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为了教训的纪念

已有 25926 次阅读 2009-11-7 06:23 |个人分类:消防析灾|系统分类:科普集锦|关键词:克拉玛依大火,逃生常识,科普教育| 科普教育, 克拉玛依大火, 逃生常识

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1994128日上午,新疆维吾尔自治区克拉马依市教委组织中小学生在友谊馆为乌鲁木齐教委验收团举行汇报演出,共796人参加活动。1820分左右,舞台上方7号光柱灯烤燃附近纱幕,引起大幕起火,约1分钟后,电线短路,灯光熄灭。由于剧厅内各种易燃材料迅速燃烧产生大量有毒气体,并且由于消防管理中的错误认识(演出时,该馆外层 8个疏散门仅开启了1个),导致大火发生后,人员无法及时疏散,许多人在火场烟气中丧生。这场大火共造成325人死亡,其中288人是未成年学生,这是中国历史上第一次有重大影响的大型聚会场所群体性火灾损失,是社会发展到一定阶段,燃料大量堆积而风险认识不足的必然产物。

值此15周年之际,有必要使用现代逃生理论重新研究这一事故,突破传言中的迷思,消灭误解,正确认识逃生过程,有重要的指导意义,遂有此文。写作目的:破除误解,研究教训;认识火灾,正确逃生。

 

 

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克拉玛依是完全由移民所组成的新兴石油城,按照苏联模式兴建的友谊馆,是当地重要的地标性建筑,曾经是重要的政治文化活动中心。由于对火灾风险的认识不够,友谊馆进行了多次改造,大量无阻燃材料的汇聚,造成了大火的燃料基础。由于地处边陲,信息交流不畅,人员素质不够,和思想上的松懈,构成了大火的人员要素。当时当地的气候寒冷,风干物燥,容易点火,容易蔓延,构成了大火的环境要素。当燃料/环境/人员都发生问题时,火灾的发生是不可避免的。

克拉玛依大火的另一个重要特色是儿童,儿童容易恐慌,恐慌导致逃生效率低下。我国校园应急逃生教育是2008年开始的,对此有14年的延迟。西方职业消防的科普教育工作,从儿童开始,因为儿童学习主动性高(效果好),更会影响父母和周围的人,达到更大的社会普及效果。

还有一个重要的背景要素是,1993年前后国际油价低迷(因为苏东剧变,全球制造业减产,需求不足),这是很多谣言产生的经济基础。

 

 

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消防工程师遇到火场调查问题,首先从所有相关的事件发生时间线入手。通过分析火灾的发生、发展、逃生、灭火的次序来判断火场的损失原因,总结经验教训,改进设计规范,完善人群管理。由于克拉玛依是中国历史上第一次公开的大型聚会场所(Assembly)火灾,国内没有先例,而且在激动的民意压力下,主管机构不便公布真相(如央视前台长所言),所以笔者只能从有限的非官方信息中分析火灾经过和损失原因,材料的选取是根据火灾动力学和逃生理论的常识。如果有更权威的材料出现,有可能与这里的推理发生矛盾,望读者理解。

根据多方的火灾经过记录描述(主要是陈耀文的博客,其他资料都不敢公开署名。缺乏可靠材料,是国内科普认识不足的困境。为什么没有资料?怕问责嘛。),笔者可以把克拉玛依大火的损失原因归结为:室闭、火起、延速、烟毒、判误、恐慌、逃阻、救迟等8个环节造成的,前4条是物理因素,后4条是社会因素(包括心理、管理方面的原因)。也可以这样说,前4条是火灾因素,后4条是逃生因素。任何大型火场损失都是一系列错误造成的,如果认为某一个(些)人造成的损失,就是缺乏常识了。克拉玛依大火有其突发的偶然性和内在的必然性,反映了当时社会的认识不足,需要全面检讨。

 

 

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左图中,大门18为外侧保暖墙的出入口,13号除正常的双扇玻璃门外,外侧还加装了上下开合的电动卷帘门(这肯定不是原来的设计,何时改装有待深究,这是违反逃生原则的)。4578号门内侧是双扇木制门,外侧加装了左右开合的铁栅栏(这也是额外添加的防盗门,违反逃生原则的)。事故当天,只有3号门是正常打开的,其余全部锁上了。火灾发生后不久,发生电源短路跳闸,3号门的卷闸失控,随重力下落,在人力的支撑下没有完全封闭。同时,外墙所有窗户均加装了防盗护栏。内层围墙上,AF为剧场太平门,均采用由外开式双木门(这是符合逃生原理的)。事故当天,CD两个门从外侧以挂锁锁死(毫无理由地违反了逃生原则)。另外,图中标示的甲、乙两处,是为分隔前厅与两侧回廊特意加装的横开式钢制栅栏(额外添加了逃生难度),事故当天,乙门也是锁死的(1/3的逃生容量没有用上)。

不幸的是,有人后来进行了大量的不合逃生理论的修改,包括:加装甲乙两道铰链门是毫无道理的,徒然增加逃生的困难;虽然6个逃生门符合规定(宽度和向往开),但真正的逃生门是保温墙上的大门。对此,正门加装卷帘门,侧门加装防盗门,是违反逃生规定的;由于保温墙的封闭性,18号门也是太平门,必须向外开。使用电动卷帘门而没有配备备用电源,实际上这是极为危险的做法,几乎没有全身而退的可能。右图为45号门的不同视角观察。

 

 

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这是友谊馆其他的对外逃生门。3号门在停电时自动落下,切断了唯一的逃生通道,这是造成大量伤亡的直接原因。6号门在舞台附近,距离起火点最近,所以使用效率最低。4号门和6号门都是后来撬开的,之后的防盗门是人为的逃生障碍。

消防(fire safety)与安保(security),本来就是矛与盾的关系。消防要求尽快疏散,安保要求尽慢放人,虽然二者都要求人群控制,显然两者的要求是互相矛盾的。没有把握好两者之间的冲突,是友谊馆管理中的重大缺陷,造成了大量的伤亡。对生命和财产的重视程度不同,会让个人采取不同的安全策略。这里只能指出,防盗门一定要在有备份逃生通道的情况下安装,防贼有法,逃生有道,才是真理。国内所有的安全门使用者,您有第二条逃生通道么?

 

 

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通常我们用火灾三角形来解释火灾的发生,三角形的三条边代表三个点火的要素,缺一不可:氧气(或空气)、燃料和热量(或温度)。有时火灾三角形有扩充成火灾四边形,增加一条边来表示化学反应,突出燃烧反应链的作用(特别是灭火理论需要这一边)。一般火灾三角形就足以分析火灾发生原因。

当时表演开始不久,第7号舞台灯点着了幕布。右上图即为肇事的舞台灯。大功率灯泡的节能效果不好,产生大量光线的同时产生大量的热量。由于传热的效果会导致周围物体温度上升,直到达到新的热平衡点为止。如果该物体可燃,则释放出可燃的气体,在一定的温度下和一定的氧气浓度下点火发生,这是火灾发生的物理解释。通常空气无所不在,所以我们不考虑现场的氧气因素,而专注于消灭点火源和增加燃料的阻燃性能。对于克拉玛依大火的发生,舞台灯和幕布都有问题,都需要改进。前者可以使用高发光效率的节能灯或增加安全距离(如隔离网)来防止,后者通过使用阻燃材料处理来提高点火温度。公众场合下使用的材料都是需要特别进行阻火处理的(如右图所示的实验,点火70秒不着,就是阻燃材料的贡献),对此当时的认识水平不够。认识决定需要,我们看到什么,取决于我们已有的知识储备。所以消防教育很重要。

       为何幕布容易点着?这是一个典型的导热问题。一般燃料,接受能量之后,首先向内部传递,其次才会表面升温。织物的导热系数低,背面的空气导热性更差,于是所有的能量都汇聚在织物表面,于是很容易点燃。在消防术语中,向内部换热损失很少的材料称为热薄型材料(点火不需要预热时间),反之称为热厚型(需要较长的预热时间)。我们周围大部分材料是热厚型的,只有纸张,纤维,织物和泡沫材料(如舞王大火)是热薄型的,极容易失火。

 

 

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克拉玛依大火的特色是火灾蔓延迅速(几乎所有的大型火灾损失都具有这一点,但具体原因会有很大差别,需要一一辨别)。消防工程师特别关注于这一特点(点火原因太多,防不胜防,而伤亡大都是由于蔓延迅速,来不及逃生造成的)。

燃烧从本质上说是气相的化学反应。燃烧过程的维持需要有源源不断的燃料气体供应,这是需要通过传热来实现的。空间结构不同,造成的燃烧速度不同,这是蔓延快慢的根本原因。左上角的蜡烛火焰燃烧是大家都熟悉的自然现象。由于燃烧放热,空气膨胀,所以火焰和烟气都是向上走(飘)的,这样返回燃料的热量只占总放热量的很小一部分,所以燃烧稳定,不易失控,适合照明用途。当火焰结构改变以后(如右图),会产生如下效果:

1. 火焰倒伏。这是因为空气卷吸只有一面,单向气流导致火焰向壁面倒伏;

2.                        火焰拉长。因为卷吸受限,导致燃烧延迟,结果就是拉长的火焰;

3.                        由于火焰贴壁面倒伏,火焰直接接触壁面,换热极其强烈。正常情况下,火焰靠导热蔓延;在壁面火焰贴近的情况下,壁面换热主要是辐射,毫米级的距离和上千度的高温,导致预热燃料的热流量增加;

4.                        预热过程增加气体燃料的释放量,于是火焰越来越大,蔓延越来越迅速,直到所有的燃料都卷入火焰。

1876125日的纽约的布鲁克林剧场大火(278) 1881128日维也纳Ring剧院大火(620死),19031230日的芝加哥伊洛魁人剧场大火(602死)失火原因非常类似,都是垂直的幕布快速蔓延火灾造成的。工业火灾中,最危险的一种情况是造纸厂晾晒成形的纸张挂在空中的立体结构,一旦失火,根本没法救火,这是垂直火灾的特殊风险。

如果消防工程师发现这一情况,应当是立即决策逃生,很难灭火,这是燃料空间布置的危险性所决定的。友谊馆曾经发生过降下幕布来灭火的事例,当事人淡然处之,缺乏觉悟,是缺乏火灾蔓延常识,认识肤浅造成的错误。

 

 

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美国在1970年代突然发生火灾频发的局面,原因在于社会广泛使用有机化学材料,后者来源于石油产品,燃烧性能也类似,可燃、易燃、有毒。为了阻燃而添加的阻燃添加剂又增加了烟气的产量,加重了逃生和灭火的困境。对此,克拉玛依大火中有典型的体现。

友谊馆的坐垫是化纤材料(左上图),可燃、易燃、有毒。右下角的救人者无法靠近,就是避免吸入烟气。人体对烟气的反应因人而异,没有准确的预报,所以在呛人(刺激性)和中毒(毒性)的烟气面前,没有呼吸设备的救人者根本救不了人。

1993年,隆福商厦大火,全北京市的消防队员都调过去了,但没有自助呼吸设备,无法进火场灭火,就是基于对烟气危害的认识。烟气对于人体的损害具有隐蔽性和很难逆转性,新疆德汇大火和央视大火,都有消防队员死于烟气中毒的事例,这是非常不应该的认识问题(责任事故),所以不能掉以轻心。受到烟气危害的人,关键是烟气影响逃生的意识,令人丧失了逃生的能力,这是很无奈的一件事。洛阳东都商厦大火伤亡巨大的实质就是对烟气危害认识严重不足造成的。所以,没有设备,不鼓励火场救人。

 

 

 

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火场之中的受害者都有判断失误的因素在里面。现在可以看出有三个判断失误造成伤亡:决策延迟,线路选择,和找避难所。决策延迟的时间不长,但很致命。如果了解火灾动力学常识,是很容易判断火场失控的危险的,但当时的人是没有这方面常识的,在此无法深究。选择逃生路线,也是成功逃生的关键,建筑安全设计的核心是让使用者安全地从最捷径的路线逃生,对此克火之中有大量因逃生线路错误造成的损失,稍后再分析。最后,我们无法逃生时,可以选择比较安全的地方,以比较安全的姿势等待救援,对此友谊馆的伤亡地点有助于理解火场避难的特点。

左上图是火灾发生的主要空间。由于室内达到轰然状态,室内所有可燃物均被点燃,留在该空间的生存率几乎为零。左下图是南侧右回廊,共有5个门,全部被锁,几乎没有用上。右上图是主要入口到剧场之间的过渡,空间低矮(顶部应当是放映室),通风不畅,没有烟气储留空间,也排烟通风不足,所以这里是最危险的地方。几乎所有的人都希望从这里逃生,而烟气也往这里漂(因为相对位置高),所以这里是造成伤亡的主要地点。右下图展示的左回廊没有过火过烟的痕迹,所以这里是比较安全的地方,如果俯卧待援,有可能成功逃生。那么,与此相联的厕所空间应该更安全?不错,厕所在这次事故中更是毫发无损。

通常建筑设计中总要保持一块安全性高的空间,通常是楼梯,所以楼梯间的隔离门是常闭的。该空间应该没有障碍,墙壁阻燃,没有燃料,空间隔离,通风顺畅,是安全性最高的地方。这里左回廊具有类似的功能,而右回廊的功能没有用上,这是很可惜的一件事。

因为不懂安全空间的选择,所以况丽死守厕所,而其他学生又都惊惶失措地到处跑(应当在回廊卧倒待援)。如果鼻孔位置高,就容易被烟气放倒,大家都没有利用好这一片避难所空间,所以伤亡巨大。在此笔者不是为了谴责,而是为了教训。逃生需要正确的常识。

 

 

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每一次大型群体损失的案例,都会有人探讨是否是恐慌造成的,这里也不例外。消防工作者和社会心理学家对于恐慌的关注目的不同,后者关系灾后逃生,前者关心灾难的发生,所以两方对于群体恐慌现象有很大争议。这里作为消防工程师的笔者认为当时确实发生了群体恐慌,因为火灾发展极为迅速,令人措手不及,儿童没有经验,在缺乏指导时更容易慌乱。恐慌的表现是放弃思考,盲目乱跑,放弃防护,加速死亡。上面两张图显示了逃生过程的恐慌性和盲目性。

为什么要关心恐慌?因为恐慌造成逃生效率低下和踩踏行为,也导致判断失误和趋险行动。现场所有参与者都是从AB门进来的,所以大部分人都是通过原路逃生。如果大家都往这两个门挤,就会造成局部人口密度过高,逃生速度减少到零,反而降低逃生效率。笔者估计,AB门处有拥塞,所以最后行动的当地官员(共26人)从EF门出来,都存活,而从AB门走的教委领导只有6人(共23人)得以逃生。而导致拥塞的心理原因是恐慌,在迅猛发展的火场面前,人人焦虑,奋勇行动的后果自然导致拥塞。另外,根据火场常识判断,两侧走廊比较安全,是原来所设计的避难所。厕所外的走廊牺牲100多人,是不大可能发生的。恐慌的后果,导致人人奋勇前进,都跑到最危险的前厅去了,这是缺乏常识和恐慌不已的结果。

儿童没有经验,遇险不能冷静,所以发生恐慌的可能性更大,这是儿童伤亡率高的主要原因,其次原因是距离出口远。但建筑设计的基本原则是任意地点距离逃生口(太平门)的直线距离最多为30英尺(参数未确认), 所以火场位置不应该是主要原因,克火中锁门造成逃生距离过长,这是人为的错误。几项原因综合起来,共同构成了学生死亡率高。负责照看孩子的老师,因为深陷人流,无法独自逃生,无法区分主动与被动的英雄事迹。老师的牺牲比例与学生相近(见后面的数据),没有特别的英雄业绩。

      

 

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逃生不畅的主要原因是逃生出口被堵。这里显示的三门一窗就是造成友谊馆逃生困境的主要原因。门,是用来出入方便的,需要防盗,更需要安全(逃生)。窗,是用来采光的,需要防盗,更需要通风和逃生。上述地点安装了过多的防盗装置,降低了安全水平,我们社会需要认真从中吸取教训。

另外,火场救人的第一前提是通风排烟,上述照片居然有玻璃未损,说明没有把通风排烟当作首要任务。通风排烟是进入火场作业的前提之一,这说明现场人员的认识有不足之处。火场发展迅速,达到轰燃以后,财产已经全部损失,所以不能在救人方面有任何的犹豫。

 

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从左下角的照片判断,火场发展足够大(辐射强度高),维持时间足够长,所以造成门板烧焦的痕迹。右上图的干粉灭火器适用于高强度的化学品火灾,但对于高高在上的幕布燃烧无能为力,因为够不着。当火灾发展到一定程度,灭火器的效果是有限的,超过了自身的灭火能力,所以对于这次事故用不用没有区别。由于火场烟雾弥漫,既影响了逃生判断,又造成救人者止步不前,这是救迟的主要原因。没有工具,没有设备,你能指望当事人做什么?领导在这种情况下又如何?救人不能蛮干。克拉玛依大火最关键也最不清楚的记录是报警和到场时间。克火的报警和救助耽误了十几分钟,是造成重大伤亡的主要原因。

 

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陈耀文的博客文章《迟来的报道》第一部分,清楚地分析了当地领导们是因为地形熟而逃生,而不是因为提早逃生。“克拉玛依当地的领导全都跑出去了,只有几个人被烧伤。大火中,‘两基’验收团的的23名成员中有17人遇难,其余的全部受伤。”“自治区组织的‘两基’验收团是由自治区教委领导和全疆各地区的教委领导构成的,他们中的很多人是第一次光临克拉玛依。当天,他们都是从朝西方向的友谊馆正门进入的,落座没多久火灾就发生了。他们不知道,就在他们左手十几米远的地方,礼堂北侧东段,也就是靠近舞台的地方,有一个太平门通往北侧的回廊,这个们没有上锁,因为回廊里有两个面积很大的卫生间。而当地的那些领导,他们经常在这里开会、看演出,路线熟,意识清,又不用关顾那些在无序中混乱的孩子们和外地人……”。原来如此。

那么“让领导先走”到底有没有呢?笔者认为,“让领导先走”是一个误解的信息,来源于对现场结果的误解和社会矛盾的变相表达。毫无疑问,曾经有人说过类似的话语,但说话的时机氛围很重要。现在有三种可能:A,演出开始之后,失火发生之前;B,失火发生之后,火灾失控之前;C,火灾失控之后。在情况A下说这话,是一种文化现象,在此不是很容易解释清楚的,不过应当不会造成火场损失。在情况B下说这话,如果没有正确的消防常识来判断火场失控,有可能造成逃生延误。问题在于,现场人员有没有能力及时判断火场失控?在情况C下说这话的可能性非常小,是精神失常的表现,别人也不会注意到他(她)说了什么(当时停电,恐慌立即蔓延),所以可以排除。问题在于,从火灾发生到失控的时间非常短(化学品易燃),情况B的可能性也是非常得小。那么,“让领导先走”与逃生无关,谣言的产生是一个社会心理和文化方面的课题,留待社会学家去研究分析吧!

那么领导有没有先走呢?笔者认为,有提前,时间在几秒到几十秒之间,因为他们是成年人,很容易判断出火场的失控形势,而且逃生行动不需要看老师的眼色,所以行动决策比老师和学生早一点是完全可能的。如果没有提前,他们会跟随克拉玛依官员从侧门逃生。不幸的是,他们原路返回,入口逃生,身陷人流,导致损失。另一方面,他们提前的时间不够长,当他们走到友谊馆中部的时候,火场失控,全面逃生开始,这时候他们被全面开始移动的学生包围,进退两难,直到全部伤亡。作为主人,克拉玛依官员不便在外地领导之前逃生(在最后行动,反而有行动的自由度,参见深圳舞王大火的逃生实例。),但他们知道友谊馆侧门之外有回廊,回廊没有阻碍,可以更快地逃生,所以他们作出就近逃生(脱离火场)的选择,没有拥塞问题,也就没有浪费逃生时间,得以安全逃生。虽然小唐健和赵兰秀极力组织逃生,但绝大部分人都依赖两座内大门和一座唯一开放(后来也掉电关闭了)的外大门进行逃生,所以伤亡惨重。在易燃化学品燃烧产生的毒气面前,人人如同待宰的羔羊,逃出去就活了,留下来就死了,或者如同杨柳,因为倒地比较早,鼻孔位置低(没有中毒),侥幸活下来,全身烧伤85%,生不如死。

深圳舞王大火,也是盲动者先死,不慌者从容逃生的结果。火场不慌,需要教育和培训。

有道是,领导先走亦先死,官员识路方逃生。民意糊涂责领导,紧抓道德难真相。

 

 

 

14

根据火场人类学的调查结果,人类在火场的反应通常是理性的。在感到安全的情况下,人们通常会相互帮助,发生所谓的利他行为,但火场无情,所以并不会优待某些人。泰坦尼克沉没事件中,据英国学者的调查研究结果,英国旅客的死亡率高,据说,这是因为英国的绅士风度,相互谦让所致,这是少有的例外。根据公开的数据,领导一共有49人,死亡17人,伤亡率35%,接近学生的40%和老师的42.5%。考虑到领导在逃生中的行为特征(没有牵挂,灵活决策(因处于队尾)),所以上述差异是不明显的。

为何外地领导伤亡率高?根据当事人的说法,领导中午享用了丰盛的午餐和美酒,喝多了,反应迟钝,这是很常见的火场逃生延误,不过想象的成分比较大。另一种更大的可能是,外地领导动身较早,但又不够早(在人群发动之前逃出友谊馆),所以身陷人流,被动就死。

为何本地官员无死亡?地形熟悉,没有负担,灵活决策,相机逃生。(小)唐健的说法很有代表性,身为负责人,他在最后逃生,看到形势不对(队伍拥塞,逃生效率低下),临时从边门逃出。救人并负伤的英雄赵兰秀,不可能是原路返回,所以也可以归入这一类。在紧急火场,行动早不如行动恰好,深圳舞王大火的逃生结果与此类似。

学生与老师的牺牲比例相近,因为老师不敢离开学生,也无法离开学生。逃生不是跨栏,你不能踩着别人行动。如果发生踩踏,大家都走不了,估计这是发生在A/B门的情况。发生踩踏的人群是无法自救的,只有依赖外来的强有力的救援才有可能解脱。不幸的是,当场没有设备,谁也进不了现场,舞王大火也有类似的问题。再入现场的大多是不怕死的,也没有活下来(如果没有防护设备的话)。


另,本文还有续集:

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=302992&do=blog&id=269189



http://blog.sciencenet.cn/blog-302992-269187.html

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