張良，張得勝，梁國福，魯志寶，紀超

(應急管理部天津消防研究所，天津 300381)

2017年5月9日，在山東威海陶家夼隧道內，一輛韓國國際學校附屬幼兒園的校車發(fā)生燃燒事故，導致車上11名幼兒遇難。經(jīng)調查，事故原為司機攜帶汽油上車實施縱火行為。2009年“成都6.5公交車縱火案”、2013年“廈門6·7公交起火案”和2015年“貴陽2·27公交車縱火案”均為犯罪嫌疑人使用汽油在車內放火造成重大人員傷亡[1-2]。 2004 年，Mangs等在開放空間中, 對1輛裝有1個備用輪胎及 30 L汽油的中型客車進行了全尺寸汽車火災實驗, 得到了熱釋放速率、溫度等隨時間的變化曲線[3]。2010年,清華大學孫璇等采用整車燃燒實驗方法, 對一輛三廂的奧迪汽車進行了火災實驗研究，獲得了汽車不同位置的溫度等隨時間的變化規(guī)律[4]。2016年，廣州市公共危機預防協(xié)會、平安廣州志愿服務總隊會同廣東省消防科學技術重點實驗室開展公交車逃生通道創(chuàng)建及燃燒實驗，通過比較車內溫升變化和人體耐受溫度，得出了最長為5 min的逃生時間[5]。為了進一步研究大客車火災時的燃燒蔓延規(guī)律及燃燒初期煙氣、溫度變化特征，還原火災案件的發(fā)生過程，確認最佳的逃生時間，本文使用與事故同類的車輛進行了全尺寸模擬實驗，記錄火災的發(fā)生發(fā)展過程，測量燃燒過程中火點附近的溫度、車內典型部位的煙氣濃度，為大客車車內火災預警、逃生及火災調查提供實驗數(shù)據(jù)[6-9]。

1 實驗準備

實驗場地位于野外開闊地帶，東北風小于3級，氣溫18～26 ℃，實驗時空氣流速1.3～1.9 m/s。實驗車輛為金龍客車提供的31座客車，車輛長×寬×高為8 210 mm×2 510 mm×3 420 mm，地面鋪設地毯。煙氣成分分析儀采用約克MGA5/Vario plus 型煙氣分析儀，可以同時測量O2、CO、CO2、NO、NO2、SO2、H2S等多種氣體濃度，示值誤差 ≤±5%。采樣點設置在著火點頂部，距離前門2 m處開孔，采用銅管將煙氣導出至煙氣分析儀處。實驗車輛及汽油潑灑部位見圖1-2。實驗測試采用K型熱電偶測溫，按照實驗需求在起火點一側的座位、窗口、棚頂以及過道頂、車門附近，共布置28只K型熱電偶，誤差≤ ±0.75%, 布置方案如圖3和表1所示。

圖1 實驗車輛及煙氣分析儀穿孔區(qū)域

圖2 汽油潑灑部位

圖3 熱電偶布置部位

表1 各熱電偶布置位置

2 燃燒過程及現(xiàn)象

根據(jù)威海案例中隧道內過往車輛行車記錄儀早期拍攝到的火焰特征對比，通過前期油盤燃燒試驗，來控制汽油潑灑量。實驗人員將2 L汽油倒在駕駛座位后排座椅前腳下地板，采用窗外拋擲引火物來引燃汽油，以汽油點燃時刻計時為0 s，為模擬威海放火案的實際案例情況，在火災開始后的17 s左右將車門打開，在火災燃燒至560 s時開啟火災抑制和撲救工作，燃燒過程見圖4-圖5。

汽油潑灑在駕駛位后第一排座椅下方區(qū)域，點燃后瞬間發(fā)生轟燃現(xiàn)象，初期火勢集中在第一排座椅附近燃燒，有火焰向門口躥出，駕駛員座椅處火勢相對較小。由于此車輛車窗除駕駛員車窗外，其余車窗均由三塊玻璃構成，上部一塊玻璃固定，下部兩塊玻璃可推拉移動，因此兩塊玻璃之間存在一定縫隙，這也就導致初期火災時，在火焰高溫輻射作用下，玻璃熔融變形，有火從車窗玻璃間隙卷出。燃燒過程的38～96 s時間段內，駕駛室在濃煙作用下，從前風擋外向內只可以看到微弱的火光；在96～147 s時間段內前風擋處基本不見火光；147 s時前儀表臺處又可見閃動的火光；后來火勢逐漸擴大，直到前風擋玻璃燒破。燃燒初期的現(xiàn)象見表2。因側重于火災初期應急逃生的研究，后期的燃燒過程和現(xiàn)象不再贅述。

表2 燃燒初期燒損狀態(tài)

圖4 點燃初期車門打開時燃燒狀態(tài)

圖5 燃燒中期燒損狀態(tài)

3 火災過程中溫度和煙氣的變化規(guī)律

開門前，火災平穩(wěn)發(fā)展。在20 s的時間內，左側車窗附近的溫度上升到100 ℃左右；30 s以內，除火源附近的窗口，其余窗口溫度保持在100 ℃以上的范圍內；但是當開門后，窗口處溫度迅速上升，在35 s左右，火源附近窗口(左數(shù)第二個車窗)處的溫度達到400 ℃；隨后窗戶破損，此時氣流貫通，在微風作用下煙氣從左側窗戶一側向門口一側有輕微偏移，車內氧氣濃度驟升，窗口處溫度驟升至700 ℃；此后的80 s內，窗口處的溫度穩(wěn)步下降，說明火向門口處蔓延，見圖6。

開門后車門口處的熱電偶溫度迅速上升，在30 s內達到600 ℃，且高位布置的熱電偶溫度顯著高于低位布置的熱電偶溫度。在左側第二塊玻璃破碎后，高處熱電偶溫度平穩(wěn)下降，低處熱電偶溫度持續(xù)上升，說明在車門口的火勢降低，火從破碎的窗口處躥出。在160 s左右，前窗位置看到明火，前門部位的溫度上升很快，直至前擋風玻璃破碎，溫度很快下降，說明火已經(jīng)開始向前窗外蔓延，見圖7。

對于車輛過道處的溫度進行監(jiān)測，距前風擋玻璃2 m處在35 s內保持在60 ℃以下，距前風擋玻璃1 m和1.5 m處的測溫點因靠近火點，在10 s后便迅速上升到100 ℃以上，見圖8。在燃燒初期，由紅外熱像儀測得高溫區(qū)域集中在火點的地面附近且頂部熱煙氣溫度相對較高。隨著燃燒發(fā)展，燃燒溫度不斷上升，燃燒進行到3 min左右時，最高溫度已經(jīng)超過1 100 ℃，高溫區(qū)域集中在駕駛室上部。隨著燃燒進行，高溫區(qū)域也不斷后移，見圖9。從起火初期車內測溫點數(shù)據(jù)可以得知，起火后火點附近在30 s內便達到了100 ℃以上，遠離火點位置的測溫點在35 s以后也開始上升到100 ℃以上。而查閱文獻得知，人體在95 ℃以上的環(huán)境中最多只能待5 min[10]。

圖6 燃燒初期窗口處溫度變化過程

圖7 燃燒初期車門口處溫度變化

圖8 燃燒初期過道處測溫點溫度變化

圖9 燃燒過程中監(jiān)測的溫度場

由于煙氣導出管道長度較長，煙氣的采集和火勢的發(fā)展存在一定的時間差。從煙氣的成分判斷，燃燒后O2的濃度下降到0.9%，而CO2的濃度能達到15%,說明燃燒后期駕駛室內的氧氣基本耗光，被煙氣充滿。NO、NOx、NO2等的濃度都在燃燒初期會顯著升高，50 s以后NO2和NOx均有下降，最大濃度分別達到180×10-6、200×10-6、和140×10-6。而在燃燒進行到40 s時，SO2的濃度達到5 800×10-6。CO的濃度是火場窒息的主要因素，CO濃度在燃燒進行到100 s時可達到近40 000×10-6。而CO濃度在12 800×10-6時，人體吸入 1～3分鐘內死亡 ，見圖10-13。從以上煙氣濃度變化過程可知，在大客車火災初起的30 s內是內部乘員的最佳逃生時間。

圖10 燃燒初期氧氣和二氧化碳濃度變化

圖11 燃燒初期一氧化碳濃度變化

圖12 燃燒初期氮氧化物濃度變化

圖13 燃燒初期二氧化硫濃度變化

4 小 結

1)大客車在潑灑一定量汽油后點燃瞬間火勢變大，向周圍蔓延。先從薄弱位置突破，本文中大客車由于使用推拉玻璃，故在高溫烘烤作用下玻璃很快軟化，火焰從玻璃間縫隙向外蔓延燃燒，高溫區(qū)域集中在車輛靠上的位置。

2)大客車內的燃燒受玻璃破損和車門開啟影響較大，反映在溫度變化上有一個瞬時增加的過程，這與玻璃破損和車門開啟后氧氣得到迅速補充有關。在很短時間內，車內溫度便可以達到1 100 ℃以上。通過熱電偶垂直高度的測量數(shù)據(jù)分析，燃燒初期大巴車內高溫熱煙氣易向上聚集，逃生時盡量降低自身高度。

3)此類大客車火災對于乘員傷害主要為兩部分，一是燃燒產(chǎn)生的有毒煙氣，二是起火后的高溫環(huán)境。由于是助燃劑放火，乘員艙內均為易燃物，燃燒蔓延迅速，在燃燒初期車內氧氣迅速消耗，產(chǎn)生了大量的一氧化碳，氮氧化物和硫化物等容易讓人中毒窒息的氣體，結合車內的測溫數(shù)據(jù)可以得知此類大客車內起火后的最佳逃生時間為30 s。

4)遇到此類火災時，車內乘員一定第一時間破窗逃生。根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)，門口區(qū)域起火后，由于車門已經(jīng)開啟，門口區(qū)域的溫度遠超人體的耐受溫度，此時門口不再是最佳逃生通道，應就近選擇遠離火源的窗口，第一時間破窗有序逃生。

5)大客車乘員密集，除了配備專門的安全員檢查，嚴禁易燃易爆品上車，在車輛主動安全防護上應配備易燃易爆品的預警系統(tǒng)，對于易揮發(fā)類的助燃劑等成分可以第一時間監(jiān)測報警，及時疏散乘客。車上可以考慮增加車窗爆破總開關，遇到突發(fā)情況，第一時間破窗應急。