第四節(jié) “火人”測(cè)試裝置

比起小規(guī)模測(cè)量方法，“火人”等大規(guī)模測(cè)試方法能提供比較全面的服裝熱防護(hù)、熱收縮等信息，但其測(cè)試費(fèi)用較高，操作更為復(fù)雜，國(guó)際上有很多機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)著手研制熱防護(hù)服裝測(cè)試裝置并且制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。“火人”是一個(gè)裝有若干個(gè)測(cè)溫傳感器的模擬消防員或高溫工作人員的人體，每個(gè)測(cè)溫傳感器測(cè)的溫度值代表某一部分人體皮膚的表面溫度，采用了“火人”技術(shù)并配備以模擬高溫輻射環(huán)境或者火場(chǎng)條件，結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理和圖像顯示技術(shù)，對(duì)工作人員防護(hù)服裝整體熱防護(hù)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，即能切合熱防護(hù)服裝的特定使用情況，又能快速、直觀、定性、定量地顯示工作人員燒傷分布圖像。

一、國(guó)外服裝熱防護(hù)性能“火人”測(cè)試方法

1962年，美國(guó)海軍首次使用儀器化的燃燒假人進(jìn)行服裝阻燃測(cè)試，該假人表面安裝了熱流傳感器和熔點(diǎn)指示器，實(shí)現(xiàn)假人測(cè)試法定性和定量相結(jié)合的重大突破。1972年，杜邦公司改進(jìn)了假人的測(cè)試設(shè)備和記錄系統(tǒng)，并將其命名為T(mén)hermo-Man^?。假人身高185mm，其身體表面裝122個(gè)熱流傳感器，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用多個(gè)丁烷氣體燃燒器模擬各種突發(fā)的燃燒火焰，用計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，報(bào)告受到二級(jí)燒傷和三級(jí)燒傷的人體表面積占總表面積的百分比，并據(jù)此繪制出燒傷曲線與Stoll標(biāo)準(zhǔn)曲線。接著許多國(guó)家研究機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的“火人”相繼問(wèn)世，主要有美國(guó)北卡州立大學(xué)的PyroMan火人以及加拿大阿爾伯特（Alberta）大學(xué)研制的火人。PyroMan表面裝有122個(gè)傳感器，周?chē)惭b了8個(gè)燃燒器，如圖2-11所示。阿爾伯特大學(xué)研制的火人表面裝有110個(gè)熱流傳感器，周?chē)惭b了6個(gè)燃燒器。實(shí)驗(yàn)均采用丙烷氣體，燃燒器點(diǎn)燃后，丙烷氣體所產(chǎn)生的火焰可將假人完全吞沒(méi)，計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程，獲取數(shù)據(jù)，給出燒傷報(bào)告。此外，英國(guó)、瑞士、韓國(guó)、日本等國(guó)也相繼研制出燃燒假人測(cè)試裝置。

圖2-11 美國(guó)北卡州立大學(xué)的PyroMan火人測(cè)試裝置

自“火人”研制成功以后，各國(guó)學(xué)者利用“火人”在服裝熱防護(hù)方面進(jìn)行了一系列研究，主要包括利用火人模擬不同的火場(chǎng)狀況、阻燃面料的測(cè)評(píng)與選擇、熱防護(hù)服結(jié)構(gòu)對(duì)防護(hù)性能的影響以及基于火人的防護(hù)服熱傳遞機(jī)制分析等許多方面。

目前的許多“火人”測(cè)試裝置都能很好地模擬外界明火環(huán)境，一般模擬熱源熱能量為84kW/m²，這也是消防員滅火時(shí)處于火環(huán)境中防護(hù)服裝外層所受到的熱流量的一個(gè)評(píng)估值，實(shí)際上，消防員更多情況下暴露于熱源的熱流量比該值小。表2-3所示是一些不同火源環(huán)境下的暴露熱流量值。

表2-3 不同明火源發(fā)出的熱流量值（Torvi，1997）

二、國(guó)內(nèi)服裝熱防護(hù)性能“火人”測(cè)試方法

國(guó)內(nèi)關(guān)于火人的研究較晚。最初，上海消防研究所試制的火人，因?qū)嶒?yàn)裝置的油盤(pán)火熱通量不穩(wěn)定導(dǎo)致一系列不確定因素，再加上數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)軟硬件的升級(jí)問(wèn)題，致使其精確度和可重復(fù)性差。另外解放軍相關(guān)機(jī)構(gòu)也有類(lèi)似研究。相對(duì)而言，研究較成功的是2011年?yáng)|華大學(xué)建成的“東華火人”，如圖2-12所示。

圖2-12 “東華火人”測(cè)試系統(tǒng)

“東華火人”滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM F1930-2000《用假人評(píng)估轟然條件下服裝阻燃性能的測(cè)試方法》和ISO 13506-2008 《隔熱防火服全套服裝的試驗(yàn)方法：用燃燒假人預(yù)測(cè)燒傷》，還具有下列獨(dú)特特征和領(lǐng)先技術(shù)：“東華火人”是模擬中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)男性體型特征制作的，關(guān)節(jié)部位模擬的人體相應(yīng)部位，可模擬站、坐、跑、匍匐等作業(yè)活動(dòng)，方便研究人體作業(yè)動(dòng)作對(duì)服裝熱防護(hù)性能的作用。除在假人本體軀干外，同時(shí)在手、足、頭等各個(gè)身體部位表面均勻設(shè)置135個(gè)高溫傳感器，可對(duì)服裝以及呼吸裝置、頭盔、手套和防護(hù)靴等熱防護(hù)裝備的熱防護(hù)性能進(jìn)行單獨(dú)或組合測(cè)試。在模擬火場(chǎng)條件下，可以不同的速度自動(dòng)控制假人實(shí)施著裝動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，研究運(yùn)動(dòng)對(duì)人體燒傷防護(hù)的影響。