通过VYTO BABRAUSKAS
T他联合王国（英国）政府调查Grenfell Tower灾难正在将其视为犯罪问题。因此，在技术调查的调查结果释放之前可能是多年。人们只能希望英国官员比美国那些更负责任地行事。德克萨斯州西部的酒精，烟草，枪械和爆炸物（ATF）报告尚未发布2013年灾难1并且可能永远不会。关于西部事件，官员声称争议主义是基于不信誉的原因消极的语料库推理。2001年在法国图卢兹发生的AZF化肥厂爆炸事件，引发了一场严重政治化、不准确的调查。2尽管如此，即使是早期的报告也披露了格伦费尔大厦(Grenfell Tower)令人震惊的消防安全违规情况。本文将重点关注façade的火灾蔓延性能。façade的消防安全缺陷很可能决定了火灾的悲剧结局。
高层建筑立面的防火性能
沿建筑外观沿着建筑物的火力传播潜力涉及一些独特的问题，它们涉及众多，有时专门的和复杂的技术问题。虽然如果没有安全地建造任何建筑物外观，但是如果没有安全地，高层建筑是一个特殊问题。
- 在façade上蔓延的火灾可能会迅速淹没消防部门的调解能力，或者它可能在物理上不可能进行攻击。Façade火灾可能涉及的条件是，火灾蔓延速度最初是快速的，并在向上蔓延的过程中持续加速。显然，这就是格伦费尔发生的事。此外，如果火灾发生在消防水流无法到达的高度，则无法进行灭火。
- 正常的建筑防火功能仅设计用于解决内部火灾。自动喷水灭火器只保护内部空间，不保护外部立面。类似地，防火地板提供的分隔将仅限制内部火灾蔓延，但在立面没有任何用处。
- 在试图缓解façade火灾问题方面，司法管辖区差异很大。此外，许多国家的规章制度多年来也逐渐发生了变化。现在在美国、加拿大和欧洲使用的新检测方法在几年前并没有使用或不是强制性的。
Façade火灾蔓延是一个宽泛的概念。火的两种主要传播方式是外部传播和间隙传播。最严重的火灾往往是沿着façade的外部传播的。但我们必须理解第二种机制。在某些情况下，一个幕墙被竖立，距离地板的两端几英寸。楼板边缘与幕墙之间的这一缝隙应进行防火封堵。消防部门从1970年的纽约广场一号火灾中学到了很多。3.在那场大火中，火焰在façade的地板间蔓延，也沿着它的内部蔓延。建筑者在木板的一端用了一块薄铝板作为防火垫。虽然铝在正常的建筑火灾条件下不会燃烧，但它很容易熔化。结果，形成了一个洞，火就这样向上移动了。剩下的讨论将只集中在外部火灾蔓延上，这是发生在格伦费尔和最具灾难性的高层建筑façade火灾。
图1。1939年的Schlyter测试仪器
可燃包层
可燃覆层是各国普遍接受的单户住宅外墙材料。尽管这样的façades可以引燃，但这通常不会导致居住者的死亡或受伤，他们通常会在火灾蔓延到外部之前逃离或死亡。当然，在荒地和城市的界面上可能会有不同的考虑，4但这是这里不会解决的问题。当高层建筑在19世纪后期开始受欢迎时，这是不可思议的，以从可燃材料构建它们。因此，直到过去三四十年来，一座高层建筑是由钢或混凝土和包层的钢，混凝土，砖，钢，玻璃和类似的非洲堡材料。但最近，设计师已经获得了更多“创意”，并开始使用高升高的可燃包层。在最突出的是外部绝缘和结束系统（EIFs）中，也已经使用了其他可燃材料，例如固塑片板。EIFS是一种美观的多功能材料，可以看起来像石膏，不可染色的灰泥或其他“人造”饰面。然而，它通常由聚苯乙烯泡沫绝缘层顶部的塑料皮肤（通常是丙烯腈）组成。附加层可包括塑料网或气隙。然而，净结果是几乎全塑料的包层。虽然可以使用矿棉代替聚苯乙烯泡沫，但这需要更多。 It is of exceedingly grave concern that most countries have accepted the use of such combustible claddings for high-rise buildings at the behest of industry without adequately considering the fire safety implications.
测试外墙
一般来说，具有管辖权的当局（AHJS）采取可燃外墙是可以接受的，因为它们根据某些特殊的火灾测试而获得了合格的。典型的高层建筑是比可以容纳在实验室中的样本的大小的结构。但这是火力动力学的基本原则5火焰的辐射倾向于随着火焰的大小而增加，而火焰的大小又可能随着燃烧物体的大小而增加。这应该引起对实验室测试充分性的关注，但很少有这样的情况。
在20世纪90年代末到21世纪初，我曾担任国际标准化组织（ISO）内一个小组的美国代表，该小组致力于制定幕墙测试的国际标准。最终，这项工作产生了ISO 13785-26，façades-Part 2的着火反应测试:大规模测试，以及小规模的筛选试验。6该组织考虑了美国西南研究所提出的一项提议，即一个巨大的两层钻井平台，但得出的结论是，尽管产生了令人印象深刻的燃烧量，但该行业已经制定了允许塑料泡沫的标准，很可能支持建筑火灾中的持续火焰蔓延。美国的反应并不是提高测试的难度，而是用一种更温和、更小的新版本——美国消防协会(NFPA) 285，7包含可燃部件的外部非承重墙组件火灾蔓延特性评估的标准火灾试验方法。值得注意的是，在目前的时间内，已经研究了测试，并研究了实际的建筑火灾，但彼此不合时宜。例如，NFPA研究基金会最近发表了一个雄心勃勃的研究8这为一些严重的façade火灾事件提供了有用的参考，在同一份报告中，概述了许多测试方法。但是，对于哪些测试(如果有的话)可以防止哪些火灾，却没有进行检验!从更广泛的角度来看，在façade建筑中使用大量的可燃物，特别是塑料泡沫，是一种不合理的做法。似乎表明这种做法可接受性的测试在现实中可能基础不足。
图2。格伦费尔大厦Façade
胸骨效果
胸骨效应是燃烧速率的增加和可燃面板的火焰扩散，当将第二面板放置在其前面时发生的可燃面板，通过浮气的空气可以流动的小间隙分开。有些材料可能显示出有限的燃烧，并且当使用第二面板时却显示出严重燃烧时没有显着的火焰扩散。Ragnar Schlyter是瑞典国家检测研究所（SP）的首席研究员学习消防安全;他首先在1939年展示了这一效果。
在美国，大约在同一时间，保险商实验室（UL）Al Steiner开发了Steiner隧道，9、10现在通常被称为ASTM E84，11建筑材料表面燃烧特性的标准试验方法。这种仪器需要一个24英尺长的测试样本，因此建造成本高，操作复杂。但是，相比之下，Schlyter开发火焰蔓延测试的动机是为火焰蔓延创造条件，以指示大型样本或大型建筑的火灾行为，但在小范围内这样做。小型试验往往产生轻微的暴露条件，但Schlyter没有落入这个陷阱;他的测试12简单而优雅:两块测试材料垂直放置，中间有一个小的气隙。底部打开以允许空气流入，并在底部施加燃烧器火焰。在这个测试中，只有高度防火的材料才不会出现失控燃烧。Schlyter采用了带有气隙的平行板结构，在很小的占地面积内完成了如此严峻的测试条件。Schlyter最初的测试平台是800毫米(mm)(31.5英寸)高的面板，面板之间有50毫米(2英寸)的间隙。但结果对这些测量不是很敏感，除非间隙变得更小，我们将在下面考虑(图1)。
在舒德特开发了测试后，SP定期使用它来评估材料的火焰传播，最终将其作为标准NT火002公布13由北欧测试标准组织Nordtest提供。
Schlyter效应为一些消防科学家所知，但在消防安全领域并不广为人知。例如，消防工程师协会没有提到这一点14或者美国15尽管威斯康辛州麦迪逊的森林产品实验室在20世纪50年代和60年代对它做了一些研究，16、17、18岁正如国家标准局所在，现在是国家标准与技术研究所。19
20世纪70年代，“工厂互惠”的研究人员重新发现了Schlyter几何测试，20.在20世纪80年代加拿大国家研究委员会（NRC），2120世纪80年代在UL22大约在2010年。23在数学燃烧文献中也可以找到一些额外的研究。24工厂相互甚至发布了一种基于Sclyter Test的缩放（八英尺高）几何形状的标准测试方法。25然而，这些后来的研究人员都没有意识到这种几何学测试的起源是由Schlyter完成的。NRC的这项研究，尽管没有得到Schlyter的承认，但对消防安全专业来说是极其重要的。Choi和Taylor担心，由于地板线防火装置的缺失，以及保温材料未能完全填充空腔，造成垂直缺口，施工过程中存在缺陷，火灾有可能蔓延到空腔墙内部。(21)因此，他们研究了各种绝缘材料，在斯坦纳隧道中测量了它们的火焰蔓延等级，然后在垂直通道的可变间距空腔壁中测试了它们。他们的研究结果如下:
- 关键因素是间距。在他们的研究中，缝隙小于1英寸(25毫米)的测试表明火焰不会持续蔓延，而缝隙大于1英寸的测试表明火焰会继续向上蔓延。
- 值得注意的是，他们发现“测试中使用的材料的火焰传播等级不是一个重要因素。”换句话说，甚至略微可燃标本可能显示出不受控制的向上火焰蔓延，用于足够大的间隙（超过25mm），而甚至相对高度可燃的差距，如果间隙比25mm窄。
本研究的实践经验如下:
- 除非采取知识渊博和称职的措施来控制危险，否则垂直腔空间的墙壁可以呈现严重的火灾危险问题。因此，到目前为止，最好不要设计包含垂直腔，通道，空间或跳动的系统。
- 由斯坦纳隧道(ASTM E84)测量的火焰蔓延等级并不是火灾在空腔空间向上蔓延倾向的可靠测量。
- 如果墙壁设计成垂直空腔，为了防止火焰蔓延，必须保证周围的材料是真正不可燃的，或者密封得非常好，以防止空气从底部(或侧面)进入。然而，对于后者，也必须考虑火的热效应。如果火的热量熔化、烧毁或以其他方式损坏了关闭元件，那么关闭腔体的方法将是无用的。
格伦费尔大厦Façade消防表演
原始的20世纪70年代的Grenfell Tower建造包含一个由250毫米厚的预制混凝土板组成的外墙。26因此，它没有可燃材料，没有垂直空腔。沿着这样一个façade的外部火焰传播是极其不可能的。在2016年5月完成了翻修，27在2017年6月14日灾害发生前的一年。现有的外墙配有铝合金外板，后面是三毫米的聚乙烯塑料层和气隙。28在50毫米的气隙之外(根据加拿大的研究结果，是最大安全间隙尺寸的两倍多)，有一层150毫米的聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫，它附着在原始预制混凝土拱肩板上29(图2),PIR泡沫是面对双方的铝箔,但面临的一个表面上不燃面腔的存在不是有用的材料是一个薄层,何时容易融化,对方的脸是一个高度易燃的固体块塑料。垂直空腔内的可燃材料不一定要有显著的厚度才会产生危险。但即使是消防安全新手也应该对150毫米(6英寸)的泡沫塑料层提出质疑。泡沫的制造商解释道30.它具有英国测试方法中最好的火焰蔓延等级，0级。但是像在美国一样,，31用于火焰传播分类的英国系统并没有进行分类泡沫材料的可接受工作。即使是这样做，加拿大的研究结果表明，当在墙壁上产生腔时，最小的可燃性水平就足够了，以创造灾难，尤其是NRC研究人员可以接受的最大25毫米差距的两倍。。
经验教训
了解格伦费尔大厦(Grenfell Tower)导致灾难发生的关键缺陷，但也要意识到，一栋建筑不一定会有同样的缺陷，也会发生灾难性的火灾。允许火焰沿着格伦费尔大厦façade不受限制地蔓延的两个主要因素是包层中的可燃材料和两层可燃材料之间的空气间隙。这种组合导致了灾难性的结果。在任何可燃物façade中，25毫米或更大的间隙都可能导致灾难性的故障。但是一个可燃的façade并不需要一个助长火势蔓延的缺口来维持一场大火。一个由易燃材料制成的高大的façade是一个非常不合理的想法。这是一种不考虑公共安全的设计。
自19世纪末以来，许多大城市都在显著位置修建高层建筑。然而，涉及高层建筑立面的严重火灾在过去几十年前极为罕见，现在也很常见。区别在于将可燃材料引入以前由不可燃材料建造的建筑构件中。有趣的是，50或100年前，建筑法规并没有对立面进行任何重大的规范；没有必要。开发一个测试来检测沿着花岗岩板或不锈钢板可能的火焰传播是不值得的。建筑业巧妙地利用了这一监管漏洞，将可燃物引入高层建筑立面。在美国，该行业表面上是通过开发一个由塑料工业协会赞助的两层外墙试验台来应对这一新产生的危险。32不需要很强的分析能力就可以确定这样的测试是否会被建筑规范机构所接受；具体地说，当时的国际建筑官员会议接受了这项工作的表面价值，并成为最初的美国国家外墙可燃性测试，统一建筑规范（UBC）17-6，33被不太严格的测试UBC 26-9/NFPA 285取代，该测试仍然是当今美国的标准。
除了少数基本化学特性的测试（如燃烧热），消防测试是经验的，并且没有内在的有效性。通过将测试的输出与全尺度或实际火灾现实进行比较，必须已经验证了任何特定情景。成功的验证意味着比较表现出足够的通信。Valame Spread-ASTM E84（美国），BS 476部分6和7（英国）均不甚至打算在建筑物的外观上表征火灾传播。因此，尝试以这种方式使用它们是滥用的。
但更有问题的是，façade没有一个测试，即使是更好的，如SP FIRE 10534，CAN / ULC-S13435而ISO 13785-2曾经验证过实际火灾事故的外立面性能。然而，大多数用户都没有意识到这个问题，这使得测试可以准确地量化它们声称量化的索赔（或隐含假设）。
今天少数人了解了大约79年前的斯洛莱特学习：两个面对面之间的垂直间隙，可以维持沿着它们的燃烧是灾难的谱系，除非空气流可以真正停止。停止空气流动的最佳方法在第一位置不具有间隙。但是如果某些湿气工程目的必须存在间隙，那么它必须小于25毫米或一英寸，并且沿着底部和侧面完全燃烧，这些材料不能在火的热量中失败。如果没有被理解或被忽略这些戒律，则可以迅速变得糟糕的情况。
具有悲剧讽刺意味的是，格伦费尔塔的设计师选择了完全相同的气隙，50毫米，这是Schlyter在他的试验中确定的促进火焰向上传播的最佳间距。
最后，我强烈强调，美国和其他国家的建筑规范完全忽视了这些重要的消防安全问题及其解决方案。空气间隙和火焰传播机制的作用尚不清楚，façade的防火安全是通过一些测试来规范的，这些测试可能便于工业遵守，但尚未根据实际火灾事件的性能进行验证。如果要纠正这种状况，消防部门面临着一条漫长、陡峭的上坡路。
参考
1.怀特，D.“燃烧发现。”工业火的世界。29(31:3): 4。
2.giochon, G. <图卢兹AZF工厂灾难性爆炸>2001年9月21日。在8钍全球工艺安全大会AIChE, 2012, 737-759。
3.权力,或者说是。1970年8月5日，纽约广场大火纽约火灾保险商委员会，纽约，1970年。
4.屠杀,R,艾德。加州的I-Zone。加州消防局长，萨克拉门托，1996年。
5.Drysdale,弟弟。火灾动力学导论（第三次）。Wiley，Chichester，英国：2011。
6.“外观的反应 - 火灾试验。”第2.大规模测试（ISO 13785-2），日内瓦，2002。
7.美国消防协会包含可燃部件的外部非承重墙组件火灾蔓延特性评估的标准火灾试验方法, 2012.
8.白色，N和DeliChassiOS，M.“含有可燃组分的外墙组件的火灾危险性”防火研究基金会，昆西，MA，2014。
9.施泰纳,AJ。《建筑材料火灾危险分类方法》ASTM公报，1922年，1943年3月。
10.施泰纳,AJ。《建筑材料火灾危险分类》。公牛。第32号研究，保险商实验室公司，芝加哥，1944年。
11ASTM E84，建筑材料表面燃烧特性的标准试验方法。ASTM国际，2016年。
12.舒尔特，R。“EldskyddsPreparatförträkonstruktioneroch texilier。”Meddelande62.瑞典斯德哥尔摩，斯塔滕斯·普罗宁桑斯塔:1939年。
13Nordtest Fire 002，建筑产品：可燃性（第二版）。芬兰埃斯波诺德斯特：1985年。
14霍利，乔丹。SFPE防火工程手册（第五版）。斯普林格，纽约：2015年。
15.高德华，等。消防手册,第20届。，NFPA，2008年。
16.《林产品实验室研究用火试验方法》(第1443号)。森林产品实验室。，威斯康星州麦迪逊市，1959年。
17.布鲁斯,高清。《一些防腐处理对木材可燃性的影响》Proc,阿米尔。木材防腐剂协会。, 1956, 52, 11-23.
18. Schaffer，El。“面板厚度和非可燃插入胶合板表面易燃性的影响（FPL-0152）。”森林产品实验室，麦迪逊，WI，1967。
19.Sandholzer兆瓦;本德,电子战;阻燃涂料四种试验方法的评价(报告1555)。国家标准局，1952年。
20塔玛尼尼，F.“单一和平行结构中垂直壁湍流燃烧的计算和实验”（0A0E7.BU-2），《工厂相互研究》。诺伍德，马萨诸塞州，1979年。
21.“空腔壁绝缘材料的燃烧性能”。j .火灾科学、1984年,2;179 - 188。
22.光伏阵列和组件安全要求的发展(DOE/JPL 955392-1)为喷气推进实验室准备，保险商实验室，1982年。
23. Backstrom，B和Tabaddor，M。“机架上的光伏模块对屋顶装配易燃性的”效果“（文件编号1N15911，R26475）。”承销商实验室，Northbrook，IL，2009;修订2010年。
24.Toong T-Y。“两个平行燃烧燃料板相互作用的理论研究”。燃烧和火焰；1961年，(5), 221 - 227。
25.美国洁净室材料易燃性测试标准(ANSI/FM批准4910)。调频全球2004人。
26T.Lane.“格伦菲尔铁塔：是否允许这种覆层？”bdonline.co.uk，2017年6月16日。
27.毛泽兰，L.“格林芬塔，解释道：伦敦的致命火灾变成了政治危机。”vox.com，2017年6月20日。
28.戴维斯，R。“格伦芬塔：与世界各地的销售拉动的覆盖物材料。”《卫报》2017年6月26日。
29斯皮莱特，R.“‘杀手’包层有毒：安装在‘拉皮条’格伦菲尔铁塔上的绝缘材料制造商警告说，它在燃烧时会排放有毒气体。”DailyMail.com，2017年7月6日。
30."格伦费尔大楼大火释放出氰化氢"(2017年6月22日)。
31. Babrauskas，V，Lucas，D，Eisenberg，D，Singla，V，Dedeo，M和Blum，A。“建筑保温的阻燃剂：用于重新评估建筑码的案例。”建筑研究与信息；2012年,738 - 755。
32.Beitel, JJ和Evans, WR。多层火灾评估计划(SwRI项目编号01-6112)西南研究所，圣安东尼奥，德克萨斯州。准备SPI外部非承重墙任务小组，塑料工业协会，Inc, 1980。
33.“使用泡沫塑料绝缘（UBS标准17-6）的外部，非负载壁板组件评估易燃性特性的试验方法。”国际建筑官员大会，Whittier，CA。后来重新编号为UBC标准26-4。
34“外墙组件和外墙覆层对火灾的反应（SP Fire 105）。”SP，Borås，瑞典，1994年。
35.外墙组件防火测试标准方法(CAN/ULC-S134-13)加拿大保险商实验室，斯卡伯勒，ON, 2013。
VYTO BABRAUSKAS,博士，获得了物理学和结构工程学位和消防安全博士学位。作为美国国家科学技术研究所(National Institute of Science and Technology)的研究员，他开发了测量产品放热率的设备，并开发了一个模拟房间火灾发展的计算机程序。他在1993年创立了一家咨询公司，为火灾调查和诉讼提供消防安全科学专业知识。
相关培训:
