1.3 火灾的发展过程与防治对策

1.3.1 火灾的发生

发生火灾必须具有可燃物、氧气 （氧化剂）及一定的外加热量 （点火能）三个要素，三者缺一不可。这三个要素通常以火灾三角来表示，如图1.4所示。其中可燃物的数量是火灾严重性与持续时间的决定性因素。氧气主要由室内空间的大小、通风口的面积及通风形式决定。发生火灾前，引燃可燃物的热量必须由某个热源供给，例如炉具、电加热器、电火花、点着的香烟等。不过一旦起火，热量便可由火焰供给，这时火灾可以自我维持与发展。

图1.4 火灾要素三角示意图

在研究燃烧的条件时，还应当注意，上述三个要素在数量上的变化也会直接影响燃烧能否发生和持续进行。例如，氧气在空气中的含量降低到15%以下时，燃烧一般就很难进行；着火源如果不具备一定的温度和足够的热量，燃烧也不会发生。因此，燃烧的充分条件有以下几个方面。

（1） 一定的可燃物含量。可燃气体或蒸气只有达到一定的含量时才会发生燃烧。

（2） 一定的含氧量。

（3） 一定量的着火源能量，即能引起可燃物质燃烧的最小着火能量。

（4） 相互作用。燃烧的三个要素必须相互作用，燃烧才能发生和持续进行。

1.3.2 火灾的发展

对于通常的可燃固体火灾，室内平均温度的上升曲线可用图1.5中的A线表示。现结合此曲线说明火灾的发展过程。

室内火灾大体分成三个主要阶段，即火灾初始阶段、火灾全面发展阶段和火灾减弱阶段。各阶段特点简述如下。

1.初始阶段

室内发生火灾后，最初只是起火部位及其周围可燃物着火燃烧。这时火灾好像在敞开的空间里进行一样。在火灾局部燃烧形成后，可能会出现下列三种情况之一：

（1）最初着火的可燃物质燃烧完，而未延及其他的可燃物质。尤其是初始着火的可燃物在隔离的情况下。

（2）如果通风不足，则火灾可能自行熄灭，或受到通风供氧条件的支配，以很慢的速度继续燃烧。

（3）如果存在足够的可燃物质，而且具有良好的通风条件，则火灾迅速发展到整个房间，使房间中的所有可燃物（家具、衣物、可燃装修材料等）卷入燃烧之中，从而使室内火灾进入全面发展的猛烈燃烧阶段。

初始阶段的特点是：①火灾燃烧范围不大，火灾仅限于初始起火点附近；②室内温度差别大，在燃烧区域及其附近存在高温，室内平均温度低；③火灾发展速度较慢，在发展过程中，火势不稳定；④火灾发展时间因点火源、可燃物质性质和分布、通风条件影响长短差别很大。

根据初始阶段的特点可见，该阶段是灭火的最有利时机，应设法争取尽早发现火灾，把火灾及时控制和消灭。

2.全面发展阶段

在火灾初始阶段后期，火灾范围迅速扩大，当火灾房间温度达到一定值时，积聚在房间内的可燃气体突然起火，整个房间都充满了火焰，房间内所有可燃物表面部分都卷入燃烧之中，燃烧猛烈，温度升高很快。这种房间内局部燃烧向全室性燃烧过渡的现象称为轰燃。轰燃是室内火灾最显著的特征之一，它标志着火灾全面发展阶段的开始。人们若在轰燃之前还没有从室内逃出，则很难幸存。

轰燃发生后，房间内所有可燃物都猛烈燃烧，放热速度很快，因而房间内的温度升高很快，并出现持续性高温，最高温度可达1100℃左右。火焰、高温烟气从房间的开口大量喷出，火灾蔓延到建筑物的其他部分。室内高温还对建筑构件产生热作用，使建筑构件的承载能力下降，甚至造成建筑物局部或整体倒塌破坏。

耐火建筑的房间通常在起火后，由于其四周墙壁和顶棚、地面坚固，不会烧穿，因此发生火灾时房间通风开口的大小没有什么变化。当火灾发展到全面燃烧阶段，室内燃烧大多由通风控制着，室内火灾保持着稳定的燃烧状态。火灾全面发展阶段的持续时间取决于室内可燃物的性质、数量和通风条件等。

3.减弱阶段

在火灾全面发展阶段后期，随着室内可燃物的挥发物质不断减少以及可燃物数量减少，火灾燃烧速度递减，温度逐渐下降。当室内平均温度降到温度最高值的80%时，则认为火灾进入减弱阶段。随后，房间温度下降明显。直到房间内的全部可燃物被烧光，室内外温度趋于一致，火灾即告结束。

图1.5中曲线B是可燃液体（及热融塑料）火灾的温升曲线，其主要特点是火灾初期的温升速率很快，在很短的时间内，温度可达到1000℃左右，火灾基本上按定常速率燃烧。若形成流淌火，燃烧强度将迅速增大。这种火灾几乎没有多少探测时间，加上室内迅速出现高温，极易对人和建筑物造成严重危害。因此防止和扑救这类火灾还应当采取一些特别的措施。

图1.5 室内火灾中的温升曲线

1.3.3 火灾的防治对策

在建筑火灾中，防治火灾的各种对策的应用都应当参照火灾的发生发展过程加以考虑。下面结合图1.6所示的火灾发展时间线加以说明。

图1.6 火灾发展时间线以及相应消防对策

控制起火是防止或减少火灾损失的第一个环节，为此应当了解各类可燃材料的起火性能，将其控制在危险范围之外；应当足够重视材料的合理选用，对那些容易着火的场所或部位采用难燃材料或不燃材料。通过阻燃技术改变某些可燃或易燃材料的性能是基本的阻燃手段。

火灾自动探测报警系统是在火灾初期阶段发挥作用的。在发生火灾的早期，准确地探测到火情并迅速报警，不仅可为人员的安全疏散提供宝贵的报警信息，而且可通过联动方式启动有关的消防设施来扑灭或控制早期火灾。自动喷水灭火系统是一种当前广泛应用的自动灭火设施，它可及时将火灾扑灭在早期阶段或将火灾的影响控制在限定范围内，并能有效保护室内的某些设施免受损坏。对于某些使用功能或存储物品比较特殊的场合，还应依据具体情况选择其他适用的灭火系统。

对于大型建筑、高层建筑和地下建筑等现代建筑来说，使用自动消防系统对控制火灾的增长具有特别重要的意义。这些建筑中往往都有较大的火灾载荷，且火灾发展迅速，单纯依靠外来消防队扑灭火灾，往往会延误时机，因此加强建筑物的火灾自防自救能力已成为现代消防的基本理念。自动火灾探测和灭火系统是实现这种功能的两种基本手段。由于火灾的类型不同，扑灭火灾的技术也有较大的差别。在一些特定的场合应当选用其他与该场合相适应的灭火系统。

在建筑火灾中，防止烟气蔓延是极为重要的，这是因为烟气可对室内人员构成严重威胁。因此，必须在人员受到烟气威胁之前就将他们撤离到安全地带。有效控制烟气的蔓延还是迅速灭火的基本条件，对于保护财产也具有重要意义。建筑物内的许多设施（如电子仪器、通信设备、生化材料等）受到烟熏后，它们的起火性能也会受到极大的影响。

火灾常可发展到轰燃阶段，因此保住建筑物整体结构的安全便成了火灾防治的主要目标。为此应当保证建筑物构件具有足够强的耐火性能，认真核算相关构件的耐火极限是防火安全工程的又一重要方面。

还应指出，建立良好的消防监控中心或通信指挥中心是实现综合集成的关键一环，缺乏强有力的统一管理和控制，难以保证各类消防系统的有效运作。此外，消防队的快速反应也具有重要意义，对于轰燃后的大火，一般需要专门的消防队来扑救。他们越早到达，就越有利于控制火灾。因此，加强消防通信和指挥系统、提高消防队伍的快速反应能力是增强城市防火安全的重要方面。

各种消防设施对于控制和扑救火灾都有着重要的作用，它们分别以不同的方式、在火灾的不同阶段，对火灾的发展进程产生影响。例如在火灾早期，启动洒水喷头灭火，对控制室内温度的升高很有效，可有效预防轰燃的发生，并且火灾也会较快被熄灭。图1.7简要说明了这一过程。

图1.7 喷水对火灾过程的影响