高层建筑火灾扑救对策研究
高层建筑火灾扑救的主要问题，在于外部消防车辆射水和举高能力有时达不到着火区域、消防人员及装备到达作业现场困难、消防用水量巨大、建筑内部固定消防设施不能保障使用要求、外部输水困难等。因此，扑救高层建筑火灾，除了一般性的加强火情侦察、积极疏散抢救人员、正确选择进攻路线、有效控制火势蔓延、科学组织火场排烟等常规性措施外，还应针对高层建筑火灾的特殊性，有针对性地加强和改进火灾扑救措施。北京消防安装改造
(一)切实加强对建筑固定消防设施的设计施工和维护管理
高层建筑的火灾特性，告诉我们火灾发生后单靠外部扑救是不够的。多年以来的火灾扑救经验和教训指出，高层建筑消防安全必须以自救为主。《高层建筑消防管理规则》明确提出：“高层建筑的消防管理，要贯彻‘预防为主，防消结合’的方针，本着自防自救的原则，实行严格管理和科学管理”。“经营或使用单位应当严格按照《高层民用建筑设计防火规范》和有关的规定，设置固定消防设施”。因此，预防和扑救高层建筑火灾，首先要把着眼点放在充分发挥高层建筑内的安保人员、管理人员、服务人员、工程技术人员以及高层建筑内各种固定和移动灭火设施的作用，力争在短时间内及时发现和处置初起火灾。从这个层面上讲，必须加强高层建筑消防设施的设计、施工，确保符合国家消防技术规范。要特别加强消防设施的维护保养，要充分利用现代互联网+消防、物联网、云计算的技术，实时掌握消防系统运行状态，切实保证其完整好用。据统计，90%以上的初起火灾都是由单位工作人员自行处置扑救成功，因此要加强建筑内部消防力量的建设、管理和演练，确保一旦发生火灾，能够迅速出动、及时处置，杜绝小火成患。
(二)科学合理组织高层建筑火灾扑救时的火场供水扑救高层建筑火灾，能否及时不间断地组织向火场供水，满足灭火所需要的水量和水压，直接关系到灭火战斗的成败。在实践中，高层建筑火场供水，必须坚持“以固为主、固移结合”的原则。
1.充分利用建筑固有消防设施供水
火灾发生后，如果建筑固有消防设施可以使用，应当充分利用室内消火栓或消防软管灭火，同时启动消防泵向室内消防管网供水。2014年颁布实施的《消防给水及消火栓系统技术规范》(GB50974—2014)，大大提高了高层建筑高位消防水箱的有效容积标准，规定一类高层建筑不应小于36立方米，建筑高度大于100米时，不应小于50立方米，建筑高度大于150米时，不应小于100立方米。这个规定，对于高层建筑火灾扑救无疑是一个巨大的利好消息。在实际灭火时，即使消防泵损坏，仅消防水箱的储水量也可供8支水枪保持40分钟以上灭火时间。http://www.zhxfcp.com/
2.利用移动消防装备与固定消防设施相结合供水
建筑内固定消防泵无法正常运行或室内消防给水不能满足灭火需求时，应充分利用消防车通过水泵接合器向建筑消防管网供水，但必须明确水泵接合器所对应的供水区域和大楼采取的减压方式。
3.利用移动消防装备直接供水
当消防泵、水泵接合器等固定消防设施都不能正常使用或不能满足灭火用水需求时，应当沿建筑垂直铺设水带，利用消防车组织供水。垂直铺设水带可沿建筑外墙或在楼梯内进行。
(三)大力加强对高层建筑灭火新技术新思维的研究
1.加强对消防人员和灭火设备、药剂及时有效输运的研究
(1)充分利用消防直升机输运人员和消防设备。由于现场的火风暴、旋流以及城市狭小的作业空间等因素，直升机在空中使用水炮直接灭火行为目前还不太现实。但在城市火灾中，当需要救援的部位超过消防云梯车可达到的范围时，直升机可以成为救援的重要力量：侦察火场火情，为整体的救火部署提供参考;及时转运疏散到楼顶的人员;将消防队员和装备及时空降到屋顶。由于不必携带大量装备爬楼梯，消防队员可以节省体力，从而延长参加灭火战斗的有效时间，会极大地促进救援行动的开展。
(2)对利用消防电梯和普通客梯输运消防人员和疏散人员的可靠性进行研究。从理论上讲，高层建筑内部设计有消防电梯，消防员可以通过消防电梯到达火灾现场实施灭火，也可以合理利用消防电梯疏散人员。但是综合我国国情，由于过多考虑经济因素，不少消防电梯经常与普通客梯合用，电梯前室往往处于开放状态，火灾时很难阻挡烟气入侵。加之维护保养不到位，独立的消防供电也很难保证，导致火灾后消防电梯不能使用或不敢使用，甚至成为危及生命的陷阱。
目前，国内已经开展了高层建筑消防电梯井烟气蔓延及控制分析并取得了实验结果的验证。如果将研究成果用于消防电梯井道控烟，再加上日益完善的消防供电技术，利用消防电梯输运消防队员甚至疏散楼内人员，其安全性、可靠性和输运效率，都将大大提高。北京气体灭火
另外，国际和国内已经充分开展了利用普通电梯进行消防疏散的研究。国家973重点基础研究项目“城市高层建筑重大火灾防控关键基础问题研究”中的重要课题，研究利用高层建筑电梯疏散区域人群行为及疏散模型，已经取得重大突破并经过了验收。中国科技大学火灾科学国家重点实验室开展利用普通客梯进行疏散的结果表明，在高层建筑发生火灾时，根据火灾蔓延的时空特性，在一定范围内的客运电梯可以在一定时间内用于人员疏散，并建立了用于电梯在火灾中疏散人员的监控系统(图4)。
图4 客运电梯消防疏散监控系统模型
(3)消防灭火剂快速输运管道的理论和实践。从前文可知，当扑救高层建筑火灾需要从外部供水时，当前只能利用消防车通过水泵接合器将消防用水注入建筑内部消防供水管网。这种供水方式的弊端，是必须将水注满与水泵接合器对应供水管网中着火层以下的所有管道，才能保证着火区域的消防用水。注水时间过长不说，一旦系统有泄漏或在灭火过程中有不在起火区域的其他消火栓或消防用水设施未关闭，消防用水就可能无法到达起火层或者用水量不能满足灭火要求，从而贻误灭火战机。在国外，许多高层建筑都沿外墙敷设了从底层到顶层的干式消防立管，在每层设置消防水带接口(图5)。消防车可以从底端直接将水注入管道，不经过建筑内部消防管网，消防员从着火层的接口就可以接上水带进行灭火，非常便捷实用。目前，我国消防技术规范还没有类似的规定。建议今后在修改标准时，可以考虑要求高层建筑除正常的消防供水设计外，还应沿外墙敷设一根或多根干式消防竖管，每层留有快速启闭接头，顶部设置快速排气阀。用这种方式向建筑内输水或压缩空气泡沫液，可以大大提高输运速度和效率。
图5 国外沿外墙敷设的干式消防竖管(红色箭头指向处)
2.加强对快速高效的远程灭火技术研究
(1)无人机灭火。使用无人机进行火场侦察监测、抛投救援物资等尝试，效果非常明显。但受制于无人机载重量、续航时间，以及操纵可靠性的影响，察打一体多功能消防无人机尚未面世。但随着科技普及，工业级无人机也逐渐应用到各的个领域中。特别是对高层建筑火灾，利用无人机能够迅速展开侦察，进行应急测绘，大大提升侦察效率，有效规避人员伤亡，还可以集成可燃气体探测仪和有毒气体探测仪，得到危险部位的关键信息。在灭火过程中，利用无人机实时监控灾情变化，便于指挥部及时掌握动态灾情，做出快速准确对策。在开展辅助救援时，无人机也大有用武之地，如用无人机实施空中呼喊或者转达指令，运送(提升)水带或消防器材(如空气呼吸器、救援绳等)，可为救援创造新的途径，有效节约消防员体力。目前，国内已经出现了可以直接灭火的无人机。这款无人机自重70千克，以汽油为动力，载重达到75千克，连续飞行8小时，可在90秒内上升到300米的高度，作业半径在40平方千米左右。在灭火演习中，这款无人机携带着水带垂直起飞到10层楼的高度，对准火焰猛烈喷射。在巨大的水压下，无人机仍然稳如泰山，枪口上下左右扫射，如同消防战士亲身操作一般。几分钟后，火被完全扑灭。无人机降落时顺便将水带盘成一团，演习成功(图6)。这一案例预示了无人机在扑救高层建筑火灾中的美好前景。
图6 无人机携带水带灭火实景
(2)精确红外制导灭火弹。目前，精确制导灭火技术在森林火灾扑救中已经得到广泛运用，德国、俄罗斯、西班牙、瑞典、芬兰等国家均已研制出适合森林火灾扑救的制导型灭火弹。北京航天长征飞行器研究所也对精确制导技术在森林灭火弹的应用进行了研究，其研发的远程森林灭火弹由红外导引头舱、灭火荷载舱、仪器设备舱和发动机组成，可由发射车发射，机动性好，射程可达12.4千米，已在实践中得到了良好的验证。其实就扑救高层建筑火灾而言，情况要相对简单一些。因为发射距离因素可以忽略不计，灭火弹无须考虑发动机，只须加装红外精确制导和高效灭火剂，将起火点坐标参数输入发射控制系统，由地面发射装置或者以无人机为平台，将灭火弹投送至火场高温点或小火源，实现远距离灭火。
(3)远程控制灭火导弹。中国航天科工集团针对高层楼宇建筑灭火难题，研制成功远程控制发射灭火导弹。这种灭火导弹系统由三部分组成：一是发射系统，装有24发灭火制导导弹;二是控制系统，安装在车辆副驾驶位置的计算机，接收火源探测信息，操作人员通过手柄瞄准火源，接到指令后按下发射按钮;三是结构系统，就是装载运输车辆。这种导弹可以在车辆行驶时进行加电、自检，到达火场后3分钟内展开，数秒钟内自动瞄准发射。消防车不用直接进入火场，在数百米外即可直接瞄准发射，不用顾忌火场周边的交通问题。这套系统的精度很高，通过红外线、激光和可见光的探测，可以准确定位到离地140多米、40〜50层楼高的实验靶标，再把现场的参数通过环境传感器输入弹道计算机，几秒钟后导弹脱离挂架，精确命中目标。灭火弹可以穿透厚度为19毫米的钢化玻璃，并且可以双连发，第一发导弹击穿玻璃后，引导第二发导弹进入窗户，两枚灭火弹同时引爆，保证了屋内火灾快速被灭火弹携带的灭火剂扑灭(图7、图8)。
图7 远程控制灭火导弹发射车及现场场景
图8 远程控制灭火导弹发射车装配的灭火弹
3.开展高效灭火剂技术研究，降低消防用水依赖，提升灭火效率
当前，扑救建筑火灾的灭火剂主要还是水，其优点是价格低廉、灭火效果好，但弊端也不容忽视，特别是大型火场消防用水量巨大、输运困难、水渍损失大。另外，在高层和超高层建筑火灾中，由于重力影响，对消防车和消防泵的供水能力，都是一个巨大的考验。因此应当加强对新型灭火剂的研究开发，尽量减少对水的依赖。
(1)超细干粉灭火剂。这种灭火剂把化学灭火和物理灭火的优势相结合，对有焰燃烧的化学抑制、无焰燃烧的窒息作用，以及热辐射的遮隔、冷却作用，都有着优异的表现，既适用于封闭空间全淹没灭火，又适用于开放场所局部应用灭火。灭火速率是水系灭火剂的40倍，灭火效率是目前使用的普通ABC干粉灭火剂的6〜10倍，哈龙灭火剂的2〜3倍，七氟丙烷灭火剂的10〜12倍。利用该灭火剂充装的灭火弹，可广泛适用于各种场所扑救A、B、C、E类火灾及烷基铝类火灾。由超细干粉灭火剂做成的灭火弹，无论是以无人机发射，还是远程遥控发射或精确制导发射，都将发挥意想不到的灭火效果。
(2)特效高分子凝胶灭火剂。这是近年来新研发的一种灭火剂，是由极少量的高分子材料与大量的水形成的水凝胶体。由于高吸水胶体的吸水量大、保水能力强、致密性好，即使在受热的条件下保水性、成膜性、附壁性都很好，将它喷入火中，会因脱水而消耗大量的热，使火场温度急剧下降。同时凝胶体会在物体表面自然分布，隔绝空气，防止火焰蔓延，达到灭火目的。当在水中加入这种高分子材料的胶体时，由于高分子粒子膨胀，使水中含有大量的水凝胶粒子，当把它喷在建筑物表面时，可隔绝空气、火苗，比不加高吸水性材料水的灭火能力大很多。在高层建筑火灾扑救中，使用加入凝胶灭火剂的水源灭火，灭火效率大大提高，可以大量节省水的用量，降低对水源的依赖，并可有效减轻水渍损失。
(3)压缩空气泡沫。压缩空气泡沫就是把一个水滴经过系统变成多个泡沫，而每一个泡沫的灭火功效与一滴水的功效相等，因此大大提高了灭火效果，灭火效率可提高5倍到10倍。利用压缩空气泡沫消防车配备高层输液增压装置，可将A类泡沫输送到300米以上的高层，并保留足够的喷射压力，是扑救高层建筑火灾不可多得的一把“利剑”。
《城市与减灾》 2017总第116期
节选《高层建筑火灾扑救难点分析与对策研究》作者安春晖
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