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高層建筑火災撲救對策研究
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域、消防人員及裝備到達作業現場困難、消防用水量巨大、建筑內部固定消防設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，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、科學組織火場排煙等常規性措施外，還應針對高層建筑火災的特殊性，有針對性地加強和改進火災撲救措施。
(一)切實加強對建筑固定消防設施的設計施工和維護管理
高層建筑的火災特性，告訴我們火災發生后單靠外部撲救是不夠的。多年以來的火災撲救經驗和教訓指出，高層建筑消防安全必須以自救為主。《高層建筑消防管理規則》明確提出：“高層建筑的消防管理，要貫徹‘預防為主，防消結合’的方針，本著自防自救的原則，實行嚴格管理和科學管理”。“經營或使用單位應當嚴格按照《高層民用建筑設計防火規范》和有關的規定，設置固定消防設施”。因此，預防和撲救高層建筑火災，首先要把著眼點放在充分發揮高層建筑內的安保人員、管理人員、服務人員、工程技術人員以及高層建筑內各種固定和移動滅火設施的作用，力爭在短時間內及時發現和處置初起火災。從這個層面上講，必須加強高層建筑消防設施的設計、施工，確保符合消防技術規范。要特別加強消防設施的維護保養，要充分利用現代互聯網+消防、物聯網、云計算的技術，實時掌握消防系統運行狀態，切實保證其完整好用。據統計，90%以上的初起火災都是由單位工作人員自行處置撲救成功，因此要加強建筑內部消防力量的建設、管理和演練，確保一旦發生火災，能夠迅速出動、及時處置，杜絕小火成患。
(二)科學合理組織高層建筑火災撲救時的火場供水撲救高層建筑火災，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，直接關系到滅火戰斗的成敗。在實踐中，高層建筑火場供水，必須堅持“以固為主、固移結合”的原則。
1.充分利用建筑固有消防設施供水
火災發生后，如果建筑固有消防設施可以使用，應當充分利用室內消火栓或消防軟管滅火，同時啟動消防泵向室內消防管網供水。2014年頒布實施的《消防給水及消火栓系統技術規范》(GB50974—2014)，大大提高了高層建筑高位消防水箱的有效容積標準，規定一類高層建筑不應小于36立方米，建筑高度大于100米時，不應小于50立方米，建筑高度大于150米時，不應小于100立方米。這個規定，對于高層建筑火災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施相結合供水
建筑內固定消防泵無法正常運行或室內消防給水不能滿足滅火需求時，應充分利用消防車通過水泵接合器向建筑消防管網供水，但必須明確水泵接合器所對應的供水區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施都不能正常使用或不能滿足滅火用水需求時，應當沿建筑垂直鋪設水帶，利用消防車組織供水。垂直鋪設水帶可沿建筑外墻或在樓梯內進行。
(三)大力加強對高層建筑滅火新技術新思維的研究
1.加強對消防人員和滅火設備、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備。由于現場的火風暴、旋流以及城市狹小的作業空間等因素，直升機在空中使用水炮直接滅火行為目前還不太現實。但在城市火災中，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;及時轉運疏散到樓頂的人員;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，消防隊員可以節省體力，從而延長參加滅火戰斗的有效時間，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，高層建筑內部設計有消防電梯，消防員可以通過消防電梯到達火災現場實施滅火，也可以合理利用消防電梯疏散人員。但是綜合我國國情，由于過多考慮經濟因素，不少消防電梯經常與普通客梯合用，電梯前室往往處于開放狀態，火災時很難阻擋煙氣入侵。加之維護保養不到位，獨立的消防供電也很難保證，導致火災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，國內已經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，利用消防電梯輸運消防隊員甚至疏散樓內人員，其安全性、可靠性和輸運效率，都將大大提高。
另外，國際和國內已經充分開展了利用普通電梯進行消防疏散的研究。973重點基礎研究項目“城市高層建筑重大火災防控關鍵基礎問題研究”中的重要課題，研究利用高層建筑電梯疏散區域人群行為及疏散模型，已經取得重大突破并經過了驗收。中國科技大學火災科學重點實驗室開展利用普通客梯進行疏散的結果表明，在高層建筑發生火災時，根據火災蔓延的時空特性，在一定范圍內的客運電梯可以在一定時間內用于人員疏散，并建立了用于電梯在火災中疏散人員的監控系統(圖4)。
圖4 客運電梯消防疏散監控系統模型
(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部消防供水管網。這種供水方式的弊端，是必須將水注滿與水泵接合器對應供水管網中著火層以下的所有管道，才能保證著火區域的消防用水。注水時間過長不說，一旦系統有泄漏或在滅火過程中有不在起火區域的其他消火栓或消防用水設施未關閉，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，從而貽誤滅火戰機。在國外，許多高層建筑都沿外墻敷設了從底層到頂層的干式消防立管，在每層設置消防水帶接口(圖5)。消防車可以從底端直接將水注入管道，不經過建筑內部消防管網，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，我國消防技術規范還沒有類似的規定。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計外，還應沿外墻敷設一根或多根干式消防豎管，每層留有快速啟閉接頭，頂部設置快速排氣閥。用這種方式向建筑內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研究
(1)無人機滅火。使用無人機進行火場偵察監測、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，工業級無人機也逐漸應用到各的個領域中。特別是對高層建筑火災，利用無人機能夠迅速展開偵察，進行應急測繪，大大提升偵察效率，有效規避人員傷亡，還可以集成可燃氣體探測儀和有毒氣體探測儀，得到危險部位的關鍵信息。在滅火過程中，利用無人機實時監控災情變化，便于指揮部及時掌握動態災情，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)，可為救援創造新的途徑，有效節約消防員體力。目前，國內已經出現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，連續飛行8小時，可在90秒內上升到300米的高度，作業半徑在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，無人機仍然穩如泰山，槍口上下左右掃射，如同消防戰士親身操作一般。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)。這一案例預示了無人機在撲救高層建筑火災中的美好前景。
圖6 無人機攜帶水帶滅火實景
(2)精確紅外制導滅火彈。目前，精確制導滅火技術在森林火災撲救中已經得到廣泛運用，德國、俄羅斯、西班牙、瑞典、芬蘭等均已研制出適合森林火災撲救的制導型滅火彈。北京航天長征飛行器研究所也對精確制導技術在森林滅火彈的應用進行了研究，其研發的遠程森林滅火彈由紅外導引頭艙、滅火荷載艙、儀器設備艙和發動機組成，可由發射車發射，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而言，情況要相對簡單一些。因為發射距離因素可以忽略不計，滅火彈無須考慮發動機，只須加裝紅外精確制導和高效滅火劑，將起火點坐標參數輸入發射控制系統，由地面發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，實現遠距離滅火。
(3)遠程控制滅火導彈。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射滅火導彈。這種滅火導彈系統由三部分組成：一是發射系統，裝有24發滅火制導導彈;二是控制系統，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，接到指令后按下發射按鈕;三是結構系統，就是裝載運輸車輛。這種導彈可以在車輛行駛時進行加電、自檢，到達火場后3分鐘內展開，數秒鐘內自動瞄準發射。消防車不用直接進入火場，在數百米外即可直接瞄準發射，不用顧忌火場周邊的交通問題。這套系統的精度很高，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，再把現場的參數通過環境傳感器輸入彈道計算機，幾秒鐘后導彈脫離掛架，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，發導彈擊穿玻璃后，引導第二發導彈進入窗戶，兩枚滅火彈同時引爆，保證了屋內火災快速被滅火彈攜帶的滅火劑撲滅(圖7、圖8)。
圖7 遠程控制滅火導彈發射車及現場場景
圖8 遠程控制滅火導彈發射車裝配的滅火彈
3.開展高效滅火劑技術研究，降低消防用水依賴，提升滅火效率
當前，撲救建筑火災的滅火劑主要還是水，其優點是價格低廉、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。因此應當加強對新型滅火劑的研究開發，盡量減少對水的依賴。
(1)超細干粉滅火劑。這種滅火劑把化學滅火和物理滅火的優勢相結合，對有焰燃燒的化學抑制、無焰燃燒的窒息作用，以及熱輻射的遮隔、冷卻作用，都有著優異的表現，既適用于封閉空間全淹沒滅火，又適用于開放場所局部應用滅火。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類火災及烷基鋁類火災。由超細干粉滅火劑做成的滅火彈，無論是以無人機發射，還是遠程遙控發射或精確制導發射，都將發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過系統變成多個泡沫，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不可多得的一把“利劍”。
《城市與減災》 2017總第116期
節選《高層建筑火災撲救難點分析與對策研究》作者安春暉