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建筑物外保温材料火灾危害性及其扑救策略研究

时间:2021-01-07 16:29:12    

来源:《今日消防》杂志    

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   责任编辑:xfj119

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建筑物外保温材料火灾危害性及其扑救策略研究

  摘要:随着保温材料在建筑物中的广泛应用,由保温材料引起的火灾或因火灾而导致保温材料着火的案例日益增多,外保温材料的燃烧特性和施工工艺导致了该材料发生火灾时扑救难度大且易造成大量人员伤亡。因此研究制定科学合理的技战术方法,对快速扑救此类火灾具有重要的意义。本文首先分析了目前应用于建筑物中主要保温材料的种类、典型应用场所及施工工艺,并根据保温材料的燃烧特性,深入分析其火灾危害性及对灭火救援行动的影响。针对保温材料火灾的特点,提出应对此类火灾的具体处置措施,为消防队伍预防和扑救外保温材料火灾提供借鉴和参考。
 
  关键词:消防;保温材料;危害性;火灾;扑救
 
  1 研究背景
 
  保温系统是建筑物具有保温隔热功能并有一定装饰效果的系统,其核心功能材料是保温材料。随着国家节能减排工作的日益推进,建筑节能已成为我国实施能源节约战略的重要举措,其具有节省能源、改善室内热环境、减少环境污染、可持续发展等优点,随着保温材料的广泛应用,给社会带来经济效益的同时,也存在严重的火灾隐患。表1为近10年以来,我国发生的建筑物外保温材料重大特火灾情况统计。
 
  表1 2008-2019年建筑物保温材料火灾情况一览表

 
  建筑工程保温材料火灾发生时,具有火势蔓延快、扑救时间长、参战力量多、扑救难度高、人员伤亡多、社会影响大等特点,本文通过查阅相关文献资料、深入基层调研针对各类建筑保温材料的应用场所和燃烧特点,分析其发生火灾的危害性、对消防指战员的危害及对灭火战斗行动造成的不良影响,提出科学有效的技战术方法,总结火灾扑救的先进经验、成功作法以及存在的不足,为消防队伍在今后处置该类火灾提供借鉴和参考。
 
  2 建筑物外保温材料的分类和应用
 
  2.1建筑物外保温材料的分类
 
  建筑外墙的保温材料主要有三大类,无机保温材料、有机/无机复合保温材料、有机保温材料。有机/无机复合保温材料处于研究阶段,未广泛应用,下表2重点对比无机保温材料和有机保温材料性能。
 
  表2 无机保温材料和有保温材料性能表
 
  2.2建筑物外保温材料的应用
 
  目前墙体保温的方式有很多种,有外保温、夹心保温和内保温,其中以外墙外保温的发展最为迅速。与其他建筑节能技术相比较,外墙外保温不会产生“热桥”“冷桥”现象,具有良好的建筑节能效果。
 
  图1 聚氨酯复合板外墙外保温系统结构图
 
  外墙外保温材料主要为模塑聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS),硬脂发泡聚氨酯等有机保温材料。其中由表2可知,聚氨酯发泡类(PU)在导热系数、抗压强度、耐温方面优势明显,目前在保温材料市场中被广泛应用。但有机保温材料遇明火后燃烧,蔓延迅速,且受热分解时会产生大量一氧化碳、氰化物、甲醛等有毒性气体,火灾危害性较大。聚氨酯复合板外墙外保温系统结构如图1所示。
 
  3 建筑物外保温材料燃烧特性及其火灾危害性
 
  3.1建筑物外保温材料燃烧特性
 
  无机保温砂浆类、无机保温板类、有机/无机复合保温材料类为不燃、难燃材料,原则上不存在消防安全隐患。聚苯乙烯泡沫板材类、聚氨醋硬泡类酚醛树脂类为易燃或可燃材料。表3是几种典型保温材料的燃烧特性分析:
 
  表3 无机保温材料和有保温材料燃烧特性表

  由以上保温材料的燃烧特性分析可知,目前广泛使用的有机保温材料如模塑聚苯板(EPS)、挤塑聚苯板(XPS),聚氨酯泡沫等极易燃烧、导热系数低,热量散发难、燃烧后释放大量有毒烟气,使消防救援队伍在应对处置此类火灾时提出了较大难题。
 
  3.2建筑物外保温材料火灾危害性
 
  (1)燃烧猛烈,蔓延迅速:采用易燃、可燃材料作为外保温材料,若不经过阻燃处理,极易形成立体火灾。例如上海静安区胶州路教师公寓火灾,着火后,在建筑外立面迅速燃烧,同时受高空风力及火场小气候等综合因素的影响,通过延烧、热辐射和飞火,使得火灾蔓延迅速,仅6分钟左右,浓烟烈火将整幢大楼笼罩。
 
  (2)发烟量大,产生有毒气体:以有机泡沫塑料为材质的保温材料中含有大量的不饱基,属于化学反应性极高的化合物,当受热分解时,产生的可燃气体与氧气混合,引起燃烧,并引燃周围可燃材料。同时由于添加阻燃剂,发泡剂等物质,使得绝热保温材料不完全燃烧,释放出有毒烟气。
 
  (3)燃烧隐匿,难以察觉:保温材料往往填充在夹层,由于封闭性较好,当被引燃时,在氧浓度较低情况下,初期一般为阴燃,从外部难以发现,且有机保温材料发烟量大,救援人员难以在第一时间找到着火点实施进攻,等发现明火时,火势迅速蔓延错过最佳救援时机,难以控制。
 
  4 建筑物外保温材料火灾扑救难点
 
  4.1火情侦查困难,内攻不易展开
 
  由于建筑物保温材料的燃烧特性,火灾现场往往烟气浓烈,从而对灭火救援行动的展开造成困难。
 
  (1)深入火场内攻时,由于能见度较低,不利于消防救援人员迅速展开战斗和搜救被困人员。
 
  (2)不利于寻找火点,实施强攻近战,从而错过灭火时机,造成火势蔓延扩大。
 
  (3)高温有毒烟气和热辐射,对救援人员造成伤害,阻碍灭火救援行动的顺利开展。
 
  4.2参战力量多,灭火剂消耗大
 
  建筑物外保温材料火灾发生时,由于材料易燃,且蔓延迅速,易形成立体式燃烧,当初战力量到达现场时,火势已扩大到一定规模,处于猛烈燃烧阶段。所以在扑救建筑物外保温材料火灾时,为了迅速、有效防止火势的扩大和蔓延,必须加强第一出动。
 
  (1)参战力量众多:由外保温材料火灾特点决定了火灾现场的复杂性,火场需要兼顾的方面多:外部火势压制、堵截火势蔓延、内攻搜救疏散被困人员、灭火剂供应、火场通信等各个方面,辖区消防站往往无法完成灭火救援任务,需要调集充足的力量赶赴现场参加战斗,多方参战力量密切配合,联合作战。
 
  (2)用水量大:火势蔓延途径多,火势由墙体通过窗口突破到室内,引燃室内可燃物后可能会沿着走廊、楼梯间、管道井、电缆井等途径在“烟囱效应”作用下迅速蔓延,必须重点阻截着火层以及以上楼层的火势垂直和水平蔓延,若固定消防设施流量、压力无法满足灭火需求时,要通过水泵接合器向建筑内部加压供水,同时高温热烟气是火势蔓延的主要途径,在实施烟气控制时,可通过设置水枪阵地,堵截、引导烟气流动,需要大量水作为灭火剂。
 
  (3)调集高喷车、登高车、压缩空气泡沫车等特勤车辆:对于高层建筑外墙保温材料火灾,当不具备内攻条件时,需要利用登高车、高喷车压制外立面火势,有效的在高处堵截和控制火势沿墙面向上蔓延,同时也为内攻救人灭火创造条件。
 
  4.3人员伤亡多,社会影响大
 
  在火场上容易造成人员伤亡主要体现在以下几个方面:
 
  (1)建筑外保温材料燃烧时,释放出大量的烟、毒气极易对被困人员疏散逃生造成较大困难,并导致窒息中毒死亡。对于消防救援人员,在灭火救人时,搜救组往复登高施救,体能消耗大,特别是营救已昏迷、丧失行动能力的人员,需要多人协作才能够将其安全救出,加之消防员需要携带大量器材装备,空气呼吸器使用时间限制,导致救援人员伤亡情况发生。
 
  (2)外保温材料燃烧熔融的滴落物,容易砸伤和烧伤救援人员。建筑外面玻璃幕墙在高温灼烧下,造成玻璃幕墙爆裂,严重威胁地面救援人员、消防车辆器材的安全,使消防车辆无法靠近起火建筑,甚至导致供水中断影响灭火救援行动。
 
  (3)高层建筑公共建筑,商业综合体一般位于城市繁华商业圈,人员众多,体量庞大,内部结构复杂,发生火灾易造成较大社会影响。例如2019年5月24日,金鹰中心A座火灾,该建筑处于南京市最繁华的新街口闹市区,火灾发生后,周边围观群众通过微博、微信大量转发现场的视频、图片,短时间内在网上反响强烈,微博当日浏览量达448万多次,导致此次火灾迅速成为热点话题。
 
  4.4影响固定消防设施的应用启动
 
  有机保温材料一般都填充于夹层内,当火灾发生的初期阶段,自动喷淋、室内消火栓等固定消防设施的防护区域在室内,火灾发生时,火势主要通过外墙、墙体夹层内蔓延,从而使固定消防设施无法有效发挥作用,增加了扑救的难度。
 
  5 建筑物外保温材料火灾扑救措施
 
  5.1坚持“救人第一,科学施救”指导思想
 
  救人第一是指在火场上,要把疏散和营救被困人员作为首要目标。必须结合火场实际情况,科学决策部署。一切以救人为目的展开的灭火救援行动都符合“救人第一,科学施救”的指导思想,当火场灭火救援力量有限时,指挥员应准确分析判断火场主要方面,遵循“先控制,后消灭”原则,部署主要力量于着火层及其上一层的火势和烟气主要蔓延通道上,适时堵截控制火势、科学破拆排烟,创造和开辟救人条件。
 
  5.2建筑物外保温材料火灾扑救战术方法
 
  外墙外保温材料火灾发生时,要坚持“集中兵力、准确迅速,以固为主、固移结合,”战术原则。
 
  5.2.1堵截火势蔓延
 
  由于火势主要沿外墙进行传播,需要优先调集能够实现远距离供水的大功率主战消防车和长时间供水的大吨位水罐消防车及登高车、高喷车等特勤车辆,把力量用于控制火势沿外墙蔓延,与此同时,积极实施内攻救人灭火,防止外墙火势沿门窗等向室内发展。
 
  5.2.2加强火情侦察
 
  火情侦察应贯穿整个灭火救援战斗,客观、及时、准确将火场信息反馈给指挥部,对指挥员定下正确的灭火战斗决心,实现正确的灭火组织指挥具有至关重要作用。要充分利用消防控制室、侦检仪器,采取外部观察、内部侦查等多种方法手段,通过视频监控、火灾报警显示装置准确掌握起火部位、烟气流动及火势蔓延方向、被困人员具体位置、内部消防设施运行等情况,同时要对建筑结构稳定性进行安全评估。
 
  5.2.3准确迅速,合理运用技术、战术
 
  对于高层建筑,可采取多种途径快速登高救人,坚持“以消防电梯为主、疏散楼梯间为次、其他途径为辅”的原则营救疏散被困人员。消防救援人员乘坐消防电梯至起火层、起火上一层展开灭火救人,在救援过程中,要及时关闭疏散楼梯间的门,防止烟气进入,若疏散楼梯间被浓烟笼罩,救援人员可将避难层(间)和防烟楼梯间作为临时避险点,缓解施救压力。
 
  5.2.4固移结合,优先使用压缩空气泡沫
 
  充分利用固定消防设施,开展灭火救人行动,当建筑系统水量水压难以满足灭火需要时,要利用消防车向室内消火栓水泵接合器或建筑底层室内消火栓加压供水,保证不间断供水。当建筑固定消防设施实效或无法动作时,要优先选择使用压缩空气泡沫灭火,迅速采取单车、双车耦合等方式,运用垂直铺设、延楼梯铺设水带等方法,快速实施高层供水。据实地测试,上海消防救援总队在浦东新区环球金融中心组织进行了“一七”式压缩空气泡沫消防车超高层供水(泡沫)测试,超高层供泡沫测试采用20型90㎜干线水带供压缩空气泡沫(B类),利用观光电梯井施放水带,其固定点就选择的避难层门洞处,因该建筑的观光电梯在避难层设门洞,具体固定的高度、方法,所使用的水带长度等(表4)。
 
  表4 超高层供水测试情况


  5.2.5合理破拆,科学排烟
 
  破拆要遵循“科学破拆、合理破拆、安全破拆”的原则,要防止误拆高层建筑重要构件、承重墙体,以及燃气管道,供水供电设备。在着火层以上进行破拆作业,应避开着火层突破外壳的一侧,防止火势向上蔓延,在需要破拆墙壁时都要准确合理。准确,就是要选准火源部位,开洞后能直接打击火源,或便于清除填充物;合理,就是开口要适当,不能太小,但要防止损坏结构强度。
 
  排烟要坚持“固定设施为主,移动设备辅助”的原则,虽然高层建筑内部一般会设有防排烟系统,但为防止烟气造成火势蔓延,系统防火阀会在烟气温度达到280℃时自行关闭,在系统排烟和自然排烟的基础上,为更好达到排烟救人目的,需要破拆排烟,将排烟口应选择在背风方向,进风侧用喷雾水枪予以辅助,在排烟侧应设置水枪阵地掩护,防止烟气引燃附近可燃物,在破拆建筑门窗进行排烟时,要小孔破拆同时使用雾状水流向室内喷射,防止回燃发生。
 
  6 结语
 
  本文在研究建筑物外保温材料燃烧特性、火灾危害性的基础上,分析了该类火灾对灭火救援行动造成的不利影响,分析总结了建筑物保温材料火灾扑救中遇到的问题,并提出相应的扑救策略。针对外墙保温材料火灾,要充分利用现有的器材和设备。如:利用固定消防设施内攻灭火、使用登高车、高喷车等车辆堵截外墙火势蔓延、优先使用压缩空气泡沫、科学合理破拆等方法。为消防队伍在此类火灾救援处置过程中提供一定借鉴和参考。
 
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  作者简介:刘臻(1992-),中国消防救援学院消防指挥教学组助教,硕士研究生,从事灭火与应急救援方向研究。
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