船用滅火防護(hù)服裝性能評(píng)價(jià)研究

李齊垚　陳偉軍　鄒亮

摘? ? 要：本文通過對(duì)船舶火災(zāi)特點(diǎn)和船用滅火防護(hù)服的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)前船舶火災(zāi)評(píng)價(jià)系統(tǒng)及船用滅火防護(hù)服評(píng)價(jià)體系，提出了船用滅火防護(hù)服評(píng)價(jià)及選用流程和滅火防護(hù)服使用改進(jìn)建議，對(duì)指導(dǎo)船用滅火防護(hù)服選用和創(chuàng)新研發(fā)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：船舶火災(zāi)、滅火防護(hù)服、標(biāo)準(zhǔn)、熱防護(hù)性能、評(píng)價(jià)體系

中圖分類號(hào)：X932? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Performance Evaluation of Marine Fire-fighting Protective Clothing

LI Qiyao1， CHEN Weijun1， ZOU Liang2

（ 1. Military Representative Bureau of the Navy Equipment Department in Guangzhou， Guangzhou 510200;

2. U. PROTEC （SHENZHEN） TECH Co.， Ltd.， Shenzhen 518000 ）

Abstract： By analyzing the characteristics of ship fire and the present situation of marine fire-fighting protective clothing， combined with the current ship fire evaluation system and marine fire-fighting protective clothing evaluation system， this paper puts forward the evaluation and selection process of marine fire-fighting protective clothing and the suggestions for improving the use of fire-fighting protective clothing.

Key words： Ship fire; Fire fighting protective clothing; Standard; Thermal protection performance; Evaluation system

1? ? ?前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球平均每?jī)商炀蜁?huì)發(fā)生一起海上船舶火災(zāi)事故。由于船舶火災(zāi)相比陸上建筑物火災(zāi)更難撲救，因此一旦發(fā)生火災(zāi)，輕者貨損，重者傷亡，造成的損失無法估量。為了有效的在船舶火災(zāi)事故中提供合適的消防救援工具，研究船用滅火防護(hù)服評(píng)價(jià)體系及選用流程，對(duì)于指導(dǎo)研發(fā)和選用符合船舶特殊使用要求的滅火防護(hù)服具有重要意義。

2? ? ?船舶火災(zāi)的特點(diǎn)

（1）發(fā)生區(qū)域

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，船舶火災(zāi)較多發(fā)生在機(jī)艙、貨艙、客艙、電氣艙室等區(qū)域。2019年3月6日海南和江蘇就同時(shí)發(fā)生兩起船舶火災(zāi)，均發(fā)生在機(jī)艙;而僅僅相隔一日，3月8日浙江又發(fā)生了一起船舶火災(zāi)，起火點(diǎn)在客艙。

（2）火災(zāi)特點(diǎn)

① 船舶裝載大量燃油、艙室可燃物密集，火災(zāi)蔓延速度快;

② 火災(zāi)熱傳導(dǎo)性強(qiáng)，撲救難度大;

③ 火災(zāi)無法立即得到消防支援，主要依靠船舶自身力量進(jìn)行撲救;

④ 船舶空間狹窄，散熱慢，自身滅火設(shè)備有限;

⑤ 船舶載水量有限。

（3）火災(zāi)溫度分布

經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明：發(fā)生在密閉艙室的火災(zāi)，如果不考慮火源和艙室中間壁面的直接影響，則溫度在水平面和豎直方向上的分布情況為：同一水平面溫度分布基本相同;而豎直方向則分為上下兩個(gè)區(qū)域，上層是高溫區(qū)，溫度較為接近，下層則呈均勻遞減。

發(fā)生在有豎直開口艙室的火災(zāi)，溫度分布分為上中下三個(gè)區(qū)域：上方區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū);中部區(qū)域?yàn)樘荻葴囟葏^(qū)，溫度由高溫逐漸下降到接近外部環(huán)境溫度;而下方區(qū)域內(nèi)的溫度，均接近于外部空氣溫度，變化不大。

（4）火災(zāi)滅火要求

統(tǒng)計(jì)表明，在我國由于火災(zāi)救援不及時(shí)或處理不當(dāng)而造成的火災(zāi)失控，引起的損失的占船舶火災(zāi)總損失的90%。因此，一旦船舶發(fā)生火災(zāi)，消防員或消防系統(tǒng)應(yīng)盡快按照預(yù)先設(shè)計(jì)的應(yīng)急程序開展滅火工作。滅火防護(hù)服是船舶必備的消防員裝備之一，船員穿戴它能安全、順利的接近火場(chǎng)，開展傷員救助、火源探查及滅火行動(dòng)，滅火防護(hù)服需要具有防御滅火時(shí)可能遭受各類傷害的能力。

3? ? ?我國船用滅火防護(hù)服的現(xiàn)狀

3.1? ? 存在的問題

消防滅火過程中的主要熱傷害，通常來自燃燒、爆炸等過程中對(duì)流熱、輻射熱、接觸熱這三種形式的熱傳導(dǎo)。滅火防護(hù)服的熱防護(hù)機(jī)理，是通過服裝的阻燃及熱阻隔作用最大限度地減少透過服裝傳遞到皮膚上的熱能，從而減少皮膚灼傷，保障作業(yè)人員的生命安全。因此，作為評(píng)估防護(hù)服裝性能水平的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，就具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前使用的滅火防護(hù)服產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，主要是適用于建筑物結(jié)構(gòu)性火災(zāi)的XF10-2014《消防員滅火防護(hù)服》和適用于草原荒野火災(zāi)的GB/T 33536-2017《防護(hù)服裝 森林防火服》。雖然從使用環(huán)境來看，建筑物結(jié)構(gòu)性火災(zāi)比較接近于船用火災(zāi)，但艦船火災(zāi)環(huán)境由于空間受限，因此滅火作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)比建筑物火災(zāi)更高。在上述的消防員滅火防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)中，就寫明了不適用于海上平臺(tái)、礦井地下等狹窄空間環(huán)境火災(zāi)。

按民用和軍用兩大類別來看，民用船舶的滅火防護(hù)服由于標(biāo)準(zhǔn)的缺失，選型使用一直處于相對(duì)混亂的情況，既有按普通阻燃服標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行配備的，也有按建筑物結(jié)構(gòu)性火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)來配備的;而軍用艦船的滅火防護(hù)服，雖然有單獨(dú)的軍用采購指標(biāo)，但也存在主要技術(shù)性能指標(biāo)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等不合理的問題。

軍用艦船的滅火防護(hù)服，目前主要有連體式滅火防護(hù)服和接近式滅火救援服兩種，可以根據(jù)救援環(huán)境不同進(jìn)行選擇，詳見表1。

從表1可以看出，在主要理化和防護(hù)性能要求上，兩種滅火救援服基本相同，這顯然是不合理，并且上述性能指標(biāo)缺少數(shù)據(jù)來源依據(jù)和定量分析，也沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。比如，接近式滅火救援服需要靠近火源使用，而連體式滅火防護(hù)服只能在火場(chǎng)周邊進(jìn)行救援不能靠近火源，二者的使用環(huán)境不同，但其整體熱防護(hù)能力要求均是TTP值不小于35 cal/ cm2，其性能指標(biāo)要求的不合理性顯而易見。

從實(shí)際使用角度來看，由于連體式滅火防護(hù)服相比接近式滅火救援服更加輕便柔軟，因此作為常規(guī)性的滅火防護(hù)裝備，目前在艦船上進(jìn)行了大量的配備。但在實(shí)際滅火救援過程中，由于連體式滅火防護(hù)服背部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與接近式滅火救援服相同，均設(shè)有用來內(nèi)置背負(fù)空氣呼吸器的背囊，因此很容易對(duì)作業(yè)人員產(chǎn)生誤導(dǎo)，認(rèn)為內(nèi)置背負(fù)空氣呼吸器后就可以靠近火源甚至接觸火源來進(jìn)行滅火作業(yè)，再加上缺乏專業(yè)的知識(shí)和培訓(xùn)，導(dǎo)致作業(yè)人員大部分在不當(dāng)?shù)氖褂铆h(huán)境下使用了連體式滅火防護(hù)服，最終可能造成人身傷害事故。

接近式滅火救援服其缺陷也非常明顯，外層采用具有反射輻射熱功能的金屬鋁箔復(fù)合材料，其不耐磨且不耐彎折，長(zhǎng)期放置容易鋁箔與復(fù)合層分離，且鋁箔面料柔軟性差，整套服裝包括上衣、褲子、手套、頭罩和蓋腳5個(gè)部分，穿著繁瑣，需要?jiǎng)e人協(xié)助才能很好的完成穿戴，影響船舶火災(zāi)的快速反應(yīng)。而且在空氣呼吸器外戴的隔熱頭套面屏視野有限，且容易晃動(dòng)，影響救援人員行動(dòng)。

3.2? ?最新滅火防護(hù)服國家標(biāo)準(zhǔn)

2020年9月29日，國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了GB/T 39098-2020《船舶與海上技術(shù) 船舶消防員裝備（防護(hù)服、手套、靴子和頭盔）》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)基本等同采用了ISO 22488-2011標(biāo)準(zhǔn)，從2021年4月1日正式實(shí)施。

從標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)性能指標(biāo)要求來看，不難發(fā)現(xiàn)其與歐盟結(jié)構(gòu)性火災(zāi)滅火防護(hù)服EN469：2005《消防員滅火戰(zhàn)斗服》標(biāo)準(zhǔn)要求基本相同，詳見表2。

從表2可以看出，國標(biāo)船舶消防防護(hù)服中規(guī)定的主要技術(shù)性能參數(shù)，基本與歐盟的結(jié)構(gòu)性火災(zāi)滅火戰(zhàn)斗服標(biāo)準(zhǔn)相同，但有部分歐盟標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定的技術(shù)性能指標(biāo)未進(jìn)行規(guī)定。從實(shí)際危險(xiǎn)系數(shù)來看，建筑物結(jié)構(gòu)性火災(zāi)并不高于船舶火災(zāi)，因此GB/T 39098-2020標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布雖然填補(bǔ)了船舶用滅火防護(hù)服產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的空白，但其實(shí)際效用和環(huán)境適用性仍有待實(shí)踐的驗(yàn)證。

4? ? ?船用滅火防護(hù)服評(píng)價(jià)

4.1? ? 防護(hù)服熱防護(hù)性能常用的評(píng)價(jià)方法

（1）TPP與TPE法

TPP （熱防護(hù)性能值）與TPE（熱防護(hù)性能評(píng)估），均是指透過織物引起人體二度燒傷的熱能值，單位為kW.s/m2。兩者區(qū)別在于：TPP測(cè)試的是在持續(xù)加載標(biāo)準(zhǔn)熱源情況下，一直到達(dá)到人體二度燒傷時(shí)試樣所接收的熱能值;而TPE測(cè)試的是試樣在還未引起人體二度燒傷但在離開標(biāo)準(zhǔn)熱源后由于之前吸收了熱能而產(chǎn)生放熱現(xiàn)象導(dǎo)致最終達(dá)到人體二度燒傷所接收的熱能值。無論哪一種情形，熱防護(hù)性能的值越高，織物的熱防護(hù)性能越強(qiáng)。而且TPP和TPE還可以模擬面料直接接觸皮膚和面料與皮膚之間有空隙兩種情況，而采用直接接觸法和間隔法兩種方法來進(jìn)行測(cè)試。

（2）熱傳遞法

熱傳遞測(cè)試，按熱源種類主要分為：火焰熱傳遞、輻射熱傳遞、火焰和輻射混合熱傳遞三種。而測(cè)試指標(biāo)又分為將服裝最內(nèi)表面的溫度從試驗(yàn)開始時(shí)的值分別提高24 ℃和12 ℃所需的時(shí)間，所需時(shí)間越長(zhǎng)，表明服裝內(nèi)表面溫度升高越緩慢，服裝材料的熱防護(hù)性能越好。但由于溫度升高24 ℃和12 ℃與人體可能遭受熱傷害的程度并不存在明確的定量換算關(guān)系，因此該方法只能用來對(duì)比評(píng)估材料的熱防護(hù)性能，不能評(píng)估服裝對(duì)人體的熱傷害防護(hù)程度。

（3）燃燒假人法

燃燒假人測(cè)試方法，就是模擬人體穿著服裝暴露在特定的火場(chǎng)環(huán)境中，通過檢測(cè)假人皮膚表面溫度信息，得到皮膚燒傷程度值、燒傷面積百分比等指標(biāo)，從而評(píng)估服裝防火隔熱性能，以及預(yù)測(cè)作業(yè)人員身體燒傷程度的一種方法。燃燒假人測(cè)試系統(tǒng)，由假人、溫度傳感器、火焰發(fā)生與控制系統(tǒng)、皮膚熱傳遞模型與燒傷評(píng)估模型、集中控制系統(tǒng)與軟件平臺(tái)等部分構(gòu)成。

與前面兩種單純?cè)u(píng)價(jià)服裝面料熱防護(hù)性能水平的方法不同，燃燒假人法由于模擬火場(chǎng)環(huán)境，因此能夠更加真實(shí)的評(píng)價(jià)服裝的整體熱防護(hù)性能水平。而且從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，服裝的熱防護(hù)性能不僅取決于服裝材料，還與服裝的款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

由于燃燒假人測(cè)試系統(tǒng)可以在模擬火場(chǎng)高溫轟然環(huán)境中測(cè)試身體皮膚燒傷程度，因此利用該系統(tǒng)既可以進(jìn)行服裝整體熱防護(hù)性能的測(cè)評(píng)，還可以研究影響服裝熱防護(hù)性能的各種因素，從而縮短阻燃熱防護(hù)新材料以及服裝的研究周期，促進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。

4.2? 火災(zāi)模擬系統(tǒng)和防護(hù)服測(cè)試方法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法

由于船舶火災(zāi)有其特有的環(huán)境和特點(diǎn)，因此若要全面評(píng)價(jià)船用滅火防護(hù)服的防護(hù)性能水平和適用性，并確立船用滅火防護(hù)服科學(xué)合理的技術(shù)指標(biāo)體系，應(yīng)借助于船舶火災(zāi)模擬系統(tǒng)和服裝防護(hù)性能測(cè)試試驗(yàn)，將二者結(jié)合起來，才能真正促進(jìn)船用滅火防護(hù)服的改進(jìn)和發(fā)展。

如何將火災(zāi)模擬系統(tǒng)和防護(hù)性能測(cè)試試驗(yàn)二者結(jié)合對(duì)防護(hù)服進(jìn)行性能水平的真實(shí)評(píng)價(jià)并最終指導(dǎo)防護(hù)服的選用，需要建立一套科學(xué)合理的評(píng)價(jià)及選用流程，該流程包括以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)火災(zāi)模擬系統(tǒng)，對(duì)船舶機(jī)艙火災(zāi)發(fā)展過程進(jìn)行研究，分析研究火災(zāi)溫度變化情況，建立與火源不同距離的火災(zāi)強(qiáng)度及溫度模型;

（2）研究纖維的物理性能、紗線及織物結(jié)構(gòu)與熱傳遞的關(guān)系，建立織物傳熱仿真模型，明確防護(hù)材料熱防護(hù)性能的影響因素;

（3）利用燃燒假人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)體防護(hù)裝備阻燃抗熱性能的定量測(cè)試評(píng)價(jià);

（4）根據(jù)與火源不同距離的火災(zāi)強(qiáng)度及溫度模型，建立專用燃燒器和火場(chǎng)環(huán)境模擬系統(tǒng)，創(chuàng)造穩(wěn)定安全可靠的火場(chǎng)環(huán)境;

（5）分析著裝人體在火場(chǎng)環(huán)境中的重點(diǎn)防護(hù)部位，優(yōu)化設(shè)計(jì)面料組分、服裝功能結(jié)構(gòu)和層次配套，開發(fā)出適合船用環(huán)境的防護(hù)服裝;

（6）將改進(jìn)的防護(hù)服裝在船舶消防訓(xùn)練中使用，收集使用者建議，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化后推廣使用。

5? ? 船舶用滅火防護(hù)服的使用建議

經(jīng)過對(duì)船舶火災(zāi)的分析及目前使用過程中存在的問題，對(duì)船用滅火防護(hù)服的使用提出如下建議：

（1）加強(qiáng)對(duì)船上消防作業(yè)人員進(jìn)行滅火防護(hù)服產(chǎn)品專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，分清不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及不同產(chǎn)品的使用環(huán)境區(qū)別;

（2）消防和海事部門，應(yīng)對(duì)消防員穿戴滅火防護(hù)服、呼吸器等防護(hù)裝備制定著裝程序，指導(dǎo)消防作業(yè)人員的實(shí)際操作，并預(yù)先知道在實(shí)際滅火操作中因穿著防護(hù)服帶來的不便，對(duì)因穿著不便帶來的影響進(jìn)行提前評(píng)估;

（3）取消連體式滅火防護(hù)服的背囊設(shè)計(jì);

（4）? 繼續(xù)提高接近式滅火救援服的性能指標(biāo)要求，以真正契合其使用環(huán)境。

6? ? 結(jié)束語

船舶火災(zāi)的特點(diǎn)決定了船舶消防在一定程度上比陸上消防更具挑戰(zhàn)性，船用滅火防護(hù)服作為保護(hù)消防作業(yè)人員的裝備越來越得到重視。因此，建立船用滅火防護(hù)服性能指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，根據(jù)船舶火災(zāi)模擬系統(tǒng)，對(duì)船用滅火防護(hù)服各性能指標(biāo)進(jìn)行合理定量是亟待解決的重要問題，也是指導(dǎo)船用滅火防護(hù)服創(chuàng)新研發(fā)的方向。