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          門窗幕墻月刊
          上海11·15火災的思考
                                                                             上海11·15火災的思考
                                                                                         龍文志
                   0 引言
                  2010年11月15日,上海市中心膠州路教師公寓發生特大火災(簡稱上海11·15火災),58人遇難,正在醫院治療的傷者有70人,直接損失近5億元。失火建筑位于上海市膠州路728弄1號,28層,高度85m,為鋼筋混凝土結構,建筑面積18472m2,1997年12月竣工,1998年3月入住。大樓底層為商鋪,2-28層為住宅,156戶居民,實有人口440余人;馂陌l生時,該建筑正在實施靜安區政府實事工程建筑節能綜合改造項目,大樓外全被“腳手架”外裹尼龍網包圍。猛烈的大火很快將大樓外墻燒得一片焦黑,濃煙沖上高空,數公里外可見。
                  1 火災原因
          火災的直接起因,是電焊工操作不當,引燃防護網或保溫材料。鋼筋混凝土高樓外圍的腳手架是鐵管的,僅僅是一個防護網,顯然不會導致如此重大的火災,更不會造成如此慘重的傷亡。
          11月17日,國務院11·15事故調查組組長、國家安監總局局長駱琳說:事故暴露出五個問題,其中事故現場違規使用大量聚氨酯泡沫等易燃材料,是導致大火迅速蔓延的重要原因,大樓外立面上大量聚氨酯泡沫保溫材料,燃燒速度快,產生CO、氰化氫氣體,是導致多人死亡的主要原因。
                  2 火災過程
                  正在進行的施工外圍用鋼制腳手架圍合,外側掛綠色尼龍安全網遮蓋,地面堆放的易燃材料,包括尼龍安全網、外墻保溫發泡板材、膠合物質等。任何一點火星都會點燃地面堆放的物質。
                  火災的直接起因,是電焊工操作不當,引燃防護網或保溫材料,進而引燃了外墻保溫材料和其他可燃物。
                  按《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》公通字[2009]46號規定:起火的上海教師公寓采用B2級保溫材料時,同時每層應設置水平防火隔離帶;防火隔離帶和外保溫施工應當由同一施工單位總承包,同步施工、同步驗收。水平防火隔離帶是阻止外墻火焰垂直蔓延的措施,同時也有保溫節能的作用。上海教師公寓起火后,火從底部往上燒,隨即很快點燃了各層尼龍網和各層墻面上的外墻保溫材料,火焰迅速向上曼延,看來:一是上海教師公寓采用的保溫材料可能尚未達到規定的防火等級,導致火勢難以得到延緩;二是外墻各樓層之間沒有安裝水平防火隔離帶,各樓層外墻沒有阻隔大火向上延伸,以致火勢整體迅速蔓延,整個大樓形成立體燃燒和整體轟燃。
                  窗戶玻璃雖然在900℃左右才會熔化,但在火災條件下,由于玻璃受熱不均勻,受到窗框的限制膨脹變形,以及內外表面溫差太大等原因,往往在250℃左右就開裂破碎。也就是說,建筑外墻起火時,門窗玻璃在火焰或高溫作用下,很快就會破碎脫落,火舌再從這些破碎了的門窗口竄入室內,引燃室內大量可燃物,導致火災迅速蔓延,致使整個建筑立體轟燃,消防滅火很困難。
                  不良保溫材料在燃燒過程中產生的大量的煙塵和有毒氣體,被人體吸入后會直接引起呼吸道的機械阻塞,使人體肺部有效呼吸面積減少,再加上火災中熱輻射及火焰對人體的灼傷、人們的恐慌心理以及多種有害氣體對人體的綜合作用、缺氧等因素,都會導致群死群傷的惡性后果。上海市衛生局副局長李衛平向記者證實,有多名被搶救者已經無法正常呼吸,只能切開氣管。
                  3 硬質泡沫聚氨酯材料
                  3.1 硬質泡沫聚氨酯材料性能
                  聚氨酯是一種高分子熱固性保溫隔熱材料,導熱系數0.024 W/(m·K),在所有外墻用有機保溫材料中是最優的。聚氨酯一般在202℃以下不會分解。熱固性材料在受熱時通常分解出易燃氣體,受火后形成炭化層。聚氨酯泡沫本質上屬于高度易燃材料(俗稱固體汽油),未做阻燃處理時氧指數僅為16.5%。用ASTMD1929測定聚氨酯泡沫的點燃溫度為強制點燃溫度310℃,自燃溫度415℃。熱分解和燃燒的產物主要有氰化氫、一氧化碳、異氰酸酯等。
                 硬質泡沫聚氨酯是一種高分子熱固性保溫隔熱材料,導熱系數為0.024W/(m·K),保溫層表面與其內部發泡體的密度不同,表面層較為密實,表層內才是有效保溫的多孔發泡體。在試驗條件下,由于聚氨酯硬質泡沫內部發泡體自身的厚度較薄,切開后暴露在空氣中的表面積相對較大,與密實材料相比,在受火狀態下更容易分解并燃燒。在目前的技術條件下,工程實踐中所用的聚氨酯硬泡墻體的保溫隔熱材料,其燃燒性能很難達到難燃級。即使在聚氨酯中加入大量阻燃劑,火災環境溫度達1000℃,阻燃劑遇熱揮發,防火性能仍不理想。相關試驗提供了聚氨酯硬泡的基本數據(見下表)。
                  3.2 聚氨酯材料燃燒過程
                  聚氨酯材料的燃燒過程和其他高分子物質的燃燒過程類似,大體可分為幾個階段:熱量積蓄、熱分解或降解與揮發、著火、熱傳遞、蔓延。由于聚氨酯材料的熱絕緣性比較好,容易使其內部溫度迅速升高,在達到分解溫度時材料發生分解或降解與揮發,產生可燃性氣體。這些氣體與空氣中的氧氣發生激烈的化學反應,造成燃燒。燃燒過程中產生的熱量傳遞給鄰近的聚氨酯材料,使之重復上面的過程,從而促使聚氨酯材料分解,這樣循環下去,直到材料燃盡。由于聚氨酯材料在加工過程中添加了各種助劑,包括阻燃劑等,因此聚氨酯泡沫塑料在燃燒時多為不完全燃燒,這種不完全燃燒在火災中表現為很濃很黑的煙氣,這種濃煙含有大量的異氰酸酯、多元醇、氨、二氧化碳、氰化氫、甲醛、一氧化碳等有毒性氣體。
                 3.3 電焊熔珠對聚氨酯泡沫的引燃能力
          為了研究電焊熔珠對聚氨酯泡沫的引燃能力,試驗了不同電壓下電焊熔珠對聚氨酯泡沫的引燃能力,結果見表3。由表3可知,電壓對電焊熔珠引燃聚氨酯泡沫的能力有一定影響,隨著電壓的增大,熔珠的引燃能力逐漸增強。當電壓低于35V時,點焊120次之后,僅能在聚氨酯泡沫表面產生少量體積較小的炭化點,不能引燃,當電壓增大至37. 5V時,點焊69次后,電焊熔珠在聚氨酯泡沫引起著火,但火焰僅持續2s左右。而當電壓增大到40V和50V時,聚氨酯泡沫被引燃所需的電焊次數比棉布少,在著火110s左右被燃燒殆盡。電焊引燃聚氨酯泡沫的臨界電壓為40V。
                 電焊熔珠的引燃能力與加載電壓有很大關系。隨著加載電壓升高,電焊熔珠的數目逐漸減少,熔珠粒徑逐漸增大,引燃能力逐漸增強,電壓為30V時,電焊熔珠粒徑均小于1mm,當電壓為50V時,有22%的熔珠粒徑超過2mm。固體材料的性質對電焊熔珠引燃能力也有很大影響,表面越粗糙越容易蓄熱的材料越容易被點燃。棉布、聚氨酯泡沫和紙張的臨界電壓分別為37.5V、40V和45V。
                 以上分析表明,聚氨酯泡沫易被電焊點燃,由于許多聚氨酯材料是由現場制作完成的,施工現場應嚴格火源、電源管理,堅決杜絕幾個專業隊伍交叉作業的現象。動火前必須清理現場,辦理動火審批手續;焊工要嚴格培訓,持證上崗,嚴禁使用大功率白熾燈、普通的刀閘開關等非防爆型電氣設備。與此同時,要建立健全各項防火制度,把防火責任落實到人;對施工人員經常進行防火教育。另外,在防火構造上要妥善處理,防止聚氨酯受熱分解,盡量消除外界火源,采用非燃的耐火材料阻止外界火源對內部保溫材料的影響。
                 3.4 外墻保溫材料使用規定
                 2009年9月25日,公安部、住房和城鄉建設部聯合制定《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》。相關規定如表:
          保溫材料燃燒性能GB50222-95(2001修訂版)將裝修材料按其燃燒性能應劃分為四級:
          等級
          裝修材料燃燒性能
          A
          不燃性
          B1
          難燃性
          B2
          可燃性
          B3
          易燃性
          保溫材料燃燒性能的分級目前有GB50222-95(2001修訂版)《建筑內部裝修設計防火規范》和GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》兩個現行國標準,燃燒性能分級對應關系參照如下:
          ①燃燒性能A級對應于《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB8624-2006中的A1級和A2級。
          ②燃燒性能B1級對應于《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB8624-2006中的B級和C級。
          ③燃燒性能B2級對應于《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB8624-2006中的D級和E級。
                 新標準GB8624-2006主要參照歐盟標準EN 13501一1: 2002,在檢測項目上增加了對煙氣毒性,煙氣釋放速度、煙氣密度、煙氣溫度等項目的檢測,這主要是由于近年來很多的火災因濃煙熏嗆致人死亡,所以可以看出新阻燃等級劃分標準更科學。目前能夠真正稱作阻燃材料的產品,應該在B1級以上,可以通過專業的檢測機構來進行檢測,并出具合格檢驗報告。上海11.15失火大樓高28層,高85m,屬60米以上100米以下住宅,使用的外墻保溫材料按《暫行規定》起碼應為B2級,并應按GB8624-2006新標準檢測?扇夹栽囼炓矐獔绦小督ㄖ牧峡扇夹栽囼灧椒ā稧B/T8686-2007新標準。
                 4 嚴格執行《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》
                近年來,我國因保溫材料所致建筑火災所造成的災難頻率和人員財產巨大的損失觸目驚心。為防止此類事件的發生,必須嚴格執行、認真落實國家公安部、住房和城鄉建設部公通字[2009]46號《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》(以下簡稱《暫行規定》),
                 4.1《暫行規定》出臺背景
                 2009年2月9日(正月十五日晚)TVCC發生了嚴重的火災,引起了社會各行業的廣泛關注和高度重視。鑒于目前有關規范缺失外墻失火的防范規定,龍文志教授在研討會上發表了《吸取TVCC失火教訓,加強外墻的防火是當務之急》主題技術報告:根據中央電視臺新址北配樓發生的火災及相關建筑外墻、屋頂的外火災教訓,分析了幕墻的防范外失火在設計、施工中存在的問題,建議盡快制訂外墻外失火的防范技術規定并針對失火的北配樓給出建議。根據與會專家和代表一致的意見:于2009年5月5日向國務院辦公廳 轉國務院央視事故調查組 并呈溫家寶總理呈遞了報告:建議由國家公安部牽頭,會同住房和城鄉建設部,組織防火材料、建筑科學、消防科學和環?茖W等四大學科的專家組成研發協調小組,盡快擬定適應中國外墻和幕墻外保溫防火、消防、施工技術標準,對新型外保溫防火材料的成果進行研發測評和鑒定,創建符合中國國情的建筑外墻屋面保溫防火節能體系。 
                  為貫徹落實國務委員、公安部部長孟建柱同志和公安部副部長劉金國同志的指示精神,認真吸取央視新址“2.9”火災事故的深刻教訓,在前期工作基礎上,深入研究完善現行標準規范及管理規定的意見,從源頭上防止同類火災事故的發生,2009年5月9日,公安部消防局會同住房和城鄉建設部標準定額司在北京召開了外墻保溫系統防火技術研討會,就當前如何提高建筑保溫系統防火性能達成基本共識,會議建議兩部委聯合發文,共同推動建筑節能中消防安全問題的解決。為此,住房和城鄉建設部和公安部于2009年9月25日聯合發布了《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》公通字[2009]46號文通知。
                4.2防火設計
                (1)在建筑專業施工圖設計文件節能專項說明中,應當按照《暫行規定》要求明確外保溫系統中保溫材料的燃燒性能等級。
                 (2)按照《暫行規定》要求須設置防火隔離帶的,其設計內容應當符合下列要求:
                  1、在建筑專業施工圖設計文件中的節能設計專項說明中,應當明確防火隔離帶的保溫材料和保溫材料的燃燒性能等級。
                  2、在施工圖設計文件中應當標明防火隔離帶的位置、標高和高度。
                  3、在施工圖設計文件中應當有防火隔離帶的構造詳圖。在構造詳圖中,應當反映防火隔離帶和外保溫系統不同材料交接處的防水、抗裂和安全性等技術處理措施。
                  4、高度小于100m的住宅建筑,當采用A級或B1級外保溫材料時,可不設置防火隔離帶。高度小于24m的其他民用建筑(不包含幕墻式建筑),當采用A級或B1級外保溫材料時,可不設置防火隔離帶。
                  5、當防火隔離帶采用鋼筋混凝土挑口時,其外挑長度和高度應當滿足防火設計要求。
                 (3)按照《暫行規定》要求須設置防火隔離帶的,其施工質量應當滿足下列要求:
                  1防火隔離帶和外保溫施工應當由同一施工單位總承包,同步施工、同步驗收。
                  2防火隔離帶的保溫材料使用巖(礦)棉和泡沫玻璃等板材的,板材應當與基層墻體滿粘,巖(礦)棉板應加錨栓,保溫板的粘結強度及錨栓應當做現場拉拔試驗。
                  3防火隔離帶施工質量應當進行隱蔽工程驗收。
                  4防火隔離帶所用保溫材料進場時應當進行見證取樣復驗。
                  5保溫材料應當在室內堆放儲存,若在室外堆放的,應當用A級不燃材料覆蓋。
                  6施工總承包單位應當對本市新建、改建、擴建民用建筑外保溫系統的防火施工質量負責。
                  (4)防火隔離帶的保溫材料可采用巖(礦)棉、泡沫玻璃、無機保溫砂漿等燃燒性能等級為A級的材料。
                  巖棉類外保溫系統在德國等歐洲國家使用比較普遍,且技術成熟,國產“巖棉板”的技術性能較國外產品有很大差距,主要表現在抗拉強度及吸水率方面。據檢測,150kg-180kg/m3國產“巖棉板”,抗拉強度均不足5kPa,而“短時間、部分浸泡吸水量”卻超過歐洲標準規定指標的10~20倍,不適應外墻外保溫要求的。從表觀看,進口“巖棉板”不但板材本身的結構較國內的板密實、抗撕拉能力強,其表面還經過增強、憎水的特殊處理,呈堅殼狀。
                  外墻外保溫巖棉在歐洲的標準主要是EN13500-2003和EN13162-2001;歐洲的系統認證指南: EOTA ETAG004《帶抹面層的外墻外保溫系統歐洲技術認證》;德國外保溫協會:《外墻外 保溫用巖棉質量規程》。
                  國內絕大部分廠家的巖棉產品達不到歐洲標準的技術要求,主要體現如下:
                  國內巖棉廠家需加強與國外廠家的技術交流,調整、改進生產工藝,提高板材本身的性能,改善板材表面狀態。巖棉保溫材料技術建議要求:
          項目
          指標
          巖棉板
          巖棉條
          密度(kg/m3)
          150~165
          ≥65.0
          抗拉強度(kPa)
          ≥15
          ≥80
          潮濕狀態下的抗拉強度保留率(%)
          ≥50
          耐火等級
          A
          10%彎曲變形時的抗壓強度(kPa )
          ≥40
          抗壓強度(kPa )
          ≥10
          抗剪強度(kPa )
          ≥20
          剪切彈性模量(kPa )
          ≥1000
          熱膨脹系數(1/k)
          1×10-6
          尺寸穩定性(%)
          ≤1
          導熱系數〖W/(m·K)〗70℃
          ≤0.041
          導熱系數〖W/(m·K)〗50℃
          ≤0.039
          導熱系數〖W/(m·K)〗10℃
          ≤0.036
          長時間、部分浸泡后的吸水量(㎏/㎡)(歐標EN 12087;浸泡28d)
          <3
          短時間、部分浸泡吸水量(㎏/㎡)(歐標EN 1609;浸泡24h)
          ≤1
          如果純以錨栓固定的方法固定巖棉板。錨栓的數量應按負風壓計算:
          巖棉類外保溫系統在我國的推廣使用:一方面巖棉廠家應盡快生產出適用于外墻外保溫系統的巖棉板(條);另一方面應對巖棉類外保溫系統在各地區的適用性進行驗算,并制訂相應的適用于我國各氣候帶的相關指標,也可在一些代表性地域先進行一些小規模的試點建筑,積累工程實踐經驗,對安全性、墻體傳熱系數等進行跟蹤考察。
                  (5)建筑節能外保溫系統施工分包單位應對分包工程的施工質量承擔連帶責任。
                  (6)計算建筑圍護結構的熱工性能時,外墻平均傳熱系數應當是包括主墻體、結構性熱橋和防火隔離帶在內的平均傳熱系數。
                  5 加強防控措施建議:
                  5.1杜絕工程違法分包
                  導致這起火災事故的一個重要原因是大樓裝修工程被違法違規層層分包。事故暴露出來的電焊工無資質嚴重違規操作、裝修施工安全責任和措施不落實、違規使用易燃材料等,均與工程被層層分包有關。一場火災頃刻間奪去58人的寶貴生命,教訓極其深刻,聯系近年來一系列安全事故暴露出來的同類問題,可以說違法分包已成為工程安全的一大禍根,不能再容忍下去,應當痛下決心,切實杜絕。
                  5.2完善和修訂有關規定和標準
                  目前,國內對外墻保溫系統防火技術的研究和重視程度還遠遠不夠,幾乎所有提及的內容都是關于系統所采用保溫材料的燃燒性能,即使在外墻保溫行業標準中對有機保溫材料的要求也僅僅是氧指數和可燃性試驗指標。目前,我國現行的《高層民用建筑設計防火規范》中尚無針對外墻保溫材料的防火設計內容,對外墻保溫系統缺乏分級標準和使用范圍限定,外墻保溫防火技術也沒有國家或行業標準及規范,生產企業的產品說明書中一般缺少防火性能指標。 完善和修訂有關規定和標準是當務之急,對外墻保溫材料的防火安全性應為首選條件。對外墻保溫系統均應有嚴格的防火安全等級、燃燒等級、火焰蔓延指數、煙氣毒性、煙氣釋放速度、煙氣密度、煙氣溫度等要求,嚴格規定不同防火等級的外墻保溫系統在建筑的使用范圍。對于巳住有人的既有建筑外墻外保溫工程更應從嚴,需要專題論證特批。
                  5.3加強保溫材料監管
                  有機保溫材料本身易燃,這樣就需要在材料中添加—定量的阻燃劑,使其阻燃性能達標。同樣密度的保溫層板材,阻燃程度不同,價格相差就很大。保溫材料的計價單位是體積,30公斤的泡沫板加入溴類阻燃劑之后可能增重到50公斤,但它對體積卻沒有絲毫貢獻,因此一些企業為節省成本在阻燃劑的環節上偷工減料,根本達不到最低的B2級別。一些建筑商為了利潤最大化,往往使用不加阻燃劑的保溫材料,一些有關部門至今沒有強制把關。目前保溫材料材料銷售中,檢測時用合格的產品檢測,使用時用不合格的產品,這實際上是需要在材料使用的各個環節進行嚴密的把關,可以采用隨時現成抽樣抽檢的方式。進行真實有效的監督,徹底淘汰不合格產品的生產、使用生存空間。
                  5.4嚴格外墻保溫防火安全管理
                  根據現有的消防條例和保溫工程施工消防安全管理規定等有關法規規定,結合實際情況,提出保溫工程施工消防安全管理措施,并認真貫徹執行。采取與外保溫系統的構造相對應的合理的技術手段,如考慮在可燃保溫板材進入施工現場前涂刷防火界面劑等,以期滿足施工過程的防火安全性要求。
                  嚴格建設工程施工現場管理,加強建設工程施工現場的消防安全管理工作。尤其對動用明火必須實行嚴格的消防安全管理。需要進行明火作業的,動火部門和人員應當按照用火管理制度辦理審批手續,落實現場監護人,在確認無火災、爆炸危險后方可動火施工;動火施工人員應當遵守消防安全規定,并落實相應的消防安全措施,特別要嚴密高空焊等特殊電焊環境下的防護要求;電焊、氣焊、電工等特殊工種人員必須持證上崗;將容易發生火災、一旦發生火災后果嚴重的部位確定為重點防火部位,實行嚴格管理。通過行政或宣傳喚起整個社會對包括保溫材料在內的所有建材產品的質量意識。
                  5.5研發和生產新材料
                  研發和生產既保溫防火好,又對人體健康影響很小的建筑保溫材料,已經成為解決“外保溫”問題的關鍵。應該加強優良防火保溫材料的開發。保溫材料占整個的建筑建設費用很低,一般不超過2-3%,但是起到的節能作用和防火效果卻很大,而且好的保溫材料的回收周期非常的短,很少的投入可以通過節能效果很快收回成本,因此不應該以犧牲節能和安全來節約暫時的成本,更不能一味的強調低價格降低產品質量。保溫材料行業要盡快研發和生產保溫性能好、防火等級高、煙氣毒性小,煙氣釋放速度慢、煙氣密度低、煙氣溫度低、成本為市場接受的優良建筑外墻保溫材料。
                  6 結語
                  上海市靜安區發生火災的居民樓高28層,在當前我國城市建筑中具有典型意義。近年來隨著城鎮化進程加快,各地高層建筑紛紛拔地而起,隨之而來的是消防安全壓力。高層建筑防火是世界性難題。
                  我國高層建筑防火防災標準已日益提高,目前嚴格按現行標準設計我國高層建筑的防火防災設計應該是安全的,但是少數高層建筑依然存在先天設計缺陷。像北京、上海這樣的城市,達到了發達國家最發達城市的水平,但不少建筑外墻防火仍然停留在第三世界國家的水平!
          這場火災警示人們,快速城鎮化過程中必須充分認識到各種潛在的巨大安全風險,城市-作為人口和各種要素高度集聚之地,同樣也是風險高度聚集區,任何一次小小的疏忽,都有可能引發連鎖反應,直至釀成重大生命財產損失。在城市風險防控方面來不得半點馬虎和僥幸心理,否則必將付出慘重代價。切實加強各類建筑、尤其是高層建筑的防火是當務之急!決不能因為這是“世界性難題”而無所作為。
                  1996年的冬天,香港嘉利大廈遭遇5級火警(僅次于需要出動軍隊的最高災情警報),造成41人死亡,80人受傷。這是自第二次世界大戰以來,香港所遭受的最嚴重的火災事故。一場整整燃燒了21個小時的大火,成為香港城市史防火安全的分水嶺。1968年至嘉利大廈大火前共28年,香港共發生過22起5級大火;之后至今14年,僅發生過1起5級大火。評估近年美國、英國、日本及香港等地的建筑物消防安全設計現況發現:香港因火災而死亡的風險為全球最低。每一千宗火災平均每年的死亡人數,香港為2.7、日本為31.3、而美國則為26.3。結果顯示中國香港的高層防火安全已達世界級的水準,在消防安全水平上也排在全球前列。
                  上海11.15火災沉重教訓,激起全國的反思,痛定思痛,警鐘長鳴。只要認真吸取上海高樓大火教訓,采取切實有效地措施,上海11.15火災也將成為中國大陸城市史防火的分水嶺,中國大陸城市的消防安全也將和中國香港一樣達世界級的水準。
                  更多內容詳見《門窗幕墻月刊》雜志
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