物资密集型建筑火灾扑救关键技术研究

2021-03-30梁粤勇

建材与装饰 2021年30期

梁粤勇

（广州市白云区消防救援大队，广东广州 510000）

0 前言

近几年，全国各地大跨度大空间结构的商场、展览馆、厂房、物资仓库等建筑数量呈快速上升趋势，此类建筑的火灾时有发生，对人民群众的生命财产安全造成了巨大的威胁。案例表明，目前消防救援队伍在扑救此类火灾时的关键技术方面存在一些问题，本文结合物资密集型建筑火灾特点，对处置过程中的关键技术进行分析，在理论上和实践上提供一定的指导。

1 物资密集型建筑火灾特点

物资密集型建筑属于大跨度大空间建筑的一种，主要包括仓库和一些厂房、大型商场等，其内部多以堆垛的形式存放大量原材料、半成品、成品、商品等物资，内部没有固定人员或有较少的人员，库区全部贯通，火场通透性较好，燃烧速度快、强度大，短时内可形成立体火灾，释放大量有毒浓烟，使整个空间能见度极低。此类建筑火灾如不能有效控制，20min即处于猛烈燃烧阶段，因该类建筑主要承重构件大量使用钢材，在火灾作用下极易受到破坏，造成建筑物倒塌，消防灭火任务极为艰巨。

2 火灾扑救技术分析

物资密集型建筑火灾扑救关键技术需要以普通建筑火灾扑救技术为基础，加以深化，提高针对性，突出特殊性，增强有效性。以下从安全防护技术、倒塌预警技术、冷却技术三个关键技术进行研究。

2.1 安全防护技术分析

安全防护主要是指消防员在火灾现场为预防和避免人员伤亡而采取的安全防范措施。消防人员在进行灭火救援时，随时都面临建筑坍塌、高温烟气、爆炸等危险，因此应采取安全防护措施。

2.1.1 装备防护

装备防护是保护消防员安全的有效措施，但实战中消防员在装备防护方面却存在明显的问题，致使消防员在灭火救援中伤亡现象时有发生。消防战斗员装备防护主要包括：防护类服装、防护装备、安全自救装备和呼吸防护器材。消防战斗员在浓烟、高温建筑火灾内攻搜救过程中，穿着或佩戴这些防护装备，就能形成最基本的安全防护。国外消防员在个人防护方面经验值得借鉴，如日本消防员，在参加内攻搜救工作时必须佩带空气呼吸器、消防头盔、消防防护服、安全绳、呼救器等常规个人防护装备。

2.1.2 技术防护

在火灾现场，很多险情不是消防员个人防护装备所能防护的，其危害程度突破了个人防护装备的功能上限，会危及作战人员的安全，因此，现场指挥员要采用技术防护手段，加强对火场战斗人员的安全防护。

（1）在室内温度比较高的建筑房间内搜救，尤其是炎热季节，要组织梯队力量轮换，并及时补充水分，最好补充含盐的饮品。

（2）房间局部坍塌，在切割或焊接倒压在被困者上面的建筑构件时，要用护垫、战斗服等软垫护盖被困者的暴露部分，防止火花飞溅伤人，还能减轻被困者的痛苦。

（3）从建筑物外部救人时，安全绳通过建筑构件棱角处要垫上软垫，防止磨损安全绳；使用举高车救人时，工作平台严禁超载。

2.2 倒塌预警技术分析

目前消防队伍普遍采用的预测火灾中建筑物倒塌时间的方法主要有以下三种：根据起火时间进行推算、根据钢构件温度进行判断、根据墙体等的破坏程度加以判断。本节分析了现有的判断建筑倒塌危险性的方法，结合建筑的特点，对建筑在火灾中的倒塌危险性判断方法进行了研究，提出了观察法和仪器测量法相结合的预警办法。下面对这四种方法在建筑安全评估中的应用进行具体的分析。

2.2.1 观察法

（1）烟气观察法。

外部观察时，观测到烟气升腾缓慢且密度较小，应及时进入内部侦察，如发现中性面较高，建筑层高较高，火势未直接威胁顶棚或钢柱等主要承重结构时，应果断部署全力内攻，消灭火势；当浓烟沿建筑顶棚檐下或上部天窗翻卷，密度较大，外部射水至表面迅速化为白色水蒸气时，判定建筑上部温度较高，不宜盲目内攻；当外卷浓烟中夹杂红色火焰，强度猛烈时，为轰燃征兆，此时，火灾将进入猛烈燃烧阶段，内部中性面应已降至地面，宜采取大流量水枪水炮外控的进攻模式阻止火势进一步发展，严禁内攻。

（2）结构观察法。

可以通过观察其在火灾中的外观变化判断受损程度的大小。对构件受损程度的判断，一般要考虑结构的受热温度、变形大小、裂缝分布及开裂程度等因素，不同受损程度表现出不同的外观。

预警判读：

（1）一级为轻度损伤。混凝土构件表面受热温度低于400℃，受力主钢筋温度低于100℃，构件表面颜色无明显变化，钢筋保护层基本完好，无露筋、空鼓现象，说明钢筋与混凝土粘结力未受破坏，结构是安全的。

（2）二级为中度损伤。混凝土构件表面受热温度为400～500℃，受力主钢筋温度低于300℃，混凝土颜色由灰色变为粉红色，有空鼓现象，使用中等力锤击时，可打落钢筋保护层。说明构件表面有局部爆裂，钢筋与混凝土间的粘结力有轻微损伤，构件仍在安全范围内，但应加强构件冷却，密切注意变化。

（3）三级为严重损伤。混凝土构件表面温度为600～700℃，受力主钢筋温度为350～400℃，混凝土表面颜色呈浅黄色，构件空鼓现象较为严重，用锤敲击时声音发闷。说明钢筋与混凝土间的粘结力局部严重破坏，钢筋保护层剥落，混凝土爆裂严重，深度可达30cm，构件变形较大，受压构件约有30%的受压钢筋变形鼓出，局部构件的安全性能已经严重下降、接近极限，此时，应着力冷却保护受损和邻近构件，并密切关注结构局部倒塌的危险，做好必要的应对准备。

（4）四级为危险结构。混凝土表面温度达到700℃以上，受力主钢筋温度达到400～500℃，构件受到实质性破坏，有明显受火烧融痕迹，钢筋保护层整体严重剥落，表面混凝土爆裂深度达30cm以上，钢筋与混凝土的粘结力破坏严重，钢筋有烧融、断裂现象，主筋有扭曲，50%以上受压钢筋变形鼓出。说明受压构件失去稳定，结构的安全性能彻底崩溃，随时有整体倒塌的危险，应考虑尽快撤出危险区域，外围射水。

2.2.2 仪器测量法

（1）温度测量法。此种方法主要针对钢结构构件。普通建筑用钢（中国国家标准GB 700-88《碳素结构钢》和《低合金结构钢》（GB 1591—1994）要求的Q235、Q345钢等）在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。采用红外测温仪对燃烧部位附近的钢结构关键构件的温度进行不间断的监测，关键部位有两类，一类指的是大跨度大空间建筑结构体系中起主要承重作用的构件，这类构件一旦受损就会影响整个建筑的安全，另一类是建筑结构体系中所受剪力或弯矩最大的构件，这些构件虽然不一定是承重构件，但是在火灾中极易受到破坏，因此必须加强监控。

预警判读：对以上关键部位采用测温仪进行测温，温度升至400℃的构件就要立即予以优先冷却，当钢结构构件温度到达500℃，如果无条件实施冷却，就要考虑撤离附近区域。

（2）形变测量法。

此种方法主要针对大型钢混结构的承重柱的安全监控。借助预警装置，根据混凝土柱的形变进行检测，预测系统由支架、数码照相机、望远镜、笔记本电脑和辅助光源组成。在照相机传输过来的图像中，选择一个暗区边界或发光体作为参考点，记录下该参考点的特征信息（如亮度和连通性），并记录下该参考点在图像中的坐标。通过连续拍摄和扫描，计算出参考点在相邻拍摄的图像中的坐标变化增量，从而得到建筑物下部承重柱的竖向变形。

预警判读：当所观测到的建筑物竖向变形10min平均值从最高点连续下降回缩值达到2mm时，可作为倒塌预兆。应当注意，只有变形值连续下降达到2mm时才是倒塌预兆，而先下降随后又上升者不是。按该原则发布预警，预警发布时刻到实际倒塌大约为15～20min。

2.3 冷却技术分析

建筑中大量的承重构件采用钢结构，在发生火灾后，如果不及时冷却，钢结构极易受到破坏，导致整体建筑的倒塌。因此，冷却是火灾扑救中至关重要的环节。在进行冷却时有两点非常重要：①冷却部位的选择；②冷却射流的选择。

2.3.1 冷却部位的选择

物资密集型建筑内结构复杂，在着火后，许多部位都受到火势的威胁，在冷却力量有限的情况下，就要抓住关键部位进行冷却，冷却关键部位有两类，一类指的是大跨度大空间建筑结构体系中起主要承重作用的构件，这类构件一旦受损就会影响整个建筑的安全，另一类是建筑结构体系中所受剪力或弯矩最大的构件，这些构件虽然不一定是承重构件，但是在火灾中极易受到破坏，因此必须加强冷却。

2.3.2 冷却射流的选择

在发生火灾时，建筑构件，尤其是钢结构，受热膨胀，遇水冷却时，又急骤收缩，冲击韧性急剧下降，使其发生扭曲变形，导致局部构件或整体建筑倒塌。因此要选择适当的射流形式及强度。

（1）对于净空较高的建筑钢结构屋面，一般需要射程远、流量大的水泡或带架水枪进行冷却，但是需要控制好喷射距离，不要距离过近，防止水力冲击作用过大。

（2）对钢结构构件进行冷却时，要均匀、全面，防止因冷却不均，使建筑局部构件骤然变冷，导致钢结构收缩变形倒塌。

（3）射水时要注意使用喷雾、开花水流或直流水折射的方法，防止水力冲击作用过大。

（4）如果有压缩空气泡沫车参战，在有效射程范围之内对钢结构进行冷却时，可以使用干泡沫进行冷却，干泡沫附着作用好，冲击力小，一次喷射后可长时间附着在钢结构上，抗烧性较好。