上海1115火灾的再探讨再思考再分析
上海1115火灾的再探讨再思考再分析
龙 文 志
上海“11·15”特大火灾事故，再次引发人们对高楼火灾难题的关注。我国现有高层建筑162000多栋，其中超过100米的超高层建筑就有1500余栋。到2020年我国大约将新建超过100米的高层建25000多栋，为了尽快从代价惨重的重特大火灾中吸取教训。在前文《上海1115火灾的再思考》（见参考文献1）之后，本文对上海“11·15”特大火灾再探讨、再思考、再分析：
（一）近年来外墙外保温工程火灾现状与问题分析
1．1近年来外保温工程火灾现状
1）、发生火灾高层建筑约占61％；公共建筑约占68％；民用建筑约占32%；
2）、发生火灾外墙保温系统，其中保温幕墙所占比例约55％；
3）、发生火灾保温材料中：聚苯板约占70％、聚氨酯约占25％；
4）、火灾发生的原因：施工电焊火花约为60％、吸烟不慎约10％、电器等不明原因约占30％；
5）、码放时段约20％、上墙阶段约65％、已竣工的工程不足10％；
6）、产生的原因分析：材料、施工现场防火管理差、火灾蔓延速度快、首层保温材料表面保护层防火能力不足等；
7）、保温材料的阻燃能力要求达不到B2级以上性能。
1．2外保温工程火灾分析：
1）既然发生火灾的主要是可燃的有机保温材料，当前有机材料是燃烧性能提高难度大，就应该在保温材料及系统构造措施两方面下功夫。
2）既然大型公建以及幕墙工程发生火灾的比例高，防火标准高，一旦发生火灾损失也大，因此，采用有机保温材料应慎重。
3）既然火灾的发生85-90％是由于施工现场管理不善酿成，就应该在保温工程施工管理技术上很下功夫；
1．3对照上述分析，我国墙体保温技术存在下列的问题：
1）是保温体系的开发与应用未能与建筑物的功能有机结合。在民用建筑保温中，居住建筑与公共建筑保温应有所差异；在居住建筑保温中，高层与中低层建筑保温也应有所差异，公共建筑保温中，普通公建与大型公建保温也应有所不同，新建建筑与既有建筑节能改造应有所不同。特别是一些大型公建仍大量采用有机保温材料和幕墙保温板做保温，留下消防隐患甚多。
2）是墙体保温技术侧重于重质墙体的外贴保温技术，对墙体自保温和幕墙保温技术研究不够。现在我们有不少轻板体系，较多的是金属夹心板，如铝板夹聚苯或铝板夹聚氨酯，这类构造不仅火灾时发火点是很低，而且很难实现隔热和防水透气的功能。在墙体保温技术中侧重于保温板材、保温浆料与墙体结合受力的研究，而忽视了另一种保温填充体与受力体分开的技术研究。
3）是保温系统的耐久性还有待时间和实践的考验
保温系统能否满足在正确使用和正常维护的条件下使用年限应不少于25年或更长时间的要求还有待考验。 保温工程安全性及抗裂技术还有待进一步提高保温工程安全性及防裂性是墙体体系要解决的关键节能技术之一，因为一但保温层、保护层发生脱落或开裂，墙体特别是带面砖饰面的墙体安全性就得不到保障，保温性能也会发生很大改变，满足不了设计的节能要求，甚至会危及墙体的安全。
4）是常用外保温的有机绝热材料其防火性能不高
墙体系统复合在结构墙体外侧，其本身的燃烧性能和耐火极限，无论是施工过程中，还是建筑物本身抵抗相邻建筑火灾的侵害和阻止本身建筑火势的进一步蔓延都是很重要的。在国家节能技术政策和节能标准的推动下，我国墙体节能技术正在迅速发展，但对建筑外保温防火技术的发展应有足够重视。
5）是保温工程质量及市场规范化有待提高
保温市场工作取得了显著成绩，墙体节能技术的发展迅速，已出现多项成熟的节能技术可以保证工程质量，绝大多数墙体工程质量良好，还涌现了一批认真研究开发节能技术、信誉良好的墙体企业。但是，在墙体发展过程中，市场也存在一些不尽人意的地方，如片面追求投资成本，部分保温墙体出现空、鼓、裂，尤其是保温墙体开裂，引发顾客投诉较多；保温效果满足不了节能要求，甚至出现结露现象；建筑保温层饰面装饰效果不够理想，甚至出现一些欺骗宣传、弄虚作假等不良行为，存在领导层重量轻质的倾向，忽视节能工程的耐久性和安全性等，这些行为，对于墙体保温市场的健康发展有严重的影响。
6）提升和增补建筑门窗及玻璃幕墙防止外墙的防火性能要求
建筑外墙起火时，门窗和幕墙玻璃在火焰或高温作用下，很快破碎脱落，火舌从这些破碎了的玻璃窜入室内，将室内可燃物烤燃，致使整个建筑物起火。造成群死群伤恶性火灾。应对建筑门窗幕墙、尤其是高层建筑门窗幕墙提升和增补防止外墙的防火性能要求
（二）火焰从窗口蔓延对有饰面外墙外保温材料的影响示意分析（以聚苯材料为例）
以下分析可看出即使外墙有不燃的饰面材料，当外墙外保温材料具有可燃性时，火焰也能进入系统内部曼延，扩大火灾，从而导致整个建筑立体燃烧。
（二） 施工现场外墙外保温(聚氨酯发泡剂为例)火灾事故树分析
2.1事故树分析的基本概念：
事故树分析 (FTA) 是一种演绎推理法,这种方法把系统可能发生的某种事故与导致事故发生的各种原因之间的逻辑关系用一种称为事故树的树形图表示,通过对事故树的定性与定量分析,找出事故发生的主要原因,为确定安全对策提供可靠依据,以达到预测与预防事故发生的目的。
2．2事故树分析事件符号：
顶上事件、中间事件符号，需要进一步往下分析的事件；
基本事件符号，不能再往下分析的事件；
正常事件符号，正常情况下存在的事件；
省略事件，不能或不需要向下分析的事件。
或门，表示B1或B2任一事件单独发生（输入）时，A事件都可以发生（输出）；
与门，表示B1、B2两个事件同时发生（输入）时，A事件才能发生（输出）；
事故树割集：事故树中某些基本事件的集合，当这些基本事件都发生时，顶上事件必然发生。
事故树最小割集：如果在某个割集中任意除去一个基本事件就不再是割集了，这样的割集就称为最小割集。也就是导致顶上事件发生的最低限度的基本事件组合。
2.3外墙外保温火灾事故树（可燃物以聚氨酯为例）
从图1可见，施工现场外墙外保温火灾事故树共有基本事件24个，其中引火源事件21个，引火物状态3种。绝大多数事件上下层关系为“或”门、“逻辑和”的关系，顶事件（T）火灾下方用“与”门（逻辑积）连接“引火源”、“可燃物”和“氧”，其中“氧”是正常事件，故用房形符号。另外，“开关电弧”（尤其是使用倒顺开关）及“设备线路过热“两事件是由两个或3个事件同时发生才得以出现，也用”与“门连接。
2.4外墙外保温火灾事故树布尔代数表达式
根据上述各事件间的逻辑关系，列出顶事件T的布尔代数表达式：
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
化简后得事故树共有72个最小割集，若不考虑每个基本事件发生的概率，或者假定各基本事件发生的概率相同，依据少事件的最小割集比多事件的最小割集容易发生的原则，列出事故树中含有三个基本事件（最少事件数）的最小割集共33个。
{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外墙外保温火灾事故树分析
每一个最小割集都表示顶事件发生的一种可能。例如{X7,X24,X1}表示当电焊施工在氧气充足的情况下，一旦达到聚氨酯硬泡沫的燃点，就会发生燃烧，若得不到及时控制，便会引发火灾。
事故树顶事件（聚氨酯发泡剂火灾）的发生，必然是某个最小割集中基本事件同时发生的结果。一旦发生事故，就可以方便的知道所有可能发生事故的途径，并逐步排除非本次事故的最小割集，确定本次事故的原因（基本事件的组合）。同时，由事故树的最小割集可以直观的判断哪种事故模式最危险，哪种次之，哪种可以忽略，采取相应措施使事故发生率下降，为降低系统的危险性提出控制方向和预防措施。
由分析可知，在“施工现场外墙外保温火灾事故树”中，“氧”（X1）的存在是正常事件，无法控制；外墙外保温材料对火灾和烟气蔓延的贡献程度是外保温防火的一个关键，是可以控制的，也是需要重点解决的问题高层建筑火灾特点。着重采取的预防措施应该是排除保温材料的燃烧性，若施工采用A级不燃保温材料，则外墙外保温工程火灾不发生；若施工采用B1级难燃保温材料则外墙外保温工程火灾难发生；若施工采用B2级可燃保温材料则外墙外保温工程火灾可发生；若施工采用B3级易燃保温材料则外墙外保温工程火灾易发生；当采用非A级保温材料时，必须排除施工现场引火源和避免可燃物的违章使用和违规储存状态。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》是科学的规定，必须严格执行、认真落实
（三）提升建筑门窗及玻璃幕墙防止外墙的防火性能要求
3.1 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，民用建筑特别是高层建筑火灾，特别是外墙发生火灾后，由于烟囱效应火灾蔓延特别迅速。
尼龙网和外墙外墙保温聚氨酯发泡板材烧完后，各层室内大量可燃物继续燃烧，失火的大楼像一个充分燃烧的蜂窝煤，每个窗户都吐出明亮的火舌。
这是因为窗户玻璃虽然在900℃左右才会熔化，但在火灾条件下，由于玻璃受热不均匀和膨胀变形受到窗框的限制，以及内外表面温差太大等原因，往往在250℃左右就开裂破碎。建筑外墙起火时，门窗玻璃在火焰或高温作用下，很快破碎脱落，火舌从这些破碎了的门窗口窜入室内，将室内可燃物烤燃，致使整个建筑物起火。造成群死群伤恶性火灾。
3.2目前建筑门窗及玻璃幕墙缺失防止外墙的防火性能要求，《铝合金门窗》GB-8478-2008《塑料门窗工程较技术规范》JGJ103-2008无防火性能要求。《钢门窗》GB/T5009-2007对一般钢门窗无防火性能要求，仅对特种防火钢门窗有防火性能要求。
普遍采用的铝型材框架铝合金门窗耐火时限不足15分钟，塑料型材框架的耐火时限更短，1000摄氏度大火下，普通玻璃1分钟炸裂，钢化玻璃5分钟炸裂。所以目前大量使用的铝合金门窗、塑料门窗及一般钢门窗根本无防火能力，建筑室内起火也许可打破玻璃逃生，而建筑外墙起火，几分钟大火和烟雾将直入室内，根本无法逃生，这是上海11.15火灾造成多人群体群伤恶性事故一个重要原因。
玻璃幕墙本身一般不具有防火性能，仅在层间缝隙填塞不燃或难燃材料，以达到防止火焰和高温烟气在建筑内部扩散的目的。
吸取上海11.15大火及众多火灾案例教训，提高建筑门窗、尤其是高层建筑耐火时间，延长逃生的有效时间，缓冲火焰蔓延，减少人员的死伤，杜绝群死群伤恶性火灾。目前我国共有高层建筑近10万幢，其中100米以上的超高层建筑近万幢，而各地为争当“第一高楼”仍然暗战不休，建筑高度还在不断被刷新，据了解，上海金茂大厦曾做过一个试验，请一群身强力壮的消防队员从85层往下跑，最快跑出大厦的一个队员花了35分钟。因此对高层建筑的外门窗和玻璃幕墙均要有防止外墙的防火性能的要求，对于一般建筑的外门窗和玻璃幕墙宜有防止外墙的防火性能的要求。
3.3提升外门窗和玻璃幕墙的防火性能的要求：
3.3.1防火：防止火焰从外墙扩散到室内背火面，从而阻断燃烧的火焰和灼热的混合体
3.3.2防热幅射：阻挡火焰到背火面，同时在规定时间内，使逃生区域内的热量控制在合理等级内。
3.3.3防火隔热：防止火焰扩散到背火面，同时为了保证在建筑物内人的安全，所具有防止热传导性能。
3.4增补建筑的外门窗和玻璃幕墙防止外墙的防火性能的要求：A类门窗幕墙防火性能：
（A类）在规定时间内，能同时满足耐火完整性和隔热性要求的防火门窗。
C类门窗幕墙防火性能：在规定时间内，能满足耐火完整性要求的防火门窗幕墙。
D类门窗幕墙防火性能：无耐火隔热性和耐火完整性要求的冷弯增补建筑的外门窗和玻璃幕墙防止外墙的防火性能的要求见表1。
表1增补建筑的外门窗和玻璃幕墙防止外墙的防火性能的要求：
|
名 称 |
耐 火 性 能 |
代 号 | |
|
隔热防火门窗幕墙
（A类） |
耐火隔热性≥0.50 h
耐火完整性≥0.50 h |
A0.50（丙级） | |
|
耐火隔热性≥1.00 h
耐火完整性≥1.00 h |
A1.00（乙级） | ||
|
隔热防火门窗（A类） |
耐火隔热性≥1.50 h
耐火完整性≥1.50 h |
A1.50（甲级） | |
|
耐火隔热性≥2.00 h
耐火完整性≥2.00 h |
A2.00 | ||
|
耐火隔热性≥3.00 h
耐火完整性≥3.00 h |
A3.00 | ||
|
部分隔热防火门窗幕墙
（B类） |
耐火隔热性≥0.50 h |
耐火完整性≥0.5 h |
B0.50 |
|
耐火完整性≥1.00 h |
B1.00 | ||
|
部分隔热防火门窗（B类） |
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 | ||
|
非隔热防火门窗幕墙
（C类） |
耐火完整性≥0.5h |
C0.50 | |
|
耐火完整性≥1.00 h |
C1.00 | ||
|
非隔热防火门窗
（C类） |
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门窗幕墙防火性能判定准则
3.5.1失去耐火完整性
按GB/T 9978的规定进行测量，当棉垫被点燃或背火面窜火持续达105以上时，则认为试件失去耐火完整性;当试件背火面出现贯通至试验炉内的缝隙，直径6 mm士0. 1 mm的探棒可以穿过缝隙进入试验炉内且探棒可以沿缝隙长度方向移动不小于150 mm，或直径25 mm士0.2 mm的探棒可以穿过隙进人试验炉内，则认为试件失去耐火完整性。
3.5.2.失去耐火隔热性
按GB/T12513的7. 2. 2. 1测得的试件背火面平均温度超过试件表面初始平均温度1400C，或按GB/T12513的7. 2. 2. 2测得的试件背火面任一点最高温度超过该点初始温度180℃时，则认为试件失去耐火隔热性。
3.5.3玻璃非隔热防火门窗幕墙失去耐火完整性在3.5.1中除棉垫试验外，其他内容均同于3.5.1条。
我国现有高层建筑162000多栋，其中超过100米的超高层建筑就有1500余栋。2020年我国约新建100米的超高层建筑就有25000余栋。国内外一些火灾案例表明，高层建筑火灾的主要特点是蔓延迅速、烟囱效应强、极易向上迅速蔓延，几层同时燃烧、形成立体火灾，烟气危害严重，直接威胁着人们的生命安全。因此，及时控制火势和烟气蔓延，是避免发生重大伤亡的关键所在。尽快从代价惨重的外墙外保温对火灾中吸取教训，开发高耐火性外墙外保温系统，构造防火体系，提高外墙外保温材料耐火性。总结规律性知识，通过基础理论研究进一步指导外保温的发展方向。现代安全生产理论认为，安全生产就是人和物在生产过程中处于安全状态。因此，本质的安全生产是绝对可以实现。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，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。上海11.15火灾也将成为中国建筑史防火的分水岭，中国大陆城市的高层建筑消防安全也将会达到世界级的水准。