消防评论：说说高层建筑火灾的吹炬效应
有人再次问我关于今年5月1日的上海高层大火消防队员坠楼事件的死亡原因（指：2014年5月1日，上海徐汇区龙吴路一高层居民楼突发火灾，两名消防员牺牲。），我上一回解释得不够全面。高层建筑灭火工作的一个主要敌人是火场大风，以及大风造成的吹炬效应。由于地面的边界层效应，地面的流动是非常平和的，而在边界层之外，紊流湍流不可捉摸，所以火场的突发性干扰具有不可捉摸性。另一方面，由于普通玻璃对温度极为敏感，一点温差立即导致玻璃破碎，所以高层建筑火灾的灭火过程很容易受到大风的干扰。34年以来，高层建筑最多的纽约州有十几次重大事故，带来火场消防队员的死伤，与火场不可捉摸的大风有关。
吹炬效应与回燃现象有什么不同？吹炬效应与回燃现象极为相似，回燃是人工开门造成，吹炬效应是大风过境造成，除了触发原因不同，其他都是一样的，两者都会产生火球，让火场队员迷失方向，无法逃生或产生恐慌，跳楼逃生。
图1. 纽约消防局记录在案的火场吹炬效应案例
Date
Location
Victims
Stories
Fire Floor
1/23/80
30 Montrose Avenue, Brooklyn
1 civilian fatality
16
11th
2/11/89
23 Horace Harding Expressway, Queens
3 civilian fatalities
16
14th
11/2/94
Park Ave, Bronx
2 civilian fatalities
20
18th
1/5/96
40-20 Beach Channel Drive, Queens
1 firefighter fatality
13
3rd
1/7/97
1 Lincoln Place, Manhattan
18 firefighters injured
42
28th
12/18/98
firefighter77 Vandalia Avenue,
Brooklyn
3 firefighter fatalities
10
10th
12/23/98
124 West 60th St,  Manhattan
4 civilian fatalities, 9 firefighters
injured
51
19th
4/23/01
Waterside Plaza, Manhattan
30 firefighters injured, 4
civilians injured
37
24th
9/9/04
20 Confucius Place,
Manhattan
12 firefighters burned
44
37th
1/26/06
40-20 Beach Channel Drive, Queens
3 firefighters burned
13
6th
2/26/06
20 Moshulu Parkway, Bronx
3 firefighters burned
41
24th & 25th
1/03/08
1700 Bedford Avenue, Brooklyn
1 firefighter fatality,4 firefighters
burned, 4 civilians injured
25
14th
3/28/08
Grand Avenue, Manhattan
1 civilian fatality, 45 injured
26
4th
4/2/08
Sutter Ave, Brooklyn
3 firefighters injured
22
5th
高层建筑火灾给消防队员提出诸多挑战。在很多场合下，获取水源和水源供给是非常有限的，而消防灭火行动需要更多的人手。而且，大风产生一种“吹炬效应”，后者可以加强和扩大火灾，产生消防队员不能立足的火场环境，减少他们的控火和扑火的能力，结果导致财产损失的增加。
吹炬效应是高层建筑火灾最危险的因素之一。这种危险的情况发生时，有大风吹过着火楼层的开口（通常是窗子），把大量的热量、气体和火焰推向主要的入口（通常是走廊），对前进的灭火人员产生了一个潜在的死亡陷阱。吹炬效应可能在很少或没有警告的情况下发生，可以在短短几秒钟内达到1500到2000度的温度。因为能量是爆发性地释放，即使你提前用两支2.5英寸的水保护走廊，也不能足以冷却火势。上海市消防队的两名队员失足死亡，不是回燃效应，就是吹炬效应，没有其他的可能性了。
图1.高层建筑正常的灭火战术
有人认为（Madrzykowski，NIST负责研究火场安全的头）在火场存在大风的前提条件下，在大火没有被扑灭之前，不得通风。因为火在风力驱动的火势扑向灭火人员，会带来严重的安全风险。
诺曼（FireOfficer’s Handbook of Tactics作者）总结纽约消防局解决这个问题的对策，主要有三条战术：1）打洞，2）用外部水流压制火势，3）通过在窗口安装灭火毯或窗帘控制向着火楼层控制风的流动。
第一种方法：打洞，意味着从受保护的楼梯间的墙壁上打洞，直到可以让灭火水管通过，然后进行灭火。产生的热量会非常强烈，但不论以任何方式，包括内部进攻或外部灭火，水必须直接作用到火灾燃料底部才算是是成功的。如果火灾是最终通过内部方式扑灭，这往往是大火已经消耗大部分可用的燃料之后，或者大部分火势已得到外部射水流的控制。
用此方法的问题是，额外在地板下面部署水是费时，需要更多的人手。此外，由于火灾燃料荷载过大，海军雾喷头有可能无法提供足够的流量，无法有效地冷却火势，并减少喷灯效应。此方法还导致灭火队伍中过热蒸汽条件行动的额外危险。
图2. 高层灭火战术之一，要灭火，先打洞。
第二种方法，室内火灾的楼层位于可以通过云梯车射水流达到范围之内时，使用外部水流灭火。对于较高楼层的公寓，使用加长喷管或海军雾化喷头可以用来把水射入着火楼层的窗口地板上。
图3. 高层灭火战术之二，站得远，射得高
第三种方法，通过在窗口安装灭火毯或窗帘控制向着火楼层控制风的流动。这种建议有点像老鼠们的建议，给猫戴上笼头，这样猫就不会吃老鼠了，问题在于，谁去给猫戴上笼头呢？对于高层建筑那些位于云梯范围之外的楼层，需要到更高的楼层给冒火的窗子带上口罩。然而，这确实是一种对付吹炬效应的灭火战术，有着相关的产品和经验。
 
图4. 高层灭火战术之三，灭火毯，当口罩
第三种方法的变异是在着火楼层上部楼层的地板上部署上面的风压控制装置（即所谓的PPV，Positive-pressureVentilation），可以阻止打开的窗口向着火房间的漏风。事实上，纽
约消防部门给特种作战单位提供风控设备，使用效果如何？我还没有见到这方面的结论和总结。
从上可以看出，火场的大风产生与大气边界层的失稳有关，所以现代的灭火战术发展，要求指挥员对现场的气象条件具备起码的了解，才能避免现场发生的悲剧。
附1：说说火场的回燃现象 
昨天发生的消防队员之死，新闻报道中说这是“受轰燃和热气浪推力影响”，其实，这是火灾动力学当中的“回燃现象（Backdraft）”，过去发生过很多，可是我们没有认真对待，终于发生这种悲剧，让我们有必要重新认识当前消防制度的合理性。
图1.消防队员火场行动的主要危险之一是火场发生的回燃现象。 
现代建筑的一个发展趋势，就是室内的密封性越来越好。古人不讲究取暖和空调，所以对于房间的密封性几乎没有要求，够用就行。现代的建筑设计不行了，各种建筑节能措施仰赖室内的密封性，所以导致一种过去很少见的现象，即室内发生火灾之后，可是没有充分的氧气供应，于是火灾蔓延很慢，却产生了大量的可燃物（气体），这些气体汇聚在天花板下方，因为缺氧而无法燃烧。按照火灾三角形的说法，这是的气体混合物有充分的燃料，也不缺能量（点火源），就差氧气的供给。这时消防队员来了，大门一开，空气立即进入，于是空气与高浓度燃料的剧烈混合，点燃过程从外向内（外侧先达到预期的化学当量比浓度，所以先点燃，所以这个往回蔓延的过程称作回燃），产生一个巨大的火球（反应区），冲出门外（门外有更多的氧气），就是回燃现象。一个火球之后，室内能量减少，又会形成抽吸外部气体的负压力，为下一轮正压火球提供能量和氧气。通常只有第一个火球最显著，也是危险性最大的火场现象，是美国消防队员的主要敌人。 

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