火灾调查技术研究实验室

火灾调查技术方向学术带头人：张金专

张金专，男，中国人民警察大学研究生院书记，教授，硕士生导师，主要研究方向为火灾调查和火灾物证鉴定。近五年来，主持完成公安部应用推广项目1项，参与完成公安部应用创新项目2项；主持在研国家科技基础工作专项子课题1项，公安技术培训交流计划项目1项，河北省技术创新引导计划项目1项；在重要学术期刊和学术会议上发表论文10篇；主编教材1部，参编教材8部。

研究团队

主要研究方向

以火灾科学为基础，主要研究典型引火源的引火特性；新材料、新产品引燃条件、起火原因和起火过程等；以现行的法律、法规和标准为基础，主要研究现场勘验程序和方法、火灾现场重建与勘验技术、火灾痕迹识别技术等；以现代分析技术为基础，主要研究电气火灾物证鉴定技术与方法；助燃剂火灾物证鉴定技术与方法等；以材料学为基础，创新火灾中各种常见物证变化研究。

主要研究内容

（1）在研究典型引火源引燃性能和常见可燃物引燃条件数据库的基础上，以火灾科学为基础，主要研究典型引火源的引火特性；电气设备起火机理和原因；新材料、新产品引燃条件和起火过程；机动车起火原因等。重点开展火灾现场实体重构和火灾现场数值重构技术的研究，注重痕迹形成机理、遗留过程和证明作用，注重火灾物证鉴定新领域、新技术的研究，不断应对火灾调查的新挑战，促进调查技术的整体提升。

（2）以现行的法律、法规和标准为基础，主要研究现场勘验程序和方法；火灾现场重建与勘验技术；火灾痕迹识别技术等。

（3）以现代分析技术为基础，主要研究电气火灾物证鉴定技术与方法；助燃剂火灾物证鉴定技术与方法等。

火灾调查技术研究进展和发展趋势

（1）火灾调查基础研究方向进展和发展趋势

国外19世纪就开始了对火灾的研究，相比来说，美国的研究最早，1980年美国国家消防协会（National Fire Protection Association）与保险商实验室（Underwriters Laboratories）成立，之后又有许多火灾研究实验室陆续成立，此外，波特兰水泥协会以及哈佛大学等许多高校也积极参与到火灾的相关研究中，“911”之后，美国组织了大规模的调查队伍，并且在全球范围内展开了一系列的合作调查。英国在火灾研究方面也有一定的历史，在大不列颠防火委员会主持下，RegensPaek火灾试验场进行了大量的火灾试验，之后，英国成立火灾工程师协会，建立新的火灾实验炉Boreham-wood，组建火灾研究所，同时，卡丁顿实验室可以对十层的建筑结构进行同尺寸的抗火性能研究。此外，加拿大、瑞典、日本等国家也对火灾相关情况进行了广泛研究。目前，国外对火灾调查的基础研究主要集中在利用火灾数值模拟和建立火灾传播模型，展开对火灾发生、发展及原因分析的研究上。

近年来，我国的火灾调查基础研究发展较为迅速，在研究引火源的引火特性方面，主要集中于对典型的电火花、明火、物质自燃等的引燃特性研究，同时还针对不同引火源的能量、位置的引燃特性进行了深入分析实验。在可燃物及新材料、新产品的引燃条件和蔓延规律方面，主要着眼于阴燃起火、电气设备故障起火、可燃聚合物起火等内容。在汽车火灾调查方面，主要对我国的机动车主要是汽车的火灾现状、火灾原因、调查方法、自燃问题进行了研究，目前，新能源电动汽车不断深入大众生活，发生起火事件屡见不鲜，关于新能源电动汽车的火灾研究也成为调查基础研究的重要内容之一。

（2）火灾现场勘验技术与痕迹识别方向进展和发展趋势

目前，我国火灾现场勘验与痕迹识别技术主要由消防机构掌握并组织实施。在现行的法律、法规和现场勘验程序、方法方面，我国明确消防机构是火灾事故调查的管辖主体，发生火灾后，消防机构对火灾事故现场实施保护措施，对现场进行勘查检验，收集查明发生火灾的原因的相关证据，对发生火灾原因进行科学确定，从而达到对火灾事故处理提供依据的目的。消防机构最终会对当事人根据火灾事故的性质作出刑事移送，行政或者纪律处分的处理决定。相比较而言，我国火灾调查制度与国外差异较大，在美国，警察和消防机构部门是调查火灾事故的主要力量，消防部门负责火灾发生后的初步调查工作。一些国家消防部门受到法律允许，也具有与警察部门相同的调查权力，对可能的纵火犯罪或其他犯罪活动进行火灾现场勘验。大多数州的法律要求检察部门和消防部门合作组建联合调查组，对纵火或其他犯罪行为的调查负责。同时美国保险公司可以参与对火灾事故当事人开展索赔评估的相关火灾现场勘验工作。英国的火灾调查主体是由消防部门，保险公司，一些私人调查机构和检查部门所组成的。保险公司将对不会造成人员伤亡或轻微损失的火灾进行现场勘验，并核实损失的情况，所以消防和检查部门不需要参与进去。各部门之间采取相互配合的方式对于火灾事故调查的责任开展十分明确。随着消防体制的改革，火灾调查现场勘验技术及其相关法律法规也在向着国际化、专业化、科学化、精细化方向发展。

在火灾痕迹识别技术方面，各种材料在火灾中的痕迹变化和证明作用研究比较广泛，如在木材燃烧痕迹、玻璃破坏痕迹、液体燃烧痕迹、混凝土受热痕迹、金属受热痕迹、倒塌掉落痕迹等方面的变化规律研究较为成熟，但是目前对材料火灾中痕迹形成机理的研究还需要更加深入的探索。以火灾后混凝土受损和痕迹变化为例，目前主要对混凝土在火灾中强度变化影响因素的研究较多，早在1965年Harmarthy就提出了“饱和塞概念”，证明了混凝土中水分含量对建筑结构在火灾中的承受能力有影响；随后研究者们对火灾中随着混凝土受热温度、成分比例和掺杂组分、不同龄期的变化对混凝土强度的影响进行了系统化的研究。在微观形貌研究方面，目前可以利用X射线和CT图像分析技术，对混凝土内部微观结构进行无损扫描检测，能够准确的评估温度的升高对混凝土强度和微观形貌的影响。在国内，清华大学、同济大学与中南大学等高校的国家混凝土重点实验室在火灾后混凝土的安全性能方面进行了大量的研究，提出了一些新的检测手段。近年来，混凝土的研究也向微观方面发展，SEM和立体显微镜技术已经应用于对混凝土的微观形貌的观测，从而可以从不同形貌特征研究高温后混凝土的变化机理。超声探伤仪常用于混凝土的强度测定，为混凝土火灾中强度变化的测定发挥了重要作用，胡建国、支援等人通过线性归化的方式建立温度与超声回弹的线性曲线，超声回弹互补，减小试验测定的误差，通过测定火灾后混凝土超声回弹值，得出线性曲线确定火灾时混凝土的受火温度，为混凝土火灾后痕迹变化和重建提供大量的技术与数据支持。

金属在火灾中的变化研究中，除了痕迹形成的宏观现象及证明作用的经验性结论外，对其高温条件下形成机理的研究主要是N.Birks和G.H.Meier在《金属高温氧化导论》里通过对氧化物相物性或扩散性能分析提出的铁的氧化机理。在金属高温微观痕迹分析方面，目前主要是通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、热分析（TG/DTA）对金属氧化层、本体以及表面涂层的变化机制研究，并通过数值分析，建立数学模型，研究金属构件燃烧残留痕迹的变化规律。

（3）火灾物证鉴定技术方向进展和发展趋势

作为刑事科学技术的一个分支，火灾物证鉴定主要是指运用现代科学技术方法，对来自火灾现场的物证进行实验室检验鉴定的活动。由于涉及复杂的火灾破坏，相较于其他物证鉴定有其独特的方法，涉及更多的学科和技术，鉴定的难度较大，相较于国外的研究前沿，我国的研究相对滞后。目前，关于火灾物证的研究主要集中在三个方面。

①围绕放火嫌疑火灾开展的物证鉴定技术

相较于我国，国外保险业更加发达，更加注重区分放火嫌疑案件和火灾意外事故，因此其调查的侧重点一直未偏离放火嫌疑案件的调查。早在1945年，Rethoret开始了火灾相关痕迹的研究工作，随后不断的深入，最终达成了共识：气相色谱质谱法（GC-MS）是世界范围内公认的放火现场中助燃剂的最优的鉴定方法，已经替代了之前薄层色谱法、检气管法、红外/紫外吸收光谱法，形成了通用标准ASTM E1618，在此基础上我国提出了对应的标准GB/T 18294。但随着科学技术的发展，仪器检验技术的进步，也出现了比气相色谱质谱更精确的仪器设备，如：气相色谱三重四级杆质谱（GC-MS-MS）、气相色谱飞行时间质谱等等，是目前此方面国内外研究的前沿。

②围绕物质燃烧特性开展的物证鉴定技术

起火原因的认定是火灾调查的核心内容，其中物质能否被引燃是要解决的核心问题。因此，火灾物证鉴定过程中涉及此方面的内容，主要是易燃液体的沸点、闪点、燃点、最小点火能量、点火温度，固体物质的燃点和自燃点，以及物质在受热过程发生的物理化学变化。目前，关于已知材料的此方面研究已经比较成熟，多数以NFPA、ASTM和NIST标准方法为主，主要仪器设备有：同步热分析仪、激光导热仪、锥形量热仪、闪点测试仪等，鉴定的侧重点是未知物质和成分发生改变的物质。

③围绕电气故障引发的火灾开展的物证鉴定技术

在几乎所有的火灾调查过程中，都要进行电气故障引发火灾的认定或排除，电气火灾相关物证的分析与鉴定，占整个火灾物证鉴定总量的80%以上。目前，国内关于电气火灾物证鉴定的研究，以沈阳、天津、四川和上海四个消防研究所，以及我校、中山大学等高校研究为主，我校火灾物证鉴定中心在此方面具有自身特色和优势，并逐步与国外研究前沿接轨。与国内研究不同，国外关于电气火灾调查的研究，偏重于研究电气故障引燃，较为擅长宏观特征认定，以美国加利福尼亚大学伯克利分校、东北肯塔基大学、马里兰大学、英国爱丁堡大学、日本国家刑事科学技术研究中心等单位的研究最为前沿。

由于火灾物证鉴定的特殊性，涉及到多个学科的交叉融合，科学研究难度大，专业背景要求高，国内从事此方面研究的相对较少，相较于国外研究理论深度有待加强。一是电气火灾故障引燃与痕迹识别有待加强。电气火灾虽然高发，但原理复杂、偶然性强、难以模拟，仍为世界火灾研究领域的难题，目前我国鉴定工作多以经验性判断为主，缺乏量化分析电气故障发热过程的相关研究，研究结果重现性差，导致研究欠缺科学性。此方面我校火灾物证鉴定中心的相关研究已经走在我国同类研究的前列，正在逐步与国际研究前沿接轨。二是易燃液体的鉴定干扰性研究有待加强。放火火灾现场易燃液体助燃剂的研究相对成熟，但是随着高分子材料、石油化工材料的大量应用，其燃烧产物对汽油、柴油、煤油等常见助燃剂的鉴定干扰较大，对鉴定结果干扰物的研究相对较少。我校火灾物证鉴定中心近年来也在此方面进行了前期的探讨，也取得了一定的研究成果，具有较好的研究基础。三是火灾物证的智能化鉴别技术有待建立。随着人工智能、大数据技术的发展，以及物证鉴定技术的不断深化，逐步实现了鉴定判据的定量表征，使得智能化鉴别技术的开发与应用成为可能。我校火灾物证鉴定中心正与清华大学公共安全学院国家灾害事故调查中心合作，拟借助神经网络、深度学习技术，开发火灾中短路熔痕智能鉴别系统，进行此方面的初步探索研究。四是火灾对典型刑事物证判据稳定性的影响有待研究。