火灾扑救中大跨度厂房烟气控制技术研究

侯旭

摘要：大跨度厂房火灾是当前常见的一种建筑火灾类型，火场烟气是造成扑救难度大和人员伤亡的主要原因，充分研究火灾扑救中大跨度厂房烟气控制技术能够极大程度提高火灾扑救效率，减少火灾造成的人员伤亡和财产损失，避免因控烟不力造成火灾扑救被动。

关键词：大跨度厂房；烟气控制；消防安全；火灾扑救

中图分类号：TU998.1      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）01-0030-04

火场烟气是伴随火灾发生过程产生的，火场浓烟具有毒害、高温、蓄热、遮蔽、附着等特点，其产生对火灾扑救和火场人员逃生均会带来不利影响。在大跨度厂房火灾扑救中正确观察火场烟气状态，做好烟气控制措施能减少火灾损失，给火灾扑救带来积极意义。

1 大跨度厂房与火场烟气概述

1.1  大跨度厂房

大跨度结构的工业建筑一般有交通工具生产装配车间、大型设备检修车间、流水线生产厂房、大型仓库等，采用混凝土、钢材、轻质建材等建筑材料构筑，建筑方式分为拱券、穹窿結构，桁架、网架结构，壳体结构，悬索结构，或者多重结构组合。建材类型采用标准结构、排架结构、框架结构、砖混结构、钢铁结构，大空间主要采用坚固支柱和轻质顶板相结合的形式，梁、柱、楼板多为钢制和混凝土建材。

大跨度厂房具有受力均匀、结构稳固、建筑面积大、进深空间大、采光能力强、空间利用率高等特点，建筑整体刚性高、强度大、稳固性好，抗震抗冲击能力强，且建造速度快、建造成本低，减少了建造工时，提高了使用质量，兼具实用性和观赏性，也在节能减排方面具有积极意义，成为当前工业生产企业厂房、仓库类建筑主要发展的结构类型。但是大跨度结构遇到火灾高温烘烤易产生形变，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化。而建筑混凝土保护层受热温度超过900℃时，强度几乎丧失。大跨度厂房坍塌易造成人员埋压伤亡以及内部开展救援的消防人员伤亡。

1.2  火场烟气

火场烟气是指火灾现场可燃物质发生燃烧、热量传递，致使可燃物质性状发生变化，本身分解释放的大量气态、液态、固态颗粒物与空气的混合物。日常民用建筑火灾现场，火场烟气主要是因家具家电和办公设备等居民生活生产用品热解或燃烧产生，而在工业建筑中，因生产设备、生产工艺以及生产物资不同，导致产生的火场烟气成分也不尽相同。通常，火场烟气在水平方向的流动扩散速度较小，在火灾初期为0.1～0.3m/s，在火灾中期为0.5～0.8m/s；火场烟气在垂直方向的流动扩散速度较大，在火灾初期为1～5m/s，在火灾中期和形成烟囱效应的建筑内部为6～8m/s，甚至更大[1]。

2 大跨度厂房火场烟气造成的危害与影响

对过往的大跨度厂房亡人火灾进行分析可知，火场烟气是造成人员逃生困难导致伤亡的主要原因[2]，研究火场烟气带来的危害有助于确定合理的控烟措施，及时有效减少和消除火场烟气，为人员疏散和火灾扑救带来帮助。

2.1  对火灾现场人员造成的危害

火场烟气对火灾现场人员造成的危害有：①大量的烟雾迅速产生易造成人员出现恐惧心理，导致惊慌失措，对原有的疏散路线失去了正常判断思维，无法判明当前处境，延误逃生时间。②烟气会降低人体所需氧浓度，当空气中含氧量降低到15％时，人的肌肉活动能力下降；降到10％～14％时，人员会出现四肢无力，智力混乱，辨不清方向症状；降到6％～10％时，人员会发生晕倒情况，甚至造成大脑缺氧的不可逆损伤；低于6％时，人员短时间就会死亡。实际火场中氧的最低浓度仅有3％左右[3]。③火灾中产生的烟气含有大量有毒成分，火场中一氧化碳浓度达到1％时，人会在1～2min内死亡；二氧化碳的浓度达到20％时，人在短时间内死亡；氯化氰的浓度达到2‰以上时，人在短时间内死亡；氢氰酸的浓度达到0.027%时，人立即死亡[3]。同时，烟气粉尘颗粒进入呼吸系统会附着在气管或者肺部，产生缺氧、尘害等危害，导致人员呼吸不畅、行动困难，大幅度降低人员逃生概率。④高温侵害。火场烟气在流动过程中裹挟着大量热量，高温烟气一旦进入人体口腔鼻腔，将会破坏器官黏膜，吸入温度达到65～149℃时，会造成身体内部组织坏死，肺部停止扩张，人员极易死亡。⑤影响视线。火灾现场内部浓烟造成人员无法辨别方向，无法有效逃生，同时，加重了人员的恐惧心理，在焦急的心态作用下，人员大口呼吸氧气会导致烟气进入身体，很快失去知觉直至死亡。

2.2  对消防人员灭火救援造成的影响

灭火战斗到场展开基本是在火灾发生的初期阶段至发展阶段，此时火场烟气浓度高，对消防人员灭火救援造成的影响有：①造成心理压迫。对于灭火战斗经验不足，进入消防救援队伍时间较短的消防员会造成心理恐慌，动摇灭火行动意志。②影响火情研判。进入火场搜救、内攻的人员，被高温浓烟包围，无法正常观察现场情况。③加重火场险情。烟气是微小的颗粒粉尘物，会包裹住火场热量，导致无法有效散热，烟气扩散带动火势发展，如果不能有效排烟，将会造成火灾的扩大。在紧密不通风的火灾现场，因燃烧气体不充分，高温浓烟无法及时排除，在室内顶棚下方积聚到一定程度会形成爆燃，乃至发生轰燃现象。④增加搜救难度。天花板、吊顶等装饰材料和生产设备、物资跌落火场会阻碍消防员行进路线，极易导致消防员体能快速消耗，空气呼吸器供气量会伴随着大量呼吸快速降低，导致消防员工作时间缩短。同时，浓烟环境会造成消防员无法准确判断方位，增加搜索被困人员的难度，甚至造成消防员无法找到原有出入口，导致消防员深陷火场。

2.3  易引发较大社会舆情，影响火灾扑救

大跨度厂房一般为大型生产企业使用的建筑类型，在当地具有较高“知名度”，并且大跨度厂房发生火灾将会产生大量浓烟，引发群众和媒体的广泛关注。部分不明真相的群众缺乏安全意识，聚集在火场周边观看灭火过程，对火情控制、人员疏散、车辆行驶、消防车辆补水等工作产生消极影响，同时，舆情扩散，会使得火灾引发社会广泛关注，给指挥员的指挥决策造成思想压力。

3 大跨度厂房存在的消防问题

作为生产企业应当将安全生产放在各项工作首位，消防安全应是日常管理的重中之重，当前，部分企业高度重视生产经营活动，却忽视了消防工作的重要性，對消防设施维护保养、人员消防安全培训、消防灭火救援演练等工作较为忽视，无法达到规定要求，火灾发生后现场缺乏有序组织，极易在混乱的环境中造成人员伤亡与较大经济损失。

3.1  火灾荷载大

厂房按照生产类型分为机械加工制造、轻纺电子加工、食品化工、物流仓库、静电厂房、防尘厂房、高配电厂房、科研厂房、特种厂房等多种类别。大跨度厂房空间巨大，但是“寸土寸金”，部分企业为提高空间利用率，提升生产速度，将消防安全抛之脑后。例如，违规堆放生产物资，擅自将甲、乙、丙类性质不同的货物不满足间距要求或超量混杂放置，原料、半成品、成品物资没有分类存放，导致厂房火灾荷载增大，火灾发生极易快速蔓延，呈现出烟气毒性大、火灾强度大、持续时间长等特点。

3.2  部分企业擅自变更厂房使用功能

部分企业将原有丁、戊类火灾危险性厂房改为甲、乙、丙类物品生产厂房，原有耐火等级、防火间距、消防设施、通风排烟设备无法与现有功能相匹配，火灾发生后极易快速传播，甚至波及周边建筑物。部分企业违反消防法律法规擅自变更原有建筑使用功能，破坏原有防火分隔、防烟分隔以及部分消防设施，致使原有消防设施无法发挥应有作用，一旦突发火情，易造成火灾快速蔓延。部分企业违规使用可燃装饰材料，部分厂房通过消防验收后，擅自加装易燃可燃装修装饰材料，火灾情况下烟雾大、燃烧快，加速了火势发展。

3.3  消防安全管理能力有待提升

部分企业的消防安全负责人、消防安全责任人消防安全意识薄弱，消防安全管理能力不足，导致厂房长期存在消防安全隐患，表现在：①擅自锁闭安全出口、占用疏散通道、堵占消防车道、破坏消防救援窗口功能，造成人员疏散路线不畅，延误消防救援工作时间。②私接乱拉电气线路，电气线路采取明敷或未穿管保护，部分电气线路老化未及时更换，部分单位违规使用大功率用电设备，成为电气火灾发生的主要隐患。③消防设施管理能力弱，部分消防设施存在故障、屏蔽、损坏，消防维保工作不能有效解决存在的问题，系统长期“带病工作”。

4 大跨度厂房的防排烟方案

一般情况下，疏散路线为：房间→走廊→楼梯间前室→楼梯间（避难走道）→室外。烟气流动路线为：房间→走廊→楼梯间前室→楼梯间（避难走道）→上部楼层→室外。防止烟气侵入走廊、楼梯间前室、楼梯间（避难走道）是防止烟气侵害被困人员的主要任务，也是建筑防排烟工程的主要目的。大跨度厂房的防排烟方案如下：

4.1  “多措施”提高建筑防烟能力

首先，要采取不燃材料防烟。建筑内部建筑材料、家具家电、装修材料使用不燃、难燃材料，但对于工业厂房来说，因不同的生产物资性质，较难实现完全不燃。其次，要采取密闭防烟。确保着火房间能够有效封闭，耐火性和密闭性要高，以降低空气流动，达到窒息灭火的效果。再次，要采取阻碍防烟。在烟气流动路线上设置阻碍措施，例如：挡烟垂壁、防火（烟）分隔设施、管道井封堵、防火阀、防烟阀等。最后，要采取机械防烟。进行部分密闭区域的加压送风，形成正压环境，阻挡烟气侵入。

4.2  “双渠道”提升火场排烟能力

减少火灾现场烟气的方式可分为自然排烟和机械排烟。自然排烟是利用烟气本身的热浮力、外部自然风力作用，形成空气流动，释放火场烟气，主要是通过冷空气的进入口和热烟气的排出口释放烟气，水平通道可以使用建筑外窗和破拆建筑形成缺口排出，竖向通道的可以通过排烟竖井形成“烟囱效应”排出烟气，国外常称之为烟塔排烟方式。自然排烟具有结构简单、经济实惠、运行简单的优点，缺点也是显而易见的，排烟效果不稳定、对建筑结构有一定的制约、排烟通道有可能成为火灾蔓延的途径。机械排烟是利用排烟机将着火区域产生的烟气通过排烟口排至室外。在火灾初期阶段，通过降低着火区域烟气压力，形成负压，防止烟气向其他区域扩散。机械排烟具有不受外界客观条件制约、保证排烟量稳定、快速启动停止等优点，但是也存在火灾猛烈燃烧阶段排烟效果降低、设备耐火耐高温能力不足、投资维护成本高、易老化等缺点。

5 大跨度厂房火灾扑救现场控烟措施

研究火场烟气的目的是为火灾扑救工作提供辅助，明确烟气的特性和危害，能够降低烟气对消防人员的干扰，控制火势持续发展，提升工作效率。

5.1  排烟行动开展前的准备工作

灭火战斗展开前，应做好火场态势观察，询问知情人，做好“七掌握”：①清点厂区撤离工人名单，确认是否存在有人员被困情况。②掌握起火物质、起火部位和火灾发生时长，应考虑火场是否存在爆炸可能性，燃烧物质是否具有毒害性。③占领消防控制室，查看防排烟系统启动情况。④测试气象条件，确认是否适合开展自然排烟。⑤观察建筑情况，避开救援窗口和消防救援场地，选取合理方向和位置开展火场排烟。⑥与后续灭火力量联络，做好灭火力量调度和防护准备。⑦掌握火场周边水文、建筑、居民情况，确认排放烟气是否会影响周边人员健康，高温烟气控制不当是否会引燃周边建筑。

5.2  按照烟气扩散途径开展有效排烟

有效排烟方式有：①人工排烟。消防人员利用移动式排烟机、排烟消防车、消防水枪（炮）等方式排烟，排烟机和排烟消防车要置于正确风向。采用消防水枪排烟，要调整好射流角度，控制在65°左右，采取开花水和喷雾水的方式，保持0.75～0.8MPa的喷射压力，实现最佳喷雾稀释效果。采用高倍数泡沫，要考虑大跨度厂房起火部位是否处于较小的封闭空间，利用高倍数泡沫“挤占”烟气空间，达到吸收控烟的目的。以上方式使用过程中要备足直流水枪，防止突发险情和火势扩大。②机械排烟。在大跨度厂房火灾初期阶段，启动防排烟设备，保证疏散通道、楼梯间前室、楼梯间、电梯间形成正压，开启排烟风机，降低室内烟气浓度，为人员逃生提供条件。③自然排烟。灭火行动过程中要注意气象条件，自然排烟应避免超过6级风力，防止因排烟造成的火势蔓延。以上排烟方式可以相互结合使用，尽快实现火场烟气排放，为搜救人员和快速灭火、防止灾情扩大奠定基础。

5.3  按照烟气流动方向打开排烟通道

具体来讲：①开展水平排烟。临近火灾现场，判断火场风向，大致确定起火部位，在起火区域的建筑下风口开启进风口，迎风面的窗口位置要低于烟气下沿，排烟面的窗口位置要高于烟气上沿或趋近于烟气中上部。打开排烟窗口的过程中要做好个人防护，消防人员要严格执行作战纪律，佩戴好防护护具，佩戴空气呼吸器，在窗口的侧上方侧身打开排烟窗口，防止出现“回火”现象，造成火焰和烟气急速喷出伤害消防员人身安全。②垂直排烟。通常可以理解为在建筑屋面或者较高位置进行破拆，利用火场烟气自身高温和流动特点迫使烟气流出，迎风面的排烟口要置于建筑底部或起火部位水平位置，排烟面的排烟口要易于破拆且具有一定的承载能力，防止破拆过程中人员跌落伤亡。③综合排烟。将水平排烟和垂直排烟战术相结合，提高排烟效果，排烟口的面积应为送风口的2倍以上，以达到最佳的排烟效果。应当注意的是，排烟工作开展前要研判（下转第42页）（上接第32页）建筑烧损程度，确认是否满足内攻灭火条件，多点位设立观察哨，随时注意火場形势变化，排烟通道一旦打开，消防人员应立即内攻灭火，短时间成功灭火，防止“火借风势”造成蔓延扩大。

5.4  排烟后续灭火工作要及时跟上

火场烟气会制约灭火行动开展，灭火行动及时开展能够减少火场浓烟释放，因此，排烟行动和灭火行动要有机结合。排烟工作开展后要随时测量烟气浓度，观测起火部位火光明暗，检测厂房受损情况，考虑是否会发生坍塌、倾倒等危及消防救援人员安全的情况。一旦时机成熟，选择最佳灭火时间，果断决策、快速用兵，要集中灭火力量攻坚，防护力量梯次进攻，降低进入厂房人员遭受浓烟、高温带来的伤害。排烟过程中，如果内攻近战无法实现，要主动咨询听取建筑工程、防化工程专家意见，对未过火建筑进行阻断分隔，从外围控制火势。同时要明确紧急撤离信号，做好内攻人员防护检查和登记，多角度实时监测建筑形变情况。

大跨度厂房火灾扑救参战力量多，火场存在一定的爆炸危险和毒害风险，扑救此类火灾要求指挥员保持清醒头脑，理性分析火场情况，形成排烟控烟和扑灭明火“双主线”思维，为尽快消除火灾危害积极行动，加强力量调集、有序组织指挥、强化后勤保障，用高超的指挥“艺术”战胜“火魔”。

参考文献：

[1]李永康，马国祝.消防安全技术实务[M].北京：机械工业出版社，2018.

[2]陈黎，梁祖飞.浅谈建筑防排烟设施常见问题及管理对策[J].新型工业化，2021（2）：242-243.

[3]中国消防协会.建（构）筑物消防员职业技能鉴定考试指导手册（基础知识、初级技能）[M].北京：中国科学技术出版社，2013.