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高層建筑火災(zāi)撲救對策研究
來源：北京消防改造 時間：2020-05-27 10:31:48
高層建筑火災(zāi)撲救的主要問題，在于外部消防車輛射水和舉高能力有時達不到著火區(qū)域、消防人員及裝備到達作業(yè)現(xiàn)場困難、消防用水量巨大、建筑內(nèi)部固定消防設(shè)施不能保障使用要求、外部輸水困難等。因此，撲救高層建筑火災(zāi)，除了一般性的加強火情偵察、積極疏散搶救人員、正確選擇進攻路線、有效控制火勢蔓延、科學(xué)組織火場排煙等常規(guī)性措施外，還應(yīng)針對高層建筑火災(zāi)的特殊性，有針對性地加強和改進火災(zāi)撲救措施。
(一)切實加強對建筑固定消防設(shè)施的設(shè)計施工和維護管理
高層建筑的火災(zāi)特性，告訴我們火災(zāi)發(fā)生后單靠外部撲救是不夠的。多年以來的火災(zāi)撲救經(jīng)驗和教訓(xùn)指出，高層建筑消防安全必須以自救為主。《高層建筑消防管理規(guī)則》明確提出：“高層建筑的消防管理，要貫徹‘預(yù)防為主，防消結(jié)合’的方針，本著自防自救的原則，實行嚴格管理和科學(xué)管理”。“經(jīng)營或使用單位應(yīng)當嚴格按照《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》和有關(guān)的規(guī)定，設(shè)置固定消防設(shè)施”。因此，預(yù)防和撲救高層建筑火災(zāi)，首先要把著眼點放在充分發(fā)揮高層建筑內(nèi)的安保人員、管理人員、服務(wù)人員、工程技術(shù)人員以及高層建筑內(nèi)各種固定和移動滅火設(shè)施的作用，力爭在短時間內(nèi)及時發(fā)現(xiàn)和處置初起火災(zāi)。從這個層面上講，必須加強高層建筑消防設(shè)施的設(shè)計、施工，確保符合消防技術(shù)規(guī)范。要特別加強消防設(shè)施的維護保養(yǎng)，要充分利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)+消防、物聯(lián)網(wǎng)、云計算的技術(shù)，實時掌握消防系統(tǒng)運行狀態(tài)，切實保證其完整好用。據(jù)統(tǒng)計，90%以上的初起火災(zāi)都是由單位工作人員自行處置撲救成功，因此要加強建筑內(nèi)部消防力量的建設(shè)、管理和演練，確保一旦發(fā)生火災(zāi)，能夠迅速出動、及時處置，杜絕小火成患。
(二)科學(xué)合理組織高層建筑火災(zāi)撲救時的火場供水撲救高層建筑火災(zāi)，能否及時不間斷地組織向火場供水，滿足滅火所需要的水量和水壓，直接關(guān)系到滅火戰(zhàn)斗的成敗。在實踐中，高層建筑火場供水，必須堅持“以固為主、固移結(jié)合”的原則。
1.充分利用建筑固有消防設(shè)施供水
火災(zāi)發(fā)生后，如果建筑固有消防設(shè)施可以使用，應(yīng)當充分利用室內(nèi)消火栓或消防軟管滅火，同時啟動消防泵向室內(nèi)消防管網(wǎng)供水。2014年頒布實施的《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB50974—2014)，大大提高了高層建筑高位消防水箱的有效容積標準，規(guī)定一類高層建筑不應(yīng)小于36立方米，建筑高度大于100米時，不應(yīng)小于50立方米，建筑高度大于150米時，不應(yīng)小于100立方米。這個規(guī)定，對于高層建筑火災(zāi)撲救無疑是一個巨大的利好消息。在實際滅火時，即使消防泵損壞，僅消防水箱的儲水量也可供8支水槍保持40分鐘以上滅火時間。
2.利用移動消防裝備與固定消防設(shè)施相結(jié)合供水
建筑內(nèi)固定消防泵無法正常運行或室內(nèi)消防給水不能滿足滅火需求時，應(yīng)充分利用消防車通過水泵接合器向建筑消防管網(wǎng)供水，但必須明確水泵接合器所對應(yīng)的供水區(qū)域和大樓采取的減壓方式。
3.利用移動消防裝備直接供水
當消防泵、水泵接合器等固定消防設(shè)施都不能正常使用或不能滿足滅火用水需求時，應(yīng)當沿建筑垂直鋪設(shè)水帶，利用消防車組織供水。垂直鋪設(shè)水帶可沿建筑外墻或在樓梯內(nèi)進行。
(三)大力加強對高層建筑滅火新技術(shù)新思維的研究
1.加強對消防人員和滅火設(shè)備、藥劑及時有效輸運的研究
(1)充分利用消防直升機輸運人員和消防設(shè)備。由于現(xiàn)場的火風暴、旋流以及城市狹小的作業(yè)空間等因素，直升機在空中使用水炮直接滅火行為目前還不太現(xiàn)實。但在城市火災(zāi)中，當需要救援的部位超過消防云梯車可達到的范圍時，直升機可以成為救援的重要力量：偵察火場火情，為整體的救火部署提供參考;及時轉(zhuǎn)運疏散到樓頂?shù)娜藛T;將消防隊員和裝備及時空降到屋頂。由于不必攜帶大量裝備爬樓梯，消防隊員可以節(jié)省體力，從而延長參加滅火戰(zhàn)斗的有效時間，會極大地促進救援行動的開展。
(2)對利用消防電梯和普通客梯輸運消防人員和疏散人員的可靠性進行研究。從理論上講，高層建筑內(nèi)部設(shè)計有消防電梯，消防員可以通過消防電梯到達火災(zāi)現(xiàn)場實施滅火，也可以合理利用消防電梯疏散人員。但是綜合我國國情，由于過多考慮經(jīng)濟因素，不少消防電梯經(jīng)常與普通客梯合用，電梯前室往往處于開放狀態(tài)，火災(zāi)時很難阻擋煙氣入侵。加之維護保養(yǎng)不到位，獨立的消防供電也很難保證，導(dǎo)致火災(zāi)后消防電梯不能使用或不敢使用，甚至成為危及生命的陷阱。
目前，國內(nèi)已經(jīng)開展了高層建筑消防電梯井煙氣蔓延及控制分析并取得了實驗結(jié)果的驗證。如果將研究成果用于消防電梯井道控煙，再加上日益完善的消防供電技術(shù)，利用消防電梯輸運消防隊員甚至疏散樓內(nèi)人員，其安全性、可靠性和輸運效率，都將大大提高。
另外，國際和國內(nèi)已經(jīng)充分開展了利用普通電梯進行消防疏散的研究。973重點基礎(chǔ)研究項目“城市高層建筑重大火災(zāi)防控關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”中的重要課題，研究利用高層建筑電梯疏散區(qū)域人群行為及疏散模型，已經(jīng)取得重大突破并經(jīng)過了驗收。中國科技大學(xué)火災(zāi)科學(xué)重點實驗室開展利用普通客梯進行疏散的結(jié)果表明，在高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)火災(zāi)蔓延的時空特性，在一定范圍內(nèi)的客運電梯可以在一定時間內(nèi)用于人員疏散，并建立了用于電梯在火災(zāi)中疏散人員的監(jiān)控系統(tǒng)(圖4)。
圖4 客運電梯消防疏散監(jiān)控系統(tǒng)模型
(3)消防滅火劑快速輸運管道的理論和實踐。從前文可知，當撲救高層建筑火災(zāi)需要從外部供水時，當前只能利用消防車通過水泵接合器將消防用水注入建筑內(nèi)部消防供水管網(wǎng)。這種供水方式的弊端，是必須將水注滿與水泵接合器對應(yīng)供水管網(wǎng)中著火層以下的所有管道，才能保證著火區(qū)域的消防用水。注水時間過長不說，一旦系統(tǒng)有泄漏或在滅火過程中有不在起火區(qū)域的其他消火栓或消防用水設(shè)施未關(guān)閉，消防用水就可能無法到達起火層或者用水量不能滿足滅火要求，從而貽誤滅火戰(zhàn)機。在國外，許多高層建筑都沿外墻敷設(shè)了從底層到頂層的干式消防立管，在每層設(shè)置消防水帶接口(圖5)。消防車可以從底端直接將水注入管道，不經(jīng)過建筑內(nèi)部消防管網(wǎng)，消防員從著火層的接口就可以接上水帶進行滅火，非常便捷實用。目前，我國消防技術(shù)規(guī)范還沒有類似的規(guī)定。建議今后在修改標準時，可以考慮要求高層建筑除正常的消防供水設(shè)計外，還應(yīng)沿外墻敷設(shè)一根或多根干式消防豎管，每層留有快速啟閉接頭，頂部設(shè)置快速排氣閥。用這種方式向建筑內(nèi)輸水或壓縮空氣泡沫液，可以大大提高輸運速度和效率。
圖5 國外沿外墻敷設(shè)的干式消防豎管(紅色箭頭指向處)
2.加強對快速高效的遠程滅火技術(shù)研究
(1)無人機滅火。使用無人機進行火場偵察監(jiān)測、拋投救援物資等嘗試，效果非常明顯。但受制于無人機載重量、續(xù)航時間，以及操縱可靠性的影響，察打一體多功能消防無人機尚未面世。但隨著科技普及，工業(yè)級無人機也逐漸應(yīng)用到各的個領(lǐng)域中。特別是對高層建筑火災(zāi)，利用無人機能夠迅速展開偵察，進行應(yīng)急測繪，大大提升偵察效率，有效規(guī)避人員傷亡，還可以集成可燃氣體探測儀和有毒氣體探測儀，得到危險部位的關(guān)鍵信息。在滅火過程中，利用無人機實時監(jiān)控災(zāi)情變化，便于指揮部及時掌握動態(tài)災(zāi)情，做出快速準確對策。在開展輔助救援時，無人機也大有用武之地，如用無人機實施空中呼喊或者轉(zhuǎn)達指令，運送(提升)水帶或消防器材(如空氣呼吸器、救援繩等)，可為救援創(chuàng)造新的途徑，有效節(jié)約消防員體力。目前，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了可以直接滅火的無人機。這款無人機自重70千克，以汽油為動力，載重達到75千克，連續(xù)飛行8小時，可在90秒內(nèi)上升到300米的高度，作業(yè)半徑在40平方千米左右。在滅火演習中，這款無人機攜帶著水帶垂直起飛到10層樓的高度，對準火焰猛烈噴射。在巨大的水壓下，無人機仍然穩(wěn)如泰山，槍口上下左右掃射，如同消防戰(zhàn)士親身操作一般。幾分鐘后，火被完全撲滅。無人機降落時順便將水帶盤成一團，演習成功(圖6)。這一案例預(yù)示了無人機在撲救高層建筑火災(zāi)中的美好前景。
圖6 無人機攜帶水帶滅火實景
(2)精確紅外制導(dǎo)滅火彈。目前，精確制導(dǎo)滅火技術(shù)在森林火災(zāi)撲救中已經(jīng)得到廣泛運用，德國、俄羅斯、西班牙、瑞典、芬蘭等均已研制出適合森林火災(zāi)撲救的制導(dǎo)型滅火彈。北京航天長征飛行器研究所也對精確制導(dǎo)技術(shù)在森林滅火彈的應(yīng)用進行了研究，其研發(fā)的遠程森林滅火彈由紅外導(dǎo)引頭艙、滅火荷載艙、儀器設(shè)備艙和發(fā)動機組成，可由發(fā)射車發(fā)射，機動性好，射程可達12.4千米，已在實踐中得到了良好的驗證。其實就撲救高層建筑火災(zāi)而言，情況要相對簡單一些。因為發(fā)射距離因素可以忽略不計，滅火彈無須考慮發(fā)動機，只須加裝紅外精確制導(dǎo)和高效滅火劑，將起火點坐標參數(shù)輸入發(fā)射控制系統(tǒng)，由地面發(fā)射裝置或者以無人機為平臺，將滅火彈投送至火場高溫點或小火源，實現(xiàn)遠距離滅火。
(3)遠程控制滅火導(dǎo)彈。中國航天科工集團針對高層樓宇建筑滅火難題，研制成功遠程控制發(fā)射滅火導(dǎo)彈。這種滅火導(dǎo)彈系統(tǒng)由三部分組成：一是發(fā)射系統(tǒng)，裝有24發(fā)滅火制導(dǎo)導(dǎo)彈;二是控制系統(tǒng)，安裝在車輛副駕駛位置的計算機，接收火源探測信息，操作人員通過手柄瞄準火源，接到指令后按下發(fā)射按鈕;三是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，就是裝載運輸車輛。這種導(dǎo)彈可以在車輛行駛時進行加電、自檢，到達火場后3分鐘內(nèi)展開，數(shù)秒鐘內(nèi)自動瞄準發(fā)射。消防車不用直接進入火場，在數(shù)百米外即可直接瞄準發(fā)射，不用顧忌火場周邊的交通問題。這套系統(tǒng)的精度很高，通過紅外線、激光和可見光的探測，可以準確定位到離地140多米、40?50層樓高的實驗靶標，再把現(xiàn)場的參數(shù)通過環(huán)境傳感器輸入彈道計算機，幾秒鐘后導(dǎo)彈脫離掛架，精確命中目標。滅火彈可以穿透厚度為19毫米的鋼化玻璃，并且可以雙連發(fā)，發(fā)導(dǎo)彈擊穿玻璃后，引導(dǎo)第二發(fā)導(dǎo)彈進入窗戶，兩枚滅火彈同時引爆，保證了屋內(nèi)火災(zāi)快速被滅火彈攜帶的滅火劑撲滅(圖7、圖8)。
圖7 遠程控制滅火導(dǎo)彈發(fā)射車及現(xiàn)場場景
圖8 遠程控制滅火導(dǎo)彈發(fā)射車裝配的滅火彈
3.開展高效滅火劑技術(shù)研究，降低消防用水依賴，提升滅火效率
當前，撲救建筑火災(zāi)的滅火劑主要還是水，其優(yōu)點是價格低廉、滅火效果好，但弊端也不容忽視，特別是大型火場消防用水量巨大、輸運困難、水漬損失大。另外，在高層和超高層建筑火災(zāi)中，由于重力影響，對消防車和消防泵的供水能力，都是一個巨大的考驗。因此應(yīng)當加強對新型滅火劑的研究開發(fā)，盡量減少對水的依賴。
(1)超細干粉滅火劑。這種滅火劑把化學(xué)滅火和物理滅火的優(yōu)勢相結(jié)合，對有焰燃燒的化學(xué)抑制、無焰燃燒的窒息作用，以及熱輻射的遮隔、冷卻作用，都有著優(yōu)異的表現(xiàn)，既適用于封閉空間全淹沒滅火，又適用于開放場所局部應(yīng)用滅火。滅火速率是水系滅火劑的40倍，滅火效率是目前使用的普通ABC干粉滅火劑的6?10倍，哈龍滅火劑的2?3倍，七氟丙烷滅火劑的10?12倍。利用該滅火劑充裝的滅火彈，可廣泛適用于各種場所撲救A、B、C、E類火災(zāi)及烷基鋁類火災(zāi)。由超細干粉滅火劑做成的滅火彈，無論是以無人機發(fā)射，還是遠程遙控發(fā)射或精確制導(dǎo)發(fā)射，都將發(fā)揮意想不到的滅火效果。
(2)特效高分子凝膠滅火劑。這是近年來新研發(fā)的一種滅火劑，是由極少量的高分子材料與大量的水形成的水凝膠體。由于高吸水膠體的吸水量大、保水能力強、致密性好，即使在受熱的條件下保水性、成膜性、附壁性都很好，將它噴入火中，會因脫水而消耗大量的熱，使火場溫度急劇下降。同時凝膠體會在物體表面自然分布，隔絕空氣，防止火焰蔓延，達到滅火目的。當在水中加入這種高分子材料的膠體時，由于高分子粒子膨脹，使水中含有大量的水凝膠粒子，當把它噴在建筑物表面時，可隔絕空氣、火苗，比不加高吸水性材料水的滅火能力大很多。在高層建筑火災(zāi)撲救中，使用加入凝膠滅火劑的水源滅火，滅火效率大大提高，可以大量節(jié)省水的用量，降低對水源的依賴，并可有效減輕水漬損失。
(3)壓縮空氣泡沫。壓縮空氣泡沫就是把一個水滴經(jīng)過系統(tǒng)變成多個泡沫，而每一個泡沫的滅火功效與一滴水的功效相等，因此大大提高了滅火效果，滅火效率可提高5倍到10倍。利用壓縮空氣泡沫消防車配備高層輸液增壓裝置，可將A類泡沫輸送到300米以上的高層，并保留足夠的噴射壓力，是撲救高層建筑火災(zāi)不可多得的一把“利劍”。
《城市與減災(zāi)》 2017總第116期
節(jié)選《高層建筑火災(zāi)撲救難點分析與對策研究》作者安春暉