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本文论述了建筑火灾中烟雾的产生及危害，得出烟雾对人体的危害主要是因燃烧产生的有毒气体所引起的窒息和对人体器官的刺激以及高温作用。通过对烟雾的流动规律的探讨，引出了对烟雾实施有效控制的方法，并给出了几种典型情况下火灾逃生的方法。
关键词：建筑火灾 烟雾流动规律 控制 逃生
现代建筑物内可燃装饰、化纤地毯和泡沫塑料填充的家具陈设较多，这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量，同时要消耗大量的氧气。在建筑火灾中，烟雾是阻碍人们逃生，导致被困人员死亡的主要原因。据英国对火灾中造成人员伤亡的原因统计表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者一般占总死亡人数的40％～50％，而被烧死的人当中，多数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。因此，了解和掌握建筑火灾中的烟雾流动规律，控制烟雾扩散是建筑消防安全系统中十分重要的问题。
1 烟雾的产生及危害
烟雾是物质在燃烧反应过程中生成的含有气态、液态和固态物质与空气的混合物。通常它由极小的炭黑粒子完全燃烧或不完全然烧产物、水分以及可燃物的燃烧分解产物所组成。烟气的成分和数量取决于可燃物的化学组成和燃烧反应条件(温度、压力和助燃物的数量等)。美国国家标准及技术研究所利用“N-气体模型”在预测建筑火灾中烟气毒性大小时已经验证，普通民用建筑材料完全燃烧产物的毒性主要是由数量不多的几种气体产生的，这几种气体主要是CO、CO2、HCN、HCl、HBr。中国科学技术大学国家火灾科学重点实验室杨立中副教授研究提出，火灾中气体毒性是相互影响的，例如NO2与CO共同存在时会使CO的毒性增加；而NO，与HCN共同存在时会使HCN的毒性降低。建筑火灾在不完全燃烧条件下，不仅有CO、CO2和水蒸气，还会有醇、醚等有机化合物产生，含炭量多的物质，在氧气不足的条件下燃烧时，有大量的炭黑粒子产生。烟雾在低温时，即阴燃阶段，烟雾中以液滴粒子为主，烟气呈青白色。当温度上升至260℃以上时，因发生脱水反应，产生大量的游离的炭粒子，烟气呈黑色或灰黑色，当火点温度上升至500℃以上时，炭粒子会逐渐减少，烟雾呈灰色。
火灾发生时，由于燃烧要消耗大量的氧气，使空气中的氧浓度显著下降，人长时间在这种低氧的环境中，就会造成呼吸障碍、失去理智、痉挛、脸色发青，甚至窒息死亡。建筑物内当火灾燃烧旺盛时，还会产生大量的二氧化碳，当人员接触10％～20％浓度的二氧化碳后，会引起头晕、昏迷、呼吸困难，甚至神经中枢系统出现麻痹，使人失去知觉，导致死亡。另外，还会产生一些对人体有较强刺激作用的气体，让人无法看清方向，本来很熟悉的环境也会变得无法辨认其疏散路线和出口。人在烟雾环境中能正确判断方向脱离险境的能见度最低为5米，当人的视野降到3米以下，逃离现场就非常困难。人在烟雾中，心理极不稳定，会产生恐怖感，以致惊慌失措，给组织疏散灭火行动造成很大困难。同时，烟气有遮光作用，对疏散和救援活动会造成很大的障碍。燃烧时产生的高温烟雾，也是造成人员伤亡的主要原因之一。高温不仅可能使心率加快，人体大量出汗，很快出现疲劳和脱水现象，而且会把人烧伤烧死。因此，烟雾对人体的危害主要是因燃烧产生的有毒气体所引起的窒息和对人体器官的刺激以及高温作用。
2 建筑火灾的烟雾流动规律
大量火灾调查发现，建筑火灾大多数致死人员并非死在着火房间，而是死在临近或更远的地方，这说明烟雾在流动和扩散。烟雾在水平方向的扩散流动速度，一般为0．3～0．8m／s。在垂直方向的扩散流动速度通常为1～3m／s。在楼梯间或管道井中，由于烟囱效应产生抽拔力，烟雾流动扩散速度有时可达5～7m／s。建筑物内烟雾流动与扩散，总的来说，是由于风和各种通风系统造成的压力差，以及由于温度差造成气体密度差而形成的烟囱效应，其中温差和温度变化是烟雾流动最为重要的因素。当房间门向走廊开启时，烟雾的流动情况变得更复杂，它与建筑物的烟囱效应、防排烟方式、火灾温度等诸多因素有关。
(1)建筑物内通风、空调系统对建筑物内压力的影响，取决于供风和排风的平衡状况。如果各处的供风和排风是相同的，那么该系统对建筑物内的压力不会产生影响，如果某部位的供气超过排气，那里便出现增压，空气就从那里流向其他部分。反之，在排气超过供气的部位，则出现相反的现象。因此，建筑物内通风、空调系统可以按照某种预定而有益的方式设计，以控制建筑物内的烟雾流动。
(2)气体膨胀。温度升高而引起的气体膨胀是影响烟雾流动较为重要的因素。根据气体膨胀定律，可推算出着火期间着火区域内的气体体积将扩大3倍，其中2／3气体将转移到建筑物的其他部分。而且膨胀过程发生相当迅速，并造成相当大的压力，这些压力如果不采取措施减弱，就会迫使烟从着火层往上或往下向建筑物其他部分流动。
(3)烟囱效应。当室内空气温度高于室外时，由于室内外空气容重的不同而产生浮力。建筑物内上部的压力大于室外压力，下部的压力小于室外压力。当外墙上有开口时，通过建筑物上部的开口，室内空气流向室外；通过下部的开口，室外空气流向室内。这种现象，就是建筑物的烟囱效应。它是由高层建筑物内外空气的密度差造成的，高层建筑的外部温度低于内部温度而形成的压力差将空气从低处压入，穿过建筑物向上流动，然后从高处流出建筑物，这种现象被称为正热压作用。在低处外部压力大于内部压力，在高处则相反，在中间某一高度，内外压力相同，即存在一个中性压力面。烟囱效应随建筑物的内外温度差以及建筑物高度的增加而增加，在火灾发生于较低层时，烟囱效应对竖井和较高层的烟污染的影响尤为显著，因为此时烟从低层上升至高层内的潜力更大。由烟囱效应造成的压力差和气流分布，以及中性压力面的位置，取决于建筑物内分隔物的开口对气体流动的限制程度。火灾时，由于燃烧放出大量热量，室内温度快速升高，建筑物的烟囱效应更加显著，使火灾的蔓延更加迅速。因此烟囱效应对建筑物的空气的流动起着重要作用。
(4)室内风向、风力、风速对高层烟雾流动有显著影响，且这种影响随建筑物的形状与规模而变化。简单地讲，风力作用使得迎风面的墙壁经受向内的压力，而背风面和两侧的墙壁有朝外的压力，平顶层上有向上的压力。这两种压力，使空气从迎风面流入建筑物内，从背风面流出建筑物外，建筑物顶上的负压力对顶层上开口的垂直通风管道有一种吸力的作用。同时正的水平风压力促使中性面上升，负的水平风压力促使中性面下降。
3 烟雾的控制与逃生
疏散行动时间即从疏散开始至疏散结束的时间，它由步行时间(从最远疏散点至安全出口步行所需的时间)和出口通过排队时间(计算区域人员全部从出口通过所需的时间)构成。与疏散行动时间预测相关的参数及其关系见图1。
图1 与疏散行动时间预测相关的参数及其关系
高层建筑物由于火灾中人员撤离所需时间大致与建筑物高度成正比，所以一般撤离的时间较长，而在楼梯间和楼内远离着火区的其他地方形成难以忍受的烟雾状况所需时间则较短。在加拿大进行的实验表明，每层240人的条件下，通过一座1．1米宽的楼梯向外疏散，一幢11层的楼房疏散时间需要6．5分钟，一幢50层的楼房疏散的时间需要2小时11分，而一幢高100米的建筑在无阻拦的情况下，烟雾能在半分钟内达到顶层。因此在发生火灾期间全部撤出建筑物内的人员是很困难的，如让住户留在高层建筑内，全面的消防安全系统必须包括对烟和火焰的控制，使某些特定区域内的烟浓度始终能维持在建筑使用者可以忍受的水平内。这些特定的区域包括楼梯间以及所有使用者都易到达并足以容纳他们的楼层空间等。
控制烟雾有“防烟”和“排烟”两种方式。“防烟”是防止烟的进入，是被动的；相反，“排烟”是积极改变烟的流向，使之排出户外，是主动的，两者互为补充。目前采取的烟雾控制措施有：
(1)限制烟雾的产生量。防烟最好的办法在于消除发烟的源头。因此，在高层建筑中，应设计火灾报警系统及自动灭火系统，以便尽早发现火灾，在大量浓烟产生之前扑灭火灾或控制火灾发展。同时，在选用房屋建材及装饰材料、家具时，应尽可能采用发烟性小的材料，以便不幸发生火灾时，发生烟量小，发烟速度慢，相对地有较充裕的逃生时间，减少对生命的威胁。目前，日本、美国、法国等国家都规定在一些重要公共建筑物内，吊顶、地板、墙壁的装饰不许采用可燃物，经常派消防官员到各大饭店检查那里的家具、窗帘、地毯是不是阻燃的，核算火灾荷载。
(2)设置机械加压送风防烟系统。其目的是为了在高层建筑物发生火灾时提供不受烟气干扰的疏散路线和避难场所。设置这种系统的部位应视建筑物的具体情况而定，一般有：不具备自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室；可开窗自然排烟的楼梯间但不具备自然排烟条件的前室；不具备自然排烟条件的消防电梯前室；受楼梯井和消防电梯井烟囱效应影响的合用前室；封闭室避难间等。对非火灾区域及疏散通道等应迅速采用机械加压送风的防烟措施，使该区域的空气压力高于火灾区域的空气压力、防止烟气的侵入，控制火灾的蔓延。据有关资料介绍，一个设计优良的机械排烟系统在火灾中能排出80％的热量，使火灾温度大大降低，因此对人员安全疏散和灭火起到重要作用。利用这种方式进行排烟，在设计和使用上应划分防烟分区，合理有效地利用隔墙、挡烟垂壁等进行排烟。
(3)充分利用建筑物的构造进行自然排烟。自然排烟是在自然力的作用下，使室内外空气对流进行排烟。一般采用可开启的外窗和窗外阳台或凹廊进行自然排烟。
了解了火灾的危害及其流动规律，同时也给我们在发生建筑火灾时选择逃生方法打下了理论基础。建筑火灾逃生的方法是灵活多变的，具体方法通常由现场建筑结构、消防设备情况及被困人员的健康程度、心理承受能力等因素决定。在火灾中，被困人员应有良好的心理素质，保持镇静，不要惊慌，也不要盲目地行动，从而选择正确的逃生方法。
当建筑物内设置避难层、逃生面具、救生缓降器、救生疏散通道等消防救生设备时，活动在建筑内的人员应当经常主动地熟悉和掌握这些设备的性能及使用方法，以备不测。并且一旦发生火灾急需逃生时，应尽量主动使用这些消防救生设备，这会最大限度地提高逃生成功率。
当被困在燃烧范围还不大的楼梯或房间时，要淋湿全身，头顶湿棉絮从火海中；中出，千万不可忙于去抢东西而贻误脱险时间。逃生途中遇到浓烟时应半蹲或匍匐前进，以呼吸残留地面的尚未污染的新鲜空气。楼层下方着火，且楼梯已被火和烟雾全封住，无逃生希望时，则应及时关闭与着火房间相邻的所有门、窗，减缓火势蔓延速度，并用湿毛巾捂住口、鼻，向楼顶、阳台上等安全且易于被发现的地方转移。在夜间可利用晃动手电、往下扔东西或用醒目颜色的东西晃动等办法，发出求救信号。万般无奈时可用绳子、窗帘布或被面撕成条块结成绳子，牢固拴在门或窗的横框上顺其下滑逃生。
身处火灾烟气中的人，精神上往往陷于极度恐怖和精神崩溃，极易选择不顾后果的逃生手段，甚至选择跳楼逃生。跳楼逃生是十分危险的，原则上只有当消防队员准备好救生气垫指挥跳楼时，才能采取跳楼的方法。即使已没有任何退路，若生命还未受到最后严重威胁程度，也要冷静地等待消防人员到来。跳楼的方法是很有技巧的，跳楼时应尽量往救生气垫中部跳或选择有水池、软雨篷等方向跳。如果有可能，要尽量抱些松软物品。打开大雨伞跳楼也是十分科学的，这可以减缓；中击力。如果徒手跳楼一定要手扒窗台或阳台使身体自然下垂跳下，以尽量降低垂直距离，落地前要双手抱紧头部，以减少伤害。
4 结论
本文对建筑火灾中的烟雾的产生、危害、流动规律进行讨论，得出了对烟雾控制的三种有效方法，并结合实际，讨论了几种典型情况下火灾逃生的方法，这对建筑火灾的预防与控制将起到积极的理论与现实意义。
参考文献
[1]杨永强，刘海滨．建筑火灾烟雾危害与逃生方法．山东消防，2002(1)．
[2]任东．高层建筑火灾中烟雾流动规律及控制措施．安徽消防，1994(1)．