民用建筑火灾破拆时消防员存在的风险因素分析

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摘要：本文运用CFAST区域火灾模拟软件，对一个典型的普通民用建筑客厅火灾破拆前后火灾变化情况进行模拟，得出着火房间烟气层高度、烟气层及其下方温度、O2浓度以及CO2和CO浓度等随时间变化的火灾参数，运用Origin软件对各参数进行数据处理得出相应的变化曲线，结合曲线分析消防员在民用建筑火灾破拆时存在影响消防员安全的因素，并提出了相应的解决办法。

关键词： CFAST软件；民用建筑；火灾；破拆；风险

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

建筑火灾是消防部队扑救参与扑救次数最多的火灾，其占消防部队火灾扑救次数的90%以上[1]。在建筑火灾中，又尤以普通民用建筑火灾最为常见。消防员在扑救普通民用建筑火灾时，经常会对门、窗进行破拆。在破拆过程中，消防员出现安全事故的情况时有发生，归根结底是由于大部分消防战斗员对普通民用建筑火灾的发展规律及特点不够了解，盲目破拆，强行内攻而导致危及自身安全的事故发生。因此，分析普通民用建筑火灾的发展规律，对普通民用建筑从起火到火灾熄灭整个过程进行分析，掌握在不同时间点消防员破拆对室内火势和烟气的影响是很有必要的。本文利用CFAST区域模拟软件对普通民用建筑火灾过程消防员破拆前后室内温度、烟气层厚度等变化进行分析，探讨在普通民用建筑火灾过程中破拆时存在的影响消防员安全的因素。

1 CFAST软件简介

美国国家标准研究所( NIST ) 建筑研究实验室开发的区域模型软件(CFAST)是其中最成熟的软件之一[2] ,主要用来计算火灾发展过程中整个建筑里的烟气、产生的有毒有害气体以及温度的分布情况。实践证明，它能够很好地预测火灾发展和烟气传播的规律[3]。

2 模拟房间参数设定及模拟结果

2.1 模拟房间参数设定

模拟房间的基本情况以普通家庭的客厅为例，房间的尺寸为长7m,宽5m,高3m。在客厅的前方和后方各有一扇门，其尺寸均为2m×1m。在火灾发生时，前后门均处于关闭状态，到600s时，消防队达到现场后将前门完全破拆，后门继续保持关闭状态。在模拟的客厅内，分别方有沙发两张、电烤火炉、电视机和桌子各一个。火灾的起因是由于电烤炉长时间工作，自身过热起火，进而引燃周围的两个沙发，电视机和桌子由于相距较远没有被引燃，着火客厅的及火源如下图1所示。整个模拟火灾的过程为900s，利用CFAST软件进行模拟计算，得到的数据利用Origin软件进行绘图。

图1 客厅及着火点示意图

2.2 模拟结果

2.2.1 烟气层及下方温度

从图2中可以明显的发现烟气层与烟气层下方的温度变化趋势与大体上相同，烟气层温度整体上要高于其下方空气温度。热烟气层温度在170s时达到最高值，接近400℃。冷空气层受到火焰及热烟气的辐射在230s时达到最高值，约为260℃。同样的，从240s到600s期间，受室内氧气浓度、可燃物数量等因素的限制，火势逐渐减小，温度逐渐降低。当在600s消防员破拆打开房门时，房间进入的空气使得火势重新发展，热烟气层及冷空气层温度都迅速上升，热烟气层温度上升得尤为明显，随后由于可燃物耗尽，两者的温度又开始降低。

图2 热烟气层及其下方温度

图3 着火房间中性面高度

2.2.2 烟气层高度

着火房间中性面高度如图3所示。该图间接反映了房间的热烟气层的厚度随时间的变化。火灾发生后，房间内热烟气层厚度迅速增大，冷空气层厚度迅速减小，在190s左右时，冷空气厚度已经降至0.54m。从200s到600s这段时间里，由于受到室内O2浓度、可燃物数量等因素的限制，火势逐渐减小，热烟气层厚度变化较小。当在600s消防员破拆打开房门时，一部分热烟气排出，房间内热烟气层厚度降低，但此时房间内由于进入了空气，使得火势重新有所发展。使得流出的烟气与室内产生的烟气基本处于动态平衡，烟气层厚度从650s到900s处于相对稳定状态。

2.2.3 氧气浓度变化情况

热烟气层及其下方的O2浓度如图4所示。冷空气层与热烟气层O2浓度变化趋势与大体上相同，但热烟气层中的O2浓度在150s到650s之间要比冷空气层O2浓度低得多。

图4 热烟气层及其下方O2浓度

2.2.4 有毒有害气体浓度变化情况

普通民用建筑火灾过程中会释放出多种有毒有害气体，如：CO2,CO,HCL,HCN等等。这里主要研究CO2和CO浓度变化对消防员破拆的影响。图5和图6分别是热烟气层及其下方CO2和一氧化碳浓度变化曲线。两种有毒有害气体的变化趋势相同：从火灾发生到前300s，两种气体浓度逐渐增大，300s到600s之间气体浓度处于稳定状态。在600s门破拆开后两种气体浓度逐渐降低。在整个过程中，烟气层中CO2和CO的浓度始终要远远高于冷空气层中的CO2和CO的浓度。

图5 热烟气层及其下方CO2浓度

图6 热烟气层及其下方CO浓度

3 消防员在破拆时存在风险及解决对策

3.1消防员在破拆时存在风险因素分析

3.1.1热烟气高度及温度

从图2中可以得知消防员在600s破拆房门将门打开时，此时的热烟气层厚度已经达到了2.7m，热烟气层温度虽然较火灾全面燃烧时有大幅度下降，但热烟气层温度仍然接近100℃。我们知道，人体对高温的忍耐是有限的，人在环境温度达到65℃时可以短时间忍受，在环境温度达到120℃时，短时间内产生不可恢复的损伤。这时如果着普通战斗服的消防员打开房门，而又没有做好严格的防护措施，将会对的部位造成灼伤。

房门打开以后，虽然从图2中可以得知房门破拆后，由于热烟气的部分流出，使得着火房间的热烟气层厚度有所下降，但冷空气层厚度始终维持在1m左右。随着大量新鲜空气的流入，原本由于受O2浓度的限制火灾在得到充足的O2以后又开始重新燃烧起来，并在50s以内，热烟气层温度又将达到300s度以上，冷空气层温度也将上升到170℃。此时如果消防员在没有安全防护和水枪的掩护下进入房间内进行人员搜救，将会对自身安全产生极大的威胁。

3.1.2 O2及其他有毒气体浓度

相关数据显示：空气中O2含量只有15%时人的活动能力下降，10%时呼吸困难智力混乱，6%时短时间即可内致人死亡。从图3中可以了解到在消防员破拆门时，房间热烟气层中的O2浓度仅有4%，而CO2和CO的浓度则分别达到了10.7%和2800ppm。再加上高温和其他有毒气体的共同作用，若消防员进入着火房间时没有做好呼吸防护，将面临缺氧、窒息的威胁。

3.2 解决对策

消防员在民用建筑火灾破拆时为降低高温热烟气和缺氧、有毒有害气体等的威胁，应该重点做好安全防护和采取正确的开门方法及射水姿势。

3.2.1 做好安全防护

扑救此类火灾消防员必须佩戴好空气呼吸器，以防止呼吸道受到高温热烟气的灼伤和有毒有害气体的威胁。在破拆之前做好火情的侦查，选择相应等级的防护等级。室内温度较高，且需要内攻侦查或救人时消防员应该做好全身的防护，着普通的灭火战斗服时，若要进行内攻必须要在水枪的掩护下进行。

3.2.2 采取正确的开门方法及射水姿势

在破拆着火房间的门以后不要将门完全打开，而应该先开一条缝隙，用消防水枪迅速对着火房间由天花板到地面进行扫射，这样既可以降低着火房间内热烟气的温度，还可以减少吊顶坠落对消防员的威胁。此外，在射水时，消防员应该采用跪姿或卧姿，尽量降低自身高度，以减少高温热烟气以有毒有害气体的威胁。

4 结论

本文利用CFAST软件得到了普通民用建筑火灾中消防员破拆前后着火房间各项参数的变化数据，运用Origin软件对各参数进行数据处理得出相应的变化曲线，并结合曲线对消防员破拆前后可能受到的安全威胁进行了详细分析，得出了在普通民用建筑火灾中消防员进行破拆灭火时消防员应该采用全身防护、佩戴正压式空气呼吸器以及采取跪姿或卧姿射水的结论。

参考文献：

[1] 李建华.灭火战术[M].群众出版社,2004:209.

[2] Richard D Peacock,Peneke.A user’s guide for CFAST:An engineering tools for estimating fire growth and smoke transport[R].Special Publication 924,2000 Edition. BRFL,NIST,Gaithersburg,MD 20899,March2000.

[3] 苏德权,王全福等.民用建筑火灾CFAST模拟及分析[J].价值工程，2011(16):299-300.