古建筑消防安全的現狀及對策研究
前言：本站為你精心整理了古建筑消防安全的現狀及對策研究范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。
摘要：結合時代背景，闡述了新時期我國古建筑消防發展的現狀，通過具體火災案例，分析火災原因，提出我國古建筑消防安全中存在的問題。結合古今建筑防火措施，在提高古建筑耐火特性、保證消防水源、選擇消防設施、改造電氣線路、火災探測報警技術和性能化防火設計等方面，提出適用于我國古建筑現狀的消防保護技術和應對策略。
關鍵詞:古建筑消防安全火災隱患消防措施性能化防火
我國是歷史悠久的文明古國，擁有極為豐富的文化遺產，而古建筑作為文化遺產的重要組成部分，體現著中華民族的生命力和創造力，蘊含了豐富的物質價值和精神價值。1961～2015年近50余年間，我國國務院共公布了七批全國重點文物保護單位，共計4 291處，其中古建筑1 882處，占重點文物保護單位總計近45％，可見古建筑是文物保護的重點。然而經歷幾百數千年的風雨侵襲后，古建筑抵御火災的能力越來越弱，火災發生的頻率也越來越高，古建筑防火的形勢日趨嚴峻［1］。從古至今的種種火災案例表明古建筑火災所留下的遺憾和損失是無法彌補的，所以對古建筑消防保護的研究與探討有著重大的現實意義。
1我國古建筑消防發展現狀
我國目前有125座歷史文化名城、252個歷史文化名鎮、276個歷史文化名村、3 744個古村寨，且多為木結構或磚木結構的古建筑，耐火等級低，在消防安全方面面臨重大壓力，為此，國家文物局于2014年啟動了“文物建筑消防安全百項工程”。據《中國消防年鑒》統計，2003～2013年這10年間共發生417起古建筑火災，燒毀建筑面積37 526m2，近幾年古建筑火災更是頻發，造成的損失愈加嚴重。2015年7月，國家文物局、公安部聯合印發了《文物建筑消防安全管理十項規定》，要求文物建筑單位落實消防安全責任，嚴格管理措施，確保消防安全。目前我國已頒布實施的消防技術相關國家標準和行業標準已有250余項，但還沒有專門針對我國古建筑消防設計的國家規范。我國古建筑分布廣泛，形式多樣，環境和結構的差異性加大了消防保護的難度，對此現狀國家和各地方政府已加大古建筑消防投資，引進先進的消防產品和技術，針對不同的古建筑采取個性化的消防設計方案。
2我國古建筑火災隱患分析及消防安全中存在的問題
根據《中國消防年鑒》對我國2003～2013年417個古建筑火災案例的統計分析可知：我國古建筑大多以純木結構和磚木結構為主，在417個著火的古建筑中，木結構所占比例79．9％，磚木結構占14．8％，其他結構占5．3％；引發古建筑火災的因素有人為因素、自然因素（雷擊、自燃等）和其他因素，其中人為因素比例較大，約占70％（見表1）。經調查分析，總結新時期我國古建筑火災隱患和消防安全中存在的問題如下。2．1建筑材料火災荷載高，耐火性能低，撲救難度大（1）現代建筑要求木材用量不宜多于0．03m3／m2，而我國大多數的古建筑基本每1m2需要1m3的木材，火災荷載約為現代建筑的33倍，再加上古建筑年久失修，原本的土漆滑落，久經風吹日曬，干燥的季節中很容易起火燃燒，且木質疏松，裂縫和拼接縫隙較多，火災發生后極易形成猛烈的立體燃燒［2］。（2）按照國家標準《建筑設計防火規范》，建筑物的耐火等級分為四級。建筑物的耐火等級是由建筑構件（梁、柱、樓板、墻等）的燃燒性能和耐火極限決定的（見表2）。而在我國，對于單體古建筑其建筑材料有80％以上是木材，分布于挑檐、斗拱、粱、柱等各建筑部位，為火災的發生提供了天然的可燃物［3］。我國木結構古建筑屋頂承重構件大多為可燃性，嚴重者除防火墻為不可燃燒性，其余結構全為可燃性，因此我國古建筑耐火等級多為三～四級。（3）我國古建筑大多為1～2層建筑，高10～25m，相當于一幢6層高的現代建筑，再加上屋檐等外挑較大的古建筑構件阻礙，加大了火災救援中登高作業的難度，消防水槍射流很難擊中頂部的火焰，撲救困難［2］。此外，平均每1kg木材燃燒會產生20m3的煙霧，若一座1 000m2的木結構古建筑燃燒20kg的木材［4］，數分鐘內整座建筑室內將會煙霧彌漫，出于對古建筑的保護消防隊員又不能輕易對古建筑實施強拆措施，進而又增加了撲救火災的難度。因此，我國古建筑的火災隱患重重，提高古建筑的耐火性能與維護古建筑的原貌是相矛盾的。2．2人為因素增加火災隱患，防火間距小加速火災蔓延速度由表1可以看出，有近1／2的古建筑火災是因為用火不慎和電氣設備引發。（1）室內易燃物與明火共存。我國古建筑中有很大一部分為寺廟建筑，絲綢、布料制作的裝飾物掛在各處，經卷文書擺在明處，酥油燈、火燭等火源常年不熄，火源和可燃物同時存在，燒香拜佛過程中經常會有火星和可燃物濺出，僧人、游客用火稍有不慎就會引發火災。如2002年11月21日山西省寧武縣懸空寺院遭遇滅頂火災就是因為點燃的蠟燭不慎倒地引燃周圍物品蔓延成大火［5］。（2）電氣設備安裝、使用不當。近年來，隨著古建筑群落（古村古寨）居住居民生活水平的不斷提高以及古建筑的開發利用，很多電氣設備進入古建筑，亂拉亂接電線等不規范用電現象劇增，如1984年6月17日晚11點，布達拉宮強巴佛殿就因電氣線路絕緣層脫落，造成電氣線路短路而引發火災［6］；2014年1月11日云南香格里拉獨克宗古城由于客棧內使用電取暖器不當導致火災，造成燒損、拆除房屋面積59 980．66m2。（3）游客的不文明行為，個別縱火犯罪的存在。大批游客進入古建筑游覽時亂扔煙頭、玩火等不文明行為頻現。再加上我國古建筑群在總平面布局上多以成組、成群布置，各單體建筑之間以木質走廊相通，縱橫毗連，建筑密度大，防火間距小，失火時極易以熱對流、熱輻射、飛火等方式蔓延擴大，引發“火燒連營”之勢［7］。2．3水源不足，消防設計施工不當我國現存古建筑，大部分遠離城市，地處偏遠地區和深山之中［5］，尤其是在冬季寒冷時節，交通不便，再加之消防水源匱乏，消防設施陳舊，水壓水量不能滿足消防要求，一旦發生火災，既不能自救也不能及時得到外部援助，往往因為錯失滅火良機而釀成重大文物財產損失。經調查鑒定，2014年1月11日云南香格里拉獨克宗古鎮火災損失慘重的間接原因就是該古鎮2012年6月新建成的“獨克宗古城消防系統改造工程”在設計方案中［8］，未嚴格按國家工程建設消防技術標準設計消火栓防凍措施，留下消火栓不能有效防止高原地區低溫冰凍先天缺陷，而且施工過程中部分消火栓管頂覆土深度未達到要求，不能有效防止低溫冰凍，消火栓未能正常出水，自備消防車用水不能滿足救火需要，導致火勢蔓延，市政消防給水管網壓力不足，且在撲救火災時，未能及時聯動，提供加壓保障。2．4古建筑的消防管理和設計存在疏忽目前我國古建筑文物保護單位分為三類，分別是國家級、省級和縣級。國家級和省級文物保護單位受到了較為完善的消防保護，設置了專門的消防管理部門，制訂了較為全面的消防規章制度，在滅火設備、消防水源、安全疏散裝標志、電氣線路布置等方面也能基本符合消防安全要求［1］，但是一些縣級文物保護單位雖然數量是最多的，由于經濟條件的制約存在著缺乏消防隊員、消防設施不到位、消防安全管理相對較差等情況。至于一些未列入文物保護單位卻同樣珍貴的古建筑，如2006年被燒毀的北京護國寺西配殿就不是市區級文物保護單位，其消防保護狀況更令人堪憂。雖然目前針對古建筑文物保護的相關政策頻出，但大多停留于表面，缺乏科學技術性。如何擁有針對古建筑自身的消防技術規定以及改擴建過程中專門的消防設計，如何建立建全系統完善的消防設施體系，這些都是新時期我國古建消防面臨的嚴峻問題。通過上述對古建筑火災隱患的分析，我國古建筑較低的防火等級與較高的防火要求是不匹配的。
3古建筑消防保護的技術措施
3．1加強對古建筑內文物的消防保護，提高古建筑的耐火特性木結構古建筑的耐火等級低是引發火災的重要原因之一，通過涂刷防火涂料的方法對可燃木結構進行阻燃處理，是我國古建筑消防保護中歷史最悠久、運用最廣泛的一種技術措施。如元代著名農學家王禎就在《農書》中提出“火得木而生，得水而熄，至土而盡”，并研發出以磚屑、白善泥、桐油、枯莩碳、石灰以及糯米膠等材料制成的簡易防火阻燃材料［9］。如今，我們對古建筑進行阻燃處理時，要確保防火涂料不會影響古建筑原本的外貌特征。常用的阻燃產品有溶劑飾面型防火涂料和水基防火阻燃液，對古建筑中原有的木結構首先進行阻燃液浸漬處理［7］，待其干燥后再在木材表面進行防火涂料涂刷。此外，由于古建筑中存在大量的珍貴文物，為避免火災發生及消防救火時文物受損，還應針對不同的文物類型采取不同的消防保護措施（如表3所示）。3．2保證充足的消防用水水是最好的滅火劑之一，每燃燒1kg木材，需要消耗2kg的水才能阻止燃燒［5］，也就是說水的消耗量是燃燒物的2倍，由此可見，古建筑發生火災時，充足的消防水源是保證撲救成功的基本條件。早在我國古代的建筑保護中就十分重視消防水源的建設，如北京故宮的金水河通過河水引入消防水源，而且故宮內有80余口水井，建筑周圍均安置了“太平缸”補給消防用水。如今，我們在選擇消防水源時，應首先借鑒古代傳統經驗，結合古建筑的地理位置，靈活布置，如在河流、小溪等天然水源旁修建消防取水碼頭，結合景觀設計利用噴水池和養魚池。位于城鎮的古建筑群應充分利用市政供水管網，設置室外消火栓系統，在設計過程中要認真核算所需消防用水量和水壓（見表4），壓力不足時可選擇合適的地方建加壓泵站，或配備機動性強的消防增壓設備，如手抬機動泵等。此外，消火栓的布置不能簡單套用規范，要根據古建筑的具體實際情況確定間距、位置及設置方式（地上式或地下式）。對于寒冷地區，為防止消防水源結冰，還應設置可靠的防凍措施，如采用常高壓高位水池、短距離自動干式水消防系統等其他特殊外保溫措施，保證消防水源常年水壓充足、水源充沛［10］。3．3有針對性選擇消防設施，完善和清通消防通道根據《消防法》的規定，國家級文物保護單位必須建立消防站，而在重要古建筑群周邊設置消防站時應遵循“因地制宜、小型適用”的原則，采用仿古建筑與古建筑群相協調。消防站配置的消防車輛應與消防通道相適應，選擇尺寸小、機動性強的消防設施，如目前國內外技術成熟的小型消防產品（小型消防車、消防摩托車等），其車體尺寸和轉彎半徑較小（見表5），適合在崎嶇、狹窄和坡道上行駛，具有出勤迅速、受消防通道影響小的優點，十分適合古建筑群的火災救援。此外更要因地制宜地解決消防通道不暢問題，充分利用古建筑群外部道路及場地，合理組織內部通道，根據各類消防車輛尺寸及轉彎半徑的不同為每棟建筑選擇最合理的消防通道（寬度可以小于4m），如地形復雜的古建筑群有時可以利用高差為救援提供有利條件。盡量組織消防回路，注重人員疏散流線設計，保證消防人員順暢的消防撲救。此外，對坐落于遠郊野外和偏遠深山中的古建筑，應及時將古建筑周圍30m以內的雜草、干樹枝等可燃物清除干凈，防止森林發生火災時危及古建筑［1］。3．4改造電氣線路當準備在古建筑內安裝電氣設備和電氣線路時，根據古建筑不同等級按法定程序上報審批獲準后方可實施。照明燈具應使用60W以下的白熾燈泡，嚴禁使用日光燈、水銀燈等發熱量大的照明工具［11］。可以嘗試將冷光源照明，如LED燈等，應用在古建筑照明系統中。冷光源壽命長，燈光柔和，可大大降低照明發熱引發火災的可能性。敷設電氣線路、安裝機電設備、開關、插座時要與木質構件保持一定距離。對于木結構古建筑，可在月梁和斗拱之下，在原有柱子旁邊新建薄壁空心鋼柱（涂刷與原木柱子顏色相近的防火漆）作為支撐，將所有電線全部從空心鋼柱和鋼架內通過［12］，不與木結構接觸，避免電線起火的危險。對于老化電路要及時更換，采用銅芯絕緣導線，并用金屬穿管敷設。增加斷路器、漏電保護器、低壓熔斷器等安全保護裝置，平時應有專員對古建筑用電進行檢查和維護。對古建筑周邊地區隨意搭設的各種管線進行整治，建議將其埋入地下或采用簡易綜合管廊的方式，這樣不但可以解決古建筑的火災隱患，還可以更好地保護古建筑的空間原貌。3．5火災探測報警技術我國古建筑內大多空間寬敞、單層凈高較高、通風效果好，而常規的火災探測器的探測范圍只有5～6m，若火災發生在地面，煙要達到一定高度并產生使探測器報警的濃度需要較長的反應時間，很容易延誤最佳滅火時機，再加上部分古建筑內游客眾多，室內的動靜狀態也會影響探測器對火災的探測。另一方面，常規探測器往往密集安裝在屋頂或大梁下，影響古建筑的原始風貌，因而需要一種新型火災探測報警技術，它既可以及時準確探測火災，又能在安裝設備時不破壞古建筑的空間特色。針對以上古建筑防火對火災探測器的特殊要求，從安全、美觀、安裝方便的角度分析可知，我國古建筑可用的最佳防火探測器有分布式智能圖像煙霧火焰探測器和線性光束感煙火災探測器。線性光束感煙火災探測器探測范圍最遠可達100m，發光器和收光部分之間無信號傳輸線路，既降低了電氣線路火災隱患，又保護了古建筑的原始風貌。分布式智能圖像煙霧火焰探測器探測范圍最遠可達150m，配有紅外光源，可以全天候進行火災探測，只要有煙霧、火災出現的圖像就會報警，而且對運動物體、光源、水蒸氣等有很強的抗干擾能力，大大提高了火災預警的準確性和全面性。除了以上兩類火災探測器，空氣采樣火災探測系統可根據不同的要求和環境調節各報警級的閾值，并可克服空氣流動對煙霧探測影響，可以及時準確地探測火災。此外，吸氣式火災探測系統安裝靈活，便于隱藏。如建于13世紀的挪威洛姆木教堂采用吸氣式感煙火災探測系統對其神殿天花板上的壁畫進行防火保護，該系統采樣管直徑只有6mm，幾乎不會被參觀者察覺，這樣既保證了木教堂歷史形象的原真性，又滿足了防火探測需求。3．6合理安裝消防設施，完善古建筑消防系統《建筑設計防火規范》（GB 50016－2014）規定：“國家級文物保護單位的重點磚木或木結構的古建筑，宜設置室內消火栓”?！蹲詣訃娝疁缁鹣到y設計規范》（GB 50084－2001，2005版）中將文化遺產建筑列為中危險級I級場所，但是，在古建筑中設置室內消火栓、自動噴水滅火系統甚至是細水霧滅火系統等設備，會產生相關消防設備施工和管線設置等諸多問題，對古建筑的原有空間風貌影響較大。因此，如何合理為古建筑配置消防滅火設施，完善古建筑的消防系統是古建筑防火保護的重要環節。（1）由于我國古建筑多為磚木或木結構，根據《建筑滅火器配置設計規范》（GB 50140－2005）中民用建筑滅火器配置場所的危險等級分類原則（見表6），可以確定我國古建筑的危險等級為嚴重危險級。所以古建筑中滅火器的配置應以體積小、機動性強、經濟性好、可逆性為原則，根據古建筑場所的危險等級及具體情況，合理選擇手提式、推車式的水基型、干粉、二氧化碳型等滅火器，以及潔凈氣體滅火器，以確保消防設備的使用不破壞古建筑風貌，同時注意間距合理，位置明顯，便于取用，不影響安全疏散?！。?）在為古建筑安裝自動噴水滅火系統時，為不破壞古建筑的整體結構，宜采用干式系統，安裝在古建筑的屋頂四周和內部。細水霧滅火系統是自動滅火系統的一種，通過粒徑極小的霧滴，產生很強的氣化降溫作用和隔氧窒息作用，從而達到滅火效率高又對環境無污染的目的，同時還對火場內的煙氣具有顯著的洗滌與沖刷作用，提高火場的能見度，有利于人員的安全疏散和消防人員的滅火救援，很適合古建筑的消防保護。對于古建筑內存放忌水的文物（如泥塑、壁畫等），在不破壞文物風貌的前提下，可設置氣體滅火系統，噴頭出口射流與文物距離不應小于0．5m，如原存放佛頂骨舍利的棲霞寺藏經樓就增設了氣體滅火系統。（3）當古建筑的屋頂和屋梁上發生火災時，對于一般高度的古建筑，室外水池加消防泵便能提供足夠消防能力。而對于高度25m以上且屋檐等外挑較大的古建筑，室內和室外消防系統就不能撲滅火源，此時可以考慮噴射型射流系統、自動消防水炮系統或固定消防水炮系統。通過建立層次結構模型，構造九標度比較判斷矩陣，綜合比較得出自動消防水炮系統在總排序中的綜合權重最大，因此選擇自動消防水炮系統為較優方法［14］。其可根據古建筑特殊情況將水柱的噴射方式改為水霧噴射方式，防止因噴水壓力過大而沖壞古建筑。此外，為了保護古建筑原貌，最好將古建筑內的消防管道和設施涂刷上與古建筑同色或近色的涂料，對于噴頭等小型消防設備可在不影響使用的情況下盡量選用隱蔽型或仿古型裝飾盤隱藏。3．7性能化防火設計在古建筑中的應用雖然在以往的古建筑消防保護實踐中，受《中華人民共和國消防法》、《中華人民共和國文物保護法》和《古建筑消防管理規則》等相關法律法規的嚴格限制，在古建筑保護和保障消防安全的利弊權衡中，往往一邊倒地強調消防安全的保障，但是，新時期古建消防安全的保護要求我們既要保持古建筑的歷史特征又能夠提供合理水平的生命保障和財產保護并盡可能地不影響其正常使用。因而在此過程中以性能為基礎的消防安全設計脫穎而出。如美國在NF－PA914《古建筑消防規范》（code protection ofhis－toric structures）中引入了性能化方法，先設定一個火災場景進行檢測和評估，以衡量所采取的措施是否達到了預定的目標，若未能達到預定目標，則設計者必須改變設計以確保最終達到目標。目前，性能化消防設計過程包括7個基本步驟，結合古建筑的實際情況，其性能化防火設計流程見圖
4小結
綜上所述，新時期我國古建筑消防面臨著各種時代所賦予的新問題，政策規章和技術措施都存在著不足與漏洞。通過虛心學習并引進國外先進的理念和技術，因地制宜地應用在自己的古建筑當中，自我不斷的開放創新，形成具有新時期中國特色的古建筑消防管理體系，開創與我國古建筑融為一體的消防設計規范。合理更新，古為今用，全民提升火災防范意識，減少古建筑火災，文物古建筑將與現代社會和諧共存。
作者:吳俊奇 張婧 曾雪華 單位:北京建筑大學環境與能源工程學院
