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上海11·15火灾的思考
2010年11月15日,上海市中心胶州路教师公寓发生特大火灾(简称上海11·15火灾),58人遇难,正在医院治疗的伤者有70人,直接损失近5亿元。失火建筑位于上海市胶州路728弄1号,28层,高度85m,为钢筋混凝土结构,建筑面积18472m2,1997年12月竣工,1998年3月入住。大楼底层为商铺,2-28层为住宅,156户居民,实有人口440余人。火灾发生时,该建筑正在实施静安区政府实事工程建筑节能综合改造项目,大楼外全被“脚手架”外裹尼龙网包围。猛烈的大火很快将大楼外墙烧得一片焦黑,浓烟冲上高空,数公里外可见。
        1 火灾原因
火灾的直接起因,是电焊工操作不当,引燃防护网或保温材料。钢筋混凝土高楼外围的脚手架是铁管的,仅仅是一个防护网,显然不会导致如此重大的火灾,更不会造成如此惨重的伤亡。
11月17日,国务院11·15事故调查组组长、国家安监总局局长骆琳说:事故暴露出五个问题,其中事故现场违规使用大量聚氨酯泡沫等易燃材料,是导致大火迅速蔓延的重要原因,大楼外立面上大量聚氨酯泡沫保温材料,燃烧速度快,产生CO、氰化氢气体,是导致多人死亡的主要原因。
        2 火灾过程
        正在进行的施工外围用钢制脚手架围合,外侧挂绿色尼龙安全网遮盖,地面堆放的易燃材料,包括尼龙安全网、外墙保温发泡板材、胶合物质等。任何一点火星都会点燃地面堆放的物质。
        火灾的直接起因,是电焊工操作不当,引燃防护网或保温材料,进而引燃了外墙保温材料和其他可燃物。
        按《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号规定:起火的上海教师公寓采用B2级保温材料时,同时每层应设置水平防火隔离带;防火隔离带和外保温施工应当由同一施工单位总承包,同步施工、同步验收。水平防火隔离带是阻止外墙火焰垂直蔓延的措施,同时也有保温节能的作用。上海教师公寓起火后,火从底部往上烧,随即很快点燃了各层尼龙网和各层墙面上的外墙保温材料,火焰迅速向上曼延,看来:一是上海教师公寓采用的保温材料可能尚未达到规定的防火等级,导致火势难以得到延缓;二是外墙各楼层之间没有安装水平防火隔离带,各楼层外墙没有阻隔大火向上延伸,以致火势整体迅速蔓延,整个大楼形成立体燃烧和整体轰燃。
        窗户玻璃虽然在900℃左右才会熔化,但在火灾条件下,由于玻璃受热不均匀,受到窗框的限制膨胀变形,以及内外表面温差太大等原因,往往在250℃左右就开裂破碎。也就是说,建筑外墙起火时,门窗玻璃在火焰或高温作用下,很快就会破碎脱落,火舌再从这些破碎了的门窗口窜入室内,引燃室内大量可燃物,导致火灾迅速蔓延,致使整个建筑立体轰燃,消防灭火很困难。
        不良保温材料在燃烧过程中产生的大量的烟尘和有毒气体,被人体吸入后会直接引起呼吸道的机械阻塞,使人体肺部有效呼吸面积减少,再加上火灾中热辐射及火焰对人体的灼伤、人们的恐慌心理以及多种有害气体对人体的综合作用、缺氧等因素,都会导致群死群伤的恶性后果。上海市卫生局副局长李卫平向记者证实,有多名被抢救者已经无法正常呼吸,只能切开气管。
        3 硬质泡沫聚氨酯材料
        3.1 硬质泡沫聚氨酯材料性能
        聚氨酯是一种高分子热固性保温隔热材料,导热系数0.024 W/(m·K),在所有外墙用有机保温材料中是最优的。聚氨酯一般在202℃以下不会分解。热固性材料在受热时通常分解出易燃气体,受火后形成炭化层。聚氨酯泡沫本质上属于高度易燃材料(俗称固体汽油),未做阻燃处理时氧指数仅为16.5%。用ASTMD1929测定聚氨酯泡沫的点燃温度为强制点燃温度310℃,自燃温度415℃。热分解和燃烧的产物主要有氰化氢、一氧化碳、异氰酸酯等。
       硬质泡沫聚氨酯是一种高分子热固性保温隔热材料,导热系数为0.024W/(m·K),保温层表面与其内部发泡体的密度不同,表面层较为密实,表层内才是有效保温的多孔发泡体。在试验条件下,由于聚氨酯硬质泡沫内部发泡体自身的厚度较薄,切开后暴露在空气中的表面积相对较大,与密实材料相比,在受火状态下更容易分解并燃烧。在目前的技术条件下,工程实践中所用的聚氨酯硬泡墙体的保温隔热材料,其燃烧性能很难达到难燃级。即使在聚氨酯中加入大量阻燃剂,火灾环境温度达1000℃,阻燃剂遇热挥发,防火性能仍不理想。相关试验提供了聚氨酯硬泡的基本数据(见下表)。
        3.2 聚氨酯材料燃烧过程
        聚氨酯材料的燃烧过程和其他高分子物质的燃烧过程类似,大体可分为几个阶段:热量积蓄、热分解或降解与挥发、着火、热传递、蔓延。由于聚氨酯材料的热绝缘性比较好,容易使其内部温度迅速升高,在达到分解温度时材料发生分解或降解与挥发,产生可燃性气体。这些气体与空气中的氧气发生激烈的化学反应,造成燃烧。燃烧过程中产生的热量传递给邻近的聚氨酯材料,使之重复上面的过程,从而促使聚氨酯材料分解,这样循环下去,直到材料燃尽。由于聚氨酯材料在加工过程中添加了各种助剂,包括阻燃剂等,因此聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧,这种不完全燃烧在火灾中表现为很浓很黑的烟气,这种浓烟含有大量的异氰酸酯、多元醇、氨、二氧化碳、氰化氢、甲醛、一氧化碳等有毒性气体。
       3.3 电焊熔珠对聚氨酯泡沫的引燃能力
为了研究电焊熔珠对聚氨酯泡沫的引燃能力,试验了不同电压下电焊熔珠对聚氨酯泡沫的引燃能力,结果见表3。由表3可知,电压对电焊熔珠引燃聚氨酯泡沫的能力有一定影响,随着电压的增大,熔珠的引燃能力逐渐增强。当电压低于35V时,点焊120次之后,仅能在聚氨酯泡沫表面产生少量体积较小的炭化点,不能引燃,当电压增大至37. 5V时,点焊69次后,电焊熔珠在聚氨酯泡沫引起着火,但火焰仅持续2s左右。而当电压增大到40V和50V时,聚氨酯泡沫被引燃所需的电焊次数比棉布少,在着火110s左右被燃烧殆尽。电焊引燃聚氨酯泡沫的临界电压为40V。
       电焊熔珠的引燃能力与加载电压有很大关系。随着加载电压升高,电焊熔珠的数目逐渐减少,熔珠粒径逐渐增大,引燃能力逐渐增强,电压为30V时,电焊熔珠粒径均小于1mm,当电压为50V时,有22%的熔珠粒径超过2mm。固体材料的性质对电焊熔珠引燃能力也有很大影响,表面越粗糙越容易蓄热的材料越容易被点燃。棉布、聚氨酯泡沫和纸张的临界电压分别为37.5V、40V和45V。
       以上分析表明,聚氨酯泡沫易被电焊点燃,由于许多聚氨酯材料是由现场制作完成的,施工现场应严格火源、电源管理,坚决杜绝几个专业队伍交叉作业的现象。动火前必须清理现场,办理动火审批手续;焊工要严格培训,持证上岗,严禁使用大功率白炽灯、普通的刀闸开关等非防爆型电气设备。与此同时,要建立健全各项防火制度,把防火责任落实到人;对施工人员经常进行防火教育。另外,在防火构造上要妥善处理,防止聚氨酯受热分解,尽量消除外界火源,采用非燃的耐火材料阻止外界火源对内部保温材料的影响。
       3.4 外墙保温材料使用规定
       2009年9月25日,公安部、住房和城乡建设部联合制定《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》。相关规定如表:
保温材料燃烧性能GB50222-95(2001修订版)将装修材料按其燃烧性能应划分为四级:
等级
装修材料燃烧性能
A
不燃性
B1
难燃性
B2
可燃性
B3
易燃性
保温材料燃烧性能的分级目前有GB50222-95(2001修订版)《建筑内部装修设计防火规范》和GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》两个现行国标准,燃烧性能分级对应关系参照如下:
①燃烧性能A级对应于《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006中的A1级和A2级。
②燃烧性能B1级对应于《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006中的B级和C级。
③燃烧性能B2级对应于《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006中的D级和E级。
       新标准GB8624-2006主要参照欧盟标准EN 13501一1: 2002,在检测项目上增加了对烟气毒性,烟气释放速度、烟气密度、烟气温度等项目的检测,这主要是由于近年来很多的火灾因浓烟熏呛致人死亡,所以可以看出新阻燃等级划分标准更科学。目前能够真正称作阻燃材料的产品,应该在B1级以上,可以通过专业的检测机构来进行检测,并出具合格检验报告。上海11.15失火大楼高28层,高85m,属60米以上100米以下住宅,使用的外墙保温材料按《暂行规定》起码应为B2级,并应按GB8624-2006新标准检测。可燃性试验也应执行《建筑材料可燃性试验方法》GB/T8686-2007新标准。
       4 严格执行《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》
      近年来,我国因保温材料所致建筑火灾所造成的灾难频率和人员财产巨大的损失触目惊心。为防止此类事件的发生,必须严格执行、认真落实国家公安部、住房和城乡建设部公通字[2009]46号《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(以下简称《暂行规定》),
       4.1《暂行规定》出台背景
       2009年2月9日(正月十五日晚)TVCC发生了严重的火灾,引起了社会各行业的广泛关注和高度重视。鉴于目前有关规范缺失外墙失火的防范规定,龙文志教授在研讨会上发表了《吸取TVCC失火教训,加强外墙的防火是当务之急》主题技术报告:根据中央电视台新址北配楼发生的火灾及相关建筑外墙、屋顶的外火灾教训,分析了幕墙的防范外失火在设计、施工中存在的问题,建议尽快制订外墙外失火的防范技术规定并针对失火的北配楼给出建议。根据与会专家和代表一致的意见:于2009年5月5日向国务院办公厅 转国务院央视事故调查组 并呈温家宝总理呈递了报告:建议由国家公安部牵头,会同住房和城乡建设部,组织防火材料、建筑科学、消防科学和环保科学等四大学科的专家组成研发协调小组,尽快拟定适应中国外墙和幕墙外保温防火、消防、施工技术标准,对新型外保温防火材料的成果进行研发测评和鉴定,创建符合中国国情的建筑外墙屋面保温防火节能体系。 
        为贯彻落实国务委员、公安部部长孟建柱同志和公安部副部长刘金国同志的指示精神,认真吸取央视新址“2.9”火灾事故的深刻教训,在前期工作基础上,深入研究完善现行标准规范及管理规定的意见,从源头上防止同类火灾事故的发生,2009年5月9日,公安部消防局会同住房和城乡建设部标准定额司在北京召开了外墙保温系统防火技术研讨会,就当前如何提高建筑保温系统防火性能达成基本共识,会议建议两部委联合发文,共同推动建筑节能中消防安全问题的解决。为此,住房和城乡建设部和公安部于2009年9月25日联合发布了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号文通知。
      4.2防火设计
      (1)在建筑专业施工图设计文件节能专项说明中,应当按照《暂行规定》要求明确外保温系统中保温材料的燃烧性能等级。
       (2)按照《暂行规定》要求须设置防火隔离带的,其设计内容应当符合下列要求:
        1、在建筑专业施工图设计文件中的节能设计专项说明中,应当明确防火隔离带的保温材料和保温材料的燃烧性能等级。
        2、在施工图设计文件中应当标明防火隔离带的位置、标高和高度。
        3、在施工图设计文件中应当有防火隔离带的构造详图。在构造详图中,应当反映防火隔离带和外保温系统不同材料交接处的防水、抗裂和安全性等技术处理措施。
        4、高度小于100m的住宅建筑,当采用A级或B1级外保温材料时,可不设置防火隔离带。高度小于24m的其他民用建筑(不包含幕墙式建筑),当采用A级或B1级外保温材料时,可不设置防火隔离带。
        5、当防火隔离带采用钢筋混凝土挑口时,其外挑长度和高度应当满足防火设计要求。
       (3)按照《暂行规定》要求须设置防火隔离带的,其施工质量应当满足下列要求:
        1防火隔离带和外保温施工应当由同一施工单位总承包,同步施工、同步验收。
        2防火隔离带的保温材料使用岩(矿)棉和泡沫玻璃等板材的,板材应当与基层墙体满粘,岩(矿)棉板应加锚栓,保温板的粘结强度及锚栓应当做现场拉拔试验。
        3防火隔离带施工质量应当进行隐蔽工程验收。
        4防火隔离带所用保温材料进场时应当进行见证取样复验。
        5保温材料应当在室内堆放储存,若在室外堆放的,应当用A级不燃材料覆盖。
        6施工总承包单位应当对本市新建、改建、扩建民用建筑外保温系统的防火施工质量负责。
        (4)防火隔离带的保温材料可采用岩(矿)棉、泡沫玻璃、无机保温砂浆等燃烧性能等级为A级的材料。
        岩棉类外保温系统在德国等欧洲国家使用比较普遍,且技术成熟,国产“岩棉板”的技术性能较国外产品有很大差距,主要表现在抗拉强度及吸水率方面。据检测,150kg-180kg/m3国产“岩棉板”,抗拉强度均不足5kPa,而“短时间、部分浸泡吸水量”却超过欧洲标准规定指标的10~20倍,不适应外墙外保温要求的。从表观看,进口“岩棉板”不但板材本身的结构较国内的板密实、抗撕拉能力强,其表面还经过增强、憎水的特殊处理,呈坚壳状。
        外墙外保温岩棉在欧洲的标准主要是EN13500-2003和EN13162-2001;欧洲的系统认证指南: EOTA ETAG004《带抹面层的外墙外保温系统欧洲技术认证》;德国外保温协会:《外墙外 保温用岩棉质量规程》。
        国内绝大部分厂家的岩棉产品达不到欧洲标准的技术要求,主要体现如下:
        国内岩棉厂家需加强与国外厂家的技术交流,调整、改进生产工艺,提高板材本身的性能,改善板材表面状态。岩棉保温材料技术建议要求:
项目
指标
岩棉板
岩棉条
密度(kg/m3)
150~165
≥65.0
抗拉强度(kPa)
≥15
≥80
潮湿状态下的抗拉强度保留率(%)
≥50
耐火等级
A
10%弯曲变形时的抗压强度(kPa )
≥40
抗压强度(kPa )
≥10
抗剪强度(kPa )
≥20
剪切弹性模量(kPa )
≥1000
热膨胀系数(1/k)
1×10-6
尺寸稳定性(%)
≤1
导热系数〖W/(m·K)〗70℃
≤0.041
导热系数〖W/(m·K)〗50℃
≤0.039
导热系数〖W/(m·K)〗10℃
≤0.036
长时间、部分浸泡后的吸水量(㎏/㎡)(欧标EN 12087;浸泡28d)
<3
短时间、部分浸泡吸水量(㎏/㎡)(欧标EN 1609;浸泡24h)
≤1
如果纯以锚栓固定的方法固定岩棉板。锚栓的数量应按负风压计算:
岩棉类外保温系统在我国的推广使用:一方面岩棉厂家应尽快生产出适用于外墙外保温系统的岩棉板(条);另一方面应对岩棉类外保温系统在各地区的适用性进行验算,并制订相应的适用于我国各气候带的相关指标,也可在一些代表性地域先进行一些小规模的试点建筑,积累工程实践经验,对安全性、墙体传热系数等进行跟踪考察。
        (5)建筑节能外保温系统施工分包单位应对分包工程的施工质量承担连带责任。
        (6)计算建筑围护结构的热工性能时,外墙平均传热系数应当是包括主墙体、结构性热桥和防火隔离带在内的平均传热系数。
        5 加强防控措施建议:
        5.1杜绝工程违法分包
        导致这起火灾事故的一个重要原因是大楼装修工程被违法违规层层分包。事故暴露出来的电焊工无资质严重违规操作、装修施工安全责任和措施不落实、违规使用易燃材料等,均与工程被层层分包有关。一场火灾顷刻间夺去58人的宝贵生命,教训极其深刻,联系近年来一系列安全事故暴露出来的同类问题,可以说违法分包已成为工程安全的一大祸根,不能再容忍下去,应当痛下决心,切实杜绝。
        5.2完善和修订有关规定和标准
        目前,国内对外墙保温系统防火技术的研究和重视程度还远远不够,几乎所有提及的内容都是关于系统所采用保温材料的燃烧性能,即使在外墙保温行业标准中对有机保温材料的要求也仅仅是氧指数和可燃性试验指标。目前,我国现行的《高层民用建筑设计防火规范》中尚无针对外墙保温材料的防火设计内容,对外墙保温系统缺乏分级标准和使用范围限定,外墙保温防火技术也没有国家或行业标准及规范,生产企业的产品说明书中一般缺少防火性能指标。 完善和修订有关规定和标准是当务之急,对外墙保温材料的防火安全性应为首选条件。对外墙保温系统均应有严格的防火安全等级、燃烧等级、火焰蔓延指数、烟气毒性、烟气释放速度、烟气密度、烟气温度等要求,严格规定不同防火等级的外墙保温系统在建筑的使用范围。对于巳住有人的既有建筑外墙外保温工程更应从严,需要专题论证特批。
        5.3加强保温材料监管
        有机保温材料本身易燃,这样就需要在材料中添加—定量的阻燃剂,使其阻燃性能达标。同样密度的保温层板材,阻燃程度不同,价格相差就很大。保温材料的计价单位是体积,30公斤的泡沫板加入溴类阻燃剂之后可能增重到50公斤,但它对体积却没有丝毫贡献,因此一些企业为节省成本在阻燃剂的环节上偷工减料,根本达不到最低的B2级别。一些建筑商为了利润最大化,往往使用不加阻燃剂的保温材料,一些有关部门至今没有强制把关。目前保温材料材料销售中,检测时用合格的产品检测,使用时用不合格的产品,这实际上是需要在材料使用的各个环节进行严密的把关,可以采用随时现成抽样抽检的方式。进行真实有效的监督,彻底淘汰不合格产品的生产、使用生存空间。
        5.4严格外墙保温防火安全管理
        根据现有的消防条例和保温工程施工消防安全管理规定等有关法规规定,结合实际情况,提出保温工程施工消防安全管理措施,并认真贯彻执行。采取与外保温系统的构造相对应的合理的技术手段,如考虑在可燃保温板材进入施工现场前涂刷防火界面剂等,以期满足施工过程的防火安全性要求。
        严格建设工程施工现场管理,加强建设工程施工现场的消防安全管理工作。尤其对动用明火必须实行严格的消防安全管理。需要进行明火作业的,动火部门和人员应当按照用火管理制度办理审批手续,落实现场监护人,在确认无火灾、爆炸危险后方可动火施工;动火施工人员应当遵守消防安全规定,并落实相应的消防安全措施,特别要严密高空焊等特殊电焊环境下的防护要求;电焊、气焊、电工等特殊工种人员必须持证上岗;将容易发生火灾、一旦发生火灾后果严重的部位确定为重点防火部位,实行严格管理。通过行政或宣传唤起整个社会对包括保温材料在内的所有建材产品的质量意识。
        5.5研发和生产新材料
        研发和生产既保温防火好,又对人体健康影响很小的建筑保温材料,已经成为解决“外保温”问题的关键。应该加强优良防火保温材料的开发。保温材料占整个的建筑建设费用很低,一般不超过2-3%,但是起到的节能作用和防火效果却很大,而且好的保温材料的回收周期非常的短,很少的投入可以通过节能效果很快收回成本,因此不应该以牺牲节能和安全来节约暂时的成本,更不能一味的强调低价格降低产品质量。保温材料行业要尽快研发和生产保温性能好、防火等级高、烟气毒性小,烟气释放速度慢、烟气密度低、烟气温度低、成本为市场接受的优良建筑外墙保温材料。
        6 结语
        上海市静安区发生火灾的居民楼高28层,在当前我国城市建筑中具有典型意义。近年来随着城镇化进程加快,各地高层建筑纷纷拔地而起,随之而来的是消防安全压力。高层建筑防火是世界性难题。
        我国高层建筑防火防灾标准已日益提高,目前严格按现行标准设计我国高层建筑的防火防灾设计应该是安全的,但是少数高层建筑依然存在先天设计缺陷。像北京、上海这样的城市,达到了发达国家最发达城市的水平,但不少建筑外墙防火仍然停留在第三世界国家的水平。”
这场火灾警示人们,快速城镇化过程中必须充分认识到各种潜在的巨大安全风险,城市-作为人口和各种要素高度集聚之地,同样也是风险高度聚集区,任何一次小小的疏忽,都有可能引发连锁反应,直至酿成重大生命财产损失。在城市风险防控方面来不得半点马虎和侥幸心理,否则必将付出惨重代价。切实加强各类建筑、尤其是高层建筑的防火是当务之急!决不能因为这是“世界性难题”而无所作为。
        1996年的冬天,香港嘉利大厦遭遇5级火警(仅次于需要出动军队的最高灾情警报),造成41人死亡,80人受伤。这是自第二次世界大战以来,香港所遭受的最严重的火灾事故。一场整整燃烧了21个小时的大火,成为香港城市史防火安全的分水岭。1968年至嘉利大厦大火前共28年,香港共发生过22起5级大火;之后至今14年,仅发生过1起5级大火。评估近年美国、英国、日本及香港等地的建筑物消防安全设计现况发现:香港因火灾而死亡的风险为全球最低。每一千宗火灾平均每年的死亡人数,香港为2.7、日本为31.3、而美国则为26.3。结果显示中国香港的高层防火安全已达世界级的水准,在消防安全水平上也排在全球前列。
        上海11.15火灾沉重教训,激起全国的反思,痛定思痛,警钟长鸣。只要认真吸取上海高楼大火教训,采取切实有效地措施,上海11.15火灾也将成为中国大陆城市史防火的分水岭,中国大陆城市的消防安全也将和中国香港一样达世界级的水准。