高层建筑外墙外保温系统火灾特点及灭火救援对策浅探

杜承勇

0 前言

2009 年12 月哥本哈根世界气候大会召开后，各国更加重视“节能减排”，我国明确提出发展低碳经济。根据住建部公布的《“十二五”建筑节能专项规划》，到2015 年全国城镇新建建筑执行标准不低于65%的建筑节能标准，城镇新建建筑95%达到建筑节能强制性标准的要求。外墙外保温系统由于具有隔热保温、绿色环保、节约能源等优势，在建筑节能领域的工程实践中，尤其是在高层建筑中得到广泛推广和应用[1]。但是，由于人们初期对外墙保温材料火灾危险性认识不足，由此引发的火灾隐患呈多发势头。比如2017 年6 月14 日凌晨，位于伦敦西二区白城（White City）的格伦费尔大厦发生火灾，造成72 人死亡。后期公布的火灾调查报告称，4层公寓中大型冰箱电气故障后起火，由于建筑物外墙保温的铝复合材料内填充了塑料，火势通过窗户迅速蔓延到公寓室外，从而发展成为立体火灾。伦敦大火，世界为之震惊。而近些年，我国的北京、上海、沈阳、南京等地都曾发生过类似火灾，造成重大人员伤亡和财产损失，引发社会广泛关注，也给灭火救援提出了新的挑战和课题。本文结合近年来我国高层建筑外墙外保温材料典型火灾案例，分析其火灾成因及主要特点，尝试性地提出一些灭火救援对策和建议。

1 高层建筑外墙外保温系统典型火灾案例

外墙外保温系统是指适用于安装在外墙外表面的非承重保温构造的总称，主要由保温层、保护层和固定材料（胶粘剂、锚固件等）构成，保温层的材料大致分为无机材料和有机材料两大类。无机类材料具有良好的防火性能和绝热性能，但是因其与墙体结合力和抵抗震动的能力较差，实际应用不多。有机类材料保温性能良好，主要有聚苯板、挤塑板和聚氨酯三种，但是大多为易燃、可燃材料，火灾危险性较大。另外，采用经过化学处理的铝合金板作为表层、低密度聚乙烯作为芯材，由多层材料复合而成的铝塑板等复合材料，因其具有易加工、耐冲击、超耐候等特性，也被广泛应用于高层建筑外墙装饰和建筑幕墙[2]。近些年，全国各地发生多起高层建筑外墙外保温系统火灾，根据火灾起因，列举以下典型火灾案例：

1.1 因违章动火作业引发的火灾案例

2009 年4 月19 日10 时50 分，南京中环国际广场发生火灾，过火面积约400 m2，疏散被困人员约400 人，无人员伤亡，火灾直接财产损失约70 万元。起火直接原因是施工人员安装空调外机时，在18 层室外机机槽内焊接支架，焊渣掉落引燃下方槽内可燃物，火势顺着空调外机井壁向上蔓延，22min 后明火蔓延至50 层楼顶[3]。经调查，大厦的空调室外机机槽由建筑外墙凹槽构成，三面均采用沿上而下裸露铺设的发泡聚苯乙烯挤塑保温板作为保温材料，保温板表面涂有易燃的防水层[4]。

2010 年11 月15 日14 时15 分23 秒，上海静安区胶州路728 号教师公寓发生火灾，造成58 人死亡、71 人受伤，火灾直接经济损失1.58 亿元。起火直接原因是无证电焊工在10 层窗外违规实施电焊，引燃掉落在北墙外侧九层脚手架上的聚氨酯泡沫碎块、碎屑引发火灾。经调查，该建筑外墙外保温系统由内及外依次采用现场喷涂发泡的聚氨酯硬泡沫、薄抹灰外保护层和饰面层。当脚手架上的聚氨酯泡沫碎块、碎屑被引燃后，墙面喷涂的聚氨酯保温材料及脚手架上的毛竹排、木夹板和尼龙安全网也迅速被点燃，并在6min21s 较短时间内形成大面积的脚手架立体火灾[1]。燃烧后产生的热量使外窗玻璃爆裂，火势通过窗口向室内蔓延，引燃住宅内的家具、装修材料等可燃物品，形成猛烈燃烧。当日18 时40分明火被完全扑灭时，建筑北侧的所有楼层已经全部燃烧。

1.2 因燃放烟花引发的火灾案例

2009 年2 月9 日20 时37 分，中 央电视台新址配楼文化中心发生火灾，一名消防队员牺牲，6 名消防队员和2 名施工人员受伤，火灾直接经济损失16383万元。起火直接原因是违规在施工工地内燃放大型礼花焰火，礼花弹爆炸后的高温星体落入建筑顶部擦窗机检修孔内，引燃检修通道内壁裸露的易燃材料引发火灾[5]。经调查，主楼网架内外两侧金属的幕墙均采用钛锌板作为面板，外墙外保温系统由内及外依次为薄钢板、挤塑保温板和防水层。燃烧的礼花熔化后，先点燃建筑外表面的钛锌合金板，高温熔融物引燃外保温系统的可燃挤塑板保温材料，在极短时间内自上向下、自外向内逆向迅速蔓延，形成猛烈的立体燃烧[6]。

2011 年2 月3 日0 时10 分，沈阳市皇朝万鑫国际大厦发生火灾，造成该大厦A、B 座部分区域过火，无人员伤亡，火灾直接财产损失9384 万元。起火直接原因是有人在B 座南侧违规燃放烟花，烟花引燃11 层屋面平台的塑料草坪，造成外墙装饰及保温材料燃烧所致。经调查，该建筑外墙采用带外保温系统的铝塑板或铝单板幕墙，A、B座分别采用模塑聚苯板、挤塑聚苯板作为外墙外保温材料。塑料草坪被引燃5-7min 后，火势引燃B 座外墙铝塑板结合处可燃胶条、泡沫棒并引燃挤塑板。在烟囱效应的作用下，火势迅速蔓延扩大，10min 后B 座建筑外窗上钢化玻璃受热破碎，引燃室内可燃物。15-20min 后，火焰蔓延至B 座南侧外立面顶部形成大面积立体燃烧，A 座外幕墙和外墙外保温系统在热辐射和飞火的作用下被引燃[7]。

2 高层建筑外墙外保温系统火灾的主要特点

2.1 火灾发展模式区别传统概念

在建筑节能保温系统防火技术标准没有出台前，高层建筑中多采用易燃、可燃外保温材料，或采用熔点较低的钛合金、铝塑板等作为外墙装饰和封堵材料。火灾中，一些热塑性材料受热产生熔融变形滴落，向下流淌造成火势逆向蔓延，在坠落过程中可能产生飞火形成新的着火点。火势沿外墙纵向、横向蔓延过程中，通过炸裂的外窗迅速蔓延至建筑内部，建筑内、外极易在高温火焰和热辐射作用下同时燃烧，并短时间内迅速形成大空间立体燃烧。这种自上而下，自外而内逆向迅速蔓延的模式，完全有别于传统由内及外、自下而上的火灾发展模式[5]，也突破了以往民用建筑一室一户的火灾发展模式。另外，相关火灾实验表明，相比同样性状的普通建筑，采用外保温系统的建筑室内空间更加封闭，火灾后到达轰然的时间约缩短2-4min[8]。如沈阳皇朝万鑫国际大厦火灾中，B 座发生火灾后，产生的高温熔融物、飞火和高强度热辐射作用于相邻的A 座，先后点燃A 座的南侧幕墙及外保温系统，并通过外窗蔓延至A 座30 层、42 层的部分房间。

2.2 火灾扑救模式考验传统概念

高层建筑外墙外保温系统火灾容易形成多楼层、多房间、内外同时燃烧的局面。如上海静安区胶州路教师公寓火灾中，在6min21s 内就形成全面立体燃烧，整栋楼火势失控后迅速向东侧毗邻高层居民楼延烧，大面积的立体火灾给实施“内攻近战”带来困难。现有的云梯车、高喷车和远射程移动水炮等装备，在面对超高层建筑火灾时，常常因为装备高度不足，很难将灭火剂直接射到燃烧部位，不能有效地展开“外攻灭火”。同时，由于向高层外部火场供水的有效手段匮乏，传统的“上堵下截、外攻灭火、内攻近战、内外合击”等灭火战术是否有效将面临考验。另外，依据现有消防技术规范，在建筑内部设置的一些防火分隔、自动灭火、自动报警和防排烟等消防设施，主要针对建筑内部火灾特别是初起火灾，当应对高层建筑外墙外保温系统火灾，尤其是可能发生的多点、立体火灾时，是否能发挥原有控火灭火效能也将面临考验。

2.3 火灾疏散模式挑战传统概念

高层建筑外墙外保温系统火灾蔓延速度极快，内外连通、大面积的快速立体燃烧，很难区分不同的火灾发展阶段，消防救援人员到达火场时，往往已经丧失了最佳的救援时机。同时，易燃、可燃外保温材料在火灾中产生大量的有毒烟雾，伴有玻璃幕墙爆裂的坠落物和保温材料高温滴落物，这些因素都严重威胁火场人员疏散的安全。另外，靠外墙设置的疏散走道和疏散楼梯，在建筑消防设计中作为疏散设施，高层建筑外墙外保温系统火灾中可能成为火势由外蔓延至内部的通道，极大地增加了实施建筑竖向疏散和救援的难度[9]。如上海静安区胶州路教师公寓火灾中，大量高温有毒烟气从自然排烟窗涌入靠外墙的防烟楼梯间，严重阻碍人员疏散逃生。此外，高层建筑内部疏散通道曲折，路线复杂，人员疏散距离长，再加上无线覆盖不良导致火场通讯困难，很大程度上也影响疏散救援行动的施展。

3 高层建筑外墙外保温系统灭火救援对策浅探

3.1 加强第一出动力量调集

高层建筑外墙外保温系统火灾燃烧速度快，建筑内部蔓延途径多，控火、救援难度大。因此，灭火力量调度时要依照预案，加强第一出动力量调集，迅速集结后续增援力量，强化优势兵力用于火场，把充足的优势兵力、精良的车辆器材第一时间调集于火场，为顺利处置火灾提供可靠保障。南京中环国际广场火灾中，南京市消防支队第一时间调集4 个消防中队，14 辆消防车、72 名官兵赴现场，考虑是超高层建筑火灾，随后又调集相邻6 个消防中队和战勤保障大队共20 辆消防车、1 辆油罐车、1 辆气瓶供给车、1 辆生活保障车，122 名消防队员进行增援，24min 控制火势46min扑灭火灾[4]。调集灭火力量时，建议针对高层建筑特点，及时调集相应高度的云梯车、高喷车和曲臂车等举高车辆，同时调集大型水罐消防车、压缩空气泡沫消防车和A 类泡沫车等供水车辆，并及时增调排烟车、抢险救援车及后勤保障车等增援车辆。需要注意的是：先期到场的指挥员在力量部署时，要在高层建筑消防扑救面一侧为举高车辆预留充裕的停车位置和操作场地，其他车辆到场后不得占用。

3.2 举高装备强力外部进攻

高层建筑外墙外保温系统火灾蔓延迅速，如果不能有效地从外部控制，火势会先沿建筑外墙横向、纵向蔓延，通过炸裂的外窗洞口引燃可燃物迅速向室内蔓延。同时，外保温材料燃烧时产生的高温滴落物可能形成新的着火点，使整栋建筑在短时间内形成内外连通、大面积立体燃烧。所以，要将控制和抑制火势向四周蔓延作为外攻的首要任务。在外攻灭火力量部署上，一方面利用消防电梯迅速运输人员、装备至屋顶抢占火场制高点，实施居高临下浇灌冷却，堵截火势在建筑内蔓延；一方面利用云梯车、高喷车和曲臂车等举高装备从外部抑制火势向四周蔓延。同时，当条件允许时，在着火建筑裙楼顶或邻近建筑屋顶设置水枪阵地，有效实施冷却并及时扑灭坠落可燃物。在沈阳万鑫国际大厦火灾中，消防救援指挥部在B 座南侧出动3 辆举高消防车、在A 座西侧出动6 辆举高消防车，并在裙楼平台上设置2支水枪阵地，有效地阻断火势向建筑四周蔓延[3]。需要注意的是，当着火点在建筑内部且高度在作战车辆射程内，且邻近窗户玻璃未受热炸裂时，可以采取外攻灭火；当着火点在建筑外部且邻近窗户玻璃已经大范围炸裂时，建议尽量避免外攻[9]，需要在靠近着火建筑的主战消防车的四周留有一定力量扩大警戒范围，并与着火建筑保持一定安全距离，防止高空飞火、着火坠落物和“玻璃雨”等引发次生灾害事故。

3.3 快速多组分层内攻救援

高层建筑外墙外保温系统火灾扑救中，针对其容易形成多房间、多楼层，建筑内、外同时蔓延的大面积立体火灾特点，应采取“内攻近战、内外夹攻”的方法，实施“高点堵截、穿插分割、重点进攻、分片作业”等战术措施，在火灾初期快速深入火场内部，多楼层立体布阵开展火势堵截和疏散救援。在第一力量到场后，要将着火层下面的二至三层作为“进攻起点层”[10]，通过采取“内部强攻灭火、层层堵截消灭”战术措施，抢先在火势蔓延方向布置多个战斗内攻小组，主要任务是和外攻密切配合，扑灭已蔓延的火势并阻止火势由外向内继续蔓延，逐层搜索防止出现灭火的死角和盲区。同时，根据着火高层建筑层数、建筑类别和楼层分布，分析被困人员数量和位置，组建多个疏散小组，充分利用消防电梯、疏散楼梯、避难层（间）、云梯车或举高车开展多维立体救援行动。另外，为避免毗邻建筑受火灾中坠落可燃物、高温熔融物产生飞火、热辐射等威胁，需要火场指挥员根据火情科学预判，及时派出搜救小组到毗邻建筑开展疏散救援，确保全部人员疏散。需要注意的是，在部署灭火力量时，建议由着火层的下层、着火层的上层、着火层依次增加参战人员[10]；并设立安全员，及时掌握火势蔓延主要方向，事先明确紧急撤离信号和要求，遇有紧急情况快速通知撤离。

3.4 充分利用固定消防设施

扑救高层建筑外墙外保温系统火灾，应坚持“固定灭火设施与移动消防装备相结合”的原则，最大限度发挥建筑内部固定消防设施的作用。火情侦查时，除利用外部观察、询问知情人等方法外，还要利用消防控制室及时查清着火部位、燃烧范围及物质特征、火势蔓延发展情况、固定消防设施是否正常运行、被困人员大致数量和所处部位等。迅速启动消防广播、消防应急照明正确引导人员疏散；及时启动防烟和排烟设施，降低高温、浓烟对作战行动的影响；快速启动自动灭火系统和防火分隔措施，控制火势向相邻区域蔓延。选择消防电梯作为救援工具时，应避免选乘着火区所在防火分区内的消防电梯，并在着火层的下两层停靠，尽可能不要穿越着火层。火场供水时，优先使用室内消火栓系统向楼层较高的内攻小组供水；优先使用消防水泵、水泵接合器向室内消防管网供水，避免直接采用垂直长距离或沿楼梯铺设水带。需要注意的是，要根据火势蔓延发展情况，合理确定固定消防设施的启、停，当高层建筑出现多楼层火灾、立体火灾时，建议迅速关闭自动喷水灭火系统以保证消火栓系统的供水。

3.5 落实战勤保障安全措施

针对高层建筑外墙外保温系统火灾特点，消防救援队要以提高灭火救援战斗力为出发点，以“打得赢”为目标，在配置主战车辆和首调车辆时，增加举高消防车、压缩空气泡沫车等特种车辆和抢险救援、通信指挥车等专勤消防车的比例，推广使用附着力强的“一七泡沫”作为灭火剂。针对火场供水及冷却毗邻建筑的需要，配置大功率远程供水泵、耐高压分水器、50m 高压水带、窗口水带固定器和无后坐力水枪等；针对内攻救援的需要，配置移动排烟机、玻璃破碎器、窗口水幕水枪等；针对火场通信的需要，除了携带必要的手持台、警报器等装备，还需要强化灯光、手语、通信导向绳等简易通信方式的训练，并利用消防专用电话或插孔，保障火场联络信息畅通。日常注重加强火场安全教育，树立“生命至上、预防为主”的理念，遵守《消防救援队伍作战训练安全要则》，不断增强灭火救援的安全意识[11]。通过在接警出动、个人防护、火情侦察、阵地设置、灭火进攻、抢救人员、火场排烟、火场供水、通信联络、紧急撤离、火场清理等环节建立和完善灭火救援程序和安全要则，促进灭火救援战斗行动更加规范、科学、高效。

4 结语

针对高层建筑外墙外保温系统火灾，消防救援部门在重视传统火灾发展机理研究的同时，还需要加强对此类非传统火灾的研究。通过收集国内外火灾及灭火救援信息，利用火灾风险评估和计算机模拟等手段，研究火灾蔓延机理和规律，预测此类型火灾发展趋势，提高火场应对能力。另一方面，进一步强化“六熟悉”工作，对辖区内高层建筑定期开展实地熟悉和演练，及时修订和完善灭火预案，突出针对性和实用性；强化救援专业队伍建设和消防装备建设，增加模拟真实火灾现场实战训练，不断提升消防救援队伍攻坚克难的能力；认真落实灭火救援每一环节的安全措施，建立、完善灭火救援战斗程序，最大限度预防和避免救援人员伤亡。