应用压缩空气泡沫灭火系统 实施大跨度大空间火灾处置的效能初探

李国松

摘要：近年来，我国的房屋建造技术取得了前所未有的发展，各种应用于生产、储存的大跨度大空间建筑逐渐涌现。通常情况下，大跨度大空间建筑内部储存的大量商品、货物会使用拒水性较强的外包装予以覆盖，建筑内部一旦发生火灾事故，层叠堆垛的货物会极大地降低各类灭火剂的实际灭火效率，导致火灾现场作业时间大幅延长，灾情处置难度也必然随之增大。通过对大跨度大空间建筑结构特点进行具体分析，着重介绍了压缩空气泡沫灭火系统在实际灭火处置过程中的工作原理，从钢结构主体冷却及处置堆垛火灾两个环节探讨了应用压缩空气泡沫灭火系统处置大跨度大空间仓库火灾的实战效能。为了增加结论的可信度，以拒水性較强的轮胎堆垛模拟大跨度大空间仓库内部的储存物资进行火灾模拟试验，通过测试结果证明应用压缩空气泡沫灭火系统是一种能够高效处置大跨度大空间仓库火灾的战术措施。

关键词：压缩空气泡沫灭火系统；大跨度大空间仓库；堆垛火灾；析液时间

中图分类号：TU998.1       文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2022）12-0021-04

随着我国建筑建造技术的进步和建造工艺的飞速发展，特别是大跨度大空间建筑结构已经逐渐成为仓储物流建筑的主流结构形式，通过对辖区内部大跨度大空间建筑台账进行逐一梳理，目前辖区包括仓储、生产、综合体等用途在内的大跨度大空间建筑高达800余家。由于此类建筑内部通常存储有大量的易燃物品，且建筑耐火极限通常仅有2～3h，再加上处置过程中通常需要较高的水荷载等特性，导致此类建筑内部一旦发生各类火灾事故，短时间内即可导致建筑结构整体性倒塌、堆垛内部长时间阴燃现象的出现，已经逐渐成为当前消防救援队伍亟待解决的难题。此外，大跨度大空间类建筑内部所存放的堆垛通常使用拒水性包装材料予以包覆，处置过程中消防射水根本无法充分发挥全部灭火效能，大部分喷射到火场的水都会白白流失掉，堆垛内部普遍存在较为严重的阴燃现象，长时间作业过程中建筑主体框架存在局部倒塌或整体倒塌的危险。因此，如何安全高效地完成大跨度大空间建筑火灾的有效处置也成了近期消防救援队伍的重点攻关科目[1]。

近年来，随着工作职能的日益拓展，一线消防救援队伍的执勤任务更加繁重，“全灾种、大应急”定位下新的任务形势迫切需要不断加快队伍专业化处置水平及实战打赢能力的有效提升。随着作战理念的不断更新换代，压缩空气泡沫灭火技术由于其良好的灭火效率、持续的降温效果、对空气完善的隔绝性能逐渐引起了各级消防救援指战员的青睐，而应用压缩空气泡沫灭火技术也成了可供现场指挥员有效处置大跨度大空间仓库火灾的技战术措施之一。应用压缩空气泡沫灭火技术，以轮胎堆垛作为目标作战对象，通过实战化模拟测验有效考察了压缩空气泡沫灭火技术对大跨度大空间仓库火灾的实际处置效能，力争为该项灭火技战术的有效推广提供必要的理论支撑及实践经验。

1 大跨度大空间建筑结构的概念、分类及其火灾特点

1.1  大跨度大空间结构建筑概念和分类

近年来，大跨度大空间建筑结构逐渐成为部分工业、企业生产储存用房形式的首要选择。所谓的大跨度大空间建筑，通常特指内部平面面积大、空间跨度大、垂直尺度高且建筑内部存在的分隔较少的建筑结构形式，在建筑学上，其被定义为单位跨度不小于60m的大型建筑。大跨度大空间建筑在实战处置过程中容易引发大面积火灾事故，在造成巨大财产损失的同时，长时间的处置极易给消防救援队伍造成巨大的负面影响。目前，我国针对大跨度大空间建筑火灾的实战处置依然停留在理论研究层面。因此，坚定不移地将不同技战术措施对大跨度大空间建筑火灾的实际处置效能的研究摆在战训工作的首要位置，扎实推进实战化训练、规范化作战和专业化发展就显得尤为重要了[2]。

1.2  大跨度大空间建筑结构火灾特点

事实上，大跨度大空间建筑内部一旦发生各类火灾事故，建筑内部大量堆积的各类可燃、易燃物品在高温辐射作用下，短时间内即可产生大量的有毒有害气体。此外，由于该类结构的建筑物内部普遍具有空间体量大、纵深跨度长的特点，火灾发生后极易形成大面积立体式燃烧并随时间的延长不断增加热释放速率，建筑主体受热后在极短的时间内极可能发生部分倾斜或整体性坍塌等二次事故。在大跨度大空间建筑火灾的实战处置过程中，由于该类建筑结构通常建设在郊区或者人员较为稀少且远离城市的位置，建筑周边可有效利用的消防水源相对较为匮乏，现场参战力量一旦在火灾初期不能有效调集充足的灭火力量很难及时有效地实现对火势的彻底压制，实战过程中通常需要配合强臂破拆车、挖掘机等机械车辆，经过长时间的实战处置才能将火势彻底扑灭。

2 压缩空气泡沫灭火系统工作原理

压缩空气泡沫灭火系统在处置现场的实际应用过程中，当水流经过系统内部的水泵后便具有了一定的初始压力，带有压力的水先与泡沫原液按照一定的比例进行混合，随后利用机械原理将高压空气直接压入水与泡沫原液形成的混合体系之中，形成预混泡沫液，随后通过空压机形成水、空气和泡沫液三者之间的压力平衡，压缩空气泡沫系统的流量混合比例主要由控制系统自动控制，从而实现三者之间的动态平衡，以产生根据火场实际所需的泡沫类型。在压缩空气泡沫灭火系统产生的混合液中，水依然占据着较大比重，此时该系统产生的混合物中水分和空气的比例为3：7。在实际喷射过程中，由于水中加入了泡沫原液从而使水的表面积有效扩大，当应用压缩空气泡沫灭火剂对拒水物质进行扑救时，泡沫液依靠其良好的黏附作用紧紧附着在起火物质表面，而泡沫液内部的水分也随之慢慢向起火物质内部渗透，不但有效减少了灭火剂的流失，而且其中的液态成分在通过火焰及黏附在起火物质表面时，能够有效起到降温吸热的作用。此外，应用压缩空气泡沫干泡沫对起火物质表面进行覆盖后能够起到良好的窒息灭火效果，进一步增强了压缩空气泡沫的冷却、灭火实战处置效果[3]。

与普通泡沫灭火系统的吸入式注气法不同的是，压缩空气泡沫系统形成的泡沫更为细致、均匀，具有较高动能，提高了灭火效率。处置过程中能够有效降低水带载荷且可灵活调节发泡倍数，增加灭火剂射程。由于压缩空气泡沫中注入了大量压缩空气，相比于水带中同样体积的水或泡沫其载荷明显减小，不但有效增加了灭火剂的输送距离，还提高了一线消防指战员火场的机动性。因此，压缩空气泡沫技术特别适用于大跨度大空间建筑火灾的扑救。必要时，使用空气压缩机独立工作时，可以作为驱散火场烟雾和有毒气体的辅助措施。此外，压缩空气泡沫具有储能作用，系统在无法正常工作的状态下依然能够维持几十秒钟的灭火时间。此外，应用压缩空气泡沫灭火技术的最大优势之一是可以通用不同類型的泡沫原液，例如使用价格低廉的B类泡沫灭火剂代替价格昂贵的A类泡沫扑救液体类火灾，该灭火剂的混合比仅为0.1%～1.0%，泡沫液用量较少，且生成的泡沫能黏附在物体表面并有效保留24h。

压缩空气泡沫灭火技术可以在不同类别火灾的实战处置过程中普遍达到较为良好的灭火效果，由于不同作战对象需要不同混合比的泡沫混合液予以有效处置，因此在灭火作战过程中应当根据具体的火灾类型选择适当的泡沫混合比。一般情况下，当混合比在0.3%时，系统产生湿泡沫，可应用于多种A类火灾的有效扑救。同时，该混合比条件下产生的泡沫同样可以作为中倍数泡沫使用，能够最大限度防止各种油类火灾的复燃并在一定程度上起到火场隔离的战术效果。当系统混合比在0.3%～0.5%范围内时，系统产生干泡沫，主要可以用于火灾处置现场消防救援人员的自我防护。当混合比在0.5%～1.0%范围内时，则可用于各类B类火灾的有效处置扑救，压缩空气泡沫灭火技术具体适用范围如表1所示。

3 应用压缩空气泡沫灭火系统处置大跨度大空间建筑火灾的技术措施

当大跨度大空间建筑内部发生火灾事故且起火建筑内部火灾荷载相对较高时，先期到场的消防指战员应根据起火现场实际情况，在预先确定实际起火部位、燃烧物质理化性质、火势蔓延途径等相关情况的基础上，合理组织好火场供水、破拆排烟且确定现场无倒塌危险时，应合理利用压缩空气泡沫灭火系统组织内攻近战，彻底消灭火势。

3.1  利用压缩空气泡沫灭火系统对建筑主体钢架结构实施有效冷却

大跨度大空间建筑通常设置在城乡接合部区域，建筑周边的消防水源普遍较为匮乏，此时可以合理利用压缩空气泡沫灭火系统良好的黏附效果和冷却效率。应用压缩空气泡沫灭火系统从起火建筑外部扑救高度相对较低的建筑火灾时，压缩空气泡沫射流能够直接冲击起火建筑的天花板，反射后的射流能够冲击墙壁及建筑内部的周边空间。随着蒸发作用的不断加强，可以有效降低起火建筑的室内温度，降低室内氧气含量，并有效阻止火势的进一步蔓延扩大。当起火建筑通透性相对较好或形成较大开口部位的起火现场，压缩空气泡沫干泡沫能够长时间黏附在建筑主体钢架结构之上，保证建筑结构主体始终得到均匀的冷却保护，有效防止建筑结构主体由于温度过高或冷热骤变而发生整体性坍塌事故，最大限度保障一线消防救援人员的人身安全。

3.2  利用压缩空气泡沫灭火系统对起火堆垛实施处置

在实战处置大跨度大空间仓库火灾的过程中，现场指战员可以优先选择价格较为低廉的B类泡沫并优先选用湿泡沫类别。此时湿泡沫利用其良好的流动性及冲击效果，短时间内即可迅速接触到燃烧物质表面并迅速向燃烧物质基体内部渗透，与起火物质表面接触的灭火剂依然起到了良好的冷却降温作用，燃烧堆垛表面温度短时间内即可下降至燃点以下。当起火堆垛表面没有明显的火焰时，现场处置人员可操作车载仪表盘改用干泡沫进行有效覆盖，利用干泡沫近乎中倍数泡沫的实际覆盖效果将有阴燃可能性的起火堆垛完全覆盖，将燃烧物与空气彻底隔绝，并利用干泡沫内部析出的水分对堆垛阴燃部分实施二次冷却。

特别是当大跨度大空间仓库内起火物质呈堆垛式叠放时，堆垛外部通常覆盖有大量的拒水物质从而导致消防射水无法直击火点时，此时应当利用直流水枪冲击效果较好的特点首先喷射湿泡沫对起火堆垛进行初步冷却，不同喷射状态下压缩空气泡沫的相关参数如表2所示。

由于在灭火剂中添加的压缩空气能够增加射流的动能，确保灭火剂具有穿过热辐射区域直击起火部位的冲击能力，可以短时间内迅速完成火势的有效处置。由于压缩空气泡沫所产生的泡沫更为致密、规整，所以，在冷却燃烧物的同时还能起到良好的灭火作用。因此，在实际处置过程中，特别是起火大跨度大空间建筑内部设置有多个较大体积的燃烧堆垛时，在应用湿泡沫对堆垛实施有效降温并达到预期灭火效果的前提下，应同步应用湿泡沫对周边未燃烧堆垛实施覆盖保护，火势得到有效压制后迅速改变泡沫类型，应用干泡沫对起火堆垛实施二次覆盖，保证燃烧物质与空气的彻底隔绝，由于泡沫冷却效果相对较好且实际流失速度相对较慢，能够最大限度地有效防止复燃、阴燃现象的发生。此外，在实际处置过程中还应当充分发挥压缩空气泡沫系统对现场消防救援人员的防护作用，特别是现场侦查人员首次进入起火建筑内部时，可以使用多功能水枪通过开花或喷雾射流喷射适量湿泡沫从而最大限度地实现消防员的自我防护。通常情况下，当环境温度达到800℃时，完全蒸发3L泡沫混合液能够释放出10m3以上的蒸汽，此时，释放出的水蒸气能够置换空气并有效减缓建筑物内部的燃烧速度，从而有效保障参与内攻近战的消防救援人员不会在蒸汽中受伤或感到不适。

4 应用压缩空气泡沫系统实施堆垛火灾处置的效能测试

分别选用普通泡沫消防车和压缩空气泡沫消防车进行灭火能力测试对比试验，车辆性能如表3所示。为确保测试结果与大跨度大空间火灾处置现场实际情况更为贴近，测试过程中选用拒水性较强的600个轮胎搭建成2个完全相同的堆垛，分别浇淋20L柴油与10L汽油的混合物后引燃，待充分燃烧至猛烈阶段时由两组参加测试的消防指战员分别实施灭火。应用压缩空气泡沫系统进行扑救后，仅仅消耗600L消防用水，在85s内即完成对火势的有效扑救，而相比之下，应用普通泡沫消防车在330s时火势仍然处在猛烈燃烧阶段。此外，由于普通泡沫消防车中喷射出的泡沫混合液在直流状态下对消防员的防护作用相对较弱，灭火初期，测试人员只能选择相对较远的区域实施灭火。在成功扑灭明火后，现场参加测试人员又利用压缩空气泡沫消防车产生的干泡沫对燃烧物进行覆盖，2min后应用测温工具进行测试，火势熄灭后的轮胎表面温度仅为25.5℃，现场监护8h后未有复燃现象发生，充分证明应用压缩空气泡沫系统能够有效处置拒水性较强的堆垛火灾，为我国各级消防指战员在实战处置大跨度大空间仓库火灾时提供了可供参考的有效战术。

5 結语

通过压缩空气泡沫灭火系统独特的机械动力体系，以堆垛火灾为模拟作战对象，考察了合理利用干、湿泡沫对大跨度大空间仓库火灾实施处置的效果。通过测试发现在灭火实战处置过程中合理应用正压式压缩空气泡沫混合系统，90s内即可成功实现对300个橡胶轮胎火势的扑救，在起到有效隔绝空气的同时，灭火剂内部的水分能够成功渗入拒水性较强的燃烧物质基体内部起到必要的冷却效果，且火灾处置结束后能够有效防止起火堆垛复燃、阴燃现象的发生，进一步证明了应用该战术措施能够实现大跨度大空间仓库火灾的成功处置，能够切实提升消防救援队伍处置大跨度大空间建筑火灾的能力。

参考文献：

[1]闪淳昌.总体国家安全观引领下的应急体系建设[J].行政管理改革，2018，3（3）：20-23.

[2]付立兵.对我国应急救援体系建设的思考[J].中国消防，2014，6（11）：34-36.

[3]王峥宇.以政府为主导的现代应急救援体系建设研究[D].南昌：江西财经大学，2018.

Preliminary study on the efficiency of applying compressed air foam fire extinguishing system to implement large-span and large-space fire disposal

Li Guosong

（High-tech District Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin 300000）

Abstract：In recent years， housing construction technology has achieved unprecedented development in our country， and various large-span and large-space buildings used in production and storage have gradually emerged. Under normal circumstances， a large number of commodities and goods stored inside large-span and large-space buildings will be covered with outer packaging with strong water repellency. Once a fire accident occurs inside the building， the stacked goods will greatly reduce the actual fire extinguishing efficiency of various fire extinguishing agents， resulting in a significant extension of the operation time on the fire site， and the difficulty of disaster disposal will inevitably increase. Through the concrete analysis of the structural characteristics of large-span and large-space buildings， the paper focuses on the working principle of the compressed air foam fire extinguishing system in the actual fire extinguishing process. The practical efficiency of using compressed air foam fire extinguishing system to deal with large-span and large-space warehouse fires is discussed from the two links of steel structure main body cooling and dealing with stacking fire. In order to increase the credibility of the conclusion， a fire simulation test was carried out by simulating the storage materials in a large-span and large-space warehouse with tire stacking with strong water repellency. The test results prove that the application of compressed air foam fire extinguishing system is a tactical measure that can efficiently deal with fires in large-span and large-space warehouses.

Keywords：compressed air foam fire extinguishing system; large-span and large-space warehouse; stacking fire; liquid separation time