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钢结构建筑火灾扑救措施探析

2021-02-22 11:34 来源:建筑结构论文 人参与在线咨询

摘要:大跨度的钢结构建筑应用广泛,但发生火灾时,火势蔓延迅速、建筑易坍塌、烟热易聚集,扑救难度大,易造成消防指战员伤亡。本文针对钢结构建筑火灾的特点,提出了钢结构建筑火灾的有效扑救措施和策略,为消防指战员应对此类火灾总结了安全行动要点。

关键词:钢结构建筑;火灾特点;扑救措施;安全行动

钢材由于其低自重、高强度、低成本、可回收等特性备受建筑界青睐,加之钢结构建筑造型优美、可提供较大的空间、建设速度远高于常规水泥建筑、抗震性能和力学性能好等特点,可以满足由于人口膨胀和社会转型而带来的对大空间、大跨度、高层间的建筑需求。目前钢结构建筑在工业及民用建筑中应用十分广泛,正在成为主流建筑工艺。各类工厂厂房、展览馆、体育场、大型商场、影剧院、仓储和物流用建筑、批发市场等需要较大空间的建筑往往采用钢结构,如钢铁厂厂房、中国国家体育场(鸟巢)、青岛世园会植物馆等。部分学校建筑也采用了钢结构,如同济大学土木工程学院的建筑就采用了纯钢结构。此外,钢结构住宅的开发也成为当前建筑行业发展的热点[1]。尽管钢结构建筑有诸多优势,应用也越来越广泛,但是它的防火性能较差,一旦发生火灾,救援难度较大,若扑救措施不到位,极易造成严重的经济财产损失,威胁人民群众和救援人员的生命健康安全。2003年山东省即墨市某食品加工厂火灾造成21人死亡,8人受伤,直接经济损失近3745万余元;2008年,广东省深圳市某塑胶厂火灾,造成3人死亡[2];2013年浙江省杭州市萧山区萧山友成机工有限公司火灾造成萧山市北中队3名消防救援人员牺牲;2013年北京市石景山区喜隆多购物中心火灾造成2名消防指挥员牺牲。做好预防措施,如加强钢结构的防火设计以提升建筑防火等级[3]、强化防火安全检查常态化、加强火灾安全教育、培养公众防火安全意识,从源头上降低火灾发生的概率和火灾的规模,防患于未然是最好的救灾方式。然而火灾一旦发生,如果扑救措施及时、得当,可以最大限度地保护人民群众和救援人员自身的安全,减少财产损失和建筑灾后恢复难度。研究钢结构火灾的特点,重视对钢结构火灾灭火经验的总结,有利于更迅速地扑灭火灾,减少人员伤亡和经济损失。笔者针对钢结构火灾区别于常规水泥建筑火灾的特点,结合对多场钢结构火灾扑救过程的总结,提出了钢结构火灾扑灭措施和尽可能减少消防救援人员伤亡的安全行动要点。

一、钢结构建筑火灾特点分析

钢结构建筑与其他类型的建筑特点不同,火灾发生时的火势、蔓延速度等特点也不同。通过对多场典型的钢结构火灾的统计分析和研究,笔者总结出钢结构火灾具有以下特点:

(一)火势蔓延迅速。钢结构建筑的跨度一般在60米以上,层间高,一般高度均大于7米,缺少实体的分隔,空间中氧气含量和可燃物充足,火势蔓延条件充分,极容易快速形成较大面积的火灾[4],比如,2016年四川邻水县劲德兴汽车配件有限公司厂房火灾过火面积达到了13500平方米。火势的迅速蔓延加大了灭火救援难度。

(二)人员密集、易燃易爆物品多。钢结构建筑空间大、层间高,为容纳人口、承载物品提供了广阔的空间。体育场、展览馆等钢结构建筑,往往可聚集数千甚至上万人,鸟巢内设置的固定座位和临时座位合计91000个,可容纳近十万人;仓储、物流等用途的建筑、各类工厂厂房内则堆积了大量的易燃易爆物品,例如工厂中都储存有大量各类生产机器需要使用的机油、液压油、润滑油等。

(三)建筑易坍塌,内攻难度大。钢结构建筑较为复杂,发生火灾时建筑易坍塌。虽然钢结构建筑本身并不会燃烧,但是其对温度较为敏感,随着温度的升高,钢结构的弹性模量、抗压强度和屈服强度等明显降低。当温度达到700℃时,钢结构的强度将损失90%以上,几乎失去承载能力。而火灾发生时的温度通常在700℃以上,工厂车间的各类轧机、传动等设备所需的辅助系统的耐磨液压油等,燃烧温度可达1000℃左右。因此,一旦发生火灾,钢结构建筑极易发生严重变形甚至建筑局部或整体倒塌。

(四)烟热易聚集,快速排烟困难。钢结构建筑一般密闭性较好,排烟口数量不足,容易造成烟尘的聚集,影响能见度,损伤呼吸道,给内部被困人员和内攻的消防救援人员造成生命威胁,而且烟尘积聚形成的热烟层温度可达600℃,非常容易造成轰燃,此外烟热高温会迅速降低钢结构的强度使建筑面临整体或局部坍塌的风险。

(五)火灾规模大,需要调集力量大。由于钢结构建筑火灾蔓延迅速、建筑内易燃物品多,非常容易形成大规模的火灾,过火面积可达几千甚至上万平方米,需要调集大量的消防力量。2019年北京国奇能量钢结构工程有限公司火灾发生后18分钟报警,火势已难以控制,北京市消防救援总队动用了42个战队的112台消防车和620余名指战员,历时7个多小时,才将明火完全扑灭。通常情况下,钢结构建筑火灾需要调集数十台消防车和数百名指战员,同时要保障大量的消防用水的供应。

二、钢结构建筑火灾扑救措施

由于钢结构建筑发生火灾时与其他类型建筑发生火灾时的特点不同,贸然采取与其他类型建筑相同的扑救措施,很可能会达不到良好的救灾效果,难以在最短的时间内扑灭火灾,甚至可能会造成消防指战员的伤亡数量增加。因此,火灾扑灭措施不仅要因地制宜、因时制宜,还要因不同类型的建筑而灵活改变。笔者通过对成功的钢结构火灾扑救案例的分析,总结出当钢结构建筑发生火灾时需要采取以下扑救措施和策略:

(一)迅速出动,遏制火势蔓延。由于钢结构发生火灾时,火势蔓延迅速,极易在几分钟内形成较大面积的火灾,因此处理钢结构建筑火灾一定要加大力量快速出动,抢占先机,使第一出动力量形成对火势的优势力量,遏制火势蔓延。消防员从接警到出警的时间要控制在1分钟以内,每个消防站负责半径为5公里,首批消防力量要尽可能在5分钟内到达火灾现场。在报警及时的前提下,配备有充足消防设备的首批出动力量可将火势遏制在小型火灾规模,避免造成更大的损失。

(二)快速侦察现场情况,正确疏导人员撤离,重点防守易燃易爆品免受火势威胁。大多数情况下,小规模火灾发生后,相关负责人由于自信或者害怕受到处罚,往往会选择自行处理。而因处理不当或者建筑内配备的消防设施不符合要求,当选择报警时,火势已经难以轻易遏制。而钢结构建筑易燃易爆物品多、人员密集,故而当火灾发生在钢结构建筑中,报警又不及时的情况下,情势更加危急。针对钢结构建筑火灾的这一特点,消防力量的首要任务是疏导、掩护人群安全撤退,防止危化品燃烧、爆炸,释放出毒气造成二次伤害。消防员到达后现场后应迅速侦察火势情况,判断火势主要蔓延方向和建筑坍塌可能性,开辟安全疏导路线,掩护人员撤离;确定危化品仓储位置,用水枪从外部严防火势向危化品方向蔓延。

(三)坚持先冷却后灭火。钢结构建筑对温度敏感,极易因高温导致钢材强度下降而坍塌,所以降低钢结构的温度、延长钢结构强度降低的时间、防止钢结构建筑坍塌是首要任务,可为后续的全面扑灭火势提供有利条件,尽可能减少被困人员与救援人员的伤亡。按照火灾现场的具体情况,合理排布水枪水炮阵地,对钢结构进行降温。操作大水量的水枪和水炮的消防员需要注意精准操作,不可对钢结构局部冲力过大,以免钢结构因为局部剧烈收缩而变形坍塌。

(四)科学破拆排烟。钢结构建筑发生火灾时烟热易聚集,不但直接威胁被困人员和救援人员的生命安全,而且烟热高温易导致钢结构建筑坍塌,故而扑救钢结构建筑火灾时,破拆排烟要坚持趁早的原则。此外,破拆时要结合室内外压力差产生中性面的排烟原理,从着火端墙面或屋顶内外压差为正的部位排除高温烟气,先破拆泄压点排烟,后破拆进攻点灭火[5];在火势蔓延的主要方向上破拆出隔离带,开辟出新的扑救阵地。(五)合理安排战术策略钢结构建筑火灾的成功扑灭通常需要调集大量消防力量进行较长时间的扑救。由于自救不力、报警较晚而造成火灾已经大面积蔓延时,首批到达的消防力量往往不足以完全控制火灾。面对这种初战力量不足的情况,可以采用“全力控制、减缓蔓延、等待增援”的策略,以堵截火势向危化品区、人员聚集区蔓延为重点,并报请指挥中心请求支援。增援力量到达后的攻坚阶段,可以采用“内外合击,一攻一堵,重点设防”的战略,在确保安全的前提下内攻救援、及时清理液化气瓶等易燃易爆物;外围合理利用气象条件,在上风向重点进攻,下风向重点设防。在总攻阶段可采取“强攻近战、分割围歼”的战术措施,根据实际情况,进行区段和任务划分,可有效使力量相对集中,指挥扁平化,便于更好地指挥队伍实施战术战法[6]。

三、钢结构建筑火灾扑救安全行动要点

消防人员从事着挽救人民生命和财产安全的伟大事业,但由于灭火工作的危险性,自身的生命安全也面临着严重的威胁。2005年至2020年,我国已经发生120起造成消防员伤亡的火灾事故,超过400名消防员伤亡。钢结构建筑火灾因其规模大、易坍塌等特点,是消防员伤亡的重灾区。从事钢结构建筑火灾扑灭工作的消防指战员,要在日常训练中加强针对大跨度钢结构火灾的针对性演练,在实战中要牢记钢结构火灾的特点,采取更为安全有效的灭火措施,保障自身生命健康安全;指挥部应尽可能地做好联动和后勤工作,提供充足供水、大型破拆设备以及个人防护设备等,避免消防人员因为硬件问题而受到生命威胁。笔者从日常训练、内攻、联动后勤三个方面,总结了钢结构建筑火灾扑救安全行动要点。

(一)针对性开展演练,提高消防员自身扑救钢结构建。筑火灾的能力和素质相比某些发达国家较为成熟的职业化制度,我国的消防体制存在明显短板。在我国,消防员群体年龄普遍较小,有些缺乏大型火灾救援经验,面对复杂严峻的火势难以做出准确的判断。2003年11月湖南省衡阳火灾造成20人牺牲,最年轻的消防员年仅18岁。提升消防队伍的素质和能力是减少消防员伤亡的内在力量。消防队伍应该对现有的钢结构建筑火灾进行全面的剖析和充分的研讨,从中总结经验教训。指挥员要提升专业知识,对钢结构建筑有更加深刻地了解。坍塌是大跨度钢结构建筑的典型特征,严重威胁救援人员的生命安全。因此,摸清钢结构火灾作用下的倒塌规律,对建筑物的坍塌情况进行合理预判,据此合理安排救援计划、指挥救援行动,对顺利搜救被困人员、保障救援人员生命健康具有至关重要的作用。消防员要充分训练自身的科学分析判断能力和临场应变能力,在日常训练中,开展针对钢结构火灾的体能训练、操作方法训练以及钢结构建筑火灾模拟实战演练,强化对钢结构建筑的熟悉程度。以老带新,组建强有力地应对大跨度建筑火灾的专业攻坚队伍。

(二)杜绝盲目内攻,根据现场情况灵活应变。内攻具有积极的战术价值,但是内攻一定要建立在通过充分现场侦察和科学评估已经掌握火势情况的基础上才可实施,切不可冒进。内攻要选择合适的时机和突破点。当火势猛烈,蔓延迅速,现有消防力量难以与火势抗衡时,或者供水设施不足以进行水枪掩护时,要以延缓火势蔓延、守住危化品为主,不可贸然内攻;当增援力量和消防硬件条件达到优势时再进行内攻。内攻时应选择未受火势直接威胁的区域破拆部分建筑作为突破点,进入火场内部要佩戴好相应的个人防护用具和消防工具,如防高温和辐射热的防护服、空气呼吸器、红外热成像仪、安全导向绳以及照明灯具等;要多人同行,相互辅助,并且做好水枪掩护。在内攻人员进入火场前,要先确认无坠物和坍塌危险,开门开窗或者破拆门窗时谨防高温灼伤。进入火场后要时刻做好撤退准备以应对体力不支和烧伤、中毒、建筑坍塌等危急情况,在进攻阵地上要设置专门、专业的观察员,借助无线测温仪、热成像仪等设备监测火焰和钢结构的实时温度,迅速确定主要受灾区域的温度分布,时刻观察结构变化,预警坍塌风险,并且外部应安排好接应和替换人员。

(三)做好联动和后勤保障工作。1.保障消防用水充足。供水对于大规模钢结构建筑火灾是重中之重,一旦供水出现问题,将严重威胁消防指战员的生命安全。钢结构建筑火灾规模大、扑救耗时长,用水总量大、流量大,单一供水方式无法满足需求,需要进行联片供水。要充分利用火场内和火场周边的各种消防和供水设施。快速启动建筑内部的消防设备比外部设备更有效率,但不能对建筑内部的消防设备过分信赖,在2017年郑州市某钢结构厂房火灾扑救案例中,该厂室内和室外消火栓均无水。接警后指挥员要迅速调阅火灾现场区域的水源档案,综合利用火场周边的消防给水设施、市政消火栓、天然水源、居民区地下水池、水库以及其他通过简单改造即可供消防车取水的水源,通过固定消防泵、消防车泵以及各种民用水泵等进行近距离供水,辅之以消防车远距离接力供水、远程供水系统直接供水、消防车和市政洒水车运水供水,提高供水强度,保障水量、流量,让消防员拥有保护自己的子弹。2.保障消防设备,做好后勤工作。政府部门和指挥中心的及时、有效的协调对灭火工作具有积极、重要的作用。有些消防部队仅配备应对常规火灾的设备,无法满足大跨度、大空间的钢结构建筑火灾扩展时的要求,这无疑使消防员的扑救工作更加艰苦和持久。钢结构建筑空间大,纵深长,相比水枪和举高车水炮,车载炮和快攻炮更有利于打击大纵深的火势。指挥部门要优先调集这类设备到达现场。此外政府积极协调运输机、切割机、挖掘机、钩机、铲车、吊车等大型设备进行快速运输、破拆,为消防员争取时间和战场,战勤保障队伍在现场做好充气、供液、饮食等保障工作,都有利于消防员安全作业,减少消防员伤亡。

四、结语

消防责任,重于泰山,新型建筑结构带来新的消防挑战。钢结构建筑的广泛应用在为人们的生产和生活提供便利的同时,也由于其发生火灾时特点不同给消防人员带来了更严峻的考验。消防人员要牢记钢结构火灾特点,平时加强训练,认真从实战中积累经验,采取合理的、适合扑灭钢结构火灾的措施,牢记钢结构火灾安全扑救要点,在保护好自身生命安全的同时守卫好人民的生命财产,尽可能将火灾损失降到最低。

作者:张军海 单位:上海消防救援总队闵行区消防救援支队

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