案例 | 造成如此劇烈“回燃”的原因
1994年5月28日19點(diǎn)36分左右，紐約消防局接警前往Watts街62號(hào)處置一起煙囪火災(zāi)，到場(chǎng)時(shí)建筑煙囪正向外冒出滾滾濃煙。隨后火勢(shì)突然失去控制，造成3名消防員犧牲。
我們?cè)谶@篇文章中探究這一特殊的回燃案列——回燃過程本身和案例記錄非常詳細(xì)。
圖1.1 起火建筑外景
相鄰的左側(cè)建筑完全一樣，右側(cè)建筑有些許不同
1.建筑情況
起火建筑曾被翻新數(shù)次，最近的一次翻修將老舊的石膏包木天花板的換成了新的，導(dǎo)致天花板只有2.5m高。門和窗戶也被換過，建筑整體加裝了保溫材料，且嘗試提升了建筑的封閉性。
每間公寓大約有80㎡，包含一個(gè)客廳、一個(gè)廚房、一個(gè)廁所和一個(gè)臥室（見圖3.1）。實(shí)際上，我們?cè)诓剪斎麪柣虬蔡匦l(wèi)普的很多翻新公寓都見過非常相似的建筑布局。所以毫無疑問地，這種事也會(huì)發(fā)生在我們身上。
圖1.1 起火建筑外景
相鄰的左側(cè)建筑完全一樣，右側(cè)建筑有些許不同
1.建筑情況
起火建筑曾被翻新數(shù)次，最近的一次翻修將老舊的石膏包木天花板的換成了新的，導(dǎo)致天花板只有2.5m高。門和窗戶也被換過，建筑整體加裝了保溫材料，且嘗試提升了建筑的封閉性。
每間公寓大約有80㎡，包含一個(gè)客廳、一個(gè)廚房、一個(gè)廁所和一個(gè)臥室（見圖3.1）。實(shí)際上，我們?cè)诓剪斎麪柣虬蔡匦l(wèi)普的很多翻新公寓都見過非常相似的建筑布局。所以毫無疑問地，這種事也會(huì)發(fā)生在我們身上。
圖1.2 樓梯間剖面圖
（來自：Ed Martin和Richard Bubowski）
2.火場(chǎng)情況
火災(zāi)始于一樓，經(jīng)調(diào)查了解，一樓的戶主在18點(diǎn)25分左右離開公寓時(shí)，將一裝滿垃圾的塑料袋遺落在廚房爐子旁。
推斷是氣爐的飛火引燃了塑料袋和里面的垃圾。火勢(shì)發(fā)展非常迅速，整個(gè)廚房都開始燃燒，房間內(nèi)溫度急劇上升。
火災(zāi)初期，燃燒所需新鮮空氣的唯一通道是經(jīng)客廳壁爐的煙囪，由于通向廁所的臥室的門都是關(guān)上的，所以流向廚房的空氣量非常有限。火災(zāi)造成的損失也僅限于客廳和廚房。
在某一時(shí)刻，煙層的下部已達(dá)到了客廳壁爐的上部，從此時(shí)起，煙囪也成了濃煙散發(fā)的通道。
由于絕佳的建筑封閉性，在氧氣幾乎被耗盡后，火災(zāi)轉(zhuǎn)入陰燃。建筑整體的保溫性能，使得起火房間內(nèi)的溫度一直保持在使可燃物發(fā)生熱分解的程度——房間變成了一個(gè)充滿可燃?xì)獾目臻g。
初期并未引起注意，隨后一個(gè)過路的人發(fā)現(xiàn)煙囪排出的煙氣異常多，并且伴有火光，這個(gè)人給消防隊(duì)報(bào)警稱有一起煙囪火災(zāi)。
3.撲救經(jīng)過
到場(chǎng)時(shí)，指揮員采取了紐約消防內(nèi)部通用的標(biāo)準(zhǔn)處置程序。排煙是大多數(shù)北美消防機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)重要任務(wù)。因此，現(xiàn)場(chǎng)直接安排了一輛云梯車打開樓梯間頂層的艙門來排煙。
大隊(duì)指揮員對(duì)滅火行動(dòng)進(jìn)行了周密的部署，派遣了兩個(gè)三人小隊(duì)內(nèi)攻，他們的任務(wù)是從一樓開始，在水槍的掩護(hù)下檢查建筑的每個(gè)公寓內(nèi)是否有被困人員。
兩個(gè)組都事先鋪好水帶，當(dāng)消防員打開一樓房門，熱煙氣（溫度不是很高）翻滾而出，流向樓梯間，緊跟著一股空氣涌入公寓內(nèi)部。
開門的消防員意識(shí)到這是回燃的前兆「國(guó)內(nèi)消防員應(yīng)該進(jìn)行這方面學(xué)習(xí)」，嘗試躲開。隨即發(fā)生了回燃，整個(gè)樓梯間都陷入火海，猛烈的火焰甚至穿出了建筑頂層的艙門——在街上都可以看見。
一位過路的市民拍下了現(xiàn)場(chǎng)畫面，根據(jù)他的視頻，研究人員推斷出這次回燃持續(xù)了6分鐘。
一樓的消防員察覺到了回燃，所以只是在撤離時(shí)受了點(diǎn)小傷。但是，二樓的消防員們卻被困住且無路可逃，一名當(dāng)場(chǎng)犧牲，另兩名被送往醫(yī)院的燒傷科，其中一人沒挺過24小時(shí)，第二個(gè)只堅(jiān)持了40天……
紐約消防局請(qǐng)求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院調(diào)查造成如此劇烈回燃的原因——火焰居然持續(xù)了6分鐘之久！
圖3.1 一樓平面圖
（來自：Ed Martin）
4.科學(xué)分析
4.1 回燃現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)
早在19世紀(jì)初，就有3名科學(xué)家對(duì)引起回燃的條件進(jìn)行了研究。
研究人員用甲烷（天然氣）代替火場(chǎng)中被熱分解揮發(fā)的氣體。實(shí)驗(yàn)的封閉空間尺寸為2.4m*1.2m*1.2m，內(nèi)部裝有傳感器和一扇由電腦控制可隨意打開的艙門（用于模擬空氣的進(jìn)入）。還有70kW和200kW的火爐各一個(gè)。
結(jié)論是空間內(nèi)至少需要10%的氣態(tài)烴才能引發(fā)真正的回燃。濃度過低只會(huì)使混合氣體燃燒，并不會(huì)引發(fā)爆燃。
該研究表明由于缺乏足夠的熱量，初始火災(zāi)的陰燃并不能引發(fā)回燃——是二次點(diǎn)火引燃了可燃?xì)怏w。在調(diào)查Watts街62號(hào)火災(zāi)期間，研究人員將這些結(jié)論納入了考慮范圍。
4.2 CFAST的分析
CFAST是一款可以模擬火災(zāi)的軟件，科學(xué)家們?cè)谲浖姓{(diào)節(jié)火災(zāi)中的各個(gè)因素使其與Watts街事故現(xiàn)場(chǎng)無限接近。
假定塑料袋燃燒產(chǎn)生的熱量為25kW（跟現(xiàn)實(shí)情況下一樣），研究人員在跟火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)尺寸、布局一樣的房間內(nèi)模擬，同時(shí)還考慮到了樓梯間與煙囪的影響。預(yù)期的峰值是1MW，但由于缺少新鮮空氣，并未達(dá)到這一數(shù)字。
藍(lán)線代表公寓內(nèi)的熱釋放速率，紅線代表樓梯間內(nèi)的熱釋放速率（制表：Ed Martin和Richard Bubowski）
在打開門的瞬間，電腦模擬顯示可燃?xì)怏w從公寓內(nèi)部涌出，同時(shí)空氣流入公寓。電腦模擬確認(rèn)了當(dāng)時(shí)在一樓消防員的所見。
圖4.1表示的是熱釋放速率隨時(shí)間發(fā)生的變化，注意公寓內(nèi)的熱釋放速率從未超過500kW，而樓梯間內(nèi)的卻達(dá)到了5MW。
公寓內(nèi)的溫度一直保持在較低的水平，模擬中，帶焰燃燒發(fā)生（火勢(shì)的發(fā)展階段）發(fā)生在500秒之后，此時(shí)溫度達(dá)到了300℃，之后直到房間門打開前溫度逐漸降低。
這意味著房間內(nèi)的溫度足以產(chǎn)生熱分解氣體，并保持了相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。這些熱分解氣體和一氧化碳支持火焰燃燒了7分鐘。
開門前，公寓內(nèi)的溫度在100℃以下，開門后，樓梯間的溫度上升至1200℃，很顯然在那種環(huán)境下生存是不可能的。
5.事故教訓(xùn)
建筑翻新是大趨勢(shì)，政府鼓勵(lì)有財(cái)力的群眾把房子的使用率變高。事故中的公寓建于19世紀(jì)晚期，之后不斷被改造使其變化巨大。
鑒于此，我們對(duì)建筑的第一印象并不能預(yù)計(jì)其火災(zāi)條件下的情況。過去，如果我們到場(chǎng)時(shí)看到的是一個(gè)明顯老舊的建筑，那火勢(shì)的發(fā)展一般可以猜個(gè)八九不離十。
因?yàn)橐坏囟壬撸皯艟蜁?huì)破裂，火災(zāi)會(huì)發(fā)展為全面燃燒的態(tài)勢(shì)。豎井等其他煙氣可能聚集成隱患的空隙也更少。所以，現(xiàn)在就算是處理老舊建筑火災(zāi)時(shí)，也必須派一名安全員隨時(shí)注意通風(fēng)不暢的燃燒和豎井、空隙、吊頂內(nèi)集聚的可燃?xì)怏w。
5.1 入門程序
比利時(shí)全國(guó)的新晉消防員，其中一項(xiàng)初級(jí)訓(xùn)練就是標(biāo)準(zhǔn)化的入門程序。這一程序，強(qiáng)制性要求使用射流冷卻「水霧點(diǎn)放，首部曲-初略概念 | 神奇的水霧點(diǎn)放技術(shù)」從建筑內(nèi)冒出的煙氣。
并且同組的消防員要保持對(duì)門的控制——在事情急轉(zhuǎn)直下時(shí)，可以關(guān)閉房門。
第一個(gè)行動(dòng)至少可以延緩熱煙氣的燃燒，第二項(xiàng)行動(dòng)確保小組其他成員在房?jī)?nèi)冒出大量濃煙或有強(qiáng)烈內(nèi)向氣流時(shí)，有足夠的反應(yīng)時(shí)間關(guān)門。
5.2 垂直排煙
直到最近，大家才開始接受垂直排煙可以解決回燃問題。跟其他任何需要排煙的情況相同，可燃煙氣流動(dòng)的路徑至關(guān)重要。
如果大量的可燃煙氣在排除時(shí)被點(diǎn)燃，那基本上會(huì)造成第二處火災(zāi)。任何處在這個(gè)煙火蔓延路徑內(nèi)的群眾甚至消防員都會(huì)遭受嚴(yán)重的傷害。
在比利時(shí)，排煙技巧這一領(lǐng)域還相當(dāng)空白，但可以確定的是，“回燃=垂直排煙”行不通。
5.3 煙氣冷卻
煙氣冷卻是當(dāng)今世界范圍公認(rèn)的降低可燃煙氣危險(xiǎn)性的技術(shù)，但需要說明的是，這種技術(shù)的適用空間應(yīng)小于40㎡和較低的高度。
這個(gè)案例，教會(huì)我們存在煙氣溫度很低的通風(fēng)控制型火災(zāi)，這種情況下，冷卻基本上沒什么用，開門前公寓的溫度低于100℃。
這意味著水不會(huì)蒸發(fā)，沒有水蒸氣意味著煙氣的溫度也不會(huì)降低。冷卻煙氣這一技術(shù)很有效，但并不是萬(wàn)能的。
5.4 煙囪火災(zāi)
消防部門最初是根據(jù)煙囪火災(zāi)進(jìn)行力量調(diào)派。與歐洲相比，北美會(huì)調(diào)集更多但更小型的消防站到場(chǎng)。幸虧有這個(gè)制度，回燃發(fā)生時(shí)，事故現(xiàn)場(chǎng)有足夠的人手和資源，避免了事態(tài)的惡化。
比利時(shí)消防部門有時(shí)調(diào)派4名消防員，一到兩輛水罐車處置煙囪火。如果有一到兩名消防員在回燃中受傷倒地怎么辦？
2007年2月7日，比利時(shí)羅什福爾消防局的Eric Pero因某種極端火災(zāi)現(xiàn)象犧牲。他們出的警同樣是煙囪火災(zāi)。