建筑火災特性
火災特性的定義
火災特性是一門消防新興科學，主要研究煙火蔓延發(fā)展的趨勢、特點和規(guī)律，為消防員制定科學、高效、安全的滅火救援戰(zhàn)術(shù)措施提供依據(jù)。火災特性是火災動力學中很小也很關鍵的一部分。它沒有火災動力學教材中那么多專業(yè)的理論知識，更多的是煙、火規(guī)律性的認識。
在今天的戰(zhàn)訓沙龍中，我主要會應用美國兩大實驗機構(gòu)UL和NIST的研究理論。同時，我也借鑒了美國cfbt-us的一些結(jié)論和數(shù)據(jù)。
UL（美國保險商實驗室）始建于1894年，是美國最具權(quán)威，也是世界上從事安全試驗和鑒定的較大的民間機構(gòu)。
NIST是美國國家標準與技術(shù)研究院，始建于1901年，是一家測量標準實驗室，屬于美國商務部的非監(jiān)管機構(gòu)。NIST雇傭有大約2900名科學家、工程師、科技工作者，1800名輔助工作人員，另外還有1400名專家分布在國內(nèi)約350個附屬研究中心。
2002年國家建筑安全小組法案授權(quán)NIST對世界貿(mào)易中心1號樓和2號樓以及47層高的世界貿(mào)易中心七號樓的倒塌進行調(diào)查。
燃燒三要素
大家都知道燃燒的三要素和四面體，即：燃料、空氣（氧氣）、火源，以及鏈式反應。但是，就目前個人了解掌握而言，消防員普遍對于空氣（氧氣）的作用，是忽視的，或者是認識不夠的。
空氣是火場中至關重要的一個變量。
梨子園隧道處理中，陳家強局長就是充分利用了火災的特性進行滅火。通過用沙袋密封隧道的洞口，導致內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)，窒息滅火。
這張圖是火災發(fā)展的示意圖，在圖中我們默認了空氣在火場中是一個恒定且充足的量。
火災的蔓延發(fā)展完全是由于可燃物的多少所決定的。可燃物越多，火災燃燒的時間越長，釋放的熱量越高。這種火災絕對是室外火災，但不一定是室內(nèi)建筑火災。
大家可以思考一下，例如普通居民住宅發(fā)生火災，住宅內(nèi)很可能處于相對密閉的狀態(tài)，例如陽臺的窗戶是關著的，門是關著的。由于燃燒，室內(nèi)氧氣消耗殆盡，還有可能出現(xiàn)上面那張圖片的情況嗎？
不可能。
所以根據(jù)國外的實驗研究，建筑火災的發(fā)展示意圖，很可能是下面這種情況。
火災進入初期階段，由于消耗氧氣，火勢變小，處于熄滅階段。這個時候，由于消防員到場開門或窗戶受熱力影響破裂，室外大量的空氣進入房間，趨于熄滅的火勢再次發(fā)展起來。
通過這張圖，我們就能直觀地看到空氣在建筑火災中的重要影響。而這往往是我們目前所忽略的。
消防在二樓住宅破窗排煙，二樓最初并沒有明火。大約3分鐘以后，整個二樓發(fā)生了燃燒。原因正是因為消防員在排煙的同時，大量空氣進入室內(nèi)，加速了火勢的發(fā)展。
這是去年英國那場大火，大家可以觀察一下，除了沿外墻蔓延的火勢，其余明火均出現(xiàn)在窗戶破裂的室內(nèi)。
那么我們過去說的排煙戰(zhàn)術(shù)是否真的對滅火有幫助？排煙降溫是否真的成立？我想這個答案是不一定的。具體的情況，我們稍后再進行分析。
既然我們通過視頻、通過圖片加深了對空氣作用的了解，接下來，我們談談火場中的煙氣。
火 場 煙 氣
火場煙氣是在火災發(fā)展過程中由燃燒或熱解作用所產(chǎn)生的懸浮在氣相中的可見的固體和液體微粒的氣體。
建筑火災中，由于可燃物多纖維物質(zhì)的材料（如：木材、竹等）和高分子材料（如：各種塑料、人造絲等），因此煙氣中含有大量的一氧化碳和氮氧化物。一氧化碳是一種可燃氣體，氮氧化物是非可燃物質(zhì)，但均能助燃，因此，煙氣在與氧氣充分混合以后，也將發(fā)生燃燒。
根據(jù)美國近年來的結(jié)論，煙氣就是可燃物。
火災的蔓延發(fā)展、火場中的轟然、回燃等極端現(xiàn)象，都是因為煙氣的影響。
為什么說煙氣也是可燃物，我們可以看看下面這個視頻。
消防員到場后開始破窗排煙，大家注意第35秒。二樓房頂?shù)臒煔鈱铀查g被點燃，然后整個房間陷入火海
煙氣中含有一氧化碳（可燃物）、氮氧化物（助燃物），同時，煙氣的溫度較高（熱量），再加上排煙后大量的氧氣（助燃物），煙氣很快會發(fā)生燃燒，因此，煙氣=可燃物。
對于現(xiàn)代建筑火災，消防員應當通過現(xiàn)場的偵查、了解掌握火場的信息。其中最關鍵的便是掌握火勢蔓延發(fā)展規(guī)律的信息。
CFBT-US里面有一個章節(jié)專門在講，叫做B-SHAF。我個人取了個名字叫B-SHAF火場識別法。
B（building）S（smoke）H（heat）A（air track空氣流動軌跡）F（flame）
今天由于是講火災特性，空氣和煙氣我重點說一下。
如何通過煙氣判斷火勢的蔓延發(fā)展？
火災發(fā)生后，火場內(nèi)部形成高溫環(huán)境，火場內(nèi)外部形成溫差和壓差；受熱膨脹的煙氣向低溫、低壓方向蔓延，并通過排煙口（通風口）流出室外；為補充煙氣流出后火場所損失的壓力，火場外部空氣會從排煙口（通風口）吸入火場內(nèi)部。同時，火場中的氧氣不斷消耗，火會朝著空氣進入的方向（排煙口或通風口）蔓延。
結(jié)論：
1.高溫、高壓煙氣會向低溫、低壓區(qū)域蔓延（排煙口或通風口）；
2.煙怎么流，火便怎么燒。
在任何一個火場，都會形成煙火蔓延的路徑，在美國被稱為flow path（氣流）。這是老美近10年來最重要的一個研究理論。
Flow paths:Every new ventilation opening provides a new flow path to the fire and vice versa.This could create very dangerous conditions when there is a ventilation limited fire.
煙火蔓延路徑
在一個單層的室內(nèi)，會存在一個：雙向的煙火蔓延路徑。即：任何一個排煙口的下部吸入空氣（藍色箭頭）、排煙口的上部排除煙氣。
結(jié)論：
1.在同一個平面（樓層）開設的排煙口會形成雙向路徑；
2.在同一個平面（樓層）的一個或多個排煙口都屬于雙向路徑；
3.雙向路徑的排煙口，上部排出煙氣，下部吸入空氣。
“煙怎么流，火便怎么燒”
生火災，因為沒有煙氣流動、沒有氧氣，就沒有火災。煙氣會往有空氣的地方蔓延，最終火也會往有空氣的地方蔓延。
下面實驗揭示了單層建筑煙氣的蔓延規(guī)律。
沙發(fā)為最初起火點，燃燒8分鐘以后，前門打開，之后每間隔15秒，依次打開客廳、和三個臥室的窗戶，實驗結(jié)果如下圖。
通過實驗，一方面可以看出，在通風排煙以后，整個室內(nèi)的溫度迅速上升。
同時，整個煙氣流動軌跡也是向著每個通風口在進行蔓延，且受到煙氣蔓延的房間溫度均在上升。 圖中紅色的箭頭便表示這火場的煙火蔓延路徑。
再說說多層建筑中的煙火蔓延路徑規(guī)律
在多層或者單層（排煙口存在一定高差）的火災中，底部的排煙口“主要”負責吸入空氣，上部的排煙口“主要”負責排除煙氣。
結(jié)論：
1.火場中存在2個或多個有一定高度差的排煙口（通風口），便會形成單向蔓延途徑；
2.位于較低部位的排煙口主要負責吸入空氣，較高部位的排煙口主要負責排出煙氣；
3.單向蔓延路徑即是“煙囪效應”。
為什么要說“主要”，因為建筑結(jié)構(gòu)和排煙的時間點或排煙口的大小、位置都會對煙火蔓延路徑造成影響。因此在實驗室中，很好模擬一個完美的底部吸入空氣，上部排除煙氣的實驗。但在實際當中，底部的排煙口也在排除煙氣，同時吸入空氣，只是排煙量會減少。
來看一個實驗。
家庭室內(nèi)沙發(fā)發(fā)生火災，預燃10分鐘，之后打開前門，15秒后打開二樓臥室窗戶。
大家可以看一下圖片，第13分鐘時，臥室已有火光，17分鐘時火光更明顯。
根據(jù)實驗，同樣是在打開排煙口后，室內(nèi)溫度迅速上升。
紅色的箭頭表示煙火蔓延的路徑，從沙發(fā)處向大門蔓延，從沙發(fā)處向二樓臥室蔓延，但是主要方向是二樓臥室。因為前面所說的“單向蔓延路徑”， 底部的房門主要吸入空氣，二樓的窗戶主要排出煙氣。
這個視頻，起火點在一樓，點火后，1樓房門關閉，二樓窗戶打開。1分14秒時，二樓不再排煙，因為室內(nèi)火勢趨于窒息狀態(tài)。
為何如此？因為1樓房門處于關閉狀態(tài)，2樓的排煙口打開后，會形成一個雙向的蔓延路徑。即：排煙口下部負責吸入空氣、上部負責排除煙氣，但起火點在一樓，從二樓這個排煙口很難吸入足夠的空氣，因此室內(nèi)火勢減少、缺氧、趨于窒息。當一樓大門打開以后，二樓迅速恢復排煙，趨于熄滅的火勢，重新發(fā)展起來，隨后發(fā)生了轟燃。
在這個視頻中，一樓大門被再次打開以后，也在進行排煙，火勢也從一樓大門口燒了出來，但是火勢蔓延的主要方向是二樓，因為存在一個“單向蔓延路徑”， 同時也是我之前說的，單向路徑在實驗室很好模擬，在實際建筑中并不太容易完全一致。因為在這個視頻中，二樓排煙口很小，一樓積聚的煙氣很可能一下子排不出去，所以，一樓的大門也會幫著排煙。另外整個室內(nèi)的結(jié)構(gòu)、起火點的位置也有很大影響，這個視頻是室內(nèi)攝像機拍攝的畫面。
動畫模擬不完全的“單向路徑”(點擊觀看)
另外，這個動畫模擬了不完全的“單向路徑”， 到目前為止，第一部分講完了
思考：
臺灣吳宏毅科長：破窗是排煙還是助燃？什么時候破窗是排煙？什么時候破窗是助燃？
結(jié)論：
在剛剛說的一系列實驗中，最后有個非常重要的結(jié)論。目前已經(jīng)納入美國的救災課程內(nèi)容。就是當你開始對火點射水的時候開始，你開始進行破窗，那就是排煙；當你的射水還無法到火點前的破窗開門開口，都是助燃。
當火勢已被水槍壓制，火勢已處于劣勢，加大排煙口等于排煙降溫。因為當你開始攻擊火點，他的通風并不會再增加熱釋放率；相反的，如果沒有射水的通風，它會短暫的有假通風效果，約1-3分鐘后就會變成助燃。
所以開玩笑地說：消防隊一到場破門進攻的那一刻就是開始幫忙燒房子，因為你開啟了助燃通道。所以就有了后來的戰(zhàn)術(shù)“門控”。