翻譯：鄭二狗 敏之 編輯：小辣
校對：橙Sir
1. 簡介
2004至2006年，我獲得了安全工程碩士學(xué)位，其中包括一門關(guān)于職業(yè)安全和健康的課程。作為這門課程的一部分，我在奧斯坎普消防站擔(dān)任志愿消防員時，寫了一篇關(guān)于職業(yè)安全的論文。
為了更好地論證這一主題，我研究了許多發(fā)生在美國消防員犧牲的事故案例。
我注意到，多數(shù)消防員因為從著火房間的上方墜落而不幸遇難。
我本人從未聽說過在比利時或者相鄰的其他國家發(fā)生過類似事故。令人費解的是，為什么在美國，差別會如此之大呢？
后來，我逐步意識到，這是因為他們的建筑結(jié)構(gòu)與我們截然不同。在北美，許多房屋都是用木頭建造的，這與我們的磚石建筑形成了鮮明的對比。
以前，大尺寸的木材主要用于建造住宅，建筑材料價格也非常的昂貴，一根大木梁比一根木椽要貴。
在美國，建造業(yè)從原來使用木梁轉(zhuǎn)向使用椽梁、工字梁、甚至是小桁架，這種特殊的建筑方式被稱為輕型建筑。
這樣的新型建筑具有眾多優(yōu)點，首先是價格低廉，其次是材質(zhì)很輕。因此，美國大量的公寓傾向于采用輕型結(jié)構(gòu)。
還有一個優(yōu)點是由于木材使用數(shù)量的減少，降低了對環(huán)境的破壞。
圖1 木桁架（拍攝：NIST）
然而，除了眾多好處之外，輕型建筑也有一些缺陷，其中之一就是在火災(zāi)中的表現(xiàn)（抗燒性）很差。
本文意在，就輕型建筑「木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)」的這一缺陷展開論述。
2. 風(fēng)險
2.1穩(wěn)定性
在荷蘭，土木工程師中有一個術(shù)語叫“結(jié)構(gòu)整體性”，用來定義體積周長比。
國際上更多使用的是表面積和體積的比（s/v），這與上面的式子截然相反。
圖2 橫梁的示意圖
橫梁的體積等于橫梁的截面積與其長度相乘。橫梁的表面積等于截面周長與長度的乘積。
因此，橫梁的體積與表面積的比值等于其截面積與周長之比。
圖3 工字梁的截面圖 （繪制：Rudy Van Impe）
圖3展示了工字梁的截面。這種建筑元素可以由木頭或是鋼鐵制成。
這幅圖可以使得我們對“結(jié)構(gòu)整體性”的概念有一個大致的了解，圖中的截面表示它的體積（V），而表面部分（A）則由截面的周長來表示。
比較工字梁和橫梁的整體結(jié)構(gòu)不難發(fā)現(xiàn)，橫梁的截面越大，使用的材料較多，同時它的表面積更小。
橫梁的內(nèi)部在火災(zāi)中受到了更好地保護，火必須先燒掉橫梁的外層才會燃燒至其內(nèi)部。在此期間，橫梁的內(nèi)部仍然可以正常承重。
工字梁的腹板連接上下法蘭。低溫條件下，工字梁可以像木制橫梁一樣堅固。有些木制工字梁的腹板厚度不超過7毫米。
但在火災(zāi)發(fā)生時，由于溫度較高，這兩類建筑元素的特征完全不同。工字梁的周長較長，意味著更多的表面部分遭受大火烘烤。
一旦腹板斷裂，建筑就會倒塌。顯而易見，工字梁基本不具備耐火性能。美國在此領(lǐng)域已經(jīng)開展了眾多研究。
大量測試表明，輕型木結(jié)構(gòu)支撐的木質(zhì)地板耐火時間只有8分鐘。
這意味著火災(zāi)發(fā)生后，短時間內(nèi)，地板就有塌陷的可能（很可能導(dǎo)致消防員墜落）。
人們發(fā)現(xiàn)火災(zāi)需要多長時間？撥打報警電話需要多長時間？消防隊到場需要多長時間？現(xiàn)場鋪設(shè)水帶出水展開內(nèi)攻又需要多長時間？
顯然，消防員展開內(nèi)攻時，地板已經(jīng)變得脆弱不堪。對于地下室火災(zāi)而言，消防員延伸水帶干線會進一步增加地板的負荷。
兩名內(nèi)攻消防員佩戴空氣呼吸器、攜帶相關(guān)裝備后總重量往往超過200公斤。
這正是美國有那么多的消防隊員從樓上墜落的原因。
天花板也是如此，當(dāng)消防員在著火層滅火時，必須時刻警惕可能塌落下來的天花板。
這種情況下發(fā)生倒塌的原因更加復(fù)雜，可能是因為天花板里的木質(zhì)托梁倒塌，也可能是因為支撐天花板的承重柱或墻體失去應(yīng)力所致。
總而言之，輕型建筑在火災(zāi)中的脆弱性，給消防員的生命安全構(gòu)成了極大威脅。
2.2 火勢蔓延和火焰蔓延
比利時的建筑規(guī)范允許獨立房屋中使用木材輕質(zhì)結(jié)構(gòu)（連片布置的房屋在相鄰房屋間有防火墻分割的情況下同樣允許）。
幸運的是，比利時的皇家法令之中寫入了一些“基本規(guī)范”。
這一法令規(guī)定了在建造公寓和辦公樓時，必須滿足的一些要求，其中一項正是關(guān)于建筑構(gòu)件耐火性能。其要求在火災(zāi)發(fā)生后一段時間內(nèi)，建筑物應(yīng)保持結(jié)構(gòu)的完整性。
這樣，消防員就可以在大樓內(nèi)相對安全地展開作業(yè)。耐火性能的規(guī)范，同樣有助于把火勢控制在著火房間之內(nèi)，房間的隔墻能夠在一定時間內(nèi)阻止火勢向相鄰房間蔓延。
墻壁和地板通常是由混凝土或磚塊構(gòu)成的?；馂?zāi)中，這些墻壁和地板是阻止火勢蔓延的有力屏障。
這種建筑結(jié)構(gòu)，在比利時發(fā)生火災(zāi)時，出現(xiàn)建筑物倒塌的情況并不多見。
如果換作木墻和木地板，要想達到同樣的效果幾乎不可能。為了使得木墻具有良好的防火效果，就必須通過添加諸如石膏板之類的保護性覆蓋物對墻體進行保護。
如今在北美，出于降低成本考慮，公寓幾乎清一色選用木頭建造。只要價格便宜，總會有人愿意這樣去做。
比利時要求必須給墻體和樓板做防火保護，以達到必要的耐火性能，無形中提高了成本。但是，使用木質(zhì)材料的情況，仍然不時出現(xiàn)。
在布魯塞爾的紐斯街，一家建筑公司正在建造一幢公寓樓。他們的想法是在現(xiàn)有建筑的頂部增加大約200套公寓。
如果要用混凝土來建造，那就會給原始建筑的承重帶來極大的挑戰(zhàn)。假如用木材來建造，那就能夠順利增建幾層。
按照計劃是要在木材上加裝保護層的，然而，在施工過程中，尚未來的及加裝保護層就發(fā)生了火災(zāi)。
布魯塞爾消防局發(fā)現(xiàn)，他們正面臨著一場規(guī)模巨大的火災(zāi)，因為之前沒有采取任何措施來防止火勢蔓延。大火迅速蔓延到了整幢大樓。
在施工過程（建造、翻新或拆除）中，輕質(zhì)木結(jié)構(gòu)建筑意味著巨大的火災(zāi)隱患。當(dāng)火災(zāi)達到一定規(guī)模時，消防部門就很難安全展開救援。
在YouTube視頻網(wǎng)站上，有一段關(guān)于得克薩斯州休斯敦火災(zāi)的視頻。視頻中，一名建筑工人被困在一座在建的木制公寓樓的陽臺上。
視頻的開頭，我們可以很清楚地看到這個人已經(jīng)逃到了陽臺上。顯然，他已經(jīng)沒有時間從建筑內(nèi)的樓梯上跑下來了。
這段視頻清楚地展示出了火勢蔓延的速度，大火幾乎瞬間就在整棟建筑物中蔓延開來。
圖4、5 展示木制公寓火災(zāi)的兩張照片
（拍攝：Karen Jones）
該男子最終被消防隊用云梯消防車救了出來，在這次救援中，頂層的墻壁發(fā)生了坍塌。這兩張截圖之間僅僅隔了1.5分鐘。
2.3 火災(zāi)危險性
像這樣的輕型建筑，具有很高的火災(zāi)危險性。這些建筑同磚砌建筑一樣，所有的電氣設(shè)備（電線、插座、…）都設(shè)置在墻體內(nèi)。
不同之處在于，磚塊是不可燃的。電氣設(shè)備往往是起火源，電路出現(xiàn)故障時，故障點的溫度會升高很多。
對磚墻而言自然不是什么問題，但換作木墻的話，就會形成陰燃，難以靠近并逐漸蔓延開來，最終演變成為火災(zāi)。
當(dāng)火勢蔓延到建筑本身時，就會升級為建筑火災(zāi)。對于消防部門來說，這無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。
當(dāng)火勢逐漸發(fā)展并點燃了房間內(nèi)離墻較近的家具時，另一個主要的危險因素也悄然形成，火焰會蔓延至建筑物的頂部，就會形成通風(fēng)控制型火災(zāi)。此時，保護建筑物變得異常艱難。
2.4 建筑結(jié)構(gòu)評估
在比利時，我們更傾向于建造磚房。正如一條比利時諺語所說：“比利時人自出生胃里就有一個磚塊?！?/p>
磚房對我們來說再正常不過了。在這一點上，社會認同也有著很大的影響，人們都想要建造一個便宜的房子，但卻又羞于讓人們看到。
因此，盡管木屋的數(shù)量在增加，但在比利時的普通街道上卻看不到。大多數(shù)木制房屋都有一堵磚墻作為外飾。
圖6 一棟正在建造的木結(jié)構(gòu)房屋
（拍攝：Nathalie Van Moorter）
圖7 同一棟房子在施工后，因為建筑物外部被磚塊覆蓋所以看起來跟傳統(tǒng)房屋沒有區(qū)別
（拍攝：Nathalie Van Moorter）
因此，在比利時，僅從外觀上看，很難區(qū)分木質(zhì)建筑與嚴格意義上的磚砌建筑。
這類房屋發(fā)生火災(zāi)，那么消防員很可能會掉以輕心。消防隊到場后，僅從外觀很難判斷出這是一幢木制房屋。
在一場通風(fēng)控制型火災(zāi)中，大量的火焰從窗戶和門中沖出，這意味著墻壁和天花板受到大量的熱。
經(jīng)驗告訴消防員，這對于一個磚砌混凝土建筑來說不存在什么問題。然而，對于木制房屋來說，情況就不同了。
夜間，當(dāng)建筑物底部發(fā)生火災(zāi)時，消防員在樓上執(zhí)行搜救任務(wù)就變得危險重重。很有可能大火已經(jīng)使樓板的強度受損，導(dǎo)致搜救人員隨時有墜落的可能。這種情況下，他們可能直接墜入火海。
在一間由磚砌墻和水泥地板構(gòu)成的房間內(nèi)，可以由一組消防員進行滅火，另一組消防員可以開始在臥室等地方搜尋被困人員。
混凝土樓板可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但對于木制房屋而言，是不可能的。
在一棟木制房子里，墻壁可能過火，大火緊接著會蔓延到整個建筑中。尤其是起火樓層的上一層和閣樓的地板，很可能會被大火包圍。一旦火勢蔓延到閣樓或屋頂，就很難控制了。
在有磚砌外觀的情況下，消防隊可能一開始不會考慮到火災(zāi)迅速蔓延的危險性。
當(dāng)火災(zāi)發(fā)生在一座磚砌建筑的一間屋子內(nèi)，消防員會在發(fā)展階段就快速將火撲滅，而這么做也基本能夠解決問題。
但如果這發(fā)生在一座木制房屋里，消防隊員就必須確認火勢是不是已經(jīng)蔓延到整個建筑了。
3. 戰(zhàn)例
3.1 休斯頓,德克薩斯州:屋頂坍塌
2013年5月31日，大約12時18分左右，休斯敦消防局接到報警稱，一家餐廳閣樓起火。
休斯敦消防局是一個擁有3800名消防員的職業(yè)消防局，保護著1600平方公里轄區(qū)范圍內(nèi)的200多萬人，人口數(shù)量大約是布魯塞爾的兩倍，而面積則是它的十倍。
51號水罐車分隊第一個到達現(xiàn)場，在趕往現(xiàn)場途中，就能看到濃煙已經(jīng)開始聚集。
12時12分，救援力量到達火場，并立即展開內(nèi)攻。12時15分，測溫儀顯示天花板的溫度達到84℃。
內(nèi)攻人員進入建筑物內(nèi)大約3米的位置處，使用70毫米的水帶開始滅火。他們匯報稱，火場內(nèi)的溫度不高，但是能見度為零。
12時18分，因為可能供水出現(xiàn)了問題，內(nèi)攻小組撤出了火場。
2分鐘后，51號水罐車分隊再次發(fā)起內(nèi)攻，68號水罐車分隊也來到火場進行增援，鋪設(shè)第二條內(nèi)攻干線進入火場。
12時23分左右，大樓的一部分發(fā)生倒塌，4名消防員當(dāng)場犧牲，其他15人受重傷，此時，距離51號分隊到達現(xiàn)場僅僅過了12分鐘。
圖 8 休斯頓著火餐館的木桁架
這樣的桁架由面板連接的弦和腹板組成
針對這一事故開展了廣泛的研究，一家工程公司對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行了檢查，他們發(fā)現(xiàn)屋頂是由桁架支撐的，圖8為桁架的示意圖。
這樣的建筑形式被人們廣泛的使用，因為非常堅固，且僅用有限的材料就能支撐起跨度很大的空間。
在我們目前的建筑物中，桁架通常用于鋼鐵工業(yè)，有時也會被用在大跨度的房間內(nèi)。
這種建筑構(gòu)件的缺點在于它十分脆弱。因為桁架的整體結(jié)構(gòu)偏低，在火災(zāi)中極易發(fā)生坍塌。
最重要的是，在使用面板連接木制桁架的弦時需要特別注意，弦和腹板通常是由齒板或釘板連接起來的。這些建筑構(gòu)件僅僅是上面有一些成網(wǎng)格狀的釘子覆蓋的薄鋼板。
這些板材與弦相連，就是用這樣的建筑構(gòu)型來維持整個桁架的結(jié)構(gòu)。危險的是它們在受熱的情況下會發(fā)生變形，這極易導(dǎo)致其發(fā)生脫落。
一旦桁架板不再充分地與弦和腹板相連，就會發(fā)生坍塌。
休斯頓的那家餐廳進行了翻新，最初只蓋上了屋頂。后來，又在屋面上加上了混凝土瓦片，正是因為這額外添加的負擔(dān)使得建筑物比預(yù)期坍塌的更早。
事后的調(diào)查顯示，餐館的員工在火災(zāi)發(fā)生前3小時就已經(jīng)聞到了一股燒焦的味道。經(jīng)過幾次快速查看，均未發(fā)現(xiàn)起火。
也許，此時建筑物的某處已經(jīng)開始了燃燒。直到火焰從建筑物內(nèi)燒到了室外，人們這才發(fā)現(xiàn)著火了。馬上有人報了火警。
此時，大火已經(jīng)在建筑物內(nèi)悶燒了3個小時，并在木墻內(nèi)蔓延開來。
3.2 俄亥俄州科爾雷恩鎮(zhèn)：消防員從樓上墜落
2008年4月4日，科萊恩鎮(zhèn)消防隊接到報警稱一座獨立的房子發(fā)生了火災(zāi)。
這個特殊的消防隊由60名職業(yè)消防員和150名志愿消防隊員組成，保護著117平方公里轄區(qū)內(nèi)的6萬居民。
早上6時11分，著火房屋內(nèi)的火災(zāi)自動報警器發(fā)出警報，消防隊員立即出警。
6時20分，調(diào)度室確認火警。
3分鐘后，第一水罐車分隊到達現(xiàn)場，從房主那里得知著火點在地下室，無人員被困。兩名消防隊員（一名中隊長和一名戰(zhàn)斗員）用一條45毫米水帶線開始內(nèi)攻。
偵查發(fā)現(xiàn)，門內(nèi)有一些煙霧，水帶在建筑內(nèi)推進花費了一些時間，第三名消防員也進入到建筑內(nèi)幫助那兩名內(nèi)攻隊員。
隨后，內(nèi)攻人員進入樓下的地下室，這時第三名消防員到屋外拿水帶。當(dāng)他回到門口的時候，隊長命令他留在外面，這時，內(nèi)攻人員發(fā)生了意外。
6時37分，對內(nèi)攻人員的營救工作正式展開。此時，距離第一個水罐車分隊到場只有14分鐘。
救援人員注意到，建筑底層地面已經(jīng)發(fā)生了坍塌，內(nèi)攻小組的兩名消防隊員不幸遇難。
事后調(diào)查顯示，在火災(zāi)警報響起后過了16分鐘，內(nèi)攻人員即進入了建筑物內(nèi)。當(dāng)時，大火最多只燃燒了16分鐘。
支撐底層木制地面的橫梁的寬度為5厘米、高度為25厘米，但是由于大火的燃燒使得強度下降，最終還是發(fā)生了倒塌。
調(diào)查人員推斷，由于地下室的高溫，內(nèi)攻小組被迫決定穿過房間從后門撤離。
內(nèi)攻小組隊員的總重量對于已經(jīng)被嚴重削弱的橫梁來說太重了，使得底層地面發(fā)生了坍塌，內(nèi)攻隊員從底層掉進了正在燃燒的地下室。
在這短短的16分鐘內(nèi)，5厘米寬的木梁都被削弱了，最終發(fā)生了倒塌。
試想如果它是一個由工字梁支撐的7毫米厚的腹板的話，情況會怎么樣呢？
3.3 比利時于克勒的事故
在比利時，至少在這起事故中，輕型建筑給火災(zāi)撲救工作帶來了嚴重的影響。
2008年8月30日，兩名布魯塞爾的消防隊員在烏克蘭的一場火災(zāi)中喪生。
著火的建筑物由幾個不同的部分組成，消防隊員犧牲的位置，是由一種輕型的木制結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而這起事故中極端火災(zāi)特性是直接導(dǎo)火索，煙氣的爆炸直接導(dǎo)致了建筑的坍塌。
問題是，假如這個建筑是由混凝土構(gòu)成的，那么同樣的事故還會發(fā)生么？煙霧是否還能在建筑物的不同部位迅速蔓延開？一棟混凝土建筑會因為煙氣的爆炸而倒塌么？
4. 應(yīng)對措施「請重點查看」
4.1 建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)計
做好建筑物結(jié)構(gòu)統(tǒng)計，統(tǒng)計表的內(nèi)容包括建筑物及其底層結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)。
一旦建筑發(fā)生火災(zāi)，指揮中心可以通過建筑物登記情況及時了解建筑類型。
在趕赴現(xiàn)場途中，消防員可以通過指揮中心第一時間獲取著火建筑的結(jié)構(gòu)。這樣，消防隊員就能提前判斷他們將要面臨的是否是一個輕型建筑。
必要時，可以及時調(diào)整滅火戰(zhàn)略。這是杜絕上述事故發(fā)生的唯一辦法。
當(dāng)然，這是一項規(guī)模浩大的工程，但對于其他方面也大有裨益。
許多工業(yè)建筑都采用鋼結(jié)構(gòu)，在不進行額外保護處理的情況下，鋼是一種耐火性能很差的建筑材料。
這些情況下，消防員在火災(zāi)撲救前獲取這些信息非常有用。
4.2 開展建筑結(jié)構(gòu)和倒塌原理的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)
如果消防部門能進行充分的培訓(xùn)，那么消防員就能夠準確識別建筑的類型和判斷不同建筑構(gòu)型可能帶來的風(fēng)險。
本系列的文章，橙色救援接下來會介紹建筑倒塌事故，增加消防員對于不同建筑構(gòu)型認知的初步嘗試，在建筑火災(zāi)撲救中，關(guān)于建筑方法的知識通常會派上用場。
4.3 巨大的影響
如果真的轉(zhuǎn)向了建造木制房屋的趨勢，那么這將對消防工作產(chǎn)生巨大的影響。
悉尼消防的高效管理，使得第一水罐車分隊通常在接到報警后的5到10分鐘內(nèi)便可到達現(xiàn)場。
如果想要保住房子，就必須在接下來的5分鐘內(nèi)把火勢控制住。萬一大火在建筑物內(nèi)蔓延開來，那么整棟房子都肯定會葬身火海了。
為了實現(xiàn)這一點，需要配備一大批職業(yè)消防員。
每個消防站中配備一臺水罐消防車和四名消防員，通過這種方式，可以在轄區(qū)內(nèi)就能形成一張緊密的消防網(wǎng)絡(luò)。每個消防站的轄區(qū)都不大，能夠做到在最短的時間內(nèi)到達現(xiàn)場。
在美國和加拿大也可以找到同樣的組織結(jié)構(gòu)。在這里，職業(yè)消防員保護郊區(qū)，這樣他們就能很快地撲滅木頭引發(fā)的火災(zāi)。
在比利時，志愿消防隊員構(gòu)成了郊區(qū)消防服務(wù)的基礎(chǔ)。志愿消防隊員的出警時間通常比職業(yè)消防員多出幾分鐘，畢竟他們得先自己開車來到消防站。
最重要的是，比利時的消防站很少，但規(guī)模都很大，這也延長了出警的時間。這兩種因素都導(dǎo)致了消防隊經(jīng)常無法迅速到達現(xiàn)場并及時撲滅木制房屋火災(zāi)。
以后，消防隊很有可能會更多地面對在火場上被完全燒毀的木制房屋。
5. 我仍心懷夢想
2013年，我在一篇關(guān)于倒塌事故的文章中引用了馬丁.路德.金的話：“我有一個夢想?！?/p>
這是行動的呼喚，呼喚從比利時發(fā)生的事故中開始學(xué)習(xí)。在大多數(shù)國家，每一次嚴重的事故都經(jīng)過了系統(tǒng)地調(diào)查，并出具詳細的調(diào)查報告，這樣人們就可以盡可能多地了解到底是哪里出了問題。
有時候，我們花了大量的時間對事故進行分析并給出詳細的事故報告，這在一定程度上可以避免類似的事故再次發(fā)生。
我們必須不計損失的開展好這些工作，不能讓那些遇難的消防員白白犧牲......
我仍心懷夢想......
6月戰(zhàn)訓(xùn)沙龍：消防員作戰(zhàn)安全
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