关于大型商业综合体建筑火灾现场排烟对策分析

周曙光

摘要：大型商业综合体具有文娱、购物、餐饮等功能，建筑本身体量大、面积大、人员密度大的特点。由于火灾荷载相对较高，火灾产生的烟雾浓度高、温度高、毒性大，烟气不易排出，导致人员逃生和救援人员施救困难。通过对现代大型商业综合体建筑的火災烟雾流动规律和火场排烟时机选择进行分析，对有效开展大型商业综合体火灾排烟技术提出应用参考。

关键词：商业综合体;火场排烟;烟囱效应

2018年3月25日，俄罗斯西伯利亚南部城市克麦罗沃州“3·25”俄罗斯购物中心发生火灾，在这栋4层建筑内，火源位于4楼的儿童娱乐区，火势迅速蔓延至其余区域，由于黑烟的作用，火场的能见度降为零，起火面积约1500m2，此次火灾事故发生前购物中心的火警系统就因故障失效，直到火灾发生时，也没有采取任何维修的办法，也没有任何人要求商场因此停业。火灾中的大批遇难人员都被困在电影厅，电影厅的工作人员在影片放映过程中，将出口的门从外反锁，导致了被困人员无法及时逃生。据调查引发此次火灾的原因是购物中心违背安全用电规章，导致电网负荷过大，电线短路起火。

2018年6月1日，位于四川省达州市通川区西外镇塔沱市场内发生一起火灾事故。此次火灾的过火面积共约5.1万m2，致使1人死亡，造成9210余万元的直接经济损失。起火建筑东面长149.8m，南面长120.0m，西面长141.8m，北面长115.3m，分地下1层、地上5层，总建筑面积9.1万㎡，主体为钢混结构。火灾爆发原因为业主私自拉接用来照明的电源线短路，其下面的香蕉外包装纸箱被引燃。近年来，国内还相继发生综合体的特大火灾伤亡事故，如郑州天然商厦、南昌万寿宫商城、北京隆福商业大厦等。建筑物火灾发生后，都会给人民的生命和财产造成重大损失。

1  大型商业综合体火灾烟气的特性及其危险因素

经调查研究显示，大型商业综合体建筑面积大，店铺之间的分隔和内部商品布置较为复杂，可燃物较多、火灾荷载大[1]，这些特点，决定了如若发生火灾必然产生大量烟雾，对火灾扑救构成极大的困难和风险。建筑内烟雾的流动和扩散，是导致人员死亡的重要因素，尤其是此类综合体火灾，空间大、内部密闭、可燃物多，产生烟雾浓、毒性大、扩散速度快、着火点隐蔽[2]。

1.1   烟雾密度大，中性平面低

由于大型商业综合体空间大、纵深距离长、空气更新缓慢，所以，部分物质受热之后，发生气化，燃烧不充分，这会生成大量不完全燃烧的产物，而使烟气含量增高。因为火灾，大量烟雾形成。向外流动的烟雾在通道横截面上占有较大面积，以致与空气接触的水平面偏低，流动通道随之变为一个大烟囱，增加救援人员火情侦察和灭火战斗难度[3]。

1.2  高温烟雾可能引发新的燃烧

在一次火灾中，物质燃烧放出的热量决定烟雾温度。当前来看，在大部分的大型商场中，存有相当数量的可燃物质，与其他建筑的单位火灾荷载比高出很多。火灾如若爆发，火源点的周围温度基本可以到1000℃，使得烟雾温度高。另外，还有两个要素的存在，难以分散开的烟雾使得内部压力变大;冷空气的及时补充导致温度缓慢下降的结果发生。这些烟雾，在整个过程中，可以对四周的可燃物质进行加热，到达燃点后，新的燃烧便会形成。

1.3  隐蔽火点多，阴燃面积大

冷空气的补充，相对于物质的燃烧是缓慢的。所以不充分燃烧很多，多数物质会有阴燃的特征。在大型商场地下部分，会有成垛的现象，这也容易阴燃，况且，烟雾最易笼罩这些部位，所以要在短时间内发现极为困难，影响了消灭火灾的进程。

1.4  气体、不完全燃烧的产物量大

大型综合体中，会有储存化学纤维、塑料、麻、棉、橡胶、毛等作为原料制作产生商品的情况，没有足够空气，这些物质不会充分燃烧，有毒气体还有一些不完全燃烧的产物也将产生。例如，海绵中含有聚氨酯、化纤地毯中含有聚丙烯和泡沫，一旦燃烧，剧毒气体随之产生，吸入极少量就会造成人员受伤或死亡的情况，这就是在建筑火灾中人员伤亡的主要原因。

2  大型商业综合体建筑的火灾烟雾流动规律

大量火灾调查发现，不同环境、不同区域，扩散烟雾的流动速度会有不同。比如，水平方向流动的烟雾为0.3～0.8m/s，而垂直方向流动的烟雾为5～7m/s，这就是由于烟囱效应的影响。总的来说，烟雾发生这些变化主要是因为通风系统的压力以及温度差异导致的气体密度不同，从而导致的烟囱效应，这里面，温度差还有温度的变化成为烟雾流动最重要的影响因素。

2.1  建筑物内部通风和空调系统的供风、排风的压力均衡情况对烟雾产生影响

如若内部供风和排风是一样的，那么，这个系统就不会对建筑物产生压力。如若一个部位的供气突然超过了排气，增压便出现，空气就会飘向其余地方。反之，会有相反的景象。所以，可以人为控制一些建筑物内部的通风和空调系统，使之向有益的方向流动。

2.2  温度升高后的气体膨胀

由气体膨胀定律不难得出，着火区域内气体会扩大3倍，所以，建筑物的其余部分将承担的2/3气体转移，并且此过程极为迅速，压力相当大。这些压力如若不能削弱，烟气就会依托着火层，向上或向下流动。

2.3  发生火灾的建筑，内部空气的温度要高于外部，空气容重降低，浮力随之上升

建筑物上下均有门窗开口，气流从上开口流向室外，从下开口流向室内产生烟囱效应。建筑物的温差及高度会对烟囱效应产生影响，如若火灾发生在较低的层数，烟囱效应对较高层和竖井的影响很明显，此时烟气上升的潜力更大。因此火灾条件下着火层以上开口部位往往是危险场所。

2.4  风向、风力、风速在室内，影响着高层烟雾活动轨迹，且这种影响与建筑物的外形与规模相关

通俗来说，迎风面的墙壁由于风力作用受到向内的压力，向外的压力就加在背风面和两侧的墙壁，向上的压力出现在平顶层上。这些压力，以致空气通过迎风面进入建筑物的内部，通过背风面远离建筑物，负压力此时对顶层上启口的垂直通风管道，通常有一種吸引的作用。同时中性面在正的水平风压力效果下有上升，中性面在负的水平风压力效果下有下降。

3  火场排烟的意义

建筑火灾遇害的人员大多是因为烟气，烟气导致遇害的比例达80%，即便是在烧死的遇害者中，根本原因也是先窒息后被火烧。在能见度低于3m以下时，人在这样生疏的环境中很难逃离。因此为提高救人和灭火效率而进行的排除高温烟气主要有以下几方面意义：

3.1  创造疏散逃生的有利条件

在灭火战斗中，最重要的是营救被困人员，而浓烟会导致能见度低，这阻碍了人员的疏散逃生速度;流动状态的有毒烟气，会使更多人员中毒，甚至失去逃生能力;又因为高温缺氧，导致窒息。如果消防人员到场后就实施积极的排烟降毒措施，高温、浓烟对被困人员的侵袭就会降低，从而疏散逃生的速度得到提高，逃生的时间随之延长，为营救被困人员赢得了宝贵时间。

3.2 ; 创造可以提高灭火效率的有利条件

从火场实际来看，发生火灾的商业综合体，想从外部进攻不容易。由于内部高温烟雾聚集，可燃物微粒大量产生，温度达到400℃以上，霎时会全面燃烧，形成“轰燃”现象。同时扩散的浓烟和有毒气体，也会妨碍消防人员展开灭火战斗。能见度不高造成消防人员行动困难。内部空间大、钢结构跨度大的大型综合体如果不尽快排烟散热、冷却承重构件，极有可能发生建筑坍塌，切断救援人员近战救援的路线，甚至会造成内攻人员伤亡，对灭火战斗的顺利进行造成影响。

3.3  为控制火势和减缓火势蔓延的速度提供条件

如建筑内排烟设施是完整有用的，发生火灾时即可排放大量的烟气，同时冷空气得以增补进入商场内，火灾产生热量70%～80%可以消除，还可以控制火灾蔓延。选择恰当的排烟方式，能提高环境的能见度[4]和安全性，延缓和阻止部分部位的坍塌，内攻近战得以快速展开，提高灭火救援的效率，减少火灾损失。

3.4  为改变火势蔓延的方向创造有利条件

因为烟气的温度高于空气，在对流的影响下，无风条件就会以3～4m/s的速度沿着楼梯间等竖直的管道向上扩散，以0.3～1.0m/s的速度沿着走廊横向流动。在大部分的情况下，烟雾扩散及流动的方向就决定了火势蔓延的方向，在特殊情况下，为了保护贵重物品，会改变蔓延的方向，从而达到为灭火和救人提供帮助的目的。

4  火场排烟应用现状

4.1  火灾现场应用程度较低

灭火救援战斗中，关于第一时间排烟降毒有明确的规定，但实际运用中，由于成功案例少、参战人员少、考虑因素多等，排烟没有被作为必须执行的战术运用到救援中。特别是在大空间、大跨度钢结构、内部环境复杂、密闭性好的建筑火灾中，火场面积较大、可燃物质较多、火灾荷载大，被困人员多、灭火救援任务重、现场一片混乱的情况下，无法准确判定火场排烟位置和方式，消防人员往往运用最简单的喷雾水流进行排烟降温，在非常恶劣的浓烟、高温环境中坚持战斗也时有发生。

4.2  部分救援人员对排烟方法掌握不好

虽然大部分消防站均配有移动排烟设备，有的还配有排烟消防车，但仅仅是做到了对排烟车辆装备的性能参数熟悉和器材操作而已，实战能力较差。灭火预案中仅有排烟任务，但对如何组织、分工没有触及，实际意义不大。现有的教材资料缺乏针对性的演练训练，现场环境所要求的排烟方式和排烟条件选择上技术标准高，一旦火场需要排烟时，救援人员往往茫然无措。

4.3  部分基层指挥员对火场排烟不够重视

由于排烟技术要求较高，如果选择不当，新鲜空气进入后，将会导致内部火势蔓延扩大，可燃物猛烈燃烧，甚至会发生轰燃现象。由于传统意识的影响，往往使指挥员片面认为火场排烟意义不大，非必要情况不会开展内部排烟作业，这是对排烟的作用和认识不深，对排烟技术掌握不熟练，从而在战斗行动中不重视排烟的应用，排烟的利与弊也不能在火场实践中得到验证，导致火场排烟在理论只是一个思想上的概念，实战运用中很少行动，才会出现成功案例比较少的现象[5]。

5  火场送风排烟的时机条件

火场送风排烟目标是排除火灾烟气，不论采取自然排烟、移动机械还是破拆等，都要针对不同情境，采用相应的方式，抓住不同的时机来实行。如排烟、送风有助于救援任务，送风排烟措施就应果断实施;如送风无助于任务，致使控制不住烟气，就要等最后阶段再采取送风排烟措施。

5.1  火灾规模较小时的排烟策略

若火灾发生时，火灾规模不大，基本不会再发展，又产生了大批的火灾烟气，这些烟气就应该及时排出。如若相对较大的空间，燃料控制会使火灾燃烧很长时间。在这种情形下，火场排烟基本没有风险。空气进入后火灾不会发生变换，也不会轰燃。此时应果断采取送风排烟措施，能及时排出火灾烟气，帮助内攻灭火。

5.2  火灾初始阶段的排烟策略

消防救援队伍到达现场时，火灾有可能处于初始阶段。这个时候，火场热烟气的温度会较高，内部的氧气还有余量，热烟气会从起火点向外流，逐渐向上以及四周蔓延。因为烟气温度高，热浮力就成为烟气流动去往排烟口的驱动力。加上其自身的空间特点，烟气流动空间大、通路长、排烟口缺乏，自然排烟的效果降低。这时，送风进入可成为流动的机械驱动力，加速流动的烟气流向排烟口。新鲜空气的供给，会有火灾强度突然增大的可能，轰燃也可能会发生。这就说明在火灾初始阶段采取送风排烟的措施，是有一定危险性的。因此，到场之后，消防力量要第一时间展开协同配合，排烟与内攻降温结合，梯次进攻化解风险。

5.3  火灾全面发展阶段时的排烟策略

在到达火场后，侦查发现火灾处于全面燃烧阶段，火灾蔓延速度快。如若发现有较大的可能发生轰燃，此时不应该考虑实施排烟。因火灾到全面发展阶段之后，空气和产生的一些可燃气体混合燃烧，此时若排烟送风有很大危险性。这时控制火势才是火场的主要方面，而此时，送风排烟与作战目标不符。因此，全面发展阶段的火灾不实用。

但是，在与着火区域相近的区域内，要考虑排烟优先使用。在其他火场区域采取排烟送风是可以改善火场环境的，从而提高能见度，对于被困人员的疏散和消防员内攻有积极影响。此时，要考虑的问题是，风机的风是否会影响火源，既控制烟气，又避免火源被空气射流直吹。

6  结语

大型商业综合体逐渐成为经济发展的标志，反映了一部分城市的发展水平，但也随之带来更严峻的消防安全风险。其火灾事故處置过程复杂、涉及面广、参战力量多、跨度时间长、社会关注度高的联合救援行动。由于火场烟气具有较大的危害，分析烟雾流动规律和烟气如何受外部环境因素的影响，选择合理的排烟时机和排烟方法，对于有效提高被困人员的逃生率、加快灭火救援速度、及时排出烟气是非常重要的。

参考文献：

[1]陈旭，邓大鹏，祖利朝.火场烟气和排烟系统对火灾救援的影响[J].河北建筑工程学院学报，2018，36（1）：94-96.

[2]徐升智.大型商业综合体火场移动防排烟战术探究[J].山西建筑，2020，46（7）：179-181.

[3]尤益林.排烟技术在灭火战斗行动中的应用[C]//.2013中国消防协会科学技术年会论文集，2013：338-340.

[4]李海峰.浅析大型地下商场火灾烟气致灾因素和应对措施[J].吉林劳动保护，2011（11）：38-39.

[5]荀迪涛，李思成，王万通.灭火战斗中火场排烟方法探讨[J].消防科学与技术，2014，33（01）：99-102.

Analysis of ventilation countermeasures at the

scene of a fire in a large commercial complex building

Zhou Shuguang

（Yantai Municipal Fire and Rescue Brigade，Shandong  Yantai  264000）

Abstract：With the rapid development of the economy， large commercial complexes have come into being， with functions such as civic entertainment， shopping and dining， and the building itself is characterized by large volume， large area and high density of people. Due to the relatively high fire load， the smoke generated by fire is highly concentrated， hot and toxic， and the smoke is not easily discharged， which makes it difficult for people to escape and rescuers to give help. The article analyzes the fire smoke flow law and fire smoke evacuation timing of modern large commercial complex buildings， and proposes an application reference for effective fire smoke evacuation technology of large commercial complexes.

Keywords：commercial complex; fire smoke evacuation; chimney effect