摘要：随着我国社会不断进步发展，城市化发展快速，现如今建筑工程施工技术不断提高，建筑工程规模不断扩大，高层建筑数量也快速增长。但是，一直以来高层建筑火灾扑救一是我国乃至全球消防行业的重点难题。针对高层建筑火灾，分析了国内外超高层消防火灾特点、现状和发展趋势，提出了高层建筑火灾预防与扑救的建议，为今后开展相关的研究和管理工作提供了参考。
关键词：高层建筑；压缩空气A泡沫系统；消防车
高层建筑的火灾扑救，特别是超高层建筑，一直以来是世界性的难题。近年来，高层建筑火灾经常发生，人员伤亡多、经济损失巨大。2017年6月14日，英国伦敦市格伦费尔大楼发生火灾，经过200多名消防员和46台消防车的奋力扑救，10个小时后才将火扑灭。这场大火烧毁151个家庭，造成近80人死亡。迪拜“火炬塔”2015年和2017年都曾经突发火灾，2017年8月4日凌晨发生火灾，并快速蔓延至这座公寓楼的多个楼层，近3个小时后大火才被扑灭，数百名居民紧急撤离，直接经济损失达数千万美元。
随着我国经济快速发展，建筑高度不断攀升、体量越来越大、高层和超高层建筑数量急剧增多，给消防工作带来新的压力，火灾预防和灭火救援面临着严峻挑战。目前，我国现有高层建筑近40万栋，其中百米以上超高层建筑6500余栋，200米以上的超高层建筑超过600栋，数量均居世界第一。据介绍，近10年，全国共发生高层建筑火灾3万多起，死亡470多人，直接财产损失15.6亿元。其中，特别重大火灾3起，重大火灾4起，较大火灾24起。因此，高层建筑火灾预防和灭火救援工作，引起各地政府和相关部门高度重视在不断加大人力、物力、财力的投入力度，同时加强先进高层建筑火灾扑救装备的配置和扑救方法研究。
一、高层居民建筑火灾的特点
1、体量大、起火因素复杂，因素不易被排查和发现
高层建筑通常内部结构复杂，各种设备繁多，起火因素很多，有可能是内部电器老化，也可能是因为外部烟火点燃易燃材料。另一方面，高层建筑装修标准高，装饰材料和室内陈设物品很多都是可燃材料，能加快燃烧速度。如伦敦大火、央视大楼中建筑外表装修材料在防火阻燃方面等级普遍较低，极易着火。可燃这些材料在燃烧过程中还能释放出大量的热和可燃气体，及带有毒性的烟气，危险性很大。通过调查发现，伦敦格伦费尔大楼由一台冰箱老化后自燃引起。
2、火势蔓延速度快，易形成立体火灾
高层建筑由于功能的需要，内部设有楼梯间、电梯井、管道井、电缆井、排气道、垃圾道等竖向管井。这些井道一般贯穿若干或整个楼层，如果在设计时没有考虑防火分隔措施或对防火分隔措施处理不好，发生火灾时，会像一座座高耸的烟囱，抽拔烟火成为火势迅速蔓延的途径。有试验研究，在无风情况下，火灾垂直方向蔓延速度达到10m/s，有风状态下蔓延速度更快。助长高层建筑火灾迅速蔓延的还有风力因素，建筑越高，风速越大。风能使通常不具威胁的火源变得非常危险，或使蔓延可能很小的火势急剧扩大成灾。
3、扑救难道大
高层建筑火灾扑救主要立足于室内消防给水设施。另外，有的高层建筑没有考虑消防电梯，扑救火灾时，消防人员只得“全副武装”冲向高楼，不仅消耗大量体力，还会与自上而下疏散的人员发生“对撞”，延误灭火战机，如遇到楼梯被烟火封住，消防人员冲不上去，消防扑救工作则更为困难。
4、安全疏散救援开展困难，易造成重大人员伤亡
高层建筑层数多，垂直疏散距离远，疏散到安全场所需要较长时间；二是人员比较集中，疏散时容易出现拥挤情况；三是发生火灾时烟气和火势向竖向蔓延快，给安全疏散带来困难，而平时使用的电梯由于不防烟火和停电等原因停止使用。火灾时，高层建设的安全疏散主要靠疏散楼梯，如果楼梯间不能有效地防止烟火侵人，则烟气就会很快灌满楼梯间，从而严重阻碍人们的安全疏散，威胁人们的生命安全。
高楼火灾的有效救援和应急逃生，已经成为人们高度关注的社会问题。解决高楼火灾的应急救援技术难题，迫在眉睫。
二、高层建筑火灾防范与扑救建议
1、预防为主，加强管理
在有效对对建筑内易发生室内火灾监控的基础上，应加强隐患排查和及时有效处理。伦敦火灾通过后续调查报告，发现该建筑在消防安全防护管理上存在严重漏洞：早前有住户反映公寓楼地下室锅炉房、电梯机房和一层配电间的灭火器已经超过一年没接受检验。一些消防设备自2009年后就没接受年检，有的还贴有检查不合格的标签。也就是说，格伦费尔大楼着火前就已存在较大的消防安全隐患！因此，面对高层建筑消防安全这一世界难题时，更应该以预防为主，一定要做好做实日常火灾隐患发现和处理，及时排查并消除火灾隐患，坚决防范和遏制有影响的火灾事故发生。
2、加强先进灭火装备在高层建筑防火和灭火应用
2.1压缩空气A类泡沫系统在高层建筑中防火中应用
2.1.1压缩空气A类泡沫系统
压缩空气泡沫灭火系统的英文全名为：Compressed Air Foam System（以下简称CAFS）。国际标准ISO7076.5－2014《固定式压缩空气泡沫灭火设备》中，对CAFS的定义为：将水、泡沫液、压缩空气或氮气在一个独立混合室中混合后产生均匀带压泡沫，通过管路系统输送至末端喷射装置。经出口喷射时压力降低，空气膨胀形成常压泡沫，用来扑灭各类火灾。具有以下优点：
（1）、灭火效率高
常规灭火，由于水分子表面的张力较大、颗粒大且不均匀、流动性较好，渗透力差，抗复燃性能不高，在可燃固体表面停留时间较短、带走的热量相对较少。且造成大量水白白的浪费，实际只有不到10%的水真正用于灭火，而且由于水不能停留在固体表面，使得消防部队在灭火和冷却保护时投入较多的人力、设备、水源，以达到冷却或灭火的要求。由于压缩空气A类泡沫降低了水分子表面张力，使一滴水产生多个泡沫，冷却能力增加了；结构更紧密，附着性更好，阻止燃烧反应，从而灭火效率可提高5倍到10倍。由于压缩空气泡沫灭火的高效性，能在更短的时间内完成火灾扑救，用水量也大大降低，避免建筑物的水浸。
同时压缩空气A类泡沫具有很强的附着性，在垂直光滑的表面也具有很好的附着效果，能有效灭火并持续隔热降温。并可对未燃烧物进行防火。
对于压缩空气泡沫消防车使用A类型泡沫灭火剂时，其中液体的混合比例应该大于0.5%，通常情况下，将混合的比例控制在0.3%为最佳效果；而压缩空气泡沫消防车使用隔热防护的A类型泡沫灭火剂时，应该将混合的比例控制在小于0.8%以下等。
（2）、节水环保
由于压缩空气A类泡沫灭火效率高，大大减少了灭火对水的需求。我国大部分地区缺水，节省水源是一大优势，可以有效解决当前城市消防供水管网容量严重不足的问题，尤其是内地等经济不发达地区，消防管网陈旧落后，供水能力严重不足，建设庞大的消防管网是一项巨大的花费，部分配置压缩空气A类泡沫消防车，就可以满足大部分城市消防需要，只需要在重点地区重点建设专项消防管网，从而大幅减少城市消防管网建设，节约大量建设资金。
同时A类泡沫可以全部分解，对环境无污染，对居民、商场等处的火灾扑救能够最大限度减少环境污染和破坏。
（3）、二次损失小
由于压缩空气A类泡沫轻、喷射冲击力小，在灭火喷射时对燃烧物冲击损伤小，造成火灾二次经济损失小。
（4）、可超远超高供液
由于压缩空气泡沫混合液中混合大量空气，压缩空气泡沫中存在大量的压缩空气，所以在同等流量下压缩空气泡沫比纯水和泡沫溶液的重量都要轻；同时由于混合灭火剂中空气的存在，压缩空气泡沫与管道内壁之间的摩擦力非常小。所以，压缩空气泡沫混合液在消防管路传输时，压力损失小。根据实测数据，压缩空气泡沫可以垂直向上输送至370米以上的高度，并保留足够的喷射压力。是扑救高层建筑火灾一把“利剑”。
2.1.2压缩空气A类泡沫系统在高层建筑防火应用方案
（1）压缩空气A类泡沫系统一般由消防泵、空气压缩及冷却系统、泡沫混合系统、控制系统和管路等部分组成。
图1压缩空气A类泡沫系统
驱动动力可采用柴油机、汽油机和电动机。系统重量200-400kg，体积小，可放置在建筑物顶部或建筑物内，对建筑物冲击和载荷影响小。
（2）固定式压缩空气A类泡沫灭火装置设计
a.根据GB50016《建筑设计防火规范》规定，高层建筑防火分区面积应小于1500m2。根据理论分析和实战经验，喷射20mm厚度的压缩空气泡沫即可有效灭火、降温，则需要装置泡沫流量为：1500×20÷1000=30m3。
b.同时应考虑消防立管内的剩余泡沫量。假设采用长度为600m、直径为100mm的专用立管，则立管容积为4.71m3，也就是说，管道内最大剩余泡沫量为4.71m3（0.6MPa压缩空气泡沫）。根据理想压缩气体公式：PV=nＲT（P为气体压力，V为气体体积，n，Ｒ，T均为常数），0.1MPa（正常大气压值）的空气体积为0.6MPa时的6倍；含水率30%的0.1MPa压缩空气泡沫液加压至0.6MPa时其体积变为原来的0.417倍；由此可得，4.71m3的0.6MPa压缩空气泡沫液相当于11.3m3的0.1MPa（正常大气压值）压缩空气泡沫。
则固定式压缩空气泡沫灭火系统产生的压缩空气泡沫总量应不小于41.3m3，再考虑作战损失、安全冗余度等因素，我们取1.5倍系数，即压缩空气泡沫设计总量为62m3。按照压缩空气泡沫含水率为30%计算，共需要泡沫混合液62m3×30%=18.6m3。A类泡沫的混合比为0.1%～1%，取1%计算，则需要1%的A类泡沫原液18.6m3×1%=0.186m3，水18.6m3×99%≈18.4m3，即楼顶固定式压缩空气泡沫灭火装置的储水箱容积应不小于19m3，泡沫原液储罐容积应不小于0.19m3。
2.2加强压缩空气A类泡沫消防车在高层建筑火灾扑救的应用
目前，压缩空气A类泡沫消防车能够承载A类型泡沫液，又能承载B类型泡沫液，同时还可以运用单一的水灭式救火方式，也可以运用泡沫式救火方式，此外，还可以根据火灾的实际需求采用喷射泡沫时灭火形式。压缩空气泡沫消防车可以借助CAFS系统所提供的外部节气口，能够为灭火救援设备工具提供稳定、牢固的动力输送，例如救生气垫、躯体固定气囊以及起重起点等设备，在一定程度上提高压缩空气泡沫消防车的实战能力，进一步发展压缩空气泡沫消防车的良好适应性。
当前，所颁布的《城市消防站建设标准》中，明确规定特勤类消防站应该设有压缩空气泡沫消防车A类型，同时将B类泡沫消防车设为选配。这一举措，不仅能够满足社会发展的根本要求，同时还重大威胁调查评测中，使消防车辆的装备设施得到进一步优化，实现城市主站消防车辆的更新与发展。作为消防站的主战车，尤其针对已经建立高城建筑专业的消防队所运用的压缩空气泡沫消防车，在城市建设中发挥着重要的作用价值。
2.3加强举高消防车火灾扑救的应用
举高消防车分为高喷车、登高车和云梯车三种。具有可高空作业的臂架，设置有消防液增压和灭火系统，可实现高空灭火、救援能力，是高层建筑火灾扑救的最有力的协作装备。消防管路通过支架牢固的固定在举高车的臂架上，并随臂架升高而升高，臂架末端设置消防接口或消防炮，即可实施火场外部喷射灭火，阻截火势蔓延，又可实现内功灭火供液。近年来，随着消防结构和灭火技术的进步，国内举高消防车最大作业高度可达100米，消防灭火最大喷射高度可达130米，能够满足98%以上高层建筑的灭火需求。另外，举高车上加装压缩空气泡沫系统或与压缩空气泡沫消防车联合组成灭火单元，实现高效灭火。
同时，登高平台车和云梯车在臂头设置了工作斗，不仅能够实施火灾扑救，还能够对高空人员进行救援。举高消防车再逐渐增加车辆功能，目前已拓展具有破拆、挖掘、起吊、抓举、排烟、照明、图像传输等功能。
结论
高层建筑防火应该加强建筑自身防火管理和火灾初期扑救，在有限增加建筑物载荷的情况下，设置固定式的压缩空气泡沫灭火系统，能够高效的扑灭早期火灾，防止火灾变大。高层建筑火灾扑救应该“以固为主、固移结合、内外结合”的战术原则，以移动消防设施为辅，固定消防设施为主。在扑救时应发挥举高消防车灭火和救援的优势，提高灭火作战有效性，快速实施火灾压制措施，降低火灾的损失，为人民提供更安全的生活保障。
参考文献：
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[4]闵永林，杨昀，王丽晶，阮桢，张杰．超高层建筑消防火灾扑救与逃生装备［J］．城市与减灾，2012（11）．
论文作者:张志兵
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：压缩空气论文; 泡沫论文; 火灾论文; 高层建筑论文; 消防车论文; 系统论文; 费尔论文; 《电力设备》2019年第3期论文;