地下建筑火灾中的烟气危害与火场排烟技术

张永成

（宁波市消防救援支队朗霞站，浙江宁波 315400）

0.引言

根据应急管理部数据统计，2021 年全国共接报火灾74.8 万起，死亡1987 人，受伤2225 人。其中，火烧致死人数低于30%，超过70%的死亡人员因烟气致死，其他原因不足2%。从数据中可以看出，控制建筑火灾危害，就需要使用科学的火场排烟技术，降低建筑火灾死亡人数。

1.地下建筑火灾的特点

1.1 发烟量大

在地下建筑刚产生火灾时，和地上建筑火灾前期情况类似，火焰会迅速点燃周边可燃烧物质。可是，大多数地下建筑是半封闭状态，并不能提供给火灾足够的氧气，在面对一些固体可燃物时，需要更长的时间才能上升到和地上建筑火灾相同的温度，即需要更长的阴燃时间，具有较大的发烟量。而且，地下建筑通常情况下不具备系统窗，这让火灾生成的大量烟气，无法通过系统窗，顺利排出地下建筑，绝大多数的烟气会聚集于建筑物内部，进一步增加地下建筑的烟气量。

1.2 泄爆能力差

地下建筑在半封闭状态下，会不断聚集烟气，火灾产生的高温无法通过常规方法有效发散，会让地下建筑空间温度快速上升，导致气体体积在短时间内快速膨胀，会更快发生“轰燃”现象，造成严重经济损失。缺少泄爆能力的地下建筑，会扩大“轰燃”现象的概率。

1.3 人员疏散困难

地下建筑是一种半封闭式空间，需要由灯源之类的设施提供人工照明，不具备廊道的自然照明条件。而在发生火灾时，地下建筑的电力供应会受到影响，还未离开地下建筑的被困人员需要借助疏散标志指示灯等紧急光源，才能正常离开地下建筑[1]。而在大量烟气的干扰下，被困人员辨别紧急光源会受到影响，增加被困人员疏散难度。而且，在发生火灾时，使用电梯具有极高的安全风险，被困人员需要沿着楼梯离开地下建筑。在火灾发生初期，烟气流动速度约为0.3m/s，在火灾猛烈时期，流动速度可达0.5m/s ～3m/s，在楼梯等垂直空间中，烟气流动速度会上升到3m/s ～4m/s，影响被困人员的正常疏散。

1.4 扑救困难

相较于常规的地上建筑火灾，地下建筑火灾具有扑救困难的特点，例如探测火情、通信指挥等工作需要花费更长时间，无法在短时间内制定高效、安全的扑救活动。

2.地下建筑火灾中的烟气危害

烟气是可燃烧物在燃烧过程，吸收火焰中的热能，生成拥有热量的混合物，主要有完全燃烧的炭黑粒子产物与不完全燃烧的灰分。

2.1 烟气会引起中毒与窒息

地下火灾产生的烟气是一种混合物质，会携带大量毒性气体，如CO、HCl、HCN 等。人在呼吸烟气与空气混合物后，会产生例如麻醉、窒息等负面影响，影响救援人员与被困人员的正常呼吸，增加中毒窒息概率[2]。如果人员在地下火灾现场昏厥，呼吸系统会持续摄入烟气，增加各个器官运行负担，进而出现人员死亡，这也是为什么在火灾中，烟气致死人数远超过火烧致死人员的原因。

2.2 烟气具有烫伤能力

地下建筑具有半封闭性质，导致在发生火灾时，地下空间温度会迅速上升至800℃～900℃，烟气温度也会增加到600℃～700℃，在火源位置的温度则会超过1000℃，增加地下建筑热量集聚速度[3]。而物质燃烧产生的火风压又会在烟气温度影响下进一步增加，为烟气流动提供正反馈条件，增加烟气流动速度与火灾影响力。而烟气拥有较高的热量，救援人员穿戴的衣物无法抵消烟气热量，更容易出现烫伤事故。而且，救援人员在跑到救生出口期间，会持续承受来自烟气的高温，极容易出现虚脱现象，失去自主逃生能力。

2.3 烟气会对人员视线造成干扰

在普通的25m2建筑空间内，利用外来火源点燃内部装修材料，测试燃烧过程中产生的烟气量。从发烟开始的10min 内，以疏散视距的10m 界限为例，会产生2.4×105m3的烟气，可以充斥单层3500m2、每层3m 高、总计23 层的建筑空间。而常规地下建筑仅有1 ～3 层，单层高为2.4m ～3m，燃烧产生的烟气会在短时间内充斥整个地下建筑空间，而被困人员的能见距离也会下降至30cm[4]。即使拥有紧急光源指引，也会因情绪、生理等多种因素，增加对火灾的恐怖感，失去冷静判断能力，降低安全逃离火灾现场的概率，进而增加被困人员的死亡概率。

2.4 烟气会协助地下火灾蔓延火势

在烟气中，存在CO 等不完全燃烧产物，在高温、火风压的双重影响下，CO 又会和空气产生进一步混合，提供更多的可燃烧物质。燃烧产物会携带更多的热能，在对流、辐射的影响下，会在地下建筑中增加新的火点，缩短“轰燃”时间，让地下建筑的火灾获得火势蔓延条件，增加更多的不可控因素，提高火灾救援难度。

3.地下建筑火灾中的火场排烟技术及应用

为科学控制地下建筑火灾影响力，降低救援人员与被困人员伤亡率，控制经济损失，需要选择合适的火场排烟技术，并进行科学应用。现整理几种常见的火场排烟技术及应用方法，便于救援人员学习与应用。

3.1 自然排烟

地下建筑火灾会产生热气流，可以利用其浮力条件，配合地下建筑的排烟竖井、排烟道与电梯井、楼梯间等出入口，通过空气的自然对流，将地下建筑中的烟气从排烟口处顺利排出。在排出过程中可以打开上风向下窗与下风向上窗，借助自然风力，实现水平方向的排烟。如果是垂直方向排烟，则要打开上部排烟口，同时将下部进风口进行关闭，避免出现空气与烟气产生的“中性面”下移，降低排烟效果。也需要考虑到在地下建筑火灾期间，自然排烟可能无法达到预期效果，出现排烟速度偏慢等情况，救援人员可以根据救援条件，使用其他方法进行辅助排烟。如果在必要条件下，也可以使用定向破拆技术，打开地下建筑的半封闭条件，加速自然排烟。

3.2 机械排烟

机械排烟技术是通过强制动力，在地下建筑空间内构成空气对流，完成排烟任务。相比于自然排烟，机械排烟拥有更稳定的排烟效果。如果是在地下建筑火灾初期使用机械排烟技术，可以让着火区域火风压得到有效控制，并形成负压条件，避免烟气向未着火区域发生扩散，可以让未着火区域的人员安全疏散，一些重要物资也可以及时转移，保障人员与财产的安全。机械排烟技术可以根据使用方法，划分为两种类型：第一种，通过排烟机与排烟车，完成移动式排烟。在使用这种方法时，救援人员需要先确定一个和火源拥有足够安全距离的通道，即没有选择救援的通道进行排烟作业。也可以选择和火源距离较近的通道，即选择救援的通道实施送风。利用这种方法，可以让其他出口成为驱散烟气的通道，让救援人员获得足够的新鲜空气，降低救援风险。在送风软管周边区域，也可以构成拥有正压无烟条件的安全区域，救援人员可以在这个区域进行轮换休息，避免出现体力不支，降低救援效率的问题。在实施移动排烟技术时，要求排烟输出口放置在地上的室外环境中，吸风口要吸收室外环境的新风，完成送风任务。如果是用在一些较长的纵深距离地下建筑中，就可以通过移动式排烟技术进行排烟。第二种，使用固定式排烟系统进行排烟。固定式排烟系统拥有多个排烟设备，例如防火防烟门、排烟风机、自动控制设备等。相比于移动式排烟技术，固定式排烟系统排烟效果更好，可以在发现火灾的最短时间内启动排烟计划，大约可以排出地下建筑火灾现场约80%的热量，有效降低火灾现场温度，为之后的被困人员安全疏散与救援人员火灾扑救提供安全保障。

3.3 喷雾水排烟

通过雾状水控制火灾现场温度，降低烟尘总量，进而形成负压区，提高烟气驱烟效果。以最常见的喷雾水枪为例，在喷雾水枪工作压力为0.3MPa，流量为2.5L/s 时，水枪喷射有效直径可以达到2.2m；如果工作压力为0.44MPa，流量为2.5L/s 时，水枪喷射有效直径可以达到2.5m。将喷雾角调整在60°，可以获得最佳喷雾排烟效果。这种方法多用在拥有两个及以上出入口的地下建筑火灾中，选择进风口进行喷雾排烟，或是在两侧出入口同时喷雾，加快排烟效果。如果地下建筑火灾自然排烟速度偏低，现场火灾救援条件不具有良好的机械排烟效果，救援人员就可以同时使用2 ～3 个，集中火源进行排烟散热。在喷雾排烟过程中，超过90%的喷雾水会吸收热能，完全汽化，进一步降低火灾现场温度，提高火灾救援效果。

3.4 泡沫排烟

向火灾现场的高处位置喷洒高倍数泡沫灭火剂，通过产生的泡沫物质，快速填充火灾现场，既可以快速排烟除尘，也可以隔绝起火点周边烟气，达到合理控制火灾的效果。泡沫排烟技术可以应用在室内空间，不会产生过多的水渍影响，对于保护一些重要资源有较大帮助。

3.5 化学药剂排烟

地下建筑火灾产生的烟气有毒成分，具有偏酸性与可溶于水等特性，利用喷雾水排烟原理，向烟气喷洒可以中和酸性物质的化学药剂，就可以有效降低烟气中的有毒物质含量，也可以让烟气这种气溶胶发生凝聚现象，降低烟气的减光性，便于被困人员安全逃生。火灾救援单位可以在这方面展开深入的技术研究，提升化学药剂排烟的适用性。

4.地下建筑火灾扑救案例分析

为让本文内容更具有参考价值，将对某地下建筑火灾扑救案例进行详细分析。

4.1 基本情况

某体育馆地下一层总面积为400m2，由私人承包，建成名为“某俱乐部”的酒吧。在火灾发生前，该酒吧因经营困难已经停业，仅有1 人负责值班。在火灾发生当前，值班人员外出，锁上大门。体育馆工作人员在发现灾情的第一时间报警。等到辖区队站抵达现场时，火灾正在扩散时期，地下建筑存在大量浓烟，增加火灾救援难度。当日气温3℃，北风2～3 级。

4.2 火灾扑救过程

本次火灾扑救过程，可以划分为3 个阶段：第一阶段：初步侦察，排烟降温。在接到报警后，指挥中心立刻调集辖区2 辆消防车、16 名指战员前往火灾现场。因为该体育馆处于经十路中段位置，具有位置敏感特性，指挥中心又迅速调集13 个队站、36 辆消防车、280 余名指战员，进行现场增援。率先抵达火灾现场的队站人员立即进行火情侦察，发现起火点在体育馆北侧地下一层的“某俱乐部”，存在桌、椅与易燃可燃材料，产生的烟气从体育馆门、窗等位置扩散，现场无被困人员与化学危险品。站长下达命令，1 辆水罐车停靠在消火栓周边，由2 支水枪负责掩护救援人员对地下建筑做内部侦察，寻找着火点，1 支水枪负责灭火。站长与副站长带领战斗员通过水枪驱动排烟，对现场做排烟降温；第二阶段：划段指挥，逐步推进。支队指挥员抵达现场后，立即组建火场指挥部，并和队站指挥员、体育馆工作人员了解火灾与地下建筑基本情况后，对战术部署进行调整，并将火场的西、北、东3个方位，逐次5 个救援区域，现场支队领导负责控制各个救援区域，配合灭火资源，对整个灭火作业进行高效指挥；第三阶段：调整部署，近战灭火。全体指战员在指挥部的组织指挥下，通过空气呼吸器，轮流进入火灾现场进行近战灭火。在西侧救援区域，使用4 支水枪主攻灭火，控制火势。在东侧救援区域，使用2 支水枪进行灭火。在北侧、西北侧、东北侧分别使用2 支水枪，配合强行破拆进行灭火。同时，两部排烟车负责在东侧、北侧进行排烟作业，构建立体交叉作战模式。利用“内攻外控、四面包围、上堵下封、强攻近战”，阻断火势蔓延。其余人员与车辆装备则进行时刻替换，实现有条不紊进行安全灭火。

4.3 火灾扑救成绩

在本次地下建筑火灾救援案例中，共投入14 个队站、39 台消防车、300 余名指战员，经历4 个多小时的奋力扑救，成功扑灭大火。本次火灾影响范围超过260m2，零人员伤亡，保护体育馆近亿元的物资财产安全。

5.结语

地下建筑受环境等因素影响，发生火灾具有较高的危险性，火灾扑救难度大，应坚持“两个至上”原则，采取多种火场排烟技术，将火灾产生的烟气及时予以排除以及阻止烟气向其他安全区域外散，从而确保人员的顺利疏散、安全避难，并给灭火救援行动创造有利条件。