1、火灾调查理论框架建立探讨 火灾在诸多灾害中发生频率最高，给社会造成了巨大损失，特别是造了人员的重大伤亡。目前世界各国已对火灾的探测、逃生、扑救、材料阻燃等研究给予了极大的关注，取得了许多重要的成果，并已形成了相对较完整的理论体系。但由于火灾的随机性以及各种人为因素使得火灾仍将长期存在于人类社会的开展中，随着国家经济的开展和科技的进步，火灾将呈现多元化趋势。火灾后的情景再现、事故原因确实定对于国家平安、社会稳定、相关政策的制定、同类灾害的防治以及事故责任者的认定等具有十分重要的意义，也是火灾科学研究者们目前必须面临的重要课题之一。但由于火灾燃烧过程的极度复杂性（涉及高分子燃料、燃烧空间大、空间结
2、构复杂）以及不同燃烧行为会产生外表上相似的后果等原因，使得这类研究变得极为困难。目前国内外对火灾事故类型的分析仍大量借助于专业人员长期工作积累的经验或采用半经验的方式。1 火灾调查研究的国外开展状况美国检验与材料协会ASTM自1990年以来，制定了火灾痕迹物质分析的系列指导性技术文件ASTM E，对需要采样的物质、采样方法、采样仪器进行了规定，最近ASTM又制定了两个新标准E1387和E1618，分别规定采用气相色谱GC和气相色谱质谱仪GC-MS对可燃液体剩余物进行分析，ASTM E系列标准通过对含碳Ci物质的测定，分析是否有汽油、煤油、芳香类溶剂等速燃物质，从而判断是否为人为纵火。法国Tou
3、ron等学者使用毛细气相色谱CGP、GC-MS和HNU光化学电离分析仪，探测现场可能存在的C1-C40碳氢组分，通过设计一个分析策略，使得对火灾痕迹物质的分析实现了半自动化，主要判断火灾是否为人为事故。台湾Chen等人通过研究金属熔化部位的离子质谱仪SIMS测定曲线，分析电气短路火灾行为。美国和英国学者McCurdy等人采用相紫外线光谱，测量事故现场是否有速燃助燃物质成分石油产品中的芳香类碳氢物质或二甲苯同分异构体组分，从而分析判断是否为人为纵火。日本学者Eui-Pyeong Lee等人采用X射线色散分析和电子扫描显微镜，对火灾发生后电气线路上的碳化剩余物质结构进行分析，研究证明了短路引起的火
4、灾其碳化物结构为石墨化碳和非晶碳，而非火源电线上的碳化物仅包含非晶碳。美国国家火灾调查协会的NAFI曾制定和进行了一个火灾调查研究方案，采用录像的方法，对十种典型室内火灾过程进行了全尺度实验，研究分析天花板、墙壁以及地板上火灾发生后的痕迹，以确定火源位置和火灾类型。他们的实验说明，发生轰燃会使壁面有不同的痕迹，并特别指出，当火源为家具类物质、家具类材料中的可燃液相组分燃烧时，地板上将包含聚氨脂类泡沫物质，而仅使用可燃液体作为助燃速燃剂时，情况有较大不同。美国NIST曾使用他们开发的火灾动力学演化程序FDS，对1999年12月22日发生在Iowa州一所双层公寓大火进行了事后计算，模拟获得了火源位
5、置、轰燃时刻、烟气蔓延历程等一些重要信息，但正如他们所指出的，由于采用所谓“正向的模拟方法，使得许多输入参数不确定，从而不得不采用大量模拟的方法，并与目标击所述情况和灾后的一些调查数据进行反复比照。美国烟酒和火器局BATF、火灾行政管理局FA、NIST、以及一些私营企业曾共同发起过一个火灾调查者培训方案，通过大量火灾过程和灾后情景的录像以及计算机模拟结果显示，对从事火灾调查者进行培训。美国NIST建筑火灾研究室通过现场勘察和目击者访问，使用火灾模型技术，对1990年3月23日发生在Washington一座办公建筑的大火进行计算分析，他们使用的模型为较为简单的区域模型。分析结果说明，火源为一个易
6、着火的箱体材料，着火后6分钟发生轰燃，导致天花板上的电路等系统失灵。美国NIST建筑火灾研究室对泄漏在乙烯树脂、木地板和地毯上的汽油、煤油燃烧行为进行过全尺度试验，结果说明，无孔外表上可燃液体的峰值释热率约为相同面积油池火峰值释热率的1/4到1/8；而地毯上可燃液体的峰值释热率等价于相同的油池火峰值释热率，他们建议热释率可作为火灾情景估计的输入数据。美国Akron大学Tan等学者应用气相色谱GC、气相色谱质谱仪GC-MS探测火灾现场中基于石油产品中的速燃助燃物质，同时利用从变量识别技术判断是否为人为纵火。由以上国外研究状况可以看出，各国已对火灾调查研究给予了充分的重视，但火灾调查和重构还远没有
7、形成较为完整的理论体系，有限的研究仍是分散的、侧重于某一方面，如探测事故现场中是否含有石油产品类物质，从而判断是否为人为纵火。但正如McCurdy所指出的，精心筹划的纵火不总是以上方式，我们需要分析火灾的整个过程。2 火灾调查理论框架建立的可能性分析火灾调查研究的关键是火灾后可能留下的过程信息以及对这些信息的把握。不同燃料在不同的燃烧条件下，有其不同的燃烧行为和后果。如木材燃烧时，其释放的悬浮微粒中含数十种可溶离子成分，其中代表性的碳黑、K+、Cl、SO3 火灾调查研究中的关键科学问题目前国际上对于材料热解行为和碳黑形成、颗粒凝结、大尺度颗粒分形聚合、形成和生长的研究较多。但碳黑生成机理研究大
8、多集中于以下三方面：不涉及壁面的空间燃烧行为研究；针对简单气相燃料的预混和扩散火焰结构研究；碳黑生成详细反响动力学机理的制定针对简单气相燃料。如文献（3350）为分别采用激光诊断（激光诱导荧光LIF、激光诱导热成像LII、激光消光LE等）、透射电子显微镜TEM、多线辐射ME以及模型技术等、研究温度、温度梯度、浮力、压力、湍流混合、辐射、气流速度、燃料热物性、分子结构等对碳黑形成、外表氧化、成核临界温度、颗粒碳化速率等的作用和影响；文献（45）探讨了激光加热对碳黑形态的改变；文献（49）说明碳黑氧化过程依赖其初始毫微尺度结构。由于火灾中涉及高分子材料，碳黑化学组成较上述复杂，同时火灾后的碳化痕迹物质大量存在于墙壁和家具外表上，这些痕迹物质是热解、氧化、碳化、分形聚合、燃烧颗粒物与壁面碰撞聚合的结果，因此目前已有的上述研究成果对火灾调查理论体系的建立是远远不够的。&n