1. 前言

1.1 车库的历史

自汽车发明以来，车库就成了城市的一部分。早期的车库是由马厩改造而成的，但到了 19 世纪初开始出现一种新的建筑形式。这些车库由专门的侍者提供停车服务，或者采用早期的自动化机械停车系统。最初，车库仅被视作一种特殊类型的仓库，然而随着其本身及存放于内的车辆的不断发展完善，车库逐渐成为一种特定类型的建筑物。

起初，路面上为数不多的汽车仅是少数富人所拥有，直到亨利 . 福特的工业化造车让广大中产阶级都用上了汽车。第二次世界大战后情况发生了重大变化，私人汽车迅速增加，路网规模扩大，郊区范围扩大，郊区的购物中心纷纷建立，等等。为了满足人们停车的需要，车库的数量越来越多，面积越来越大，其配置也发生了变化。

1.2 车库的设计

尽管车库有着一些独特之处，但它也与其他建筑类型一样面临着许多火灾风险。现代车库的形式很多，有地上的、地下的，有独立的、也有与住宅、商场、机场等相连的。地上车库有的是封闭式的，有的是一面或多面敞开式的。地下车库往往在通道和通风上是受限的。此外，尽管机械式的立体停车越来越常见，但最典型的还是将车辆直接停放在地面上。为此，相关机构出版了多项车库的设计标准，例如英国皇家结构工程师协会（ISE）出版的《停车库设计》。

车库一般是较大的开放空间，内部分隔较少，其地面到天花板的高度可以低至 2.2 米，明显低于其他类型的建筑。在结构上，车库必须足够支撑其自身重量和所容纳车辆的重量，同时考虑停车区大小、车辆通行区大小以及乘客上下区的空间等。另外，在机场、商场等场所中还应考虑车位周转率、乘客数量、车位大小等，这些因素还取决于车辆是长期停放还是短期停放。

车库的消防安全问题并不是一个新的课题。在美国，NFPA 88A《Standard of Parking Structures（停车场标准）》于 1927 年启动编制，并于 1932 年颁布实施。20 世纪 40 年代末，英国出版的《战后建筑研究》第 28 号报告中讨论了发生在地下车库内部的爆炸和火灾，并研究了车库火灾对其上盖建筑的影响。近年来，随着电动车的普及，电动车给车库带来的火灾风险成为新的研究热点。这些研究对设计和指南的影响已经显现出来，例如荷兰公共安全研究所（Instituut Publieke Veiligheid）、英国零排放车辆办公室（Office for Zero Emission Vehicles）都颁布了相关文件。此外，相关学者对电动车火灾发生频率、严重程度和对生命财产安全的影响，以及消防部门扑救电动车火灾的能力等问题也开展了研究。

2. 车库火灾

车库内的可燃物质主要是车辆及其携带的货物，其中车辆包括摩托车和各种尺寸的汽车、卡车、公共汽车。本文主要讨论的是燃油车（汽车），其他类型的车辆也面临类似的问题。由于汽车是车库内的主要可燃物，因此汽车的燃烧特性是研究的关键。汽车火灾分为：初期阶段、带来热释放峰值的增长阶段、衰减阶段，这一点与其他燃料火灾类似。

2.1 火灾荷载

汽车火灾释放的总能量取决于车辆的可燃物成分及其在火灾中所占的比例。研究者从制造材料和车辆尺寸等方面讨论了车辆结构上的变化。首先，车辆尺寸越来越大，购买者也倾向于买更大的汽车。英国汽车协会（AA）的一项研究表明，英国道路上的车轮印比 50 年前加宽了 16%-53%。英国皇家结构工程师协会（ISE）的一项研究指出，汽车的平均重量从 1974 年的 1.5 吨上升到现在的 2 吨。

但是，重量的增加对汽车火灾的影响是一个复杂的问题。学者 Wolf 发现，美国车辆中使用的塑料件从 1940 年的约 2公斤左右增加到 60 年代末的约 32 公斤。Boehmer 等人指出，美国轻型汽车总塑料件的含量在 2017 年进一步增加至 160 公斤左右。然而，Emilsson 等人发现，从 2000 年至 2018 年期间，无论是汽车还是电动车，聚合物材料的用量都没有增加。经过对一系列小型、中型和大型类似车辆的对比发现，电动车的重量比汽车平均重 22% 左右。这主要是因为电动车上含有更多的铜、石墨、镍、锰和锂等材质，而这些材料是难燃的。

目前，业内常采用火灾荷载密度表示可燃物含量。1986 年，学者 Thomas 引用了一项对车辆停放、维修和研发等环节的调查，计算出汽车火灾载荷密度平均值为 190 ± 105 兆焦耳 / 平方米，其 80% 分位数为 270 兆焦耳 / 平方米。2015 年，Spearpoint 等人对车库的火灾载荷进行了研究，综合考虑停车位大小、车辆能量释放（变量为车辆重量的函数）、车辆的重量分布（按车辆总数）等，汽车火灾载荷密度的 80% 分为数约为 260 兆焦耳 / 平方米。

2.2 火灾发展

Tohir 等人开展了一项对载有热释放率峰值达到 9 兆瓦的内燃机的汽车自由燃烧特性的实验研究。汽车火灾的变化趋势通常可用中型 t2 增长曲线来表征，Tohir 等人用不同的数学方法对该趋势进行了更详细的分析。[1]

电动车火灾与汽车火灾的不同之处，很可能取决于着火点的位置。对电池热失控的研究是当前的一个热点，因为通常认为电动车火灾主要源自电池。有研究对比了汽车与电动车的火灾测量数据，结果表明二者具有相似的热释放峰值和总量。但从网络上流传的视频中发现，中型 t2 增长曲线可能无法表征电动车火灾的变化趋势。Węgrzyński 认为，当电池热失控是车辆着火的主要原因时，其初始增长率要高得多。

此外，电池火灾可能在几小时或者几天后复燃。

发生在车库的汽车火灾可能会因为热烟气层和建筑结构的影响而加剧。相反，当火灾发生在地下车库或者侧面敞开的车库的深处时，受限的通风条件可能会限制火势的蔓延。火灾会在停放车辆之间蔓延，可以视作行进的火灾，这将导致释放能量和燃烧时间的增加。这种火灾蔓延的性质取决于停车位大小、相邻车位是否有车辆以及车辆之间的距离。此外，车辆制造材料的可燃性将导致更多车辆卷入火灾。对电动车来说，电池着火产生的喷射火焰会射向附近的车辆。

在立体停车系统中，由于垂直火灾蔓延、屏蔽区等导致的火势增长（或抑制）给车库带来了新的挑战。在这方面，英国建筑研究院（BRE）已经开展了一些工作。对于立体停车系统，建议采用超快型 t2 增长率。

3. 火灾危害

火灾危害被定义为生命或财产的损失，而风险则被定义为造成这种危害的可能性和严重性。车库火灾会对建筑物的居住者（包括车库内的居住者和车库附属建筑物中的居住者），以及消防员等抢险救援人员造成生命威胁。同时，车库火灾还会对车库的结构和车库中的物品造成财产威胁。

3.1 火灾热释放

燃烧产生对流和热辐射，其中对流会导致车库内气体温度的升高，热辐射则将能量传递出去（如人、车辆等）。与密闭空间的火灾一样，气体的升温会对车库内部和周围的人员造成生命威胁，而热辐射和因此产生的火势蔓延会造成财产损失。

3.2 烟雾和有毒气体

除了热释放，汽车火灾还会产生燃烧产物，如烟雾颗粒和有毒气体。烟雾的体积与热释放速率和卷带条件有关。相应的，这将影响有毒气体的浓度和烟雾条件下的能见度。大型车库较低的天花板和有限的通风条件将影响新鲜空气的进入及其与火灾烟气的混合。

有毒气体中的物质取决于燃烧物质和燃烧效率，其排放将对人和环境会产生影响。Lönnermark 等人对汽车火灾的有毒排放物进行了研究。Held 等人对电动车的研究侧重于火灾残留物及其对基础设施和人员健康的影响。研究表明，容量为 32 千瓦时的电池在能够容纳 30 辆汽车停放的封闭车库中燃烧时，测得的烟尘量为 20 克 / 平方米，其主要成分为镍、锰、钴等的重金属氧化物以及少量的锂、氟化物和氯化物。Willstrand 等人的结论是，尽管汽车与电动车在燃烧时产生烟雾有明显不同，但它们都会产生急性有毒气体，都对人员生命安全构成威胁。

Lönnermark 等人发现，截至 2006 年几乎没有关于汽车和电动车火灾排放对空气质量影响的数据。汽车火灾对于环境的影响还表现在灭火作业产生的地表径流。Lönnermark 等人在研究了扑救汽车火灾的灭火剂后发现，其受到了有机化合物和重金属的污染，如果涉及电池火灾，那么其有毒物质的组成和浓度与普通汽车有所不同。

3.3 爆炸风险

在研究使用传统的化石燃料而产生的废气时，车库的通风条件是一个重要的因素。通风还解决了易燃液体因溢出而蒸发的问题，从而解决了潜在的爆炸风险。对于电动车，当电池进入热失控状态车辆也存在爆炸的风险。电池包内累积的压力最终将导致电池破裂并释放出导致爆炸的混合物蒸汽。

3.4 财产损失

第二次世界大战后，大多数车库都是混凝土结构。到了 20 世纪 60 年代，为了满足日益增长的停车需求，钢架结构车库越来越多。在过去的几十年里，Butcher、Gewain、Bennetts 等研究团队，对钢架结构车库的性能进行了研究。这些研究包括车辆之间的火势蔓延、空间内的温度和结构性能等。

火灾对建筑结构的影响，取决于火灾载荷、通风条件和结构设计等。车库的耐火性能因所在地区的管辖要求而不同，同一地区的要求在历史上也有所变化。例如，Spearpoint 等人对历史上英国车库的耐火等级进行了研究。近期发生的几场火灾，如伦敦卢顿机场、挪威斯塔万格机场，以及此前的利物浦国王码头火灾，经过长时间燃烧后建筑结构上已经出现不同形式的实质损坏。类似事故的发生，引发了关于建筑耐火等级是否适应当前车辆变化的讨论。例如，火灾条件下的建筑结构需要考虑新型车辆（如电动车）不断增加的重量。

火灾不仅会损坏车库的结构（包括附近的其他建筑），还会或多或少地损坏停放的车辆。如果车窗关闭并保持完好，那么火灾对车辆造成的损坏主要是热效应而不是烟雾。

3.5 业务连续性

车库火灾会对直接或间接地影响相关业务的连续性，停车位的损失会限制相关的商业运营。例如，伦敦卢顿机场火灾不仅导致处置事故时供乘客使用的停车位减少，还对机场的运营产生了重大影响。当时，所有进出卢顿机场的航班都暂停了几个小时，这给乘客和航空公司带来了不同程度损失。

4. 讨论

未来车库消防安全面临的挑战包括电动车的增长以及车辆尺寸和结构的变化。车库可能增加电动车充电设施，这些设施在某些情况下将改变车库的原有结构。而无人驾驶汽车的增加也会对影响车库的设计。社会和公众行为的变化也影响着车辆的使用习惯，例如：日益广泛的共享应用程序、良好的公共交通系统等，使市中心开车的人越来越少，这意味着车辆预期周转率的变化；木材等材料在车库中的大量使用；不同体能的人对于车辆到达便利性的需求改变了停车位的布置。

车库的一个特点是汽车火灾产生的烟雾很容易充满整个空间，消防员难以接近着火车辆，因此很难开展灭火作业。目前，已经有各种安全设施来减轻车库火灾的危害，例如安装探测、灭火和排烟系统等。然而，电动车的增长以及前述因素的增加使车库相关利益方开始调整对这些安全措施的预期。这些内容超出了本文的讨论范围，但在选择消防安全设施时要考虑成本效益的平衡。例如，有研究表明，从火灾风险发生的概率来看在车库安装喷淋系统不一定具备出足够的经济性。

原作者：MICHAEL SPEARPOINT 博士。图片由原作者提供。

参考文献

[1] M. Z. Mohd Tohir, M. Spearpoint, and C. Fleischmann. “Probabilistic Design Fires for Passenger Vehicle Scenarios,” Fire Safety Journal, vol. 120, p. 103039, 2021, doi: 10.1016/j.firesaf.2020.103039

转载自：应急管理部上海消防研究所