建筑火场侦检要素分析

摘要：近年来，建筑火灾时有发生，一旦发生建筑火灾，消防员不可避免要抵近或进入火场进行灭火救援。然而建筑火场复杂多变，消防员的安全面临极大威胁。因此，准确识别火场中的致命威胁，避免消防员受到伤害，成为亟须解决的问题。通过深入探讨建筑火场中威胁消防员生命安全的侦检要素，并分析这些要素发生条件的临界判定，构建了建筑火场侦检目标需求体系，为未来建筑火场侦检技术及装备的研发提供参考。

关键词：建筑火场；消防侦检；消防员安全；临界条件

中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2024）08-0016-03

近年来，我国城镇化水平稳步提升，建筑物数量逐年增加，这些建筑物为人们提供了生活、工作、生产和从事文化活动的场所，在给人民带来极大便利的同时，也面临着不小的安全隐患，其中，建筑火灾是一种最常见的建筑物安全事故。2021年4月22日，上海金山区一厂房发生火灾，导致8人遇难，其中包含2名消防救援人员[1]。2021年6月25日，河南省柘城县一武术馆发生火灾，造成18人死亡、4人重伤、12人轻伤[2]。一旦发生建筑火灾，消防救援人员必须迅速执行救援和灭火作战任务。消防员不可避免地要深入火场，面对极端高温、火焰、有毒烟雾，以及可能遇到的轰燃、回燃、建筑结构不稳定和坍塌等危险，生命安全持续受到威胁。因此，在灭火救援中，快速准确地评估火场高危区域并预测潜在的致命威胁，为消防救援队伍处置争取时间，成为亟须解决的问题。

1 建筑火灾发展过程

建筑火灾的发展过程大致可分为初期、发展和下降三个阶段。在建筑火灾初期阶段，燃烧只局限于着火点处的可燃物。随着局部燃烧，由于可燃物燃烧性能、分布和通风、散热等条件的不同，可能会出现自行熄灭、缓慢燃烧和迅速扩散。火灾初期阶段持续时间长短不定。在建筑火灾全面发展阶段，室内的可燃物在高温影响下释放出可燃气体，当温度达到400～600℃时，便会发生轰燃。轰燃标志着建筑火灾已进入全面发展阶段。轰燃发生后，室温急剧上升，温度可达800～1000℃。在下降阶段，由于燃料减少，燃烧速度减慢、强度减弱，温度下降，火灾最终进入熄灭阶段。

2 建筑火场的侦检要素

2.1 建筑火场威胁消防员安全因素

近年来，我国消防救援队伍在灭火救援中时有伤亡发生，研究表明，较大部分人员伤亡发生在建筑火灾扑救过程中[3]，造成消防员伤亡的原因包括坍塌、爆炸、烟气中毒、触电、高温、坠落、人员迷失以及建筑火灾燃烧条件改变而引起的特殊燃烧行为，如轰燃和回燃等。由于人员坠落和迷失并不属于需要实时侦检的对象[4]，所以不在这里讨论。

2.2 建筑物坍塌

坍塌是建筑火灾中较为常见的现象。建筑物倒塌，一方面危害救援人员的生命安全，另一方面使火灾进一步蔓延扩大，影响灭火救援工作的开展。在火灾中，造成建筑倒塌的因素主要有燃烧、高温和爆炸等。在火灾条件下，建筑物倒塌除了爆炸因素外，倒塌的过程都需要一定的时间。因此，建筑物倒塌前都会出现一些征兆。

燃烧时间。根据GB50016—2014（2018年版）《建筑设计防火规范》规定[5]，不同耐火等级建筑构件有不同的燃烧性能和耐火极限。以二级耐火等级建筑为例，承重墙和柱的耐火极限一般为2.5h，梁一般为1.5h。消防指挥员需要通过建筑构件的燃烧时间判断建筑是否会发生倒塌。

燃烧温度。当钢结构温度升高至600℃时，强度将下降2/3，导致承载能力减弱，一段时间后，钢结构就会出现塑性形变，进而局部结构被破坏，造成建筑整体失去稳定，形成倒塌。

建筑结构状态改变。当建筑构件发生位移或振动频率发生突变时，表明建筑物正在逐步失去原有的承载能力和稳定性。典型征兆包括建筑结构部分或整体倾斜、承重墙墙面外鼓或出现较大裂缝、承重钢构件大幅度弯曲、楼板下沉、墙体或楼板变形造成玻璃幕墙成片破碎等。

异常声响（声发射特性）。建筑结构倒塌破坏前，一般会发出异常声响，通常是“咔嚓”声或“叽叽嘎嘎”声，声音的音量从小到大，直到建筑倒塌。

2.3 爆炸

爆炸多发生于化工工业建筑中，化工产业本就属于高危行业，从化工原材料到化工产品，大多是易燃易爆物质，加之部分化工企业的安全生产意识较为淡薄、管理缺失，以及生产到储存过程的不确定因素，极易发生火灾爆炸事故。

可燃气体与空气均匀混合形成爆炸性混合气体，其浓度达到一定的范围时，遇见明火或一定的引爆能量会立即发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，爆炸极限又分为爆炸上限（UEL）和爆炸下限（LEL）。UEL是指可燃性混合物能够发生爆炸的最高浓度，当浓度高于UEL时，由于氧气供给不足，可燃物只能燃烧不会爆炸。当浓度低于LEL时，由于可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，导致可燃性混合物既不能燃烧也不会爆炸，如甲烷（CH4）的爆炸极限是5%～15%，一氧化碳（CO）的爆炸极限是12.5%～74.2%。

2.4 轰燃和回燃

轰燃和回燃是建筑火场中较为常见的一类险情[6-7]，是建筑火灾的特殊燃烧行为。轰燃是室内火灾发展到一定阶段时出现的一种类似于爆燃的特殊现象，危害性极大。轰燃的定义是当室内的可燃物被点燃后，如果氧气供给充足，可燃物会持续燃烧并在室内顶部形成热烟气层，使得室内顶部和周围墙壁的温度逐渐升高，当室内温度升高后又会以热辐射的形式，进一步加剧室内可燃物的燃烧速率，导致室内所有可燃物一起被点燃的燃烧现象。当发生轰燃时，室内将形成一片火海，从而进入最猛烈的燃烧阶段。

回燃是一个充满不完全燃烧产物的室内流入新鲜氧气时发生的快速爆燃过程。当室内通风条件不良时，室内的氧气含量不足以支持可燃物的快速燃烧，但室内可燃物仍然进行着热解反应，这使得整个空间积聚了大量的可燃气体。此时一旦通风条件发生改善，大量新鲜空气涌入房间并与可燃气体混合发生剧烈燃烧，在室内燃烧的同时，在通风口外形成巨大的火球，从而对室内外造成危害，导致回燃的发生。

目前国内外针对轰燃和回燃的临界判定都是一些经验性和实验性的总结，普遍认可轰燃的临界条件判定有3种：①开口上部火焰卷出，火场亮白。②烟气层温度达到600℃。③地面热辐射达到20kW/m2。回燃理论研究开展相对较晚，缺乏成熟的量化标准，经验性的临界条件判定有2种：①门窗缝隙处喷射状溢烟。②室内火场呈暗红色。除此之外，国际上比较认可未燃燃料质量分数作为预测回燃发生的影响参数，但是该预测模型目前还缺乏统一性。

2.5 烟气毒害

火灾的燃烧过程通常是一个不完全燃烧过程，并伴随着物质的热分解反应。热分解反应是物质由于温度的升高而发生的化学反应，这种化学反应通常是无氧化作用且不可逆的。热分解反应主要包括3个阶段：首先，物质在一定的温度下，分解出热分解产物；其次，可燃烧的热分解产物、可燃物和氧气发生剧烈的化学反应，释放出热量；最后，不可燃烧的热分解产物、燃烧产物和未燃烧的可燃物混合在一起，形成了建筑火灾烟气。已知建筑火灾烟气的成分有数十种，包括CO、CO2、HCI、HCN、NH3、NO2、SO2、H2S、COCL和H2O等。火灾烟气的化学毒性和物理高温直接威胁消防员的生命安全。火灾烟气的毒害性表现在3个方面：一是直接中毒或者窒息死亡；二是因缺氧或中毒晕倒后遭火焰侵袭身亡；三是烟气中肉眼不可见的悬浮微粒，一般直径小于10μm，经过呼吸进入人体肺部，黏附并聚集在肺泡壁上，引起呼吸道疾病，增大心脏病死亡率。衡量不同种类的气体对人体的危害程度，可以使用立即威胁生命和健康浓度（IDLH）值表示。IDLH是指有害环境中空气污染物浓度达到某种危险水平，如可致命、可永久损害健康或可使人立即丧失逃生能力。

2.6 高温

起火后10～15min之内，火场温度即可接近400℃，在火灾充分发展阶段甚至高达800℃。火场中的高温不仅破坏建筑构件，导致建筑倒塌和可燃气体爆炸，还因为人体对高温的忍受程度有限，直接威胁消防员的安全。当温度达到66℃时，一般人员难以忍受；当温度达到140℃时，人体会短时间丧失生理功能；当温度大于180℃时，人体会迅速出现失能状态，进而死亡。

2.7 触电

火场环境复杂多变，消防员在灭火救援、生命搜索和火场清理的过程中极易发生触电事故。触电通常是指人体直接接触电源或高压电，经过空气或其他导电介质通过人体传递电流，从而引起组织损伤和功能障碍，甚至死亡。触电造成的人体损伤主要与电压高低、电流强弱、直流和交流电、频率高低、通电时间、接触部位、电流方向和所在环境的气象条件有关。在火场中触电事故的常见形式有单相触电、两相触电、泄漏电流触电、跨步电压触电等。

根据国家标准规定，安全电压不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA，电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。考虑到灭火救援过程中，环境潮湿、地面积水等因素，人体电阻显著下降，一般认为在火场中的安全电压不高于24V。

2.8 建筑火场侦检目标需求体系表

根据2.1～2.7节内容，归纳总结形成了建筑火场侦检目标需求体系表，见表1。

3 结束语

本文概括了建筑火场中威胁消防员安全的因素以及临界条件的判定，通过梳理归纳分析，确定了建筑火场需要实时侦检的要素，主要包括温度、可燃气体、有毒气体、电流电压、轰燃、回燃，以及建筑构件形变、振动和声发射特性，形成了建筑火场侦检目标需求体系表，为后续相关各方研究建筑火场侦检装备及技术提供参考。

参考文献

[1]新华网.上海金山区一企业厂房火灾致8人亡含2名消防员[EB/OL]http：//www.xinhuanet.com/local/2021-04/23/c_1127365436.htm

[2]新华网.河南柘城发生重大火灾事故 已致18人死亡[EB/OL]http：//www.xinhuanet.com/photo/2021-06/25/c_1127597613.htm

[3]刘玉海.避免消防救援人员伤亡对策研究[J].中国应急管理，2022（9）：56-57.

[4]王明，宋能，宋丙剑.《消防用防坠落装备》新标准解读[J].城市与减灾，2024（3）：35-39.

[5]倪照鹏.《建筑设计防火规范》发展综述[J].工程建设标准化，2020（5）：20-31.

[6]王伯牙，严柱.室内火灾轰燃现象的成因及影响因素[J].低碳世界，2020，10（10）：215-216.

[7]张嘉祥.建筑火灾扑救行动中多发风险与管控策略研究[J].消防界（电子版），2023，9（11）：96-98.