Hỏa hoạn là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa hỏa hoạn

Hỏa hoạn là sự kiện cháy không kiểm soát, phát sinh khi quá trình oxy hóa nhanh của vật liệu cháy lan rộng vượt quá khả năng dập tắt tại chỗ, gây thiệt hại nghiêm trọng về người, tài sản và môi trường. Xét ở cấp vi mô, phản ứng cháy là chuỗi phản ứng gốc tự do, tỏa nhiệt liên tục, tạo ngọn lửa và sản sinh sản phẩm phụ như khói, khí độc, tro xỉ.

Theo NFPA, một đám cháy được coi là “hỏa hoạn” khi hội đủ ba đặc điểm: vượt khỏi vùng khống chế ban đầu; có khả năng lan sang cấu trúc kế cận; và tiềm ẩn rủi ro nghiêm trọng đối với tính mạng. Hỏa hoạn có thể xảy ra trong môi trường dân cư, công nghiệp, rừng tự nhiên hoặc phương tiện giao thông. Mức độ nguy hiểm phụ thuộc loại nhiên liệu, điều kiện thông gió và mật độ dân cư khu vực cháy.

Bảng phân loại hỏa hoạn theo vật liệu cháy (NFPA 10):

Nhóm cháy	Vật liệu chủ đạo	Ví dụ
A	Chất rắn hữu cơ	Gỗ, giấy, vải
B	Chất lỏng/khí dễ cháy	Xăng, dung môi, LPG
C	Thiết bị điện mang dòng	Tụ điện, motor
D	Kim loại phản ứng	Mg, Na, Ti
K/F	Dầu thực phẩm	Chảo rán công nghiệp

Các yếu tố hình thành và duy trì ngọn lửa

Sự bùng phát của hỏa hoạn được mô tả bởi “tam giác cháy” gồm ba yếu tố bắt buộc: nhiên liệu, chất oxy hóa (thường là O₂) và nguồn nhiệt. Bất kỳ giải pháp an toàn cháy nào cũng nhắm loại bỏ ít nhất một yếu tố. Khi đám cháy lan rộng, phản ứng dây chuyền gốc tự do (·OH, H·, O·) trở thành yếu tố thứ tư – hình thành “tứ diện cháy”.

Danh mục các nguồn nhiệt khởi cháy phổ biến:

• Nhiệt điện: chập mạch, quá tải dây dẫn
• Nhiệt cơ học: ma sát trong ổ bi, động cơ
• Nhiệt hoá: tự bốc cháy rơm, than bùn
• Tia lửa: hàn cắt kim loại, bật lửa, pháo hoa

Phương trình cháy tiêu biểu cho hydrocarbon no: $C_{n}H_{2n+2} + \frac{3n+1}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O + Q$ trong đó $Q$ là nhiệt toả ra, làm tăng nhiệt độ đám cháy, tiếp tục cung cấp nhiệt cho vùng nhiên liệu xung quanh – tạo vòng lặp tự khuếch đại.

Yếu tố	Biện pháp loại trừ	Dụng cụ
Nhiên liệu	Thu dọn vật liệu dễ cháy	Kho chứa riêng, quy hoạch rừng
Oxy	Giảm nồng độ xuống <15 %	Bọt khí trơ, CO2
Nhiệt	Làm mát dưới điểm bắt lửa	Nước, sương mù áp lực cao
Phản ứng dây chuyền	Ngăn gốc tự do	Bột khô, halocarbon

Nguyên nhân phổ biến gây ra hỏa hoạn

Hỏa hoạn bắt nguồn từ sự cố kỹ thuật, bất cẩn con người hoặc hiện tượng tự nhiên. Phân tích số liệu NFPA (2023) cho thấy, ba nhóm nguyên nhân chiếm tỉ lệ cao nhất ở môi trường dân cư:

• Sự cố điện: dây dẫn quá tải, ổ cắm kém chất lượng, thiết bị gia nhiệt hỏng. Chiếm ~28 % tổng vụ cháy nhà.
• Bếp nấu không giám sát: dầu mỡ quá nhiệt, quên tắt bếp. Chiếm ~23 %.
• Hút thuốc, lửa trần: tàn thuốc, nến thơm, đốt vàng mã. Chiếm ~13 %.

Ở khu công nghiệp, nguyên nhân nổi trội là hàn cắt kim loại trong kho hóa chất, rò rỉ dung môi dễ bay hơi và ma sát máy móc không bảo trì. Trong rừng tự nhiên, sét đánh và đốt nương rẫy là yếu tố khởi cháy chính, trong khi gió mạnh và thảm thực bì khô giúp lửa lan nhanh.

Tác hại của hỏa hoạn đối với con người và môi trường

Thiệt hại hỏa hoạn đo bằng ba chỉ số: thương vong, tổn thất kinh tế trực tiếp và hậu quả môi trường. Trung bình mỗi năm thế giới ghi nhận hơn 180 000 ca tử vong do cháy, chi phí tài sản thất thoát vượt 300 tỉ USD (Báo cáo UNDRR). Ngạt khói carbon monoxide (CO) chiếm 60–80 % ca tử vong, vượt xa bỏng nhiệt.

Khía cạnh môi trường, cháy rừng Amazon 2019 giải phóng 228 Megaton CO₂, làm suy giảm đa dạng sinh học nghiêm trọng. Cháy nhà kho hóa chất ở Bangkok 2021 thải dioxin vượt ngưỡng WHO 40 lần, buộc di tản dân cư trong bán kính 5 km. Đám cháy đô thị cũng sinh PM_2.5, khiến bệnh hô hấp cấp tăng đột biến.

• Tác động sức khỏe: bỏng, tổn thương hô hấp, PTSD
• Tác động kinh tế: gián đoạn chuỗi cung ứng, tăng phí bảo hiểm
• Tác động xã hội: mất nhà cửa, mất việc làm, gánh nặng an sinh

Biện pháp phòng ngừa hỏa hoạn

Phòng ngừa hỏa hoạn là chiến lược chủ động nhằm giảm thiểu nguy cơ xảy ra cháy và hạn chế thiệt hại nếu cháy xảy ra. Các biện pháp phòng ngừa hiệu quả thường chia thành ba nhóm chính: kỹ thuật, hành chính và giáo dục cộng đồng.

Về kỹ thuật, cần tuân thủ các quy chuẩn xây dựng an toàn cháy như International Building Code (IBC), bố trí lối thoát hiểm đạt chuẩn, sử dụng vật liệu chống cháy, hệ thống phát hiện và chữa cháy tự động. Ví dụ: tại các toà nhà cao tầng, hệ thống sprinkler tự động và cảm biến khói là yêu cầu bắt buộc theo chuẩn NFPA 13.

Về hành chính, tổ chức kiểm định hệ thống điện định kỳ, cấp phép sử dụng hoá chất dễ cháy, lập hồ sơ phương án chữa cháy định kỳ là những biện pháp quan trọng. Cơ quan chức năng cần tăng cường thanh tra – kiểm tra đột xuất tại cơ sở sản xuất – kinh doanh có nguy cơ cao như nhà máy sơn, xưởng gỗ, kho nhiên liệu.

Đối với cộng đồng, việc tuyên truyền kiến thức an toàn cháy nổ cần được tích hợp vào trường học, tổ dân phố và doanh nghiệp. Các chương trình như Fire Is Everyone’s Fight (USFA) giúp người dân nâng cao ý thức, xử lý ban đầu đám cháy nhỏ và thoát nạn đúng cách.

• Không dùng nhiều thiết bị công suất lớn trên cùng ổ cắm
• Không để vật dễ cháy gần nguồn nhiệt (bếp gas, lò sưởi)
• Luôn có bình chữa cháy mini tại khu vực nấu nướng
• Kiểm tra định kỳ dây điện, phích cắm, công tắc hở

Các phương pháp chữa cháy và thiết bị chữa cháy

Chữa cháy là quá trình dập tắt đám cháy bằng cách loại bỏ ít nhất một yếu tố của tứ diện cháy. Tùy theo tính chất đám cháy, các tác nhân chữa cháy khác nhau sẽ được sử dụng. Hiện nay, phổ biến nhất là:

• Nước: dùng cho đám cháy loại A, làm mát nhanh, rẻ, sẵn có
• Bọt foam: cô lập O₂, hiệu quả với đám cháy xăng dầu (loại B)
• Bột hóa học (ABC): ngăn gốc tự do, dùng linh hoạt nhiều loại cháy
• CO₂: không dẫn điện, phù hợp đám cháy thiết bị điện (loại C)
• Chất halon/halocarbon: hiệu quả cao nhưng bị hạn chế do phá ozone

Thiết bị chữa cháy cần tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế như EN 3, UL hoặc TCVN 7435. Đối với tòa nhà, hệ thống chữa cháy tích hợp thường gồm:

• Hệ thống phát hiện khói/nhiệt (detector)
• Bình chữa cháy xách tay (PCCC cơ bản)
• Sprinkler tự động (ướt/khô/deluge)
• Trạm bơm chữa cháy + họng nước vách tường
• Trung tâm điều khiển báo cháy (FACP)

Việc lựa chọn phương tiện chữa cháy phải cân nhắc loại cháy, tính chất môi trường và thời gian phản ứng. Chẳng hạn, ở phòng máy chủ cần dùng CO₂ hoặc FM200 để tránh gây hư hại thiết bị điện tử do nước.

Hệ thống cảnh báo và ứng cứu khẩn cấp

Cảnh báo sớm đóng vai trò then chốt trong việc hạn chế thương vong. Một hệ thống báo cháy hiệu quả gồm đầu báo khói, chuông – còi – đèn báo động và bảng điều khiển trung tâm có khả năng kích hoạt tự động hệ thống chữa cháy.

Đối với toà nhà cao tầng, tiêu chuẩn NFPA 72 yêu cầu hệ thống báo cháy phải có khả năng báo từng tầng, hiển thị vị trí cụ thể sự cố, kết nối bộ phát tín hiệu đến đội chữa cháy chuyên nghiệp. Thời gian phản ứng lý tưởng là < 90 giây kể từ khi phát hiện đến khi phát tín hiệu báo động.

Ngoài ra, cần xây dựng kế hoạch ứng cứu khẩn cấp bao gồm:

1. Sơ đồ thoát hiểm rõ ràng tại mọi tầng
2. Tập huấn định kỳ sơ tán, chữa cháy ban đầu
3. Danh sách số điện thoại khẩn cấp dán tại nơi dễ thấy
4. Bố trí đội PCCC nội bộ tại cơ sở sản xuất lớn

Các ứng dụng di động như Alert Ready (Canada) hoặc hệ thống tin nhắn SMS cảnh báo khẩn cấp tại Nhật Bản, Hàn Quốc cho phép cảnh báo cháy rừng hoặc nổ khí ga đến người dân trong thời gian thực.

Xu hướng và công nghệ mới trong phòng cháy chữa cháy

Trong bối cảnh đô thị hóa và biến đổi khí hậu gia tăng nguy cơ cháy nổ, các công nghệ mới được tích hợp vào hệ thống PCCC:

• AI giám sát camera phát hiện sớm khói/lửa qua phân tích hình ảnh
• Drone điều khiển từ xa tiếp cận vùng cháy nguy hiểm
• Robot chữa cháy trang bị vòi phun áp lực, thích hợp không gian kín
• Vật liệu nano chống cháy (phủ gel, sơn chống lửa)
• Cảm biến IoT kết nối mạng giám sát 24/7 (smoke + gas detector)

Tại Mỹ, công ty Fireaway phát triển thiết bị Stat-X – một loại bình chữa cháy phun aerosol tự động, được lắp đặt trong tủ điện, container, máy biến áp. Công nghệ này không cần nguồn điện, không độc, không phá huỷ thiết bị điện tử.

Tại Hàn Quốc, giải pháp tường ngăn cháy di động (fire curtain) được lắp trong trung tâm thương mại, hoạt động bằng khí nén, tự động hạ xuống khi phát hiện khói, ngăn cháy lan giữa các khu vực.

Tài liệu tham khảo

• National Fire Protection Association (NFPA). Fire statistics and standards. https://www.nfpa.org
• United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNDRR). Global assessment report. https://www.undrr.org
• International Code Council (ICC). International Building Code. https://codes.iccsafe.org
• U.S. Fire Administration (USFA). Community outreach materials. https://www.usfa.fema.gov
• Fireaway Inc. Stat-X aerosol fire suppression. https://www.fireawayinc.com
• Ministry of the Interior and Safety, South Korea. Disaster and safety technology trends. https://www.mois.go.kr