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摘 要：本文通过对船舶火灾特点和船用灭火防护服的现状进行分析，结合当前船舶火灾评价系统及船用灭火防护服评价体系，提出了船用灭火防护服评价及选用流程和灭火防护服使用改进建议，对指导船用灭火防护服选用和创新研发具有重要意义。
关键词：船舶火灾、灭火防护服、标准、热防护性能、评价体系
中图分类号：X932 文献标识码：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
據统计，全球平均每两天就会发生一起海上船舶火灾事故。由于船舶火灾相比陆上建筑物火灾更难扑救，因此一旦发生火灾，轻者货损，重者伤亡，造成的损失无法估量。为了有效的在船舶火灾事故中提供合适的消防救援工具，研究船用灭火防护服评价体系及选用流程，对于指导研发和选用符合船舶特殊使用要求的灭火防护服具有重要意义。
2 船舶火灾的特点
（1）发生区域
据有关资料统计，船舶火灾较多发生在机舱、货舱、客舱、电气舱室等区域。2019年3月6日海南和江苏就同时发生两起船舶火灾，均发生在机舱;而仅仅相隔一日，3月8日浙江又发生了一起船舶火灾，起火点在客舱。
（2）火灾特点
① 船舶装载大量燃油、舱室可燃物密集，火灾蔓延速度快;
② 火灾热传导性强，扑救难度大;
③ 火灾无法立即得到消防支援，主要依靠船舶自身力量进行扑救;
④ 船舶空间狭窄，散热慢，自身灭火设备有限;
⑤ 船舶载水量有限。
（3）火灾温度分布
经实验表明：发生在密闭舱室的火灾，如果不考虑火源和舱室中间壁面的直接影响，则温度在水平面和竖直方向上的分布情况为：同一水平面温度分布基本相同;而竖直方向则分为上下两个区域，上层是高温区，温度较为接近，下层则呈均匀递减。
发生在有竖直开口舱室的火灾，温度分布分为上中下三个区域：上方区域为高温区;中部区域为梯度温度区，温度由高温逐渐下降到接近外部环境温度;而下方区域内的温度，均接近于外部空气温度，变化不大。
（4）火灾灭火要求
统计表明，在我国由于火灾救援不及时或处理不当而造成的火灾失控，引起的损失的占船舶火灾总损失的90%。因此，一旦船舶发生火灾，消防员或消防系统应尽快按照预先设计的应急程序开展灭火工作。灭火防护服是船舶必备的消防员装备之一，船员穿戴它能安全、顺利的接近火场，开展伤员救助、火源探查及灭火行动，灭火防护服需要具有防御灭火时可能遭受各类伤害的能力。
3 我国船用灭火防护服的现状
3.1 存在的问题
消防灭火过程中的主要热伤害，通常来自燃烧、爆炸等过程中对流热、辐射热、接触热这三种形式的热传导。灭火防护服的热防护机理，是通过服装的阻燃及热阻隔作用最大限度地减少透过服装传递到皮肤上的热能，从而减少皮肤灼伤，保障作业人员的生命安全。因此，作为评估防护服装性能水平的产品标准，就具有非常重要的现实意义。
目前使用的灭火防护服产品标准，主要是适用于建筑物结构性火灾的XF10-2014《消防员灭火防护服》和适用于草原荒野火灾的GB/T 33536-2017《防护服装 森林防火服》。虽然从使用环境来看，建筑物结构性火灾比较接近于船用火灾，但舰船火灾环境由于空间受限，因此灭火作业的危险系数比建筑物火灾更高。在上述的消防员灭火防护服标准中，就写明了不适用于海上平台、矿井地下等狭窄空间环境火灾。 按民用和军用两大类别来看，民用船舶的灭火防护服由于标准的缺失，选型使用一直处于相对混乱的情况，既有按普通阻燃服标准来进行配备的，也有按建筑物结构性火灾标准来配备的;而军用舰船的灭火防护服，虽然有单独的军用采购指标，但也存在主要技术性能指标要求和结构设计等不合理的问题。
军用舰船的灭火防护服，目前主要有连体式灭火防护服和接近式灭火救援服两种，可以根据救援环境不同进行选择，详见表1。
从表1可以看出，在主要理化和防护性能要求上，两种灭火救援服基本相同，这显然是不合理，并且上述性能指标缺少数据来源依据和定量分析，也没有成熟的标准评价体系。比如，接近式灭火救援服需要靠近火源使用，而连体式灭火防护服只能在火场周边进行救援不能靠近火源，二者的使用环境不同，但其整体热防护能力要求均是TTP值不小于35 cal/ cm2，其性能指标要求的不合理性显而易见。
从实际使用角度来看，由于连体式灭火防护服相比接近式灭火救援服更加轻便柔软，因此作为常规性的灭火防护装备，目前在舰船上进行了大量的配备。但在实际灭火救援过程中，由于连体式灭火防护服背部结构设计与接近式灭火救援服相同，均设有用来内置背负空气呼吸器的背囊，因此很容易对作业人员产生误导，认为内置背负空气呼吸器后就可以靠近火源甚至接触火源来进行灭火作业，再加上缺乏专业的知识和培训，导致作业人员大部分在不当的使用环境下使用了连体式灭火防护服，最终可能造成人身伤害事故。
接近式灭火救援服其缺陷也非常明显，外层采用具有反射辐射热功能的金属铝箔复合材料，其不耐磨且不耐弯折，长期放置容易铝箔与复合层分离，且铝箔面料柔软性差，整套服装包括上衣、裤子、手套、头罩和盖脚5个部分，穿着繁琐，需要别人协助才能很好的完成穿戴，影响船舶火灾的快速反应。而且在空气呼吸器外戴的隔热头套面屏视野有限，且容易晃动，影响救援人员行动。
3.2 最新灭火防护服国家标准
2020年9月29日，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布了GB/T 39098-2020《船舶与海上技术 船舶消防员装备（防护服、手套、靴子和头盔）》标准，该标准基本等同采用了ISO 22488-2011标准，从2021年4月1日正式实施。
从标准的主要技术性能指标要求来看，不难发现其与欧盟结构性火灾灭火防护服EN469：2005《消防员灭火战斗服》标准要求基本相同，详见表2。
从表2可以看出，国标船舶消防防护服中规定的主要技术性能参数，基本与欧盟的结构性火灾灭火战斗服标准相同，但有部分欧盟标准中有所规定的技术性能指标未进行规定。从实际危险系数来看，建筑物结构性火灾并不高于船舶火灾，因此GB/T 39098-2020标准的发布虽然填补了船舶用灭火防护服产品标准的空白，但其实际效用和环境适用性仍有待实践的验证。
4 船用灭火防护服评价
4.1 防护服热防护性能常用的评价方法
（1）TPP与TPE法
TPP （热防护性能值）与TPE（热防护性能评估），均是指透过织物引起人体二度烧伤的热能值，单位为kW.s/m2。两者区别在于：TPP测试的是在持续加载标准热源情况下，一直到达到人体二度烧伤时试样所接收的热能值;而TPE测试的是试样在还未引起人体二度烧伤但在离开标准热源后由于之前吸收了热能而产生放热现象导致最终达到人体二度烧伤所接收的热能值。无论哪一种情形，热防护性能的值越高，织物的热防护性能越强。而且TPP和TPE还可以模拟面料直接接触皮肤和面料与皮肤之间有空隙两种情况，而采用直接接触法和间隔法两种方法来进行测试。
（2）热传递法
热传递测试，按热源种类主要分为：火焰热传递、辐射热传递、火焰和辐射混合热传递三种。而测试指标又分为将服装最内表面的温度从试验开始时的值分别提高24 ℃和12 ℃所需的时间，所需时间越长，表明服装内表面温度升高越缓慢，服装材料的热防护性能越好。但由于温度升高24 ℃和12 ℃与人体可能遭受热伤害的程度并不存在明确的定量换算关系，因此该方法只能用来对比评估材料的热防护性能，不能评估服装对人体的热伤害防护程度。
（3）燃烧假人法
燃烧假人测试方法，就是模拟人体穿着服装暴露在特定的火场环境中，通过检测假人皮肤表面温度信息，得到皮肤烧伤程度值、烧伤面积百分比等指标，从而评估服装防火隔热性能，以及预测作业人员身体烧伤程度的一种方法。燃烧假人测试系统，由假人、温度传感器、火焰发生与控制系统、皮肤热传递模型与烧伤评估模型、集中控制系统与软件平台等部分构成。
與前面两种单纯评价服装面料热防护性能水平的方法不同，燃烧假人法由于模拟火场环境，因此能够更加真实的评价服装的整体热防护性能水平。而且从试验结果中可以看出，服装的热防护性能不仅取决于服装材料，还与服装的款式结构设计密切相关。
由于燃烧假人测试系统可以在模拟火场高温轰然环境中测试身体皮肤烧伤程度，因此利用该系统既可以进行服装整体热防护性能的测评，还可以研究影响服装热防护性能的各种因素，从而缩短阻燃热防护新材料以及服装的研究周期，促进行业的快速发展。
4.2 火灾模拟系统和防护服测试方法相结合的评价方法
由于船舶火灾有其特有的环境和特点，因此若要全面评价船用灭火防护服的防护性能水平和适用性，并确立船用灭火防护服科学合理的技术指标体系，应借助于船舶火灾模拟系统和服装防护性能测试试验，将二者结合起来，才能真正促进船用灭火防护服的改进和发展。
如何将火灾模拟系统和防护性能测试试验二者结合对防护服进行性能水平的真实评价并最终指导防护服的选用，需要建立一套科学合理的评价及选用流程，该流程包括以下几点：
（1）根据火灾模拟系统，对船舶机舱火灾发展过程进行研究，分析研究火灾温度变化情况，建立与火源不同距离的火灾强度及温度模型;
（2）研究纤维的物理性能、纱线及织物结构与热传递的关系，建立织物传热仿真模型，明确防护材料热防护性能的影响因素;
（3）利用燃烧假人系统，实现个体防护装备阻燃抗热性能的定量测试评价;
（4）根据与火源不同距离的火灾强度及温度模型，建立专用燃烧器和火场环境模拟系统，创造稳定安全可靠的火场环境;
（5）分析着装人体在火场环境中的重点防护部位，优化设计面料组分、服装功能结构和层次配套，开发出适合船用环境的防护服装;
（6）将改进的防护服装在船舶消防训练中使用，收集使用者建议，经反复优化后推广使用。
5 船舶用灭火防护服的使用建议
经过对船舶火灾的分析及目前使用过程中存在的问题，对船用灭火防护服的使用提出如下建议：
（1）加强对船上消防作业人员进行灭火防护服产品专业知识培训，分清不同产品标准及不同产品的使用环境区别;
（2）消防和海事部门，应对消防员穿戴灭火防护服、呼吸器等防护装备制定着装程序，指导消防作业人员的实际操作，并预先知道在实际灭火操作中因穿着防护服带来的不便，对因穿着不便带来的影响进行提前评估;
（3）取消连体式灭火防护服的背囊设计;
（4） 继续提高接近式灭火救援服的性能指标要求，以真正契合其使用环境。
6 结束语
船舶火灾的特点决定了船舶消防在一定程度上比陆上消防更具挑战性，船用灭火防护服作为保护消防作业人员的装备越来越得到重视。因此，建立船用灭火防护服性能指标评价体系，根据船舶火灾模拟系统，对船用灭火防护服各性能指标进行合理定量是亟待解决的重要问题，也是指导船用灭火防护服创新研发的方向。
关键词：船舶火灾、灭火防护服、标准、热防护性能、评价体系
中图分类号：X932 文献标识码：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
據统计，全球平均每两天就会发生一起海上船舶火灾事故。由于船舶火灾相比陆上建筑物火灾更难扑救，因此一旦发生火灾，轻者货损，重者伤亡，造成的损失无法估量。为了有效的在船舶火灾事故中提供合适的消防救援工具，研究船用灭火防护服评价体系及选用流程，对于指导研发和选用符合船舶特殊使用要求的灭火防护服具有重要意义。
2 船舶火灾的特点
（1）发生区域
据有关资料统计，船舶火灾较多发生在机舱、货舱、客舱、电气舱室等区域。2019年3月6日海南和江苏就同时发生两起船舶火灾，均发生在机舱;而仅仅相隔一日，3月8日浙江又发生了一起船舶火灾，起火点在客舱。
（2）火灾特点
① 船舶装载大量燃油、舱室可燃物密集，火灾蔓延速度快;
② 火灾热传导性强，扑救难度大;
③ 火灾无法立即得到消防支援，主要依靠船舶自身力量进行扑救;
④ 船舶空间狭窄，散热慢，自身灭火设备有限;
⑤ 船舶载水量有限。
（3）火灾温度分布
经实验表明：发生在密闭舱室的火灾，如果不考虑火源和舱室中间壁面的直接影响，则温度在水平面和竖直方向上的分布情况为：同一水平面温度分布基本相同;而竖直方向则分为上下两个区域，上层是高温区，温度较为接近，下层则呈均匀递减。
发生在有竖直开口舱室的火灾，温度分布分为上中下三个区域：上方区域为高温区;中部区域为梯度温度区，温度由高温逐渐下降到接近外部环境温度;而下方区域内的温度，均接近于外部空气温度，变化不大。
（4）火灾灭火要求
统计表明，在我国由于火灾救援不及时或处理不当而造成的火灾失控，引起的损失的占船舶火灾总损失的90%。因此，一旦船舶发生火灾，消防员或消防系统应尽快按照预先设计的应急程序开展灭火工作。灭火防护服是船舶必备的消防员装备之一，船员穿戴它能安全、顺利的接近火场，开展伤员救助、火源探查及灭火行动，灭火防护服需要具有防御灭火时可能遭受各类伤害的能力。
3 我国船用灭火防护服的现状
3.1 存在的问题
消防灭火过程中的主要热伤害，通常来自燃烧、爆炸等过程中对流热、辐射热、接触热这三种形式的热传导。灭火防护服的热防护机理，是通过服装的阻燃及热阻隔作用最大限度地减少透过服装传递到皮肤上的热能，从而减少皮肤灼伤，保障作业人员的生命安全。因此，作为评估防护服装性能水平的产品标准，就具有非常重要的现实意义。
目前使用的灭火防护服产品标准，主要是适用于建筑物结构性火灾的XF10-2014《消防员灭火防护服》和适用于草原荒野火灾的GB/T 33536-2017《防护服装 森林防火服》。虽然从使用环境来看，建筑物结构性火灾比较接近于船用火灾，但舰船火灾环境由于空间受限，因此灭火作业的危险系数比建筑物火灾更高。在上述的消防员灭火防护服标准中，就写明了不适用于海上平台、矿井地下等狭窄空间环境火灾。 按民用和军用两大类别来看，民用船舶的灭火防护服由于标准的缺失，选型使用一直处于相对混乱的情况，既有按普通阻燃服标准来进行配备的，也有按建筑物结构性火灾标准来配备的;而军用舰船的灭火防护服，虽然有单独的军用采购指标，但也存在主要技术性能指标要求和结构设计等不合理的问题。
军用舰船的灭火防护服，目前主要有连体式灭火防护服和接近式灭火救援服两种，可以根据救援环境不同进行选择，详见表1。
从表1可以看出，在主要理化和防护性能要求上，两种灭火救援服基本相同，这显然是不合理，并且上述性能指标缺少数据来源依据和定量分析，也没有成熟的标准评价体系。比如，接近式灭火救援服需要靠近火源使用，而连体式灭火防护服只能在火场周边进行救援不能靠近火源，二者的使用环境不同，但其整体热防护能力要求均是TTP值不小于35 cal/ cm2，其性能指标要求的不合理性显而易见。
从实际使用角度来看，由于连体式灭火防护服相比接近式灭火救援服更加轻便柔软，因此作为常规性的灭火防护装备，目前在舰船上进行了大量的配备。但在实际灭火救援过程中，由于连体式灭火防护服背部结构设计与接近式灭火救援服相同，均设有用来内置背负空气呼吸器的背囊，因此很容易对作业人员产生误导，认为内置背负空气呼吸器后就可以靠近火源甚至接触火源来进行灭火作业，再加上缺乏专业的知识和培训，导致作业人员大部分在不当的使用环境下使用了连体式灭火防护服，最终可能造成人身伤害事故。
接近式灭火救援服其缺陷也非常明显，外层采用具有反射辐射热功能的金属铝箔复合材料，其不耐磨且不耐弯折，长期放置容易铝箔与复合层分离，且铝箔面料柔软性差，整套服装包括上衣、裤子、手套、头罩和盖脚5个部分，穿着繁琐，需要别人协助才能很好的完成穿戴，影响船舶火灾的快速反应。而且在空气呼吸器外戴的隔热头套面屏视野有限，且容易晃动，影响救援人员行动。
3.2 最新灭火防护服国家标准
2020年9月29日，国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会发布了GB/T 39098-2020《船舶与海上技术 船舶消防员装备（防护服、手套、靴子和头盔）》标准，该标准基本等同采用了ISO 22488-2011标准，从2021年4月1日正式实施。
从标准的主要技术性能指标要求来看，不难发现其与欧盟结构性火灾灭火防护服EN469：2005《消防员灭火战斗服》标准要求基本相同，详见表2。
从表2可以看出，国标船舶消防防护服中规定的主要技术性能参数，基本与欧盟的结构性火灾灭火战斗服标准相同，但有部分欧盟标准中有所规定的技术性能指标未进行规定。从实际危险系数来看，建筑物结构性火灾并不高于船舶火灾，因此GB/T 39098-2020标准的发布虽然填补了船舶用灭火防护服产品标准的空白，但其实际效用和环境适用性仍有待实践的验证。
4 船用灭火防护服评价
4.1 防护服热防护性能常用的评价方法
（1）TPP与TPE法
TPP （热防护性能值）与TPE（热防护性能评估），均是指透过织物引起人体二度烧伤的热能值，单位为kW.s/m2。两者区别在于：TPP测试的是在持续加载标准热源情况下，一直到达到人体二度烧伤时试样所接收的热能值;而TPE测试的是试样在还未引起人体二度烧伤但在离开标准热源后由于之前吸收了热能而产生放热现象导致最终达到人体二度烧伤所接收的热能值。无论哪一种情形，热防护性能的值越高，织物的热防护性能越强。而且TPP和TPE还可以模拟面料直接接触皮肤和面料与皮肤之间有空隙两种情况，而采用直接接触法和间隔法两种方法来进行测试。
（2）热传递法
热传递测试，按热源种类主要分为：火焰热传递、辐射热传递、火焰和辐射混合热传递三种。而测试指标又分为将服装最内表面的温度从试验开始时的值分别提高24 ℃和12 ℃所需的时间，所需时间越长，表明服装内表面温度升高越缓慢，服装材料的热防护性能越好。但由于温度升高24 ℃和12 ℃与人体可能遭受热伤害的程度并不存在明确的定量换算关系，因此该方法只能用来对比评估材料的热防护性能，不能评估服装对人体的热伤害防护程度。
（3）燃烧假人法
燃烧假人测试方法，就是模拟人体穿着服装暴露在特定的火场环境中，通过检测假人皮肤表面温度信息，得到皮肤烧伤程度值、烧伤面积百分比等指标，从而评估服装防火隔热性能，以及预测作业人员身体烧伤程度的一种方法。燃烧假人测试系统，由假人、温度传感器、火焰发生与控制系统、皮肤热传递模型与烧伤评估模型、集中控制系统与软件平台等部分构成。
與前面两种单纯评价服装面料热防护性能水平的方法不同，燃烧假人法由于模拟火场环境，因此能够更加真实的评价服装的整体热防护性能水平。而且从试验结果中可以看出，服装的热防护性能不仅取决于服装材料，还与服装的款式结构设计密切相关。
由于燃烧假人测试系统可以在模拟火场高温轰然环境中测试身体皮肤烧伤程度，因此利用该系统既可以进行服装整体热防护性能的测评，还可以研究影响服装热防护性能的各种因素，从而缩短阻燃热防护新材料以及服装的研究周期，促进行业的快速发展。
4.2 火灾模拟系统和防护服测试方法相结合的评价方法
由于船舶火灾有其特有的环境和特点，因此若要全面评价船用灭火防护服的防护性能水平和适用性，并确立船用灭火防护服科学合理的技术指标体系，应借助于船舶火灾模拟系统和服装防护性能测试试验，将二者结合起来，才能真正促进船用灭火防护服的改进和发展。
如何将火灾模拟系统和防护性能测试试验二者结合对防护服进行性能水平的真实评价并最终指导防护服的选用，需要建立一套科学合理的评价及选用流程，该流程包括以下几点：
（1）根据火灾模拟系统，对船舶机舱火灾发展过程进行研究，分析研究火灾温度变化情况，建立与火源不同距离的火灾强度及温度模型;
（2）研究纤维的物理性能、纱线及织物结构与热传递的关系，建立织物传热仿真模型，明确防护材料热防护性能的影响因素;
（3）利用燃烧假人系统，实现个体防护装备阻燃抗热性能的定量测试评价;
（4）根据与火源不同距离的火灾强度及温度模型，建立专用燃烧器和火场环境模拟系统，创造稳定安全可靠的火场环境;
（5）分析着装人体在火场环境中的重点防护部位，优化设计面料组分、服装功能结构和层次配套，开发出适合船用环境的防护服装;
（6）将改进的防护服装在船舶消防训练中使用，收集使用者建议，经反复优化后推广使用。
5 船舶用灭火防护服的使用建议
经过对船舶火灾的分析及目前使用过程中存在的问题，对船用灭火防护服的使用提出如下建议：
（1）加强对船上消防作业人员进行灭火防护服产品专业知识培训，分清不同产品标准及不同产品的使用环境区别;
（2）消防和海事部门，应对消防员穿戴灭火防护服、呼吸器等防护装备制定着装程序，指导消防作业人员的实际操作，并预先知道在实际灭火操作中因穿着防护服带来的不便，对因穿着不便带来的影响进行提前评估;
（3）取消连体式灭火防护服的背囊设计;
（4） 继续提高接近式灭火救援服的性能指标要求，以真正契合其使用环境。
6 结束语
船舶火灾的特点决定了船舶消防在一定程度上比陆上消防更具挑战性，船用灭火防护服作为保护消防作业人员的装备越来越得到重视。因此，建立船用灭火防护服性能指标评价体系，根据船舶火灾模拟系统，对船用灭火防护服各性能指标进行合理定量是亟待解决的重要问题，也是指导船用灭火防护服创新研发的方向。