高層建筑外墻保溫系統防火措施研究

劉 浩 重慶市渝北區消防救援支隊防火監督科工程師

高層建筑外墻保溫系統是指由保溫材料構成的具有保溫作用的構造層。墻體保溫材料特指用于建筑墻體的一類保溫材料，按應用部位可分為外墻保溫材料、內墻保溫材料以及屋面保溫材料，按保溫材料的內部成分分為無機保溫材料和有機化學保溫材料。無論是新建高層住宅還是已交付使用的高層建筑，一旦墻體保溫材料著火引發火災，就極易造成重大安全事故。大連市金普新區國際大廈火災現場如圖1 所示。建筑墻體保溫材料發生火災引起的事故，通常是由于火勢迅速蔓延所致。外墻空氣流動性較快，保溫材料防火等級不合格，加上外風力作用、內部縱向管井和管道的“煙囪”效應等因素，使其發展速度快、事故規模大、社會影響大且撲救難度大，極易造成人員傷亡[1]。

圖1 大連市金普新區國際大廈火災現場

1 高層建筑外墻保溫材料的種類及等級

1.1 材料種類

就可燃性而言，高層建筑外墻保溫材料的種類可分為易燃、不燃以及難燃3 大類。易燃材料主要是有機保溫材料，包括EPS 板、XPS 板、PU 板；不燃無機保溫材料包括巖棉板、礦棉、玻璃棉板。

1.2 材料等級

目前，市場上的保溫板按照《建筑內部裝修設計防火規范》（GB 50222—2017）的防火性能劃分為4 個等級：不燃A 級為不燃原料，具有隔熱、防火原料的實際效果；防火B1 級為阻燃保溫材料；防火B2 級為可燃絕熱材料，有機保溫材料較為常見，加上合適的無鹵阻燃劑，多為EPS 發泡聚苯乙烯保溫板和XPS 擠塑板，就是人們常說的通用板，固定底價為80 元/m2左右，用途廣泛，是銷售市場的主打產品，但燃點低，在焚燒過程中會釋放出大量有害物質；防火B3 級為易燃隔熱材料，多以聚苯乙烯泡沫為主要原料制成。

因為防火等級越高，原材料成本越高，所以普通商住樓和普通住宅一般都不會選擇B3 級保溫材料，甚至B1 級原材料也很少被房地產開發商采用。有些保溫材料作假，雖然檢測報告為B1 級，但實際采用的材料很難完全達到B1 級的要求[2]。

1.3 高層建筑外墻保溫材料保溫結構分類

根據以上保溫材料的分類，外墻保溫的結構也分為3大類，分別為有機外墻保溫系統、有機、無機復合型外墻保溫系統以及無機外墻保溫系統。其中，有機外墻保溫系統比較簡單，選擇有機保溫材料是關鍵，如上述EPS 板、XPS 板和PU 板。這種有機外墻保溫系統在工程的具體施工過程中會根據具體情況選擇不同的操作方式，如澆注式、薄批膩子式或噴漆式等。這種工程性價比高并且隔熱效果很好，但防火安全系數低。有機、無機復合型外墻保溫系統的關鍵是使用復合保溫材料，這種類型的系統在結構內逐層漸變，應力柔性釋放技術解決了外表變化容易引起的膨脹變形問題，防止由此產生的縫隙問題。系統具有一般的保溫特性，但消防安全性能有所提高。鑒于其材料的特性，延展性較好，可用于一些異型墻體，但其高層建筑工程施工難度系數較大，無法掌握。以巖棉板等無機保溫材料為主的無機外墻保溫系統可以有效滿足高層建筑外墻保溫材料耐久性和防火安全的要求，但其保溫效果一般。

2 高層建筑外墻保溫系統的消防問題

2.1 保溫材料防火安全特性不合格

現階段，外墻內保溫、夾芯保溫、外保溫的主要成分是聚苯保溫板。聚氨酯材料、各種無機保溫砂漿、聚乙烯原料以及PC 聚碳酸酯都屬于新型建筑防火材料的范疇。易燃原料在高溫作用下極易著火，同時點燃時會產生有害氣體。我國現階段防火安全的相關標準中對墻體所用巖棉保溫板的阻燃功能和阻燃等級沒有明確要求，當保溫層長時間受高溫影響時，會變形、開裂，甚至倒塌，這將威脅到逃離人員和消防指戰員的生命安全，并且高層建筑的外墻倒塌會使消防人員滅火救援作戰變得異常艱難[3]。

2.2 保溫材料著火產生的有害氣體

現階段，建筑的一般保溫材料是聚氯乙烯和聚氨酯，具有優良的保溫功能。但是，用于防火處理的保溫材料防火安全特性較低，被點燃后會產生有害氣體。有外墻保溫的房屋著火時，外墻會形成大量有害氣體并在短時間內被點燃，嚴重威脅到屋內人員和消防員的生命安全，并且對消防員實施火災救援造成不利影響。

2.3 整體消防安全設計不科學

窗口是高層建筑發生火災時最常見的火災擴散通道。當火焰從窗口蔓延開來時，周圍的隔熱層會暴露在高溫輻射源下或立即燃燒。在高溫輻射源的作用下，保溫層中的保溫材料在溫度達到沸點時會迅速熔化塌陷，當溫度再次升高時會引起火災。燃燒時，保溫層的原材料會迅速點燃并引起火災，火勢快速蔓延不僅會導致隔熱層普遍被破壞，而且在焚燒過程中還會不斷下落。燒毀脫落的保溫層和表面裝飾會對建筑物內的人造成安全威脅，因此高層建筑在使用外墻保溫時，必須同時設置防火結構或使用阻燃材料，否則火災事故將威脅到建筑整體安全。

2.4 無技術標準、法規規范

現階段，我國雖然對建筑外墻保溫材料的阻燃性能提出了明確的要求，《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）、《建筑內部裝修設計防火規范》（GB 50222—2017）都作了明確的規定，但由于施工過程對外墻保溫監管難度大，加之很多保溫材料產品良莠不齊，導致我國建筑施工中墻體保溫防火安全問題不能徹底有效消除。

3 高層建筑外墻保溫消防難點分析

一是燃點低，擴散快。選擇易燃、可燃材料用作外保溫材料，如果不通過阻燃處理，極易發生立體火災事故。發生火災時，整個建筑物的外墻都會包圍在火焰中。比如，上海市靜安區膠州路教職工宿舍發生火災事故，火災發生后建筑立面迅速著火，同時受到高空風速等綜合因素影響，火勢蔓延得非常快，僅僅6 min，紅色火焰和濃煙就籠罩了整棟大樓。二是釋放大量煙霧，產生有害氣體。保溫材料的原材料大多是有機材料，此類化學物質在點火過程中會發生非常大的化學反應，傳遞大量的熱量和濃煙。三是著火不易被檢測到。建筑外墻夾層一般都加有保溫材料，且封閉嚴密，室內空間氧氣含量較低，所以剛點燃時為陰燃，很難從外面觀察到，再加上冒出的煙霧量大，導致救援人員一開始很難找到火源，而等到火災發生再撲救為時已晚。

4 高層建筑外墻保溫系統的防火措施

4.1 保溫材料的有效選擇

就高層建筑外墻保溫是否具有高防火性能而言，保溫材料的選擇很重要。高層建筑外墻保溫系統作用原理如圖2 所示。我國現階段一般采用有機材料，其耐溫性較差，非常容易點燃，在點燃的過程中還會產生很多有害物質，而且會造成熔化（火災事故）以及建筑坍塌，進而造成二次傷害。因此，在外保溫材料的選擇上，高層建筑外墻保溫材料盡量不用有機材料。雖然在有機材料應用前可以采取相應的防火阻燃解決方案，但這樣的定論無法在具體的火災事故中得到證實，而且即使解決了耐燃性，也不代表不會著火，一旦遇到比較大的火情，仍會著火。無鹵阻燃劑并不能減少火災事故中的煙霧量，部分無鹵阻燃劑本身會持續產生有毒有害氣體。推廣無機材料的應用，如膨脹無機保溫漿料、巖棉板以及玻璃纖維棉等，但巖棉板和玻纖棉價格較高，技術不成熟，不適合大規模應用。相比之下，膨脹無機保溫漿料具有更好的防火安全性，可以大面積推廣，但在施工過程中也需要注意質量管理[4]。

圖2 高層建筑外墻保溫系統作用原理

4.2 抓好施工現場管理

抓好高層建筑外墻保溫材料現場安全消防管理，應遵照執行《建設項目施工現場消防安全管理規定》，在電焊時必須特別注意安全防火。首先，申請消防施工時，務必申請相應的審批流程，并落實現場管控人員，確定現場情況后開工建設。其次，施工隊還必須遵守相應的消防安全規定，落實好安全防范措施，特別是維護高空焊接等獨特的環境。最后，將易發生火災的部分設置為重點防控點，并嚴格落實安全工作。

4.3 適用的無機外墻保溫系統開發與設計

一方面，針對外墻保溫材料本身的防火性能而言，當高層建筑外墻保溫系統的可燃性低或火焰蔓延能力低時，一般不容易引起嚴重的火災事故，但現階段我國無機物的保溫系統造價太高，所以適用范圍不普遍。另一方面，由于我國生產制造技術不足，部分無機保溫材料外墻保溫系統的技術科研應用不健全，無法制造優質達標的阻燃不燃保溫材料。因此，我國有必要加強無機保溫材料外墻保溫系統技術的研發，改進一些復合原材料的開發設計，并致力于研究生產性價比高、保溫效果好、難燃的建筑保溫材料[5]。

4.4 完善高層建筑外墻保溫系統防火設計規范

高層建筑外墻保溫材料的高防火性能是高層住宅防火安全中的重中之重，但并不是唯一必須重視的對策。另一個主要的消防安全對策是從嚴要求，嚴格按照消防設計規范和技術標準進行施工。首先，應從高層建筑外墻保溫設計的角度制定相關的消防規范，比如需要防止疏散出口靠墻設計。其次，要充分考慮在高層建筑主體內的防火門窗可能引燃外墻外保溫材料，并在此進行相關的防火設計規范。可以采用的具體方法包括在門窗邊緣選擇不易燃的外保溫材料、設置外墻自動噴水滅火系統或懸掛式、粘附式的滅火裝置以及升級外墻機械防排煙系統等。

5 結語

高層建筑外墻保溫材料防火工作的不斷發展，將推動高層建筑建設和裝飾建材等各個層面改革創新的新發展。因此，為了更好地在該領域樹立新標準，需要加強外墻保溫材料施工過程的質量監督。針對目前高層建筑外墻保溫材料存在的問題，施工企業及有關部門要及時處理和改進。只有加強對高層建筑外墻保溫材料施工過程的監督管理，并從源頭上查處遏制易燃、可燃保溫材料的生產，才能徹底改進、消除高層建筑外墻保溫材料消防安全隱患。