第二节 火灾基础知识

火灾是灾害的一种。导致火灾发生的原因既有自然因素，又有许多人为因素。

一、火灾的定义、分类与危害

(一)火灾的定义

火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧。

(二)火灾的分类

根据不同的需要，火灾可以按不同的方式进行分类。

1．按照燃烧对象的性质分类

按照国家标准《火灾分类》(GB/T 4968—2008)的规定，火灾分为A、B、C、D、E、F六类。

A类火灾：固体物质火灾。这种物质通常具有有机物性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、棉、毛、麻、纸张等火灾。

B类火灾：液体或可熔化固体物质火灾。如汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡等火灾。

C类火灾：气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、氢气、乙炔等火灾。

D类火灾：金属火灾。如钾、钠、镁、钛、锆、锂等火灾。

E类火灾：带电火灾。物体带电燃烧的火灾。如变压器等设备的电气火灾等。

F类火灾：烹饪器具内的烹饪物(如动物油脂或植物油脂)火灾。

2．按照火灾事故所造成的灾害损失程度分类

依据《生产安全事故报告和调查处理条例》中规定的生产安全事故等级标准，将火灾相应地分为特别重大火灾、重大火灾、较大火灾和一般火灾四个等级。

特别重大火灾是指造成30人以上(“以上”包括本数，下同)死亡，或者100人以上重伤，或者1亿元以上直接财产损失的火灾。

重大火灾是指造成10人以上30人以下(“以下”不包括本数，下同)死亡，或者50人以上100人以下重伤，或者5000万元以上1亿元以下直接财产损失的火灾。

较大火灾是指造成3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重伤，或者1000万元以上5000万元以下直接财产损失的火灾。

一般火灾是指造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1000万元以下直接财产损失的火灾。

(三)火灾的危害

1．危害生命安全

建筑物火灾会对人的生命安全构成严重威胁。一场大火，有时会吞噬几十人甚至几百人的生命。2000年12月25日，河南省洛阳东都商厦火灾，致309人死亡。2013年6月3日，吉林省德惠市宝源丰禽业有限公司厂房火灾，造成121人遇难、76人受伤。建筑物火灾对生命的威胁主要来自以下几方面：首先，建筑物采用的许多可燃性材料，在起火燃烧时产生高温高热，对人的肌体造成严重伤害，甚至致人休克、死亡。据统计，因燃烧热造成的人员死亡的人数约占整个火灾死亡人数的1/4。其次，建筑内可燃材料燃烧过程中释放出的一氧化碳等有毒烟气，人吸入后会产生呼吸困难、头痛、恶心、神经系统紊乱等症状，威胁生命安全。在所有火灾遇难人中，约有3/4的人是吸入有毒有害烟气后直接导致死亡的。最后，建筑物经燃烧，达到甚至超过了承重构件的耐火极限，导致建筑整体或部分构件坍塌，造成人员伤亡。2003年11月3日，湖南省衡阳市衡州大厦火灾，由于燃烧时间长，建筑构件本身存在问题，最终导致建筑物坍塌，造成20名消防员牺牲。

2．造成经济损失

火灾造成的经济损失主要以建筑火灾为主。其体现在以下几个方面：第一，火灾烧毁建筑物内的财物，破坏设施设备，甚至会因火势蔓延使整幢建筑物化为灰烬。2004年12月21日，湖南省常德市鼎城区桥南市场因一门面内电视机内部故障引发特大火灾，大火蔓延，烧毁3220个门面、3029个摊位、30个仓库，过火建筑面积83276m2，直接财产损失1.876亿元，受灾5200余户，整个市场烧毁殆尽。另外，一些精密仪器、棉纺织物等还会因受火灾烟气的侵蚀造成永久性破坏。第二，建筑物火灾产生的高温高热，将造成建筑结构的破坏，甚至引起建筑物整体倒塌。2001年9月11日美国纽约世贸大厦，因飞机撞击后酿成大火，建筑因长时间受火势威胁，内部构件失去稳定性而最终导致垮塌。第三，扑救建筑火灾所用的水、干粉、泡沫等灭火剂，不仅本身是一种资源损耗，而且将使建筑内的财物遭受水渍、污染等损失。第四，建筑火灾发生后，因建筑修复重建、人员善后安置、生产经营停业等，也会造成巨大的间接经济损失。

3．破坏文明成果

一些历史保护建筑、文化遗址一旦发生火灾，除了会造成人员伤亡和财产损失外，大量文物、典籍、古建筑等稀世瑰宝面临烧毁的威胁，这将对人类文明成果造成无法挽回的损失。1923年6月27日，原北京紫禁城(现为故宫博物院)内发生火灾，将建福宫一带清宫贮藏珍宝最多的殿宇楼馆烧毁，据史料记载，共烧毁金佛2665尊、字画1157件、古玩435件、古书11万册，损失难以估量。1997年6月7日，印度南部泰米尔纳德邦坦贾武尔一座神庙发生火灾，使这座建于公元11世纪的人类历史遗产付之一炬。1994年11月15日，吉林省吉林市银都夜总会发生火灾，火势蔓延到相邻的博物馆，使7000万年前的恐龙化石以及其他大批珍贵文物毁于一旦。

4．影响社会稳定

当重要的公共建筑、重要的单位发生火灾时，会在很大范围内引起关注，并造成一定程度的负面效应，影响社会稳定。2009年2月9日，正值元宵节，在建的中央电视台电视文化中心(又称央视新址北配楼)发生特大火灾，大火持续燃烧了数小时，全国甚至世界范围内的主流媒体第一时间都进行了报道，火灾事故的认定及责任追究也受到了广泛关注，造成了很大的社会反响。从许多火灾案例来看，当学校、医院、宾馆、办公楼等公共场所发生群死群伤恶性火灾，或涉及粮食、能源、资源等国计民生的重要工业建筑发生大火时，还会在民众中造成心理恐慌。家庭是社会细胞，普通家庭生活遭受火灾的危害，也将在一定范围内造成负面影响，损害群众的安全感，影响社会的稳定。

5．破坏生态环境

火灾的危害不仅表现为毁坏财物、残害人类生命，而且还表现为破坏生态环境。2006年11月13日，中石油吉林石化公司双苯厂发生了火灾爆炸事故，由于生产装置及部分循环水系统遭到严重破坏，致使苯、苯胺和硝基苯等98吨残余物料通过清净废水排水系统流入松花江，引发特大水污染事件。事发后，松花江下游沿岸的哈尔滨、佳木斯，以及俄罗斯哈巴罗夫斯克等城市面临严重生态危机，哈尔滨停止供水4天。再如，森林火灾的发生，会导致生态平衡被破坏，使大量的动物和植物灭绝，环境恶化，气候异常，干旱少雨，风暴增多，水土流失，引发饥荒和疾病的流行，严重威胁人类的生存和发展。

二、火灾发生的常见原因

事故都有起因，火灾也是如此。分析起火原因，了解火灾发生的特点，是为了更有针对性地运用技术措施，有效控火，防止和减少火灾危害。

(一)电气

资料显示，近年来我国发生的电气火灾数量一直居高不下，每年都在10万起以上，占全年火灾总数的30%左右，导致伤亡人员1000多人，直接财产损失超过18亿元，在各类火灾原因当中居首位。电气火灾原因复杂，既涉及电气设备的设计、制造及安装，也与产品投入使用后的维护管理、安全防范相关。电气设备故障、电器设备设置使用不妥、电气线路敷设不当及老化等所造成的设备过负荷、线路接头接触不良、线路短路等是引起电气火灾的直接原因。

(二)吸烟

烟蒂和点燃后未熄灭的火柴梗温度可达800℃，能引起许多可燃物质的燃烧，在起火原因中占有相当的比重。例如，将没有熄灭的烟头和火柴梗扔在可燃物中引起火灾；躺在床上，特别是醉酒后躺在床上吸烟，烟头掉在被褥上引起火灾；在禁止火种的火灾高危场所，违章吸烟引起火灾事故。

(三)生活用火不慎

生活用火不慎是指城乡居民家庭在生活中用火不慎。例如，炊事用火中炊事器具设置不当，安装不符合要求，在炉灶的使用中违反安全技术要求等引起火灾；家中烧香祭祀过程中无人看管，造成香灰散落引发火灾等。

(四)生产作业不慎

生产作业不慎主要是指违反生产安全制度引起火灾。例如，在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火；将性质相抵触的物品混存在一起，引起燃烧爆炸；在用气焊焊接和切割时，飞迸出大量火星和熔渣，因未采取有效的防火措施，引燃周围可燃物；在机器运转过程中，不按时加油润滑，或者没有清除附在机器轴承上面的杂质、废物，使机器该部位摩擦发热，引起附着物起火；化工生产设备失修，出现可燃气体，以及易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏，遇到明火燃烧或爆炸等。

(五)玩火

未成年人缺乏看管，玩火取乐，也是造成火灾常见的原因之一。此外，燃放烟花爆竹也属于“玩火”的范畴。被点燃的烟花爆竹本身即火源，稍有不慎，就易引发火灾，还会造成人员伤亡。

(七)放火

放火主要指采用人为放火的方式引起的火灾。一般是当事人以放火为手段达到某种目的。这类火灾为当事人故意为之，通常经过一定的策划准备，因而往往缺乏初期救助，火灾发展迅速，后果严重。

(七)雷击

雷电导致火灾的原因大体上有三种：一是雷电直接击在建筑物上发生热效应、机械效应作用等；二是雷电产生静电感应作用和电磁感应作用；三是高电位雷电波沿着电气线路或金属管道系统侵入建筑物内部。在雷击较多的地区，建筑物上如果没有设置可靠的防雷保护设施，便有可能发生雷击起火。

三、建筑火灾蔓延的机理与途径

通常情况下，火灾都有一个由小到大、由发展到熄灭的过程，其发生、发展直至熄灭的过程在不同的环境下会呈现不同的特点。

(一)建筑火灾蔓延的传热基础

热传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。建筑物火灾中，燃烧物质所放出的热通量常是以上述三种方式来传播的，并会影响火势蔓延和扩大。热传播的形式与起火点、建筑材料、物质的燃烧性能和可燃物的数量等因素有关。

1．热传导

热传导又称导热，属于接触传热，是连续介质就地传递热量而又没有各部分之间相对的宏观位移的一种传热方式。不同物质的导热能力各异，通常用热导率，即用单位温度梯度时的热通量来表示物质的导热能力。同种物质的热导率也会因材料的结构、密度、湿度等因素的变化而变化。

对于起火的场所，热导率大的物体，由于既能受到高温作用迅速加热，又会很快地把热能传导出去，所以在这种情况下，就可能引起没有直接受到火焰作用的可燃物质发生燃烧，导致火势传播和蔓延。

2．热对流

热对流又称对流，是指流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混引起热量传递的方式。热对流中热量的传递与流体流动有密切的关系。由于流体中存在温差，所以也必然存在导热现象，但导热在整个传热中处于次要地位。工程上，常把具有相对位移的流体与所接触的固体表面之间的热传递过程称为对流换热。

建筑在发生火灾过程中，一般来说，通风孔洞面积越大，热对流的速度越快；通风孔洞所处位置越高，对流速度越快。热对流对初期火灾的发展起着重要作用。

3．热辐射

辐射是物体通过电磁波来传递能量的方式。热辐射是因热而发出辐射能的现象。辐射换热是物体间以辐射的方式进行热量传递。与导热和对流不同的是，热辐射在传递能量时不需要互相接触即可进行，所以它是一种非接触传递能量的方式。

火场上的火焰、烟雾都能辐射热能，辐射热能的强弱取决于燃烧物质的热值和火焰温度。物质热值越大，火焰温度越高，热辐射也越强。辐射热能作用于附近的物体上，能否引起可燃物质着火，要看热源的温度、距离和角度。

(二)建筑火灾的烟气蔓延

建筑发生火灾时，烟气流动的方向通常是火势蔓延的一个主要方向。一般，500℃以上热烟所到之处，遇到的可燃物都有可能被引燃起火。

1．烟气的扩散路线

建筑火灾中产生的高温烟气，其密度比冷空气小，由于浮力作用向上升起，遇到水平楼板或顶棚时，改为水平方向继续流动，这就形成了烟气的水平扩散。这时，如果高温烟气的温度不降低，那么上层将是高温烟气，而下层是常温空气，形成明显分离的两个层流流动。实际上，烟气在流动扩散过程中，一方面总有冷空气掺混，另一方面受到楼板、顶棚等建筑围护结构的冷却，温度逐渐下降。沿水平方向流动扩散的烟气碰到四周围护结构时，进一步被冷却并向下流动。逐渐冷却的烟气和冷空气流向燃烧区，形成了室内的自然对流，火越烧越旺。

烟气扩散流动速度与烟气温度和流动方向有关。烟气在水平方向的扩散流动速度较小，在火灾初期为0.1~0.3m/s，在火灾中期为0.5~0.8m/s。烟气在垂直方向的扩散流动速度较大，通常为1~5m/s。在楼梯间或管道竖井中，由于烟囱效应产生的抽力，烟气上升流动速度很大，可达6~8m/s，甚至更大。

2．烟气流动的驱动力

烟气流动的驱动力包括室内外温差引起的烟囱效应、外界风的作用、通风空调系统的影响等。

当建筑物内外的温度不同时，室内外空气的密度随之出现差别，这将引发浮力驱动的流动。如果室内空气温度高于室外，则室内空气将发生向上运动，建筑物越高，这种流动越强。竖井是发生这种现象的主要场合，在竖井中，由于浮力作用产生的气体运动十分显著，通常称这种现象为烟囱效应。在火灾过程中，烟囱效应是造成烟气向上蔓延的主要因素。

火风压是建筑物内发生火灾时，在起火房间内，由于温度上升，气体迅速膨胀，对楼板和四壁形成的压力。火风压的影响主要在起火房间，如果火风压大于进风口的压力，则大量的烟火将通过外墙窗口，由室外向上蔓延；若火风压等于或小于进风口的压力，则烟火便全部在内部蔓延，当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖向孔道以后，会大大加强烟囱效应。

烟囱效应和火风压不同，它能影响全楼。多数情况下，建筑物内的温度大于室外温度，所以室内气流总的方向是自下而上的，即正烟囱效应。起火层的位置越低，影响的层数越多。在正烟囱效应下，若火灾发生在中性面(室内压力等于室外压力的一个理论分界面)以下的楼层，火灾产生的烟气进入竖井后会沿竖井上升，一旦升到中性面以上，烟气不单可由竖井上部的开口流出来，也可进入建筑物上部与竖井相连的楼层；若中性面以上的楼层起火，当火势较弱时，由烟囱效应产生的空气流动可限制烟气流进竖井，如果着火层的燃烧强烈，则热烟气的浮力足以克服竖井内的烟囱效应，则仍可进入竖井而继续向上蔓延。因此，高层建筑中的楼梯间、电梯井、管道井、天井、电缆井、排气道、中庭等竖向孔道，如果防火处理不当，就形同一座高耸的烟囱，强大的抽拔力将使火沿着竖向孔道迅速蔓延。

风的存在可在建筑物的周围产生压力分布，而这种压力分布能够影响建筑物内的烟气流动。建筑物外部的压力分布受到多种因素的影响，其中包括风速、风向、建筑物的高度和几何形状及邻近建筑物等。风的影响往往可以超过其他驱动烟气运动的力(自然和人工)。一般来说，风朝建筑物吹过来会在建筑物的迎风侧产生较高滞止压力，这可增强建筑物内的烟气向下风方向流动。

3．烟气蔓延的途径

火灾时，建筑内烟气呈水平流动和垂直流动。蔓延的途径主要有：内墙门、洞口，外墙门、窗口，房间隔墙，空心结构，闷顶，楼梯间，各种竖井管道，楼板上的孔洞及穿越楼板、墙壁的管线和缝隙等。对主体为耐火结构的建筑来说，造成蔓延的主要原因有：未设有效的防火分区，火灾在未受限制的条件下蔓延；洞口处的分隔处理不完善，火灾穿越防火分隔区域蔓延；防火隔墙和房间隔墙未砌至顶板，火灾在吊顶内部空间蔓延；采用可燃构件与装饰物，火灾通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延。

(1)孔洞开口蔓延。在建筑物内部，火灾可以通过一些开口来实现水平蔓延。如可燃的木质户门、无水幕保护的普通卷帘、未用不燃材料封堵的管道穿孔处等。此外，发生火灾时，一些防火设施未能正常启动，如防火卷帘因卷帘箱开口、导轨等受热变形，或者因卷帘下方堆放物品，或者因无人操作手动启动装置等导致无法正常放下，同样造成火灾蔓延。

(2)穿越墙壁的管线和缝隙蔓延。室内发生火灾时，室内上半部处于较高压力状态下，该部位穿越墙壁的管线和缝隙很容易把火焰、高温烟气传播出去，造成蔓延。此外，穿过房间的金属管线在高温作用下，往往会通过热传导方式将热量传到相邻房间或区域一侧，使与管线接触的可燃物起火。

(3)闷顶内蔓延。由于烟火是向上升腾的，因此顶棚上的入孔、通风口等都是烟火进入的通道。闷顶内往往没有防火分隔墙，空间大，很容易造成火灾水平蔓延，并通过内部孔洞再向四周的房间蔓延。

(4)外墙面蔓延。在外墙面，高温热烟气流会促使火焰蹿出窗口向上层蔓延。一方面，由于火焰与外墙面之间的空气受热逃逸形成负压，周围冷空气的压力致使烟火贴墙面而上，使火蔓延到上一层；另一方面，由于火焰贴附外墙面向上蔓延，致使热量透过墙体引燃起火层上面一层房间内的可燃物。建筑物外墙窗口的形状、大小对火势蔓延有很大影响。

四、建筑火灾发展的几个阶段

对于建筑火灾而言，最初发生在室内的某个房间或某个部位，然后蔓延到相邻的房间或区域，以及整个楼层，最后蔓延到整个建筑物。其发展过程大致可分为初期增长阶段、充分发展阶段和衰减阶段。如图1-1所示为建筑室内火灾温度-时间曲线。

(一)初期增长阶段

初期增长阶段从出现明火算起，此阶段燃烧的面积较小，只局限于着火点处的可燃物燃烧，局部温度较高，室内各点的温度不平衡，其燃烧状况与敞开环境中的燃烧状况差不多。由于可燃物性能、分布、通风和散热等条件的影响，燃烧的发展大多比较缓慢，有可能形成火灾，也有可能中途自行熄灭(见图1-3中虚线)，燃烧发展不稳定。火灾初期增长阶段持续时间的长短不定。

(二)充分发展阶段

在建筑室内火灾持续燃烧一定时间后，燃烧范围不断扩大，温度升高，室内的可燃物在高温的作用下，不断分解释放出可燃气体，当房间内温度达到400~600℃时，室内绝大部分可燃物起火燃烧。这种在限定空间内可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变状态，即轰燃。轰燃的出现是燃烧释放的热量在室内逐渐累积与对外散热共同作用、燃烧速率急剧增大的结果。影响轰燃发生最重要的两个因素是辐射和对流情况。通常，轰燃的发生标志着室内火灾进入充分发展阶段。

轰燃发生后，室内可燃物出现全面燃烧，可燃物热释放速率很大，室温急剧上升，并出现持续高温，温度可达800~1000℃。之后，火焰和高温烟气在火风压的作用下，会从房间的门窗、孔洞等处大量涌出，沿走廊、吊顶迅速向水平方向蔓延扩散。同时，由于烟囱效应的作用，火势会通过竖向管井、共享空间等向上蔓延。轰燃的发生标志着房间火势的失控，同时产生的高温会对建筑物的衬里材料及结构造成严重影响。但不是每个火场都会出现轰燃，大空间建筑、比较潮湿的场所就不易发生。

(三)衰减阶段

在火灾全面发展阶段的后期，随着室内可燃物数量的减少，火灾燃烧速度减慢，燃烧强度减弱，温度逐渐下降，一般认为火灾衰减阶段是从室内平均温度降到其峰值的80%时算起。随后房间内温度下降显著，直到室内外温度达到平衡为止，火灾完全熄灭。

上述后两个阶段是通风良好情况下室内火灾的自然发展过程。实际上，一旦室内发生火灾，常常伴有人为的灭火行动和自动灭火设施的启动，因此会改变火灾的发展过程。不少火灾尚未发展就被扑灭，这样室内就不会出现破坏性的高温。如果灭火过程中，可燃材料中的挥发成分未完全析出，可燃物周围的温度在短时间内仍然很高，易造成可燃挥发再度析出，一旦条件合适，可能会出现死灰复燃的情况，这种情况不容忽视。

五、灭火的基本原理与方法

为防止火势失去控制，继续扩大燃烧而造成灾害，需要采取以下的方法将火扑灭。这些方法的根本原理是破坏燃烧条件。

(一)冷却

可燃物一旦达到着火点，即会燃烧或持续燃烧。在一定条件下，将可燃物的温度降到着火点以下，燃烧即会停止。对于可燃固体，将其冷却在燃点以下；对于可燃液体，将其冷却在闪点以下，燃烧反应就会中止。用水扑灭一般固体物质的火灾，主要是通过冷却作用来实现的。水具有较大的比热容和很高的汽化热，冷却性能很好。在用水灭火的过程中，水大量地吸收热量，使燃烧物的温度迅速降低，使火焰熄灭，火势得到控制，火灾终止。水喷雾灭火系统的水雾，其水滴直径细小，表面积大，和空气接触范围大，极易吸收热气流的热量，也能很快地降低温度，效果更为明显。

(二)隔离

在燃烧三要素中，可燃物是燃烧的主要因素。将可燃物与氧气、火焰隔离，就可以中止燃烧、扑灭火灾。例如，自动喷水泡沫联用系统在喷水的同时喷出泡沫，泡沫覆盖于燃烧液体或固体的表面，在发挥冷却作用的同时，将可燃物与空气隔开，从而可以灭火。再例如，可燃液体或可燃气体火灾，在灭火时，迅速关闭输送可燃液体和可燃气体的管道的阀门，切断流向着火区的可燃液体和可燃气体的输送，同时打开可燃液体或可燃气体通向安全区域的阀门，使已经燃烧或即将燃烧或受到火势威胁的容器中的可燃液体、可燃气体转移。

(三)窒息

可燃物的燃烧是氧化作用，需要在最低氧浓度以上才能进行，低于最低氧浓度，燃烧不能进行，火灾即被扑灭。一般氧浓度低于15%时，就不能维持燃烧。在着火场所内，可以通过灌注不燃气体，如二氧化碳、氮气、水蒸气等，来降低空间的氧浓度，从而达到窒息灭火。此外，水喷雾灭火系统工作时，喷出的水滴吸收热气流热量而转化成水蒸气，当空气中水蒸气浓度达到35%时，燃烧即停止，这也是窒息灭火的应用。

(四)化学抑制

由于有焰燃烧是通过链式反应进行的，所以能有效地抑制自由基的产生或降低火焰中的自由基浓度，即可使燃烧中止。化学抑制灭火的灭火剂常见的有干粉和七氟丙烷。化学抑制法灭火，灭火速度快，使用得当可有效地扑灭初期火灾，减少人员和财产的损失。但抑制法灭火对于有焰燃烧火灾效果好，对深位火灾，由于渗透性较差，效果不理想。在条件许可情况下，采用抑制法灭火的灭火剂与水、泡沫等灭火剂联用，会明显改善效果。