◆長沙市長郡中學(xué) 戴棋

森林防火隔離帶是在林區(qū)與林區(qū)，森林與村莊、農(nóng)田等之間設(shè)置的空曠地帶，目的是將森林分割成塊狀，當發(fā)生火災(zāi)時阻止火勢蔓延，是重要的森林防火屏障。

我家附近的山上也有防火隔離帶，但有的已經(jīng)長滿雜草，有的在雨水的沖刷下露出泥土，遠遠看去像一道道傷疤橫亙在綿延的山脊上。有幾次，山火都輕易地跨過了那些屏障，阻止森林火勢蔓延的隔離帶失去了它原本的作用。有什么辦法能在保證森林覆蓋面積不變的前提下提高隔離帶的防火效果？

為此，我搜集了相關(guān)資料，先后走訪了長沙市天心區(qū)消防大隊、長沙市芙蓉區(qū)消防大隊、長沙市岳麓區(qū)森林防火指揮部、長沙市林業(yè)局等部門，咨詢了與森林火災(zāi)相關(guān)的問題，并對其進行了歸納與整理。

冬天常用的烤火架給了我啟發(fā)：人們烤火時常常在火爐上方放一個架子，架子頂部是一張鐵絲網(wǎng)，烤火時還可烘烤衣物。火爐的溫度那么高，為什么衣服不會被點燃呢？鐵絲網(wǎng)是否可以隔熱，甚至隔絕明火呢？

帶著這些問題，我開始了本課題的研究。

一、研究目的

研究鐵絲網(wǎng)的防火性能，尋找一種可輔助隔離帶有效阻止火勢快速蔓延的鐵絲網(wǎng)。通過鐵絲網(wǎng)的架設(shè)縮短隔離帶的寬度，減少隔離帶對森林植被的影響。

二、實驗材料

1.材料確定

分析現(xiàn)有的網(wǎng)狀材料，確定本課題以金屬網(wǎng)為研究對象。對金屬材料進行分析篩選后，確定以鐵絲網(wǎng)為研究對象。鐵絲網(wǎng)自身耐高溫，且生成的四氧化三鐵能提升防火性能。實驗材料如表1。

表1 實驗材料

2.設(shè)備與場地

主要設(shè)備為標智GM816迷你數(shù)字風(fēng)速儀、高精度工業(yè)測溫儀、自制不銹鋼架等。主要實驗場地為學(xué)?？萍紕?chuàng)新實驗室以及露臺。

三、實驗過程

1.鐵絲網(wǎng)目數(shù)與防火性能的關(guān)系

開展多組實驗，確定合適目數(shù)的鐵絲網(wǎng)，對比不同目數(shù)的鐵絲網(wǎng)的隔火性能。實驗均采用無風(fēng)、等量木柴添加量、頂部火、直接接觸、單層鐵絲網(wǎng)的條件以變量控制，重復(fù)多次。

由圖5可以看出使用硬件加速核和軟件函數(shù)庫兩種方式所得到的局部方向場估計圖基本一致。最后將每個無重疊子塊的方向場圖拼接在一起就可以形成指紋圖像的方向場圖。

選取等面積的不同目數(shù)的單層鐵絲網(wǎng)各3 塊，將鐵絲網(wǎng)固定在鐵架頂部。使用等量木柴生火，當火焰穩(wěn)定后，將鐵架置于火焰上，確保鐵絲網(wǎng)在火焰正上方，并開始計時。每隔3 min 測量并記錄鐵絲網(wǎng)上方5 cm處的溫度。重復(fù)實驗。

圖1 鐵絲網(wǎng)目數(shù)與防火性能的關(guān)系

2.鐵絲網(wǎng)層數(shù)、火的種類與防火性能的關(guān)系

繼續(xù)探究100 目鐵絲網(wǎng)的隔火性能。準備相同質(zhì)量的木柴，于無風(fēng)情況下進行實驗。待火焰穩(wěn)定后開始計時，并將鐵絲網(wǎng)置于鐵架上，直接接觸火焰，每隔3 min 測量鐵絲網(wǎng)上方3 cm 處的溫度。實驗結(jié)果見圖3。

圖2 不同層數(shù)的100 目鐵絲網(wǎng)其上方3 cm 處的溫度

圖3 層數(shù)、不同種類的火與防火性能的關(guān)系

森林火災(zāi)分為樹冠火和地表火。樹冠火溫度較地表火溫度更高，燃燒更劇烈，通常溫度在1000 ℃～1200 ℃，地表火溫度可達1000 ℃。而該實驗中，核心火焰溫度能維持在1100 ℃左右，滿足模擬條件。

準備相同質(zhì)量的木柴，于無風(fēng)情況下進行實驗。待火點燃之后開始計時，并將不同層數(shù)的100 目鐵絲網(wǎng)固定在鐵架側(cè)面，待火焰穩(wěn)定后測量多次，取平均值作圖。

由上述實驗數(shù)據(jù)分析可得，100目雙層鐵絲網(wǎng)與100目三層鐵絲網(wǎng)對頂部火、側(cè)面火的隔離效果相近。

3.風(fēng)力與鐵絲網(wǎng)防火性能的關(guān)系

在實驗開展前，對自然風(fēng)速、鼓風(fēng)機風(fēng)速進行測量。使用相同質(zhì)量的木柴，待火焰穩(wěn)定后，將鐵架蓋在火上，使待測量的鐵絲網(wǎng)位于下風(fēng)區(qū)，計時。待火焰穩(wěn)定后測量并記錄數(shù)據(jù)。

4.實驗結(jié)果與分析

（1）經(jīng)過實驗與比較，鐵絲網(wǎng)自身耐高溫，且高溫環(huán)境下其防火性能更佳，所以選擇鐵絲網(wǎng)為防火網(wǎng)的主要材料。實驗表明，鐵絲網(wǎng)具有良好的耐火性能，能隔離火焰。但如果持續(xù)加熱，鐵絲網(wǎng)依然會透火。100目雙層鐵絲網(wǎng)在火外焰的烘烤下，經(jīng)過374 s 開始透火。100 目三層鐵絲網(wǎng)在火外焰燒烤下，經(jīng)過423 s開始透火。

圖4 100 目三層鐵絲網(wǎng)在火外焰燒烤下，經(jīng)過423 s 開始透火

（2）當鐵絲網(wǎng)目數(shù)大于或等于100 目時，其防火性能隨目數(shù)的增加變化不明顯。由此，確定選用100 目鐵絲網(wǎng)進行下一步的探究。

（3）多層100 目鐵絲網(wǎng)都能隔絕火焰，并能將熱量傳導(dǎo)至空氣中，降低鐵絲網(wǎng)溫度。雙層鐵絲網(wǎng)與多層鐵絲網(wǎng)在隔絕火焰、降低溫度等防火性能方面相近。

（4）鐵絲網(wǎng)的孔隙能及時散熱，從而起到降低溫度的作用，所以鐵絲網(wǎng)層數(shù)對其防火性能有一定的影響。

（5）對于100 目鐵絲網(wǎng)來說，雙層與三層的防火效果相近，但雙層鐵絲網(wǎng)更便于制作與架設(shè)。

四、結(jié)論與討論

1.鐵絲網(wǎng)可作為防火網(wǎng)的主要防火材料隔絕火焰。當火焰穩(wěn)定時，頂部火焰在一定時間內(nèi)無法穿透鐵絲網(wǎng)。

2. 鐵絲網(wǎng)的目數(shù)越大，其隔火性能越好，但鐵絲網(wǎng)的目數(shù)與其防火性能的正相關(guān)度隨目數(shù)的增加而下降。

3.100目鐵絲網(wǎng)層數(shù)與其防火性能呈正相關(guān)，但隨著層數(shù)的增加，正相關(guān)度略減。

4.在無風(fēng)和有風(fēng)的環(huán)境下，100目雙層鐵絲網(wǎng)都能隔離火焰、降低溫度，并能阻隔火焰6～8 分鐘。

5.當火勢大到一定程度時，鐵絲網(wǎng)層數(shù)、目數(shù)與其防火性能的正相關(guān)度減小。且鐵絲網(wǎng)的層數(shù)增加，生產(chǎn)防火網(wǎng)的成本也會增加。一定范圍內(nèi)鐵絲網(wǎng)目數(shù)增加、層數(shù)減少，防火性能下降。

五、創(chuàng)新點

1.提出用鐵絲網(wǎng)輔助隔離帶，防止森林火勢快速蔓延。

2.通過實驗找出鐵絲網(wǎng)的層數(shù)、目數(shù)與其防火性能的關(guān)系，為架設(shè)輔助隔離帶提供理論基礎(chǔ)。

3.通過架設(shè)鐵絲網(wǎng)可以縮短隔離帶的寬度，從而更好地保護森林植被。（指導(dǎo)老師：彭世文 楊亞民 龔樹梁）

作者心聲

在近一年的實踐與學(xué)習(xí)中我懂得了：無論在科學(xué)研究還是在日常生活中，都要有善于發(fā)現(xiàn)問題的眼睛和善于思考問題的頭腦。研究的基礎(chǔ)是實驗，要以認真細致的精神對待每一次實驗，每一個參數(shù)，力求完美，腳踏實地，不能想當然地猜測結(jié)果。每一個實驗都是邁向成功的臺階，只有踏實走好每一步，才能看到勝利的曙光。

本次研究活動得以順利地開展，離不開各位老師和消防領(lǐng)域的專家們的指導(dǎo)和幫助。感謝彭世文老師對論文選題、實驗設(shè)計以及論文寫作上的幫助；感謝楊亞民老師對我的實驗實施、數(shù)據(jù)分析上的指導(dǎo)；感謝長沙市天心區(qū)消防大隊、長沙市芙蓉區(qū)消防大隊、長沙市岳麓區(qū)森林防火指揮部、長沙市林業(yè)局等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家的指導(dǎo)。

專家點評

森林火災(zāi)是森林的大敵，因此森林防火是我國保護森林資源最基礎(chǔ)、最主要的工作。作者關(guān)心愛護森林，關(guān)注森林防火，難能可貴。作者從將鐵絲網(wǎng)用于森林防火這個新的角度，進行了非常大膽、十分新穎的實驗設(shè)計，實驗數(shù)據(jù)詳盡，有一定的理論價值，應(yīng)給予鼓勵。

不足之處在于，作者對森林防火的理解不夠深入。森林防火是要阻斷燃燒傳播，而不是短時間遲滯燃燒，所以阻隔火焰6～8 分鐘遠遠達不到森林防火的目的?，F(xiàn)實中，森林大火被阻斷6～8 分鐘也做不到，因此，鐵絲網(wǎng)在森林防火中的實際應(yīng)用有待深入研究。

建議進一步了解森林防火工作的實際情況，從降低溫度（使火焰周圍溫度降低到周邊可燃物燃點以下）、清除可燃物、隔絕氧氣這3 個方面開動腦筋，設(shè)計出更合理、更有實際應(yīng)用價值的方法。