ISO 13506-22024 耐热和防火防护服第2部分皮肤烧伤预测计算要求和试验案例标准立项发展报告

耐热和防火防护服第2部分：皮肤烧伤预测计算要求和试验案例标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ProtectiveClothingagainstHeatandFlame—Part2:SkinBurnInjuryPrediction—CalculationRequirementsandTestCases摘要随着工业技术的快速发展与职业安全健康要求的持续提升，耐热和防火防护服作为保障从业人员生命安全的关键个体防护装备，其性能评价与风险评估方法面临着前所未有的技术挑战与升级需求。传统防护服热防护性能测试主要依赖于物理参数测量，难以准确反映真实火灾场景下人体皮肤的热损伤程度。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年6月正式发布了ISO13506-2:2024《耐热和防火防护服第2部分：皮肤烧伤预测计算要求和试验案例》。该标准作为ISO13506系列标准的重要组成部分，首次系统性地建立了基于数学模型预测皮肤烧伤程度的标准化计算方法与验证试验案例，填补了国际标准体系中皮肤热损伤预测领域的空白。本报告全面梳理了该标准的研制背景、核心技术内容、主要参与单位以及推广应用前景，旨在为相关领域技术人员、标准化工作者及行业管理人员提供系统性的参考与指导。该标准的发布标志着防护服热防护性能评价从"物理指标表征"向"生理损伤预测"的重大范式转变，对推动全球个体防护装备技术的科学化、精准化发展具有里程碑意义。关键词：耐热防护服；防火防护服；皮肤烧伤预测；热防护性能；国际标准；计算模型；验证试验Keywords:Heat-resistantprotectiveclothing;Flame-resistantprotectiveclothing;Skinburninjuryprediction;Thermalprotectiveperformance;Internationalstandards;Computationalmodels;Verificationtests1.引言1.1研究背景在冶金、消防、石油化工、电力作业及军事保障等众多高风险行业中，作业人员时常面临高温、火焰、弧闪、熔融金属飞溅等多种热危害威胁。据国际劳工组织（ILO）统计，全球每年因热伤害导致的职业伤亡事故数以万计，其中皮肤烧伤是最常见且后果最为严重的伤害类型之一。皮肤作为人体最大的器官，其热损伤程度直接关系到伤者的生存率、康复周期及远期生活质量。深二度及以上的烧伤往往造成不可逆的组织损伤，给个人、家庭及社会带来沉重的负担。耐热和防火防护服作为抵御热危害的最后一道防线，其防护性能的准确评价对于保障作业人员生命安全至关重要。然而，长期以来国际上通行的防护服热防护性能测试方法——如TPP（ThermalProtectivePerformance）测试、辐射热暴露测试等——均以测试面料背面的温升数据作为评价指标，通过设定固定的阈值温度（如二级烧伤阈值为面料背面温升达到24°C）来间接推断皮肤损伤程度。这种间接评价方法存在明显的局限性：其一，固定阈值无法反映不同热暴露条件下人体皮肤热响应的动态差异；其二，未能充分考虑皮肤组织的热物理特性、血流灌注及热损伤累积效应的复杂性；其三，测试结果与实际人体烧伤程度之间缺乏严谨的定量关联。1.2标准立项的必要性随着计算传热学、生物热力学及数值模拟技术的迅猛发展，基于数学模型精确预测皮肤组织在热暴露下的温度场分布及热损伤程度已成为可能。亨利克（Henriques）和莫里茨（Moritz）于1947年提出的热损伤积分模型至今仍是皮肤烧伤预测的理论基石，后续研究者在此基础上发展出多种改进模型，如伍德科克（Woodcock）模型、塔科尔（Takata）模型等。然而，由于缺乏统一的标准化计算框架和验证方法，不同研究机构和实验室基于各自模型获得的烧伤预测结果差异显著，严重制约了该技术方法在防护装备性能评价和标准制定中的推广应用。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC94（个人安全—防护服装和装备技术委员会）SC13分技术委员会（热防护）经过多年研讨与论证，决定启动ISO13506-2标准的研制工作。该标准旨在建立一套统一的皮肤烧伤预测计算要求和试验案例，为全球范围内的防护服生产商、检测机构、科研院所及监管部门提供标准化的技术依据，推动防护服热防护性能评价从"阈值判断"走向"精准预测"的新阶段。2.标准概述2.1标准基本信息ISO13506-2:2024《耐热和防火防护服第2部分：皮肤烧伤预测计算要求和试验案例》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）于2024年6月12日正式发布，标准状态为现行有效。该标准归属于ISO13506系列标准框架之下，是ISO13506-1:2024《耐热和防火防护服第1部分：整体件在暴露于火焰和辐射热时的预期防护性能试验方法》的重要配套标准。本标准的国际标准分类号（ICS分类号）为13.340.10（防护服装），由ISO/TC94/SC13技术委员会负责归口管理。标准语言为英语，以电子版加密PDF格式对外发行。2.2标准定位与适用范围ISO13506-2:2024在ISO13506系列标准体系中发挥着承上启下的关键作用。ISO13506-1规定了防护服整体件在火焰和辐射热暴露条件下的试验方法，通过仪器测量获得热通量数据和温升数据；而ISO13506-2则在此基础上向前延伸一步，利用第一部分获取的试验数据，结合标准化的皮肤烧伤预测计算模型，定量评估在给定热暴露条件下人体皮肤可能遭受的烧伤深度和烧伤程度。该标准明确适用于以下范围：-耐热和防火防护服的面料及其整体结构的热防护性能评价；-基于仪器测试数据（如热通量-时间曲线）的人体皮肤烧伤程度预测计算；-不同防护服设计和材料组合的防护性能对比评估；-防护装备的研发优化和安全等级评定。需要特别指出的是，本标准的烧伤预测计算是基于标准化的数学模型和假设条件，适用于工程评价目的，并非临床医学诊断工具。标准中明确声明，其计算结果不应用于实际烧伤患者的临床诊断和治疗决策。2.3标准主要技术内容ISO13506-2:2024的核心技术内容涵盖以下几个方面：（1）皮肤热损伤模型的规定标准详细规定了用于皮肤烧伤预测的热损伤数学模型的基本框架和要求，核心是基于Henriques热损伤积分理论。该模型将皮肤简化为多层结构（表皮层、真皮层、皮下组织），每层具有各自的热物理性质参数（如热导率、比热容、密度）和热损伤动力学参数。标准规定了模型的数学表达形式、初始条件、边界条件以及求解方法的基本要求，确保不同计算程序之间的结果可比性。（2）皮肤组织热物性参数基准数据集标准提供了一套权威的皮肤组织热物性参数基准数据集，包括各层皮肤组织的密度、比热容、导热系数、血流灌注率以及Henriques积分模型中的频率因子和激活能等参数的标准值。这些参数是在系统评估现有文献数据的基础上，经过专家论证和比对验证后确定的，为全球范围内的标准化计算提供了统一的数据基础。（3）烧伤程度分级判定标准标准明确了基于热损伤积分值（Ω值）的烧伤程度分级判定标准。根据Henriques模型，当表皮基底层的Ω值达到1.0时判定为二级烧伤发生，当真皮层特定位置的Ω值达到1.0时判定为三级烧伤发生。标准对这些判据给出了精确的数值定义和适用的组织深度定位规则。（4）标准计算流程与输入/输出要求标准规定了从原始试验数据输入到烧伤预测结果输出的完整计算流程，包括数据预处理要求、计算步长的选择、收敛判据、结果输出格式等。同时，标准要求计算程序应输出表皮温度-时间曲线、皮肤各层温度分布、热损伤积分随时间的变化曲线以及烧伤深度预测结果等关键信息。（5）验证试验案例标准包含了一套标准化的验证试验案例（testcases），这些案例基于经典的皮肤烧伤实验结果和公认的基准工况设计，用于验证烧伤预测计算程序的正确性和可靠性。验证案例涵盖不同热暴露强度、不同暴露时间、不同热源类型（辐射热、对流热、接触热）等典型工况条件。计算程序开发者可使用这些案例对其软件进行验证和校准。3.标准发布的重要意义3.1填补国际标准空白ISO13506-2:2024的发布填补了国际标准化领域在皮肤烧伤预测计算方法方面的标准空白。此前，虽然部分国家（如美国、欧盟成员国）在其国家标准或行业规范中涉及了烧伤预测的相关内容，但缺乏统一的国际共识标准。本标准的出台为全球范围内的防护服热防护性能评价提供了统一的技术语言和方法框架，有助于消除技术壁垒，促进国际贸易和技术交流。3.2推动评价方法范式转变传统的防护服热防护性能评价主要依赖物理测试指标，如热防护系数（TPP值）、辐射热透射率等。这些指标虽然操作简便、重复性好，但与真实的人体烧伤风险之间的关联存在较大的不确定性。ISO13506-2所确立的基于模型的烧伤预测方法，实现了从"以织物为中心"到"以人体为中心"的评价理念转变，能够更加科学、定量地反映防护服在真实使用条件下对人体皮肤的保护效果。3.3支撑防护装备精准化设计该标准为防护服的设计和优化提供了更为精细化的技术工具。通过烧伤预测计算，设计人员可以在打样试制之前对不同材料组合、不同结构设计方案的防护性能进行虚拟评估，从而大幅缩短研发周期、降低研发成本。同时，烧伤预测结果可为防护服的分级分类和选型提供更加科学的技术依据，帮助使用者根据实际作业风险选择匹配的防护等级。4.主要起草单位和归口技术委员会4.1ISO/TC94/SC13技术委员会ISO13506-2:2024由国际标准化组织ISO/TC94（个人安全—防护服装和装备）技术委员会下属的SC13分技术委员会（热防护）负责制定。ISO/TC94成立于1982年，是ISO旗下负责防护服装和装备标准化工作的专业技术委员会，其工作范围涵盖机械防护、化学防护、生物防护、热防护、高可视性服装、防护手套、防护footwear等多个领域。SC13分技术委员会专门负责热防护领域的标准化工作，其工作范围包括耐热和防火防护服、消防员防护装备、焊接防护装备、电弧防护装备等的性能要求和试验方法标准制定。SC13分技术委员会汇聚了来自全球各国的标准化专家、测试技术专家、皮肤热损伤研究学者、防护装备制造商代表以及用户代表。该委员会通过定期召开工作会议、成立专项工作组（WG）、开展国际间比对试验（round-robintesting）等多种形式，推动热防护领域各项国际标准的研制和维护工作。ISO13506-2标准即是由SC13分技术委员会下属的专门工作组（WG）负责起草和推进的。4.2主要参与单位介绍在ISO13506-2:2024的研制过程中，多个国家和组织做出了重要贡献。以下重点介绍其中一家核心参与单位。瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）瑞士联邦材料科学与技术实验室（SwissFederalLaboratoriesforMaterialsScienceandTechnology，简称Empa）是本次标准研制的核心技术支撑单位之一。Empa是瑞士最大的应用研究机构之一，隶属于瑞士联邦经济、教育和研究部（EAER），在材料科学、可持续技术以及人体防护装备领域拥有60余年的深入研究积累。Empa的防护装备研究团队长期致力于热防护服相关的生物热力学基础研究和应用技术开发。在皮肤烧伤预测领域，Empa的研究人员基于经典生物传热学理论，开展了大量关于皮肤组织热物性参数精确测量、热损伤动力学模型验证以及皮肤烧伤阈值确定等基础性研究工作。Empa实验室建立了先进的皮肤模拟测试平台和燃烧假人系统（thermo-mannequin），能够开展从单层面料测试到整体服装系统评价的多层级热防护性能研究。在本标准研制过程中，Empa团队参与了皮肤热物性参数基准数据集的整理与审定工作，并对标准中验证试验案例的设计提供了关键的技术输入。此外，来自美国杜邦公司（DuPont）、法国圣戈班集团（Saint-Gobain）等国际知名防护材料制造企业的技术专家也深度参与了本标准的研制工作，为标准的实用性和行业适用性提供了宝贵的产业视角。英国拉夫堡大学（LoughboroughUniversity）等学术机构在皮肤烧伤数学模型理论框架的审查和改良方面贡献了重要力量。5.标准实施与应用前景5.1在防护装备行业中的应用ISO13506-2:2024的发布为防护服装制造企业提供了精细化的设计评价工具。领先的防护服生产企业可基于该标准开发内部的计算预测平台，在材料选型、结构设计、样品优化等环节引入烧伤预测分析，从而实现"设计-虚拟评价-实物验证"的闭环迭代开发模式。这不仅能够显著缩短产品研发周期，还能为高端防护装备的差异化竞争优势提供技术支撑。5.2在检测认证领域的应用第三方检测机构和认证机构可依据本标准对防护服的热防护性能进行更加科学全面的评价。在现有的物理测试之外，检测机构可进一步提供基于烧伤预测的防护性能评价服务，为用户选择防护服提供更加直观、可量化的安全指标参考。同时，标准的统一算法框架也为不同检测实验室之间的结果互认提供了技术基础。5.3在职业安全管理和标准制定中的应用对于企业安全管理部门和职业健康监管机构而言，本标准的实施有助于建立更加科学的个体防护装备选型和管理制度。基于烧伤预测的防护性能评估结果，可以更加合理地确定不同作业岗位所需的防护等级，避免防护过度或防护不足的问题。此外，本标准的技术框架还可为各国制定或修订防护服相关国家标准提供重要的参考依据。5.4未来发展趋势随着人工智能、数字孪生和智能传感技术的快速发展，ISO13506-2所确立的烧伤预测计算框架有望与智能防护装备技术深度融合。未来，将实时传感器获取的着装微环境数据与标准化的烧伤预测模型相结合，实现对作业人员热安全状态的实时监测和预警，是防护装备智能化发展的重要方向之一。同时，随着人体解剖学和生物传热学研究的不断深入，烧伤预测模型将不断迭代优化，对人体组织的建模将更加精细、预测精度将进一步提升。6.结论ISO13506-2:2024《耐热和防火防护服第2部分：皮肤烧伤预测计算要求和试验案例》的正式发布，是国际防护装备标准化领域的一项重要里程碑成果。本标准的实施为防护服热防护性能的定量评价提供了统一的标准化计算方法和验证工具，实现了从传统的物理阈值判断向基于人体生理响应的精准预测的深刻转变。标准所确立的皮肤烧伤预测计算框架建立在成熟的生物传热学理论和热损伤动力学基础之上，具有坚实的科学依据和广泛的国际共识。其配套的基准数据集和验证试验案例为不同计算程序之间的结果可比性和可靠性提供了重要保障。该标准的实施将有力推动防护服研发设计从经验依赖向数据驱动转型，促进检测认证体系向更加科学化、精准化方向升级，最终为全球高风险行业从业人员提供更加可靠的安全保障。展望未来，随着相关技术的持续进步以及标准体系的不断完善，ISO13506-2所开创的"基于生理损伤预测的防护性能评价"理念将在更广泛的领域得到推广和应用。越来越多的国家和国际组织将参照该标准框架完善自身的技术标准体系，推动个体防护装备技术向着更加科学、安全、智能的方向持续迈进。参考文献[1]ISO13506-2:2024,Protectiveclothingagainstheatandflame—Part2:Skinburninjuryprediction—Calculationrequirementsandtestcases[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[2]ISO13506-1:2024,Protectiveclothingagainstheatandflame—Part1:Generalrequirementsandtestmethodsforcompletegarments[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2024.[3]HenriquesFC,MoritzAR.Studiesofthermalinjury:I.Theconductionofheattoandthroughskinandthetemperaturesattainedtherein—Atheoreticalandexperimentalinvestigation[J]