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            門窗幕墻月刊
            上海1115火災的再探討再思考再分析
                                             上海1115火災的再探討再思考再分析
                                                                                                                   龍 文 志
                   上!11·15”特大火災事故,再次引發人們對高樓火災難題的關注。我國現有高層建筑162000多棟,其中超過100米的超高層建筑就有1500余棟。到2020年我國大約將新建超過100米的高層建25000多棟,為了盡快從代價慘重的重特大火災中吸取教訓。在前文《上海1115火災的再思考》(見參考文獻1)之后,本文對上!11·15”特大火災再探討、再思考、再分析:
                    (一)近年來外墻外保溫工程火災現狀與問題分析
                     1.1近年來外保溫工程火災現狀
                    1)、發生火災高層建筑約占61%;公共建筑約占68%;民用建筑約占32%;
                    2)、發生火災外墻保溫系統,其中保溫幕墻所占比例約55%;
                    3)、發生火災保溫材料中:聚苯板約占70%、聚氨酯約占25%;
                    4)、火災發生的原因:施工電焊火花約為60%、吸煙不慎約10%、電器等不明原因約占30%;
                    5)、碼放時段約20%、上墻階段約65%、已竣工的工程不足10%;
                    6)、產生的原因分析:材料、施工現場防火管理差、火災蔓延速度快、首層保溫材料表面保護層防火能力不足等;
                    7)、保溫材料的阻燃能力要求達不到B2級以上性能。
                    1.2外保溫工程火災分析:
                    1)既然發生火災的主要是可燃的有機保溫材料,當前有機材料是燃燒性能提高難度大,就應該在保溫材料及系統構造措施兩方面下功夫。
                    2)既然大型公建以及幕墻工程發生火災的比例高,防火標準高,一旦發生火災損失也大,因此,采用有機保溫材料應慎重。
                    3)既然火災的發生85-90%是由于施工現場管理不善釀成,就應該在保溫工程施工管理技術上很下功夫;
                    1.3對照上述分析,我國墻體保溫技術存在下列的問題:
                    1)是保溫體系的開發與應用未能與建筑物的功能有機結合。在民用建筑保溫中,居住建筑與公共建筑保溫應有所差異;在居住建筑保溫中,高層與中低層建筑保溫也應有所差異,公共建筑保溫中,普通公建與大型公建保溫也應有所不同,新建建筑與既有建筑節能改造應有所不同。特別是一些大型公建仍大量采用有機保溫材料和幕墻保溫板做保溫,留下消防隱患甚多。
                    2)是墻體保溫技術側重于重質墻體的外貼保溫技術,對墻體自保溫和幕墻保溫技術研究不夠,F在我們有不少輕板體系,較多的是金屬夾心板,如鋁板夾聚苯或鋁板夾聚氨酯,這類構造不僅火災時發火點是很低,而且很難實現隔熱和防水透氣的功能。在墻體保溫技術中側重于保溫板材、保溫漿料與墻體結合受力的研究,而忽視了另一種保溫填充體與受力體分開的技術研究。
                    3)是保溫系統的耐久性還有待時間和實踐的考驗
                    保溫系統能否滿足在正確使用和正常維護的條件下使用年限應不少于25年或更長時間的要求還有待考驗。 保溫工程安全性及抗裂技術還有待進一步提高保溫工程安全性及防裂性是墻體體系要解決的關鍵節能技術之一,因為一但保溫層、保護層發生脫落或開裂,墻體特別是帶面磚飾面的墻體安全性就得不到保障,保溫性能也會發生很大改變,滿足不了設計的節能要求,甚至會危及墻體的安全。
                    4)是常用外保溫的有機絕熱材料其防火性能不高
                    墻體系統復合在結構墻體外側,其本身的燃燒性能和耐火極限,無論是施工過程中,還是建筑物本身抵抗相鄰建筑火災的侵害和阻止本身建筑火勢的進一步蔓延都是很重要的。在國家節能技術政策和節能標準的推動下,我國墻體節能技術正在迅速發展,但對建筑外保溫防火技術的發展應有足夠重視。
                    5)是保溫工程質量及市場規范化有待提高
                    保溫市場工作取得了顯著成績,墻體節能技術的發展迅速,已出現多項成熟的節能技術可以保證工程質量,絕大多數墻體工程質量良好,還涌現了一批認真研究開發節能技術、信譽良好的墻體企業。但是,在墻體發展過程中,市場也存在一些不盡人意的地方,如片面追求投資成本,部分保溫墻體出現空、鼓、裂,尤其是保溫墻體開裂,引發顧客投訴較多;保溫效果滿足不了節能要求,甚至出現結露現象;建筑保溫層飾面裝飾效果不夠理想,甚至出現一些欺騙宣傳、弄虛作假等不良行為,存在領導層重量輕質的傾向,忽視節能工程的耐久性和安全性等,這些行為,對于墻體保溫市場的健康發展有嚴重的影響。
                    6)提升和增補建筑門窗及玻璃幕墻防止外墻的防火性能要求
                    建筑外墻起火時,門窗和幕墻玻璃在火焰或高溫作用下,很快破碎脫落,火舌從這些破碎了的玻璃竄入室內,將室內可燃物烤燃,致使整個建筑物起火。造成群死群傷惡性火災。應對建筑門窗幕墻、尤其是高層建筑門窗幕墻提升和增補防止外墻的防火性能要求
                    (二)火焰從窗口蔓延對有飾面外墻外保溫材料的影響示意分析(以聚苯材料為例)
                    以下分析可看出即使外墻有不燃的飾面材料,當外墻外保溫材料具有可燃性時,火焰也能進入系統內部曼延,擴大火災,從而導致整個建筑立體燃燒。
                    (二) 施工現場外墻外保溫(聚氨酯發泡劑為例)火災事故樹分析
                    2.1事故樹分析的基本概念:
                    事故樹分析 (FTA) 是一種演繹推理法,這種方法把系統可能發生的某種事故與導致事故發生的各種原因之間的邏輯關系用一種稱為事故樹的樹形圖表示,通過對事故樹的定性與定量分析,找出事故發生的主要原因,為確定安全對策提供可靠依據,以達到預測與預防事故發生的目的。
                    2.2事故樹分析事件符號:
                    頂上事件、中間事件符號,需要進一步往下分析的事件;
                    基本事件符號,不能再往下分析的事件;
                    正常事件符號,正常情況下存在的事件;
                    省略事件,不能或不需要向下分析的事件。
                    或門,表示B1或B2任一事件單獨發生(輸入)時,A事件都可以發生(輸出);
                    與門,表示B1、B2兩個事件同時發生(輸入)時,A事件才能發生(輸出);
                    事故樹割集:事故樹中某些基本事件的集合,當這些基本事件都發生時,頂上事件必然發生。
            事故樹最小割集:如果在某個割集中任意除去一個基本事件就不再是割集了,這樣的割集就稱為最小割集。也就是導致頂上事件發生的最低限度的基本事件組合。
                     2.3外墻外保溫火災事故樹(可燃物以聚氨酯為例)
                     從圖1可見,施工現場外墻外保溫火災事故樹共有基本事件24個,其中引火源事件21個,引火物狀態3種。絕大多數事件上下層關系為“或”門、“邏輯和”的關系,頂事件(T)火災下方用“與”門(邏輯積)連接“引火源”、“可燃物”和“氧”,其中“氧”是正常事件,故用房形符號。另外,“開關電弧”(尤其是使用倒順開關)及“設備線路過熱“兩事件是由兩個或3個事件同時發生才得以出現,也用”與“門連接。
                     2.4外墻外保溫火災事故樹布爾代數表達式
                     根據上述各事件間的邏輯關系,列出頂事件T的布爾代數表達式:
            T=G1G2X1=(G3+G4)(X22+X23+X24)X1
            =(X2+X3+G5+X4+X5+G6+G7)(X22+X23+X24)X1
            =(X2+X3+X6+X7+X8+G8+X4+X5+X20+X21+X11+G9+X12)(X22+X23+X24)X1
            =(X2+X3+X6+X7+X8+X9X10+X4+X5+X20+X21+X11+G10G11G12+X12) (X22+X23+X24)X1
            =[X2+X3+X6+X7+X8+X9X10+X4+X5+X20+X21+X11+(X18+X19)(X13+X14+X15+X6)(X16+X17)+X12](X22+X23+X24)X1
                    化簡后得事故樹共有72個最小割集,若不考慮每個基本事件發生的概率,或者假定各基本事件發生的概率相同,依據少事件的最小割集比多事件的最小割集容易發生的原則,列出事故樹中含有三個基本事件(最少事件數)的最小割集共33個。
            {X2,X22,X1},{X3,X22,X1},{X6,X22,X1},{X7,X22,X1},{X8,X22,X1},{X4,X22,X1},{X5,X22,X1},{X20,X22,X1},
            {X21,X22,X1},{X11,X22,X1},{X12,X22,X1}
            {X2,X23,X1},{X3,X23,X1},{X6,X23,X1},{X7,X23,X1},{X8,X23,X1},{X4,X23,X1},{X5,X23,X1},{X20,X23,X1},
            {X21,X23,X1},{X11,X23,X1},{X12,X23,X1}
            {X2,X24,X1},{X3,X24,X1},{X6,X24,X1},{X7,X24,X1},{X8,X24,X1},{X4,X24,X1},{X5,X24,X1},{X20,X24,X1},
            {X21,X24,X1},{X11,X24,X1},{X12,X24,X1}
                     2.5外墻外保溫火災事故樹分析
                    每一個最小割集都表示頂事件發生的一種可能。例如{X7,X24,X1}表示當電焊施工在氧氣充足的情況下,一旦達到聚氨酯硬泡沫的燃點,就會發生燃燒,若得不到及時控制,便會引發火災。
            事故樹頂事件(聚氨酯發泡劑火災)的發生,必然是某個最小割集中基本事件同時發生的結果。一旦發生事故,就可以方便的知道所有可能發生事故的途徑,并逐步排除非本次事故的最小割集,確定本次事故的原因(基本事件的組合)。同時,由事故樹的最小割集可以直觀的判斷哪種事故模式最危險,哪種次之,哪種可以忽略,采取相應措施使事故發生率下降,為降低系統的危險性提出控制方向和預防措施。
                     由分析可知,在“施工現場外墻外保溫火災事故樹”中,“氧”(X1)的存在是正常事件,無法控制;外墻外保溫材料對火災和煙氣蔓延的貢獻程度是外保溫防火的一個關鍵,是可以控制的,也是需要重點解決的問題高層建筑火災特點。著重采取的預防措施應該是排除保溫材料的燃燒性,若施工采用A級不燃保溫材料,則外墻外保溫工程火災不發生;若施工采用B1級難燃保溫材料則外墻外保溫工程火災難發生;若施工采用B2級可燃保溫材料則外墻外保溫工程火災可發生;若施工采用B3級易燃保溫材料則外墻外保溫工程火災易發生;當采用非A級保溫材料時,必須排除施工現場引火源和避免可燃物的違章使用和違規儲存狀態。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》是科學的規定,必須嚴格執行、認真落實
                    (三)提升建筑門窗及玻璃幕墻防止外墻的防火性能要求
                    3.1  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,民用建筑特別是高層建筑火災,特別是外墻發生火災后,由于煙囪效應火災蔓延特別迅速。
                     尼龍網和外墻外墻保溫聚氨酯發泡板材燒完后,各層室內大量可燃物繼續燃燒,失火的大樓像一個充分燃燒的蜂窩煤,每個窗戶都吐出明亮的火舌。
                     這是因為窗戶玻璃雖然在900℃左右才會熔化,但在火災條件下,由于玻璃受熱不均勻和膨脹變形受到窗框的限制,以及內外表面溫差太大等原因,往往在250℃左右就開裂破碎。建筑外墻起火時,門窗玻璃在火焰或高溫作用下,很快破碎脫落,火舌從這些破碎了的門窗口竄入室內,將室內可燃物烤燃,致使整個建筑物起火。造成群死群傷惡性火災。
                    3.2目前建筑門窗及玻璃幕墻缺失防止外墻的防火性能要求,《鋁合金門窗》GB-8478-2008《塑料門窗工程較技術規范》JGJ103-2008無防火性能要求!朵撻T窗》GB/T5009-2007對一般鋼門窗無防火性能要求,僅對特種防火鋼門窗有防火性能要求。
                    普遍采用的鋁型材框架鋁合金門窗耐火時限不足15分鐘,塑料型材框架的耐火時限更短,1000攝氏度大火下,普通玻璃1分鐘炸裂,鋼化玻璃5分鐘炸裂。所以目前大量使用的鋁合金門窗、塑料門窗及一般鋼門窗根本無防火能力,建筑室內起火也許可打破玻璃逃生,而建筑外墻起火,幾分鐘大火和煙霧將直入室內,根本無法逃生,這是上海11.15火災造成多人群體群傷惡性事故一個重要原因。
                    玻璃幕墻本身一般不具有防火性能,僅在層間縫隙填塞不燃或難燃材料,以達到防止火焰和高溫煙氣在建筑內部擴散的目的。
                    吸取上海11.15大火及眾多火災案例教訓,提高建筑門窗、尤其是高層建筑耐火時間,延長逃生的有效時間,緩沖火焰蔓延,減少人員的死傷,杜絕群死群傷惡性火災。目前我國共有高層建筑近10萬幢,其中100米以上的超高層建筑近萬幢,而各地為爭當“第一高樓”仍然暗戰不休,建筑高度還在不斷被刷新,據了解,上海金茂大廈曾做過一個試驗,請一群身強力壯的消防隊員從85層往下跑,最快跑出大廈的一個隊員花了35分鐘。因此對高層建筑的外門窗和玻璃幕墻均要有防止外墻的防火性能的要求,對于一般建筑的外門窗和玻璃幕墻宜有防止外墻的防火性能的要求。
                    3.3提升外門窗和玻璃幕墻的防火性能的要求:
                    3.3.1防火:防止火焰從外墻擴散到室內背火面,從而阻斷燃燒的火焰和灼熱的混合體
                    3.3.2防熱幅射:阻擋火焰到背火面,同時在規定時間內,使逃生區域內的熱量控制在合理等級內。
                    3.3.3防火隔熱:防止火焰擴散到背火面,同時為了保證在建筑物內人的安全,所具有防止熱傳導性能。
                    3.4增補建筑的外門窗和玻璃幕墻防止外墻的防火性能的要求:A類門窗幕墻防火性能:
                    (A類)在規定時間內,能同時滿足耐火完整性和隔熱性要求的防火門窗。
                    B類門窗幕墻防火性能:在規定大于等于0.50 h內,滿足耐火完整性和隔熱性要求,在大于0.50 h后所規定的時間內,能滿足耐火完整性要求的防火門窗幕墻。
                    C類門窗幕墻防火性能:在規定時間內,能滿足耐火完整性要求的防火門窗幕墻。
                    D類門窗幕墻防火性能:無耐火隔熱性和耐火完整性要求的冷彎增補建筑的外門窗和玻璃幕墻防止外墻的防火性能的要求見表1。
            1增補建筑的外門窗和玻璃幕墻防止外墻的防火性能的要求:
            名 稱
            耐 火 性 能
            代 號
             
            隔熱防火門窗幕墻
            (A類)
              耐火隔熱性≥0.50 h
              耐火完整性≥0.50 h
            A0.50(丙級)
              耐火隔熱性≥1.00 h
              耐火完整性≥1.00 h
            A1.00(乙級)
            隔熱防火門窗(A類)
              耐火隔熱性≥1.50 h
              耐火完整性≥1.50 h
            A1.50(甲級)
              耐火隔熱性≥2.00 h
              耐火完整性≥2.00 h
            A2.00
              耐火隔熱性≥3.00 h
              耐火完整性≥3.00 h
            A3.00
            部分隔熱防火門窗幕墻
            (B類)
            耐火隔熱性≥0.50 h
            耐火完整性≥0.5 h
            B0.50
            耐火完整性≥1.00 h
            B1.00
            部分隔熱防火門窗(B類)
            耐火完整性≥1.50 h
            B1.50
            耐火完整性≥2.00 h
            B2.00
            耐火完整性≥3.00 h
            B3.00
            非隔熱防火門窗幕墻
            (C類)
              耐火完整性≥0.5h
            C0.50
            耐火完整性≥1.00 h
            C1.00
            非隔熱防火門窗
            (C類)
              耐火完整性≥1.50 h
            C1.50
              耐火完整性≥2.00 h
            C2.00
              耐火完整性≥3.00 h
            C3.00
                    3.5門窗幕墻防火性能判定準則
                    3.5.1失去耐火完整性
                    按GB/T 9978的規定進行測量,當棉墊被點燃或背火面竄火持續達105以上時,則認為試件失去耐火完整性;當試件背火面出現貫通至試驗爐內的縫隙,直徑6 mm士0. 1 mm的探棒可以穿過縫隙進入試驗爐內且探棒可以沿縫隙長度方向移動不小于150 mm,或直徑25 mm士0.2 mm的探棒可以穿過隙進人試驗爐內,則認為試件失去耐火完整性。
                    3.5.2.失去耐火隔熱性
                    按GB/T12513的7. 2. 2. 1測得的試件背火面平均溫度超過試件表面初始平均溫度1400C,或按GB/T12513的7. 2. 2. 2測得的試件背火面任一點最高溫度超過該點初始溫度180℃時,則認為試件失去耐火隔熱性。
                    3.5.3玻璃非隔熱防火門窗幕墻失去耐火完整性在3.5.1中除棉墊試驗外,其他內容均同于3.5.1條。
                    我國現有高層建筑162000多棟,其中超過100米的超高層建筑就有1500余棟。2020年我國約新建100米的超高層建筑就有25000余棟。國內外一些火災案例表明,高層建筑火災的主要特點是蔓延迅速、煙囪效應強、極易向上迅速蔓延,幾層同時燃燒、形成立體火災,煙氣危害嚴重,直接威脅著人們的生命安全。因此,及時控制火勢和煙氣蔓延,是避免發生重大傷亡的關鍵所在。盡快從代價慘重的外墻外保溫對火災中吸取教訓,開發高耐火性外墻外保溫系統,構造防火體系,提高外墻外保溫材料耐火性?偨Y規律性知識,通過基礎理論研究進一步指導外保溫的發展方向,F代安全生產理論認為,安全生產就是人和物在生產過程中處于安全狀態。因此,本質的安全生產是絕對可以實現。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,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。上海11.15火災也將成為中國建筑史防火的分水嶺,中國大陸城市的高層建筑消防安全也將會達到世界級的水準。
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