消防灭火理论:高层建筑火灾灭火救援方法

时间:2021-08-23 15:37:57

随着经济社会的快速发展,高层建筑大量涌现,这些建筑一般体量庞大、功能复杂、人员密集、危险源多,给火灾防控和灭火救援带来巨大压力与挑战。近年来,世界各地相继发生多起高层建筑火灾,造成大量的人员伤亡和财产损失。如何做到高层建筑发生火灾时,最大限度的避免或减少人员伤亡和财产损失,是我们无法回避和需要研究的重大现实课题。

据统计,我国现有高层建筑 61.9 万幢,超过 200m 的高层建筑数量达 1010 座,远超于全球其他国家,世界排名第一。由于高层建筑结构形式和火灾蔓延规律特点,导致灭火救援难度极大,如不能在初期阶段有效控制火势,将很可能造成重大生命财产损失。统计显示,近 10 年以来,全国共发生高层建筑火灾 3 万余起,死亡 500 余人,直接财产损失超过 15亿元。仅 2017 年,我国共发生高层建筑火灾 5000 余起,导致直接财产损失 8000 余万元。对此,坚持从源头出发,深入研究分析高层建筑火灾处置难点,评估消防救援队伍作战能力,采取行之有效的扑救对策,对成功处置高层建筑火灾事故有着重大现实意义。

高层建筑火灾扑救处置难点分析

体能消耗大

扑救高层建筑火灾对消防员体能要求极高,主要体现在两个方面:一是负重爬楼体力消耗大,由于火灾情况下电梯使用受限,测试数据显示,消防员佩戴空气呼吸器(28MPA)、携两盘水带攀登至 20 层,平均用时 4 分钟,心律达到 140 次/ 分钟以上,严重影响后续灭火救援战斗。二是高温烟气环境阻挠灭火进程,高层建筑内作业面狭小,诸多障碍物影响人员拖拽水带等行动,考验内攻人员力量和耐力,也导致体力消耗极快。

高层供水难

火场供水问题主要表现在以下 3 个方面:一是固定消防设施完好率和可靠性难以保障,从消防固定供水系统调研摸底情况看,消防设施完好率在 70% 左右,同时受施工技术、材料选用及日常维保管理等因素影响,供水系统运行中发生故障、甚至难以启用概率更高,导致灭火救援中无法放心使用,必须考虑铺设移动供水线路。二是移动供水线路建立难,当前绝大多数超高层建筑、商用高层建筑均外覆玻璃幕墙,高层建筑公共走道开窗数量少,底部设有裙房等,导致建筑外部缺少水带铺设面,而内部沿楼梯缝隙或楼梯蜿蜒铺设水带,不仅受楼梯形式限制较多,而且需耗费大量人力,难以快速展开。三是移动供水能力有限,受当前科技水平限制,消防车泵供水高度有限(理论最高 300m,实际由于水带铺设等限制难以实战中实现)。

通风排烟难

一是高层建筑尤其是玻璃幕墙类且较为封闭的高层建筑缺少窗户等自然排烟口,容易造成烟雾积聚不散。二是高层建筑内通道狭窄,迂回弯折路线较多,缺乏畅通的烟热排散渠道。三是烟囱效应明显,高层建筑中庭、疏散楼梯间、电缆井及电梯井在贯通情况下均是烟气快速垂直蔓延的通道,烟气在垂直方向蔓延速度可达 2 至 4m/s,短时间内将导致多个楼层充烟。四是高空特殊环境导致人工排烟困难,建筑高导致无法从外部开辟排烟口,高空风力、风向影响可能造成自然排烟与机械排烟设计冲突,无法有效防烟排烟。

人员疏散难

一是人员高度集中,例如:9.11 事件中倒塌前的美国纽约世界贸易中心建筑面积达 84 万 m2,能同时容纳 5 万余人办公,而且每天接待商务人员和游客约 15 万人次;我国上海金茂大厦单体建筑面积达 29 万 m2,能同时容纳 2 万余人。一旦成灾,人员通过数量有限的楼梯疏散至地面需要很长时间,如发生人群恐慌,极易导致发生踩踏事件。二是火灾产生的高温、烟气导致能见度急剧降低,易造成人员心理恐慌,发生跳楼等事故,需要救援人员逐层确认人员疏散情况,消耗大量人力和时间。三是人员疏散与灭火行动极易形成对冲,对灭火和疏散行动造成很大阻碍。

火灾扑救难

近年来发生的央视大楼、上海教师公寓、伦敦邦斯菲尔德公寓等高层火灾表明:高层建筑一旦发生立体燃烧,将无法得到有效扑救。一是火势发展快。从案例分析看,上述火灾在消防人员到场时均已形成建筑多楼层、多立面内外整体燃烧,且火势发展迅速,无法第一时间有效控火。二是过火范围广。以上海教师公寓火灾为例,过火房间数量达一百多个,此类规模火灾只能逐步推进,逐个扑灭,难度之大可想而知。三是燃烧猛烈。高层形成立体火灾后,先前为疏散、灭火设计的防火、排烟和供水系统均已失效,楼层整体燃烧导致灭火人员无立足之地,扑救难度和风险加大。四是外部缺乏举高车停靠场地。高层建筑周边遍布绿化带树木、电网电缆以及停车场等设施,导致举高消防车难以停靠出水,大多情况下只能消防员逐层登高灭火救援。

灭火保障难

一是通信保障难,高层建筑体量庞大,区域结构封闭性强,在核心筒、地下区域往往存在通讯盲区,火场环境嘈杂,内外部联络容易出现通讯不畅,命令难以贯彻执行。二是高层建筑火灾扑救器材保障难度大,在消防电梯无法运行情况下,往往只能依靠人工徒手攀登楼梯将空气呼吸器气瓶、水带等器材运送至灭火前沿阵地,耗费大量人力和时间,且保障效率不高。

高层建筑火灾扑救作战能力评估

高层建筑火灾扑救经验相对缺乏

一是高层建筑实战锻炼少,2013 年至 2016 年年均火灾起数 36 万余起,高层建筑火灾仅占其中的 2.71%,从调查数据看,各省消防救援队伍平均每年扑救高层建筑火灾 361起,大部分消防中队则未经历过一定规模高层火灾历练,一旦遭遇特殊的高层火灾,难免顾此失彼。二是消防指战员经验累积慢,一方面实战经历少,另一方面人员流动较快。基层中队具备处置一定规模高层建筑火灾经验的指战员比例不足 40%,指战员经验缺乏很大程度上制约了队伍实战能力,尤其是较大规模的高层建筑火灾,往往造成指战员心理慌乱和决策失误。

高层火灾扑救专业建设有待加强

一是高层火灾扑救规程操作性不强。目前,全国制定了高层建筑灭火救援指导性规范,但由于高层建筑类型多、情况复杂,通用型操作规程虽然适用面广、但操作性不强,难以适应各类高层火灾扑救需要。据了解掌握,全国各地编制高层建筑扑救规程比例仅 76.2%,而细化制定高层火灾扑救规程比例仅 23.8%。二是高层火灾调度编成尚未形成体系,从统计数据看,自部局规范火警等级划分后,各地编制调度方案中细化高层火灾类型调度编成比例几乎为零,单一高层调度方案必然与建筑样式丰富、火灾形式多样的高层火灾难以匹配。三是队伍专业建设进展不快。执勤中队中高层专业队数量比例相对较低,且受制于队伍编制,高层专业队平均人数相对不足,无法满足高难度高层建筑火灾扑救需要。

专业装备研发配备针对性不强

一是举高消防车车型不适应城市环境需要。目前,举高消防车举升高度从 22m 至 101m 不等,举高消防车长度普遍在 12m 以上,作业面占宽 7~8m,从当前城市建设情况看,高层建筑周边缺乏举高车作业场地或作战场地被占用的矛盾较为突出,导致举高消防车难以施展,而小型举高消防车的研制、生产没有跟上形势变化。从实战应用看,当前举高车应用最多的是 50m 以下的举高消防车。据统计,在已经发生的 7707 起使用举高车火灾案例中,50m 以下举高车使用比例达 87.71%。二是适应高层处置的专用装备研发进展缓慢。高层建筑楼梯、走道狭小,重型装备通过楼梯难以前运,部分需要电力保障的装备在楼层内缺乏电源保障,譬如常规救生担架在楼梯内难以搬运、电动排烟机没有电源等等,针对这些问题,需要研究适应高层建筑特点和作战需要的轻质、便携和自带动力源的装备。三是固定消防设施发展创新力度不足。从当前高层火灾扑救需要看,对于外立面火灾,超高层建筑高位火灾扑救等聚焦难点问题,还未针对性设置灭火、疏散等固定消防设施予以应对。

高层火灾扑救训练缺乏系统性

一是高层火灾训练科目不成体系。各地针对高层建筑制定了大量训练科目,但尚未建立涵盖体能、技能,贯通高层火灾扑救环节的训练体系,不利于持续提升高层灭火救援能力。二是高层火灾扑救实战演练实效性差。一方面,高层火灾实战演练场地寻找困难,出水演练场地多为在建建筑,与建成高层建筑存在明显差异,如固定消防设施缺乏、建筑相对开放、各类设施设备缺位等。另一方面,真实高层火灾场景复杂难以模拟,导致日常演练与实际灾情存在脱节现象。三是登高训练开展不够经常。据统计,部分单位每年平均组织高层实战演练为 3 次,中队级单位每年组织登高训练约为30 次,日常登高训练高度集中于 20 至 30m 区间,各单位组织高层实战演练、登高训练频度和强度仍显不足,部分指战员在常规强度的实战负重作战中短时间内基本丧失战斗力。

四是缺乏针对固定消防设施的专项训练。高层建筑火灾扑救应坚持“以固为主、固移结合”方针,但限于目前训练硬件条件,对于固定消防设置系统训练非常缺乏,实战中尚无法做到有效运用固定消防设施控制烟火、疏散人员。

高层建筑火灾扑救对策

围绕高层建筑类型深化调研熟悉演练

应针对高层建筑类型多、形式新等特点,组织消防人员按照典型高层建筑类型逐一开展调研熟悉。调研内容主要围绕灭火救援重点,将建筑分层分区、布局特点、进攻路线涉及的出入口及通道、固定消防设施以及移动供水线路建立的方法作为重中之重。调研方式要严格落实“八个一”要求,即:水源停靠一次、水带施放一次、门窗开启一次、疏散通道走一次、固定消防设施启动一次、周围情况查看一次、电台信号测试一次、预案核对研讨一次,通过调研做到心中有底、临战不慌。调研机制上要深化熟悉调研防消联勤工作,防火、战训人员捆绑作业,做到优势互补、信息互通,持续提升熟悉调研工作效能。

强化初战制胜提升初期火灾扑救成效

扑救高层建筑火灾成败关键在于初期。初期灭火救援重点在于“救人和控火”,要牢固树立“救人第一”的意识,将人员救助摆在战术运用、排兵布阵等首要位置,以提升救人成效;要综合运用固定灭火系统、移动供水线路以及烟火蔓延控制等手段控制消灭火灾或阻断火势恶化。但无论初战救人抑或控火,关键在于固定消防设施作用有效发挥、被困人员疏散的合理引导以及出水水枪的快速到位。

突出实用高效研发配置高层专用装备

要基于城市区域道路、对象评估结果,合理配置举高类车辆,研发配置与国家道路、建筑标准配套的小型举高车辆,并加强小型举高车辆灭火、抢险功能集成,将其作为主战车辆列入消防站建设标准予以固化配置。同时,要紧密结合高层建筑走道、楼道以及室内空间布局特点,加大高层适应性装备革新研发,重点要减轻消防员实战负荷、改良消防水带便于携带铺设、研发短臂距的救生担架以及适应楼梯行进的机动装备研发工作等,从而提高灭火救援能力。要着眼科技发的前沿技术,加大对直升机、无人机以及机器人在高层建筑火灾扑救中的移植应用,靠前抢占未来高科技灭火救援阵地。

立足实战需要加强高层灭火专项训练

要加强登高体能科学训练,依托体育院校和科研单位,组织开展消防员登高体能测试,按照科学规律制定登高训练内容、标准和计划,经常性开展登高项目平地训练定期深入辖区高层建筑开展实地登高测试训练,着力夯实队伍高层建筑灭火救援体能储备。要开展高温高热环境下体能测试,评估内攻小组、装备输送人员客观体能消耗数据,以经验公式的方式确立内攻小组常规轮换频率,有助于科学安排进攻部署,同时在无其他装备运输途径情况下,为多层接力运输方式下的楼层、人员设置提供客观参照。

坚持内外协同理顺高层灭火救援指挥体系

加强火场指挥作战体系建设目的是适应高层建筑火灾处置需要,科学设置组织指挥机构、规范指挥作战程序、提高指挥作战专业化水平。建议高层建筑灭火救援指挥作战体系应明确“三个层次、一条主线”,即在指挥部的建设上要实行总指挥部、前沿指挥部、一线战斗实体的三级指挥层次,总指挥部指挥长由地方领导担任,前沿指挥部指挥长由实际负责前线灭火指挥的最高指挥长担任,避免影响灭火救援指挥效能,要对指挥职能进行拆分,按照战斗前沿、装备输送、供水保障等划分指挥段,畅通通讯渠道,确保灭火救援一条“主线”。