麗江古建筑火災風險評估及防火研究

●李繼鴻

(麗江市消防支隊，云南麗江 674100)

0 引言

麗江古城1997年被列入“世界文化遺產(chǎn)”名錄，其古建筑主要為未經(jīng)任何阻燃處理的木構(gòu)架結(jié)構(gòu)，集中體現(xiàn)了納西族建筑的藝術(shù)和風格。但作為旅游勝地，高流動人口下的這些木構(gòu)架結(jié)構(gòu)給麗江古城的消防安全帶來了極大的隱患。對于歷史建筑的消防安全改造，若依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范處方式條文進行處理，將會破壞其歷史風貌。

消防安全改造與歷史風貌保護之間的矛盾較為普遍，各國先后展開了大量研究，并出臺了一系列規(guī)范性指導文件，例如歐洲的FiRE-TECH(Fire Risk Evaluation To European Cultural Heritage)項目［1］，美國的 NFPA 914《歷史建筑防火規(guī)范》［2］，我國的《歷史文化名城保護規(guī)劃規(guī)范》［3］和最近公安部消防局發(fā)布的《古城鎮(zhèn)、村寨火災防控技術(shù)指導意見》［4］等。其中，最有影響的一部標準是NFPA 914，該標準從保護歷史建筑的角度，提出了保障歷史建筑防火安全和生命安全的方法體系，內(nèi)容包括:基本工作程序、處方式選項、性能化選項、防火保護、火災預防等，同時其附錄部分還提供了開展上述工作的基本要求以及歷史建筑中常用建筑材料的耐火等級、燃燒性能等參數(shù)，對歷史建筑的消防安全評估和改造具有重要的參考價值。

本文依據(jù)NFPA 914規(guī)定的工作程序?qū)惤懦腔馂娘L險進行分析，主要包括以下研究工作:(1)通過現(xiàn)場調(diào)查和文獻查閱，明確現(xiàn)有歷史建筑中的歷史要素;(2)調(diào)查麗江古建筑現(xiàn)有消防狀態(tài)，結(jié)合現(xiàn)行標準，分析麗江古城現(xiàn)有消防安全狀況與現(xiàn)行規(guī)范的符合程度和存在的火災危險;(3)運用火災風險指數(shù)法，評價麗江古城單體建筑火災風險，篩選出古城建筑消防安全的薄弱環(huán)節(jié)，甄選可行的改進措施，并對建筑重新進行評估，確定其風險水平。

1 NFPA 914基本工作程序

NFPA 914基本工作程序如圖1所示。該標準以保護生命安全和歷史特征為目標，在此目標下，提出了4個防護指標:(1)與火災沒有密切接觸的人員擁有足夠的逃生時間;(2)建筑結(jié)構(gòu)在火災中保持完整性;(3)保護建筑外部歷史特征;(4)保護建筑內(nèi)部歷史特征。這4個指標實際上囊括了建筑消防安全特征和建筑歷史特征兩大范疇。

為落實這些指標，需要對規(guī)范符合性、安全隱患、火災蔓延方式和出口方式等4個消防安全要素和內(nèi)外歷史特征、毗鄰建筑、位置特征等5個歷史特征要素進行評估。對于建筑物的消防安全要求，NFPA 914要求應滿足“處方式規(guī)定”、“風險指數(shù)要求”或“性能化要求”三者之一。對于不能滿足消防安全要求的建筑，該規(guī)范規(guī)定應采取必要的消防措施，這些措施應滿足3個要求:(1)對建筑歷史特征的改變應盡可能小;(2)措施的效果須經(jīng)實證或性能化分析確定(二者須至少滿足其一);(3)最終確定的措施必須以“處方式”或“性能化方式”的形式表達出來。

圖1 NFPA 914基本評價思路

2 麗江古建筑歷史要素調(diào)查

文獻［5］對麗江古建筑的歷史特征進行了詳細論述:古建筑形式多為兩層木結(jié)構(gòu)樓房;布局形式最為典型的是三坊一照壁，另外還有一進兩院，四合五井天，前后院等形式;從結(jié)構(gòu)體系看，有梁柱式木構(gòu)架，井干式木構(gòu)架，綁扎式結(jié)構(gòu)，多為土坯墻，瓦屋頂;房屋注重局部裝飾，如門窗飾以木雕圖案，外立面常采用木質(zhì)雕花門窗圍護，大過梁的梁頭雕成獸頭，山墻兩層以上為木板墻體，庭院采用鵝卵石或五花石鋪裝等。在進行消防改造的時候，應盡可能使戶型院落、屋架結(jié)構(gòu)、門窗、山墻及特征性裝飾不受影響。

3 麗江古城現(xiàn)有消防狀態(tài)

3．1 基本調(diào)查狀況

麗江古建筑多為未經(jīng)阻燃處理的木構(gòu)架，古城內(nèi)80%的建筑為商鋪、餐飲和手工作坊等，其用火源多，火災荷載大。古建筑多依山就勢，自由布局，建筑成片布置，無法滿足規(guī)范關(guān)于木結(jié)構(gòu)民用建筑防火間距 11 m 的要求［6］;古城內(nèi)除 5 條 2．2 ～3．5 m主街外，其余街道彎曲、狹窄，平整度不夠，無法滿足規(guī)范對消防車道4．0 m以上寬度條件的要求［3］，一旦發(fā)生火災，撲救困難。古城內(nèi)用火多為煤、柴，民族慶典多有用火習俗，火源較多;電氣線路穿管不完全，私拉亂接嚴重，開關(guān)插座多安裝于可燃物上。一般建筑內(nèi)無自動噴淋系統(tǒng)和消火栓系統(tǒng);市政消火栓供水為枝狀管網(wǎng)，供水可靠性不高;擁有現(xiàn)役消防部隊，5 min內(nèi)一般能到達指定區(qū)域附近，但由于場地限制，不一定能及時展開撲救;基本家家門前均有小溪流過，有足夠的天然補給水源。

一般建筑單體，內(nèi)外墻均為370 mm土墻或磚石材料，與木梁搭接;屋蓋一般為木椽子上覆瓦，釘于木屋架梁上，尺寸100 mm左右;屋架上方開口或僅以2 cm厚的木板封閉;梁、柱、樓板均為未經(jīng)阻燃處理的木材，構(gòu)件一般尺寸為梁130 mm，柱240 mm，樓板20 mm，嵌入墻內(nèi)的柱可提高耐火性能，屋內(nèi)一般無吊頂;門窗為50 mm厚的木框，未鏤空時其耐火時間考慮邊界起火，鏤空時無耐火時間;樓梯多為寬約1 m、厚20 mm的梁式樓梯，放置于梁或墻上;木質(zhì)走廊寬約1 m，通向樓梯口或室外。主要構(gòu)件的耐火極限見表 1［2］。

表1 主要構(gòu)件耐火極限

從主要構(gòu)件耐火性能可以看出，在火災作用下，屋蓋、樓板、走廊和樓梯最易坍塌，使火災垂直傳播，然后是無保護上段柱(有保護的下段柱和墻體耐火時間相對較長)。對于門或窗，在未鏤空處理情況下，僅能保證13～30 min的耐火時間;在鏤空雕花的情況下，不具備隔熱作用。山墻上方的木板耐火時間很短，燒穿后將成為火災水平傳播的途徑。

3．2 對現(xiàn)行消防規(guī)范的符合程度

依據(jù)麗江古建筑的基本情況和主要構(gòu)件的耐火極限，分析其對現(xiàn)行規(guī)范的符合程度:(1)建造缺陷。內(nèi)外墻耐火時間達到3 h以上，在其三角屋架區(qū)域，多是無砌筑(內(nèi)隔墻)或僅用未經(jīng)阻燃處理的木板(山墻)分隔，這種墻體無法形成有效防火分隔。建筑物間距最大僅3．5 m，多數(shù)連片建設，單體建筑間距達不到防火間距11 m的要求，若按連片建筑防火分區(qū)考慮，則單個分區(qū)內(nèi)建筑面積過大，一般超過600 m2的限制。建筑正立面墻體采用木質(zhì)鏤空門窗裝飾，建筑的主要構(gòu)件未經(jīng)阻燃處理，耐火時間不足。(2)建筑物使用和占據(jù)缺陷。麗江古城集居住、商貿(mào)、觀光旅游于一體，近年來游客數(shù)量不斷增加，給古建筑的承載能力和安全保護帶來了很多問題。另外，許多外來人口在古城內(nèi)租借房屋，他們大都吃、住、經(jīng)營同處一屋，違章用火、用電，極易造成火災。(3)防火保護系統(tǒng)缺陷。建筑內(nèi)部一般不安裝報警設備和自動噴淋設備，對于沿街商鋪與居住單元間，也未做有效防火分隔，屬于多合一類型。(4)場地缺陷。若按單體建筑考慮，各個建筑之間沒有足夠防火間距，若按多個建筑組成的連片區(qū)域考慮，則建筑物的沿街部分長度超過150 m，缺乏進入建筑群的消防車道。片區(qū)內(nèi)多數(shù)道路曲折、路面起伏較大，不適宜做消防車道，缺乏回車場地。

3．3 現(xiàn)存火災隱患情況

麗江古建筑現(xiàn)存火災隱患較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)火源較多。生活用火主要燃料是煤和柴，沒有專門用火保護措施;宗教慶典及節(jié)日時多有燃燒火把、祭火等民族習慣;用電線路缺乏有效保護措施，穿管不完全，開關(guān)插座安裝于可燃物上;同時建筑一般不設置避雷設施;古城內(nèi)小吃店、餐館大量存在，導致用火、用電危險因素增高;居民、游客消防安全意識淡薄。(2)材料燃燒性能。建筑材料主要是木材，歷經(jīng)多年含水量很低，且未經(jīng)阻燃處理，極易引發(fā)火災?；鹧?zhèn)鞑ト菀?，易形成火燒連營的情況。(3)火災蔓延。依據(jù)主要構(gòu)件耐火極限可推知建筑起火之后火勢的蔓延途徑。水平傳播途徑方面，建筑正立面為鏤空雕花面板，此部分起火后，由于與鄰近建筑較近(2～3 m)，可引燃對面建筑和其它房間，同時該部位與二樓面板相連，從而引發(fā)上層火災;建筑側(cè)立面和內(nèi)隔墻上段屋架區(qū)域為木板，易引燃，并向周邊傳播;檐口、窗洞口、走廊易引燃其他房間。垂直傳播途徑方面，建筑正立面、窗洞口和樓梯均會將火焰?zhèn)髦辽蠈踊蛑苓吔ㄖ?4)結(jié)構(gòu)完整性。依據(jù)主要構(gòu)件耐火極限可推知，火災發(fā)生后15 min左右，內(nèi)部樓板、走廊、正立面墻體損毀、坍塌;屋蓋引燃20 min左右將坍塌，45 min左右，上段柱完全坍塌僅剩土墻和下段柱?？纱笾抡J為，在火災發(fā)生15 min后，作為建筑重要外部歷史特征的正立面鏤空面板、走廊、樓梯(含飾品)完全損毀。(5)出口方式。多數(shù)臨街酒吧屬于人員密集場所，一般設置門檻或踏步(靠山建筑)。

4 單體建筑火災風險評估

4．1 火災風險指數(shù)法基本內(nèi)容

本文采用火災風險指數(shù)法對單體建筑的火災風險進行評估。該方法是北歐國家針對木結(jié)構(gòu)住宅開發(fā)的一種火災風險評估方法，適用于多層木結(jié)構(gòu)住宅建筑?；馂娘L險指數(shù)法雖然是一種半定量計算方法，但研究表明，其所得結(jié)果與定量計算方法基本一致。由于此方法的可操作性較強，在實際的火災風險評估中應用廣泛。風險指數(shù)法以保護生命安全和財產(chǎn)安全為目標，確定了結(jié)構(gòu)建造材料、內(nèi)部消防設施、疏散通道等17個考察項目，主要涉及5個方面:火災中建筑完整性、建筑內(nèi)消防系統(tǒng)、滅火救援、人員疏散和火災蔓延。17個項目每項滿分均為5分，各項所占權(quán)重不同，最終得分為各項相加，滿分為5分。文獻［7］對17個考察項目不同情況下的得分及所占權(quán)重有詳細的描述，本文不再贅述。由于風險指數(shù)法并不是針對歷史建筑的評估方法，所以對于發(fā)現(xiàn)的消防安全改進措施，并不一定完全適用，需進一步甄別和篩選，以使其對建筑物歷史特征的破壞程度降至最低。

建筑火災風險評估的目的是保護人員和財產(chǎn)的安全，歷史建筑火災風險評估的特點在于，歷史建筑除需滿足消防安全目標外，尚需進一步考慮對建筑歷史風貌的保存問題，使選擇的措施對建筑原有風貌的破壞最小。為實現(xiàn)這個目的，本文評估過程采取3個步驟:(1)基本評估。用火災風險指數(shù)法評估古城建筑火災風險，判斷單體建筑火災風險水平，篩選出建筑火災安全中的薄弱環(huán)節(jié)。(2)措施評估。對上述措施組進行評估，以篩選出對建筑歷史風貌改變較小的措施。(3)再評估。選擇可使用的消防措施后，進行再評估，以確定改進建筑消防安全的方向和措施組合。

4．2 火災風險指數(shù)法的基本評估和措施評估

依據(jù)實際調(diào)查結(jié)果，普通單體建筑的基本特征為:毗鄰建筑凈距＜6 m;房間墻面一般為石頭或混凝土;結(jié)構(gòu)耐火時間＜30 min，僅受力構(gòu)件可燃;外立面可燃材料比例＞40%，窗口上方材料可燃，外立面面層和墻體之間無空隙;可能起火房間的最大面積＜50 m2;房間分隔＞EI 60，在節(jié)點、連接及暗室空間，墻體上方三角屋架區(qū)域，為開孔的木結(jié)構(gòu)，無阻火物;房間無煙氣控制系統(tǒng)，通過頂棚附近的開孔自然通風;通風系統(tǒng)無專門防煙措施;建筑一般無閣樓;門窗為手動關(guān)閉形式，一般無阻熱能力;房間內(nèi)無自動噴淋系統(tǒng)，每層配備有便攜式滅火設備;房間中及疏散路徑上無探測系統(tǒng);報警僅為人工傳遞;有1部樓梯作為逃生路線，但至少有一扇窗戶和一個陽臺作為逃生路線，路線距離＜10 m，無導向標志和應急照明;裝備、逃生路線有定期維護和檢查;在滅火救援服務方面，消防隊有滅火能力、排煙能力和通過云梯進行外部營救能力，響應時間為5～10 min，所有窗戶均可使用云梯。由此可得單體建筑的風險指數(shù)R為1．948，其各項考察項目的具體得分見表2。

依據(jù)火災風險指數(shù)法應用過程中各項得分的統(tǒng)計規(guī)律，可以大致判定:若分項分值范圍＜2，從消防安全角度應采取措施;若分項分值范圍為2～3，從消防安全角度可以考慮提高;若分項分值范圍＞3，從消防安全角度應繼續(xù)保持。

對于表2，有以下幾點說明:(1)從應保持項目中明確以下幾點:P1項目(房間內(nèi)飾面裝修材料)，不得在原有建筑墻體內(nèi)表面增加新的可燃裝修材料;P4項目(可能起火房間的最大面積)，不得因使用需要隨意拆除建筑內(nèi)隔墻;P16項目(裝備、逃生路線、人員教育)，必須堅持裝備、逃生路線的維護和檢查，堅持人員教育，并達到一定要求，建議增加對住戶的滅火、逃生訓練。(2)對于可考慮提高的項目中，P5項目(房間分隔)，在安裝吊頂允許的情況下，可在節(jié)點、連接及暗室空間設置阻火物，房間分隔上的開孔，例如墻體上方與屋架間的部分，應用阻火物封堵;P14項目(逃生路線)，可增加導向標識和應急照明，這對建筑歷史特征的改變是比較小的。(3)從必須提高的項目來看，改變門(P6)、窗(P7)風格和改變建筑物凈距(P10)均會大幅改變建筑歷史風貌，是不可取的;在允許使用吊頂?shù)那闆r下，增加噴淋系統(tǒng)(P2A)、火災探測系統(tǒng)(P12)和報警系統(tǒng)(P13)，不會顯著改變建筑歷史風貌，在技術(shù)經(jīng)濟條件允許時，應考慮增加。

4．3 火災風險再評估

結(jié)合基本評估和可用措施評價，初步選擇如下措施組合進行再評估:(1)措施組合1(P5+P14C+P16)，封堵開口和孔洞+增加導向標識和應急照明+滅火、逃生訓練。P5分值由 2．4 增至 2．92，P14分值由 2．02 增至 2．34，P16分值由 3．68 增至 4．01。顯然，增加組合1后，建筑火災安全性提高非常有限，組合1不能作為有效的措施組合。(2)措施組合2(措施組合1+P2+P12+P13)，在組合1的基礎上每個房間及疏散通道上布置與市政管網(wǎng)連接的噴淋系統(tǒng)、感煙型探測系統(tǒng)和報警鈴聲，P12分值由0變?yōu)?，總體風險值接近2．5，屬于中等安全水平。

表2 火災風險指數(shù)法評估表

5 針對古建筑群火災蔓延所采取的措施

根據(jù)對單體建筑進行的火災風險評估，在麗江古城群體性建筑的火災防控中，為最大限度防止火勢蔓延可以采取多級防護思路:(1)控制火源。從源頭上減少火災，包括如下措施:線路改造;明火使用管理;規(guī)范用電器;規(guī)范加熱、烹飪設施。(2)提高建筑物的耐火性能。做到木結(jié)構(gòu)一般不外露，外露的要阻燃，從而抑制和減少初起火災，包括如下措施:樓、屋蓋采用不燃物包覆;外立面阻燃處理;檐口阻燃處理;石膏吊頂;洞口封堵措施。通過上述處理，能做到樓屋蓋的耐火時間增加至30 min，外立面的耐火時間增加至20 min，推遲了火災發(fā)生轟燃的時間(外立面一旦引燃，將立即發(fā)生轟燃)，并使結(jié)構(gòu)在人員疏散完成之前保持足夠完整性，同時也為(古城)消防隊撲救火災爭取時間。(3)控制火災蔓延，防止火勢擴大。通過措施組合2，同時也達到了切斷或延緩火災蔓延的要求:切斷了火災通過木構(gòu)架開口處向其它房間蔓延的途徑;切斷了火災通過山墻(麻雀臺上方)開口處向其它建筑蔓延的途徑;推遲了火災通過外立面向其它房間蔓延的時間;推遲了火災通過檐口向其它建筑蔓延的時間。(4)安裝火災自動報警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)初起火災，為疏散和撲救爭取時間。木結(jié)構(gòu)燃燒發(fā)煙量較大，采用感煙探測器即可滿足要求。(5)改善疏散條件，規(guī)定滿足疏散的基本要求，并增加疏散輔助設施。(6)明確基本滅火器材(便攜式滅火器)的配備要求，提高對初起火災的撲救能力。(7)配備簡易噴淋系統(tǒng)，撲滅初起火災或防止火勢擴大。

6 結(jié)論

依照NFPA 914工作流程，采用火災風險指數(shù)法，對麗江古城現(xiàn)有消防狀況進行評估。結(jié)果表明:(1)現(xiàn)有狀態(tài)的古建筑物具有較高的火災風險。(2)在保護古城歷史特征的基礎上，應對建筑內(nèi)開口、疏散照明和房間內(nèi)滅火系統(tǒng)等實施改造，使其風險降至中等安全水平。(3)與“處方式”處理方法相比，本文采用的方法在使用過程中更具有可操作性，也更符合歷史建筑的消防改造特點。

［1］Fire Risk Evaluation To European Cultural Heritage(FiRE-TECH)WG6:European study into the Fire Risk to European Cultural Heritage［M］．European Commission，2003．

［2］NFPA 914，Code for Fire Protection of Historic Structures 2001 Edition［S］．

［3］GB 50357-2005，歷史文化名城保護規(guī)劃規(guī)范［S］．

［4］公安部消防局．古城鎮(zhèn)、村寨火災防控技術(shù)指導意見(征求意見稿)［Z］．2014．

［5］朱良文．麗江古城與納西族民居［M］．昆明:云南科技出版社，2005．

［6］GB 50016-2006，建筑設計防火規(guī)范［S］．

［7］Hans Hultquist，Bj?rn Karlsson．Evaluation of a Fire Risk Index Method for Multistorey Apartment Buildings，Report 3088［M］．Lund:Department of Fire Safety Engineering，Lund University，2000．