第四节 “火人”测试装置

比起小规模测量方法，“火人”等大规模测试方法能提供比较全面的服装热防护、热收缩等信息，但其测试费用较高，操作更为复杂，国际上有很多机构和标准化组织已经着手研制热防护服装测试装置并且制订了相应的标准。“火人”是一个装有若干个测温传感器的模拟消防员或高温工作人员的人体，每个测温传感器测的温度值代表某一部分人体皮肤的表面温度，采用了“火人”技术并配备以模拟高温辐射环境或者火场条件，结合计算机数据采集、处理和图像显示技术，对工作人员防护服装整体热防护性能进行了评价研究，即能切合热防护服装的特定使用情况，又能快速、直观、定性、定量地显示工作人员烧伤分布图像。

一、国外服装热防护性能“火人”测试方法

1962年，美国海军首次使用仪器化的燃烧假人进行服装阻燃测试，该假人表面安装了热流传感器和熔点指示器，实现假人测试法定性和定量相结合的重大突破。1972年，杜邦公司改进了假人的测试设备和记录系统，并将其命名为Thermo-Man^®。假人身高185mm，其身体表面装122个热流传感器，实验时采用多个丁烷气体燃烧器模拟各种突发的燃烧火焰，用计算机控制实验过程，记录实验数据，统计分析实验结果，报告受到二级烧伤和三级烧伤的人体表面积占总表面积的百分比，并据此绘制出烧伤曲线与Stoll标准曲线。接着许多国家研究机构开发的“火人”相继问世，主要有美国北卡州立大学的PyroMan火人以及加拿大阿尔伯特（Alberta）大学研制的火人。PyroMan表面装有122个传感器，周围安装了8个燃烧器，如图2-11所示。阿尔伯特大学研制的火人表面装有110个热流传感器，周围安装了6个燃烧器。实验均采用丙烷气体，燃烧器点燃后，丙烷气体所产生的火焰可将假人完全吞没，计算机控制实验过程，获取数据，给出烧伤报告。此外，英国、瑞士、韩国、日本等国也相继研制出燃烧假人测试装置。

图2-11 美国北卡州立大学的PyroMan火人测试装置

自“火人”研制成功以后，各国学者利用“火人”在服装热防护方面进行了一系列研究，主要包括利用火人模拟不同的火场状况、阻燃面料的测评与选择、热防护服结构对防护性能的影响以及基于火人的防护服热传递机制分析等许多方面。

目前的许多“火人”测试装置都能很好地模拟外界明火环境，一般模拟热源热能量为84kW/m²，这也是消防员灭火时处于火环境中防护服装外层所受到的热流量的一个评估值，实际上，消防员更多情况下暴露于热源的热流量比该值小。表2-3所示是一些不同火源环境下的暴露热流量值。

表2-3 不同明火源发出的热流量值（Torvi，1997）

二、国内服装热防护性能“火人”测试方法

国内关于火人的研究较晚。最初，上海消防研究所试制的火人，因实验装置的油盘火热通量不稳定导致一系列不确定因素，再加上数据控制系统软硬件的升级问题，致使其精确度和可重复性差。另外解放军相关机构也有类似研究。相对而言，研究较成功的是2011年东华大学建成的“东华火人”，如图2-12所示。

图2-12 “东华火人”测试系统

“东华火人”满足标准ASTM F1930-2000《用假人评估轰然条件下服装阻燃性能的测试方法》和ISO 13506-2008 《隔热防火服全套服装的试验方法：用燃烧假人预测烧伤》，还具有下列独特特征和领先技术：“东华火人”是模拟中国标准男性体型特征制作的，关节部位模拟的人体相应部位，可模拟站、坐、跑、匍匐等作业活动，方便研究人体作业动作对服装热防护性能的作用。除在假人本体躯干外，同时在手、足、头等各个身体部位表面均匀设置135个高温传感器，可对服装以及呼吸装置、头盔、手套和防护靴等热防护装备的热防护性能进行单独或组合测试。在模拟火场条件下，可以不同的速度自动控制假人实施着装动态模拟实验，研究运动对人体烧伤防护的影响。