法给出了现有产品、工艺的建筑物危险等级，对安全距离同样采用列表法列出，对安全距离确定的原则和方法未在标准中涉及，美国标准中不但列举出了安全距离，同时还将安全距离的计算方法在标准中予以了说明。

3.2 标准修订建议

为更好地指导国防工业军工危险性建筑物的设计，科学合理地确定建筑物外部安全距离，建议开展以下研究：

(1)构建完善的军工燃烧爆炸品危险分级体系。参照国际上对爆炸品的危险分级程序、方法，对行业现有燃烧爆炸品分级标准进行补充完善，构建我国军工燃烧爆炸品危险分级体系，并以危险品分级为基础，建立危险性建筑物的分级体系。

(2)开展建筑物破坏风险可接受程度研究。参考国内外相关研究成果，结合当前建筑材料、结构形式等现状，开展冲击波破坏风险可接受程度研究，重新核定军工危险性建筑物事故时外部建筑物、设施的风险可接受程度，为安全距离的确定提供依据。

(3)开展安全距离计算方法研究。借鉴国外对外部安全距离的计算方法，通过理论推导、数值模拟、试验验证等方式，结合我国爆炸品危险分级体系、风险可接受程度等，研究提出我国危险性建筑物的安全距离计算方法。

4 结论

我国军工危险性建筑物安全距离的确定标准与美国的标准在安全距离分类、风险可接受程度、安全距离确定方法等方面存在一定的区别，未来可参考美国相关标准，通过构建完善的军工燃烧爆炸品危险分级体系，研究建筑物破坏风险可接受程、安全距离计算方法等工作， 推动安全规范中建筑物外部安全距离确定方法的修订，提升军工危险性建筑物设计的科学性和合理性。