火灾调查中的关键要素演变及逆向推演

孙振文，石 屹，张冠男，彭斯璐，乔 婷,2，王 萍,3，解鹏达，王明直,*

（1. 公安部物证鉴定中心，北京 100038；2. 中国政法大学，北京 100088；3. 中国人民公安大学，北京 100038）

现场是火灾调查的起点，现场勘查是火灾调查的核心环节，现场勘查结果是科学分析火灾原因的基础和依据[1]。但现有研究侧重火灾现场勘查程序及相关技术的应用，火场要素相关研究较少，未对火场关键要素进行全面梳理，也缺乏要素演变及逆向推演的系统研究。国内外现有研究表明，起火部位、起火点、起火时间和起火原因是火灾现场勘查需要解决的关键问题，火灾现场勘查主要对象是火灾痕迹、人体烧伤痕迹、助燃剂及其燃烧残留物、引火源、引火物，以及现场媒介中的电子物证、监控视频，归纳起来即火灾痕迹、物证、人员、电子证据四个关键要素。对火场关键要素的演变及逆向推演开展系统研究，对于科学准确地开展现场勘查并逆溯分析火灾原因具有重要的理论价值。

本文从火场关键要素出发，系统梳理了火场关键要素的组成及其随火灾发展的演变规律，并以现场勘查为起点，论述了关键要素逆向推演机理，并探讨了火场关键要素演变及逆向推演在火灾调查中的应用。

1 火场关键要素组成

根据公共安全体系三角形模型[2]，火灾可以看成是灾害或突发事件的一种类型，现场勘查需研究火灾发生、发展的演变规律，即火与物、火与人之间的相互作用及其如何随时间和空间发生变化。承灾载体为人、物、环境媒介等火灾直接作用的对象，其中物是构成现场的基础，包括建筑物及火场中物品在火灾中可能发生的本体破坏或功能性破坏，如建筑物倒塌属于功能破坏，玻璃破碎或塑料熔化属于本体破坏。

火灾痕迹是火灾作用要素最直接的体现，人员、同火灾发生直接相关的物证、电子证据等要素与火灾性质或原因密切关联，但在火灾现场未必能全部呈现。同时，现场勘查还要考虑火灾的本质，正如《柯克火灾调查》[3]中提到的那样，发生火灾必须具备四个条件：

1）燃料或可燃物；

2）氧化剂必须充足；

3）点火源；

4）燃料或可燃物必须在一个可持续的链锁体系中反应。

根据现场勘查的内容，结合火灾现场的特点，火灾现场由火灾作用痕迹（简称火灾痕迹）、物证（可燃物、引火源、引火物等）、人员（嫌疑人和受害人）和电子证据四个关键要素组成。

2 火场关键要素的演变规律

2.1 火灾痕迹

火灾痕迹是认定起火部位、起火点、起火原因的重要依据。根据火灾作用形式的不同，以及形成痕迹物体理化性质的不同，可将火灾痕迹分为燃烧痕迹、烟熏痕迹、倒塌痕迹、电气线路故障痕迹等几大类[4]，结合痕迹物体燃烧性能、结构的差异，或者作用机理的不同，分类可进一步细化，具体分类如图1所示。其中燃烧痕迹和烟熏痕迹是火场中最典型的痕迹特征，也是火灾现场勘查关注的重点。

1）燃烧痕迹

燃烧痕迹是火灾现场中反映起火特征的燃烧图形[5]，“V”形痕是最有代表性的燃烧痕迹，其形成机理是在没有障碍物或异常燃烧状态的情况下，火焰向上、向外蔓延，且垂直向上蔓延的速度远大于水平蔓延速度，从而在垂直于地面的平面（如墙面）上留下“V”形或圆锥形的燃烧痕迹。

根据物质燃烧性能的不同，可将物质分为可燃物、不燃物和助燃物，物质种类不同，形成的燃烧痕迹不同。火场中常见可燃物包括木材、纸张、高分子材料（纤维、塑料、橡胶）等，如木材主要形成炭化痕迹，纸张燃烧后通常形成灰化痕迹，高分子材料主要形成变形、熔化、变色痕迹。不燃物主要形成变色、变形痕迹，混凝土还可能发生剥落、开裂痕迹；金属在足够高的温度下发生熔化；玻璃在火场高温作用下主要形成碎裂痕迹。助燃物主要指放火案件中使用的助燃剂，在火场中燃烧后易形成低位液体流淌痕迹，形成不规则图形。对于水泥、瓷砖、大理石等不燃物地面上，在火灾高温作用下，通常以颜色变化和炸裂、鼓起、变形的形式呈现；在地毯、木质地板等可燃物地面上，通常以局部炭化的形式呈现。

2）烟熏痕迹

烟熏痕迹是火灾间接作用形式的直观展示。火场中，烟气受热作用产生热膨胀和浮力作用，在外部风力、热压作用下形成流动，烟气中的微小颗粒附着在物体表面或进入物体孔隙内部形成烟熏痕迹。烟气的流动规律使烟熏痕迹的形成具有方向性[5]。烟熏程度主要由烟浓度、烟熏时间决定。通常来说，烟浓度越大，烟熏痕迹越重；烟熏时间越长，烟熏痕迹越重[6]。

3）倒塌痕迹

倒塌痕迹包括建筑构件倒塌、物品倒塌、塌落堆积等。由于火场高温作用破坏了建筑物、桌椅、货架的平衡条件，使其由原始位置向失重的方向发生移动、转动，并发生变形破坏，形成倒塌痕迹。物体距离起火点的远近不同，燃烧的顺序存在差异，首先发生燃烧的物体或部位先失去强度，由于重力作用发生变形弯折，失去平衡后，建筑或物体向失去承重的一侧倒塌掉落[5]。

4）电气线路故障痕迹

电气线路故障是引发火灾的原因之一，常见电气线路故障包括短路、过负荷、接触不良等[6]。导体在短路电流、电弧高温作用下，接触点熔化、冷却后形成不同特征的熔化痕迹，称为短路痕迹；导线由于过负荷引起热量发生变化并导致温度升高形成的痕迹为过负荷痕迹；当电气系统中连接处不紧密，导致接触电阻过大，在接头部位局部范围会产生过热现象，产生接触不良故障，并形成相应痕迹特征。电气线路故障通常会引起电气线路自身或周围物体热量升高，若可燃物靠近热点，就可能被引燃，从而引发火灾。

2.2 物证

由于火场的高温作用，火灾现场很难找到直接证实起火原因的物证，但在放火案件中，为了尽可能多地造成人员伤亡，嫌疑人通常使用助燃剂实施放火，助燃剂及其燃烧残留物、盛装助燃剂的容器、引火源、引火物、包装物等往往成为证实起火原因的关键物证 ，也是火灾现场的关键要素。

1）助燃剂及其燃烧残留物

《火灾原因调查指南》（GA/T 812）规定，现场有助燃液体存在时，表明有人为纵火嫌疑[8]。助燃剂及其燃烧残留物分析是确定火灾性质的重要技术手段。放火案件不同于其他刑事案件，由于火场高温作用和消防灭火、医护人员救援对现场造成的二次破坏，指纹、足迹等传统物证很难在现场提取到。因此犯罪嫌疑人实施放火所用助燃剂残留物的提取和准确鉴别，成为确定火灾是否为人为放火的关键。常见助燃剂包括汽油、煤油、柴油、油漆稀释剂等，助燃剂种类不同，组分有较大差异。汽油的主要成分为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、四甲苯、萘、甲基萘等芳香烃化合物，直链烷烃以及环烷烃化合物；煤油的主要成分为C7～ C19的直链烷烃以及少量环烷烃化合物；柴油的主要成分包括C9～ C26的直链烷烃、环烷烃、蒽类化合物以及姥鲛烷、植烷等成分[9]。燃烧过程中，助燃剂残留物符合轻组分相对含量减少、重组分相对含量增加的变化规律[10]。

2）盛装容器

放火案件中，将助燃剂带到现场需要合适的盛装容器，此类容器以金属和塑料材质为主，其中塑料材质居多，这已在多起放火案中得到证实[7]。盛装容器是现场勘查人员在火灾现场需要重点关注的目标物证。随着火场温度的不同，金属容器主要形成变色、变形、熔化等痕迹特征；塑料容器主要发生软化变形、熔融滴落以及变色焦化现象，在火灾现场勘查过程中，应注意提取高温作用后的盛装容器残留物。

3）其他

火灾现场需要关注的其他物证包括引火源（打火机、定时装置、遥控装置）、引火物、包装物等，其中引火源以打火机最为常见，如成都6.5公交车放火案中，现场勘查人员在嫌疑人尸体旁提取到1枚打火机防风罩，成为该案的关键物证[7]。另外，引火物、包装物的发现和提取也有助于构建完整的证据链条。

2.3 人员

由火焰或高温物体作用引起的肌体损伤称为烧伤，人体烧伤痕迹是指人员在火场中受到火灾伤害后在体表和内部留下的痕迹，包括体表烧伤痕迹和内部烧伤痕迹[11]。

1）体表烧伤痕迹

身处火场中的人员，距离火源远近不同，通常在体表形成不同的痕迹特征。短时间暴露于火场高温下可导致身体裸露部分的皮肤表面膨胀松弛，均匀脱落，形成“人皮手套”。因火烧致死的尸体会出现眼紧闭、外眼角皱褶、皮肤皲裂等现象；死后被焚的皮肤受热会产生皱纹、干燥，皮肤表面呈黄褐色[6]。此外，火场高温使皮肤凝固收缩导致尸体呈拳击样姿势，但不能作为生前烧死或死后焚尸的判别依据[11]。

2）体内烧伤痕迹

人在火场中呼吸挣扎，呼吸道会吸入空气中的烟灰和炭末，咽喉、气管、支气管也会被火焰和高温作用灼伤，呼吸道的损伤特征是认定生前烧死的重要参考依据。由于火灾现场可燃物不完全燃烧产生大量一氧化碳，吸入后导致心血中可检出高浓度的碳氧血红蛋白；烟灰、炭末还有可能进入食道、胃、十二指肠；另外，生前烧死的尸体还可能出现硬脑膜外死后水肿或颅骨骨折[11]。上述体内烧伤痕迹特征均在实际案例中得到了验证。例如，有研究发现，绝大多数生前烧死的尸体呼吸道内存在炭末沉着，32%尸体的局部皮肤烧伤边缘组织出现红肿现象[12]。

2.4 电子证据

火灾现场和周围的监控视频，火灾发生和发展过程中围观人员用手机拍摄的视频和照片，火灾报警系统中的相关电子记录，火场中的手机、无线路由器等都可作为有效的电子证据，为火灾调查提供支撑。

1）视频图像

视频图像分析是火灾调查的关键技术手段，有助于拓宽火灾现场勘查和调查思路，也是最直接确定起火原因的证据支撑[13]。在火灾现场和周围调取的视频监控录像通常会客观记录起火时间，若时间出现偏差，可通过时间校对推断准确的起火时间。另外，视频监控可直观记录火灾发生、发展的过程，特别是对于使用助燃剂实施放火的案件中，汽油等燃烧产生的爆燃现象可通过视频监控记录，成为确定火灾性质的重要依据。

2）火灾报警系统

火灾报警系统可将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等通过火灾探测器转化成电信号，从而触发火灾报警控制器，以声音或光的形式通知人群疏散，控制器记录火灾发生的部位和时间等[14]。通常情况下，起火部位安装的火灾报警系统最先发出报警，随着火势的蔓延，周围的火灾报警系统依次发出报警。通过查看相关电子记录，可确定报警时间及报警次序，重现火灾蔓延的顺序，据此确定起火部位和起火时间。

3）手机、路由器

随着科技的发展，手机和路由器在日常生活和办公场所随处可见。在火灾现场，随着火势的蔓延，这些电子产品会由于不同原因出现断电、关机等情况，如由于断电导致的路由器信号消失、手机受火场高温作用关机等，由此可记录火灾发生的时间。

2.5 火灾现场关键要素的相互关系

伴随着火灾发生、发展过程，火场四个关键要素在演变过程中相互作用、相互影响。火灾痕迹是火灾发生发展过程、火势蔓延方向的真实记录，不仅体现在建筑物、火场物品上，也体现在现场物证的形态和化学变化、人员的烧伤、电子证据的记录和信号中断等方面；可燃物、点火源、助燃剂盛装容器等物证是形成火灾痕迹的物质基础，也是记录痕迹物证的载体；在放火案件中，嫌疑人是形成火灾痕迹、遗留物证的源头，嫌疑人和受害人也有可能成为记录火场痕迹的载体；电子证据可以直接或间接记录火灾痕迹形成的过程，以及人员进入或逃离火场的活动过程。

3 火场关键要素逆向推演及应用

火灾现场关键要素逆向推演即火灾调查人员以火灾现场关键要素为依据，沿火灾蔓延方向逆向追踪，分析起火部位、起火点，从而确定起火时间、查明起火原因的过程。

3.1 火场关键要素逆向推演机理

火场关键要素逆向推演遵从火焰和热量传播的方向性、火场空间的连续性、不以人的意志为转移的客观性等原则。

1）火焰和热量传播的方向性

火是一种产生物理效应的化学反应，火焰本质上是气体燃烧，并发出光和热。火焰传播实质上是热传播。无论是热辐射、热对流和热传导，均呈现出较强的方向性，例如，由于热烟气比周围空气轻，趋向垂直向上流动，当气流将火焰吹偏，或火焰通过热辐射将附近的可燃物引燃时，向上蔓延的火焰将会发生变化[3]。火焰和热量传播的方向性是火灾现场关键要素逆向推演的理论基础，直接体现在火灾痕迹上，据此可实现起火部位、起火点、火势蔓延方向的逆向推演。

2）火场空间的连续性

无论是建筑火灾、森林火灾还是交通工具火灾，烟气扩散和火势蔓延在火场空间内均呈现连续性特点，导致火灾痕迹也呈连续性、不间断分布，不管火场破坏程度如何，通过不同火灾痕迹的分析都能追溯到起火部位或起火点，因此，充分利用火场空间的连续性，是火场关键要素逆向推演的重要途径。

3）不以人的意志为转移的客观性

虽然火灾产生的随机性较强，不同火场破坏情况千差万别，但火灾发生、发展和火势蔓延遵循特定的规律，使火场关键要素的演变具有不以人的意志为转移的客观性，形成的火灾痕迹特征、物证属性变化、人员烧伤情况、电子证据记录成为火场关键要素逆向推演的客观依据。

3.2 火场关键要素逆向推演的应用

火灾本身的高温作用以及灭火救援行为对火灾现场造成的破坏，给火灾调查和现场勘查带来巨大挑战。火灾痕迹、物证、人员和电子证据四个关键要素是火灾现场勘查的核心，也是逆向推演起火部位、起火点、起火时间和起火原因的基础和依据。起火部位和起火点是认定起火原因的出发点和立足点[15]。

3.2.1起火部位和起火点的确定

火灾痕迹是证明起火部位、起火点的重要依据。“V”形痕顶点的下部通常正对起火部位、起火点；斜面形痕的最低点、扇形痕的中心通常为起火部位或起火点。对于一面倒或斜面形建筑构件倒塌痕迹，表明建筑构件的某一面先失去平衡，该面受热最严重，倒塌方向通常指向起火部位或起火点；交叉倒塌痕迹中间交叉的部位通常对应起火部位或起火点。如图2所示，某建筑火灾中屋顶横梁均朝中间倒塌，中间位置为起火部位。对于物品倒塌痕迹，物品倒塌的方向通常对应起火部位；对于塌落堆积痕迹，通常起火部位的物品首先烧损并掉落，位于堆积层的底层，通过底层堆积物的清理可判断起火部位。

火场中若发现可燃物存在从中心向外蔓延的局部炭化区域，该炭化区域通常是起火点。火场中出现的低位燃烧痕迹，或可燃物上局部烧出的坑、洞，一般为起火点。高分子材料制品的软化变形、熔化、焦化变色痕迹是证明火势蔓延方向的重要依据，面向火源方向一面先受热熔化，被烧程度重，形成明显的受热面特征，受热面所指的方向通常指向起火部位或火焰蔓延的相反方向。火场中尸体仅在某一侧或一面出现烧伤痕迹，其他部位未发现明显的烧伤痕迹，则形成烧伤痕迹的一侧或一面正对火灾蔓延方向或指向起火部位[5]。

3.2.2 起火时间推断

起火时间很难通过火灾痕迹进行精确推断，通常需要借助电子证据信息，其中视频监控是最直观确定起火时间的重要依据，无论是火灾现场还是周围的监控视频，还是火灾初期或火势蔓延过程中围观人拍摄的视频、照片，都可以为准确推断起火时间提供直接依据，有时即使通过视频无法直接看到起火部位，也可以通过烟气的流动和火焰的反光进行判断。

3.2.3 起火原因分析

烟熏痕迹是判断起火原因的重要依据，一般来说，若现场烟痕较轻，可排除阴燃起火，因为较长时间的阴燃过程会产生大量的烟，可燃物被明火点燃或使用助燃剂实施放火的可能性大；若现场物体表面有均匀、浓密的烟熏痕迹，则阴燃起火可能性较大。因此，通过烟熏痕迹的轻重可分析起火原因为阴燃起火还是明火点燃。

电气线路故障痕迹尤其是短路痕迹也是证明起火原因的重要依据。如果在火灾发生前的有效时间内处于通电状态的导线上发现一次短路痕迹，短路点位于起火点附近，起火点附近有足够多的可燃物且可被引燃，在排除其他起火原因的情况下，则可认定火灾由短路故障引发。此外，助燃剂及其燃烧残留物成分的检出，也是认定人为放火的重要依据。

3.2.4 建立嫌疑人与现场的关联

使用助燃剂实施放火的案件中，由于汽油等助燃剂闪点低、燃烧速度快，如果嫌疑人将汽油泼洒到衣服和手上，往往将衣服烧毁或头面部烧伤，“人皮手套”遗留者往往指向放火者，据此可建立嫌疑人与火灾现场的关联。此类放火案件中，若嫌疑人点火时距离助燃剂太近或将助燃剂泼洒在身上，点火时由于助燃剂的爆燃作用，还可能导致头发、眉毛被烧焦，或衣物表面形成熔融纤维，图3为某放火案件中嫌疑人裤子由于汽油爆燃作用形成的熔融纤维，可作为嫌疑人实施放火的佐证。