古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究及對(duì)策

趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓(xùn)基地，天津 300402)

古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)研究及對(duì)策

趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓(xùn)基地，天津 300402)

分析了古建筑火災(zāi)的原因，繼而對(duì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了事故樹(shù)分析，提出了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制策略。最后對(duì)古建筑內(nèi)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)和火災(zāi)撲救技術(shù)進(jìn)行了分析比較，提出了無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和分布式光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)以及細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在古建筑內(nèi)的適用性，為國(guó)內(nèi)古建筑的消防保護(hù)提供參考。

古建筑；消防；火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；事故樹(shù)

0 引言

古建筑是指具有歷史意義的古代民用、公共建筑。然而由于古建筑在消防保護(hù)方面非常薄弱，因而在火災(zāi)面前，古建筑是相當(dāng)脆弱的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起重大的古建筑火災(zāi)，造成了嚴(yán)重?fù)p失。張澤江[1]等對(duì)古建筑防火保護(hù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了討論，列舉了古建筑消防保護(hù)的常用措施包括防火阻燃處理、防雷、自動(dòng)噴淋和報(bào)警系統(tǒng)等。劉軍[2]研究分析認(rèn)為古建筑耐火等級(jí)低、火災(zāi)荷載大、起火原因復(fù)雜等是古建筑火災(zāi)的主要特點(diǎn)，并認(rèn)為消防設(shè)施不完備是古建筑的消防重大隱患之一。戴曉瑩[3]提出在古建筑中應(yīng)選擇合適的消防設(shè)施，包括可以選用無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)置消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)以及大空間智能滅火系統(tǒng)等。本文將在古建筑分類(lèi)的基礎(chǔ)上對(duì)火災(zāi)探測(cè)技術(shù)與滅火技術(shù)進(jìn)行分析比較。

1 古建筑火災(zāi)原因

建國(guó)前，我國(guó)古建筑起火多數(shù)是雷擊和戰(zhàn)爭(zhēng)引起的。建國(guó)后，一些古建筑被隨意改變其使用性質(zhì)，火災(zāi)時(shí)有發(fā)生，原因也大不相同。新中國(guó)成立50年(1949—2003)，我國(guó)共發(fā)生古建筑火災(zāi)165起,其原因主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面[4-6]：(1)自然界的危害。雷擊是自然界給古建筑帶來(lái)的重要危害。雷電直接擊中古建筑則可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)，而雷擊古建筑周邊的建筑或林木等引發(fā)火災(zāi)，也會(huì)間接威脅到古建筑的安全。(2)人為因素造成的災(zāi)難。從歷年各種火災(zāi)發(fā)生的原因來(lái)看，因?yàn)槿藶橐蛩卦斐傻幕馂?zāi)，占火災(zāi)總數(shù)90%以上，古建筑火災(zāi)也大致如此。從建國(guó)以來(lái)的情況看，人為造成古建筑火災(zāi)的原因主要是：用火不慎；電氣設(shè)備使用不當(dāng)；電線(xiàn)陳舊老化、絕緣損壞、發(fā)生短路引起火災(zāi)；吸煙、亂扔煙頭、火柴棒；縱火、玩火；宗教活動(dòng)；管理和使用不善。除此以外，因外部的火災(zāi)蔓延引發(fā)古建筑起火也應(yīng)該引起高度重視。我國(guó)古建筑講究“曲徑通幽”，往往位于深山茂林之中，因此一旦古建筑周?chē)纳职l(fā)生火災(zāi)，必將嚴(yán)重威脅到古建筑本身的安全[7-9]。

2 古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特征及分析

綜合以往古建筑火災(zāi)事故特征及起因類(lèi)型，建立事故樹(shù)，如圖1所示。該系統(tǒng)最小割集8個(gè)，最小徑集3個(gè)。從最小徑集來(lái)看，只要氧氣和可燃物這兩個(gè)基本事件不發(fā)生，就可以避免火災(zāi)的發(fā)生。其次，點(diǎn)火源的7個(gè)基本事件都不發(fā)生，也可保證無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。由此可見(jiàn)，點(diǎn)火源是最關(guān)鍵的基本事件。然而，氧氣和可燃物這兩個(gè)因素是不可控的，所以保證點(diǎn)火源的基本事件都不發(fā)生是非常重要的。由古建筑火災(zāi)事故樹(shù)可知，引起古建筑火災(zāi)的主要原因有可燃物自燃、人為縱火、亂丟煙頭、電氣線(xiàn)路故障、香燭火災(zāi)、炊事火災(zāi)等?？扇嘉锏姆N類(lèi)與體量、點(diǎn)火源的位置及方式、消防防護(hù)技術(shù)與措施都決定著古建筑火災(zāi)事故的嚴(yán)重程度。此外，古建筑整體消防安全規(guī)劃水平，消防配套設(shè)備與應(yīng)急處理措施方案，以及監(jiān)督和安全管理水平都是左右古建筑消防安全的關(guān)鍵性因素。

圖1 古建筑火災(zāi)事故樹(shù)

3 古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制策略

通過(guò)前文的分析，在古建筑中若能控制點(diǎn)火源，即盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或者早期實(shí)現(xiàn)消防撲救，則可有效降低古建筑火災(zāi)的發(fā)生概率。火災(zāi)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和撲救需要配置適宜的消防報(bào)警設(shè)備和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，同時(shí)要提高相關(guān)人員的消防意識(shí)，配置足夠的消防器材，暢通消防通道，合理劃分防火分區(qū)。本文對(duì)消防管理及防火分區(qū)劃分不展開(kāi)討論，重點(diǎn)討論通過(guò)合理設(shè)置火災(zāi)探測(cè)與撲救設(shè)施，實(shí)現(xiàn)古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)控制。古建筑往往群體布局，單體建筑多而且差異較大，消防設(shè)計(jì)各異，因此在進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)與撲救設(shè)施的設(shè)計(jì)與安裝時(shí)，需因地制宜。

3.1 火災(zāi)探測(cè)技術(shù)比較分析與選型

古建筑材料的不同要求對(duì)其監(jiān)測(cè)手段也不盡相同。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)古建筑本身有很多優(yōu)點(diǎn)，如抗震性能好，材料來(lái)源廣泛，施工速度快等。但是，木結(jié)構(gòu)古建筑也存在很多弊病，如容易被雨水腐蝕、白蟻侵蝕，容易發(fā)生火災(zāi)等。木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的這些特點(diǎn)，首先要求監(jiān)測(cè)手段必須要防火、防雷擊，其次監(jiān)測(cè)中所用到的傳感器件不能具有腐蝕性，最后監(jiān)測(cè)的本身盡量避免給木結(jié)構(gòu)建筑施加過(guò)大的額外荷載。另一類(lèi)是磚石砌體建筑，長(zhǎng)期以來(lái)，由于外部環(huán)境的改變、風(fēng)雨的剝蝕以及戰(zhàn)爭(zhēng)和現(xiàn)代旅游業(yè)等社會(huì)因素干擾，絕大多數(shù)古建筑的砌體中都有空鼓、裂縫、傾斜和酥堿等發(fā)生，并正逐步吞噬著古建筑的穩(wěn)定。因此，對(duì)磚石砌體古建筑的監(jiān)測(cè)尤為重要，磚石結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)既要準(zhǔn)確反映出結(jié)構(gòu)體的變形情況，又不能損毀古建筑本身所攜帶的歷史文化信息，這就要求監(jiān)測(cè)傳感器在不破壞古建筑的情況下，實(shí)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)體的有效配合。

《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50116—2013)對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的選擇做了以下一般規(guī)定：(1)對(duì)火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒(méi)有火焰輻射的場(chǎng)所，應(yīng)選擇感煙探測(cè)器；(2)對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射的場(chǎng)所，可選擇感溫探測(cè)器、感煙探測(cè)器、火焰探測(cè)器或其組合；(3)對(duì)火災(zāi)發(fā)展迅速，有強(qiáng)烈的火焰輻射和少量的煙、熱的場(chǎng)所，可選擇火焰探測(cè)器；(4)對(duì)火災(zāi)形成特性不可預(yù)料的場(chǎng)所，可根據(jù)模擬試驗(yàn)的結(jié)果選擇探測(cè)器。古建筑幾種常見(jiàn)的火災(zāi)探測(cè)器見(jiàn)表1。

古代因木材較石材更容易獲得，且木材更便于建造房舍，所以古建筑中多有木制結(jié)構(gòu)?！督ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50016—2014，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《建規(guī)》)明確規(guī)定：“總建筑面積大于1 500 m2的木結(jié)構(gòu)公共建筑應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，木結(jié)構(gòu)住宅建筑內(nèi)應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測(cè)與報(bào)警裝置?！?/p>

目前，消防報(bào)警系統(tǒng)大多采用有線(xiàn)方式傳輸線(xiàn)路進(jìn)行連接，這樣的連接方式投資大、安裝麻煩、工程量大，特別在古建筑安裝時(shí)，工序更是極為麻煩。而且在布線(xiàn)時(shí)，如果走明線(xiàn)，則會(huì)影響古建筑的外觀風(fēng)格；如果走暗線(xiàn)，則會(huì)破壞古建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均不利于古建筑的保護(hù)。

3.1.1 無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是近幾年來(lái)在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的新型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，它是利用無(wú)線(xiàn)火災(zāi)探測(cè)裝置發(fā)出火警信號(hào)，并記錄發(fā)出信號(hào)的地點(diǎn)和時(shí)間的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由無(wú)線(xiàn)火災(zāi)探測(cè)裝置及無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警控制器組成。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)探測(cè)裝置主要由火災(zāi)探測(cè)器、無(wú)線(xiàn)發(fā)射機(jī)組成，當(dāng)在探測(cè)范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，探測(cè)裝置將產(chǎn)生信號(hào)，進(jìn)而啟動(dòng)發(fā)射機(jī)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警控制器在接收到報(bào)警信號(hào)后能實(shí)現(xiàn)火災(zāi)和探測(cè)裝置故障的聲光報(bào)警功能。

表1 古建筑火災(zāi)探測(cè)器比較

由于無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)安裝快捷，施工時(shí)對(duì)建筑物本身的構(gòu)造沒(méi)有大的傷害，在許多場(chǎng)合，特別是古建筑中非常適用，它設(shè)置的靈活性是有線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)不可比擬的。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)有線(xiàn)系統(tǒng)的主要硬件成分幾乎是一致的，包括控制器、感煙或感溫探測(cè)裝置及發(fā)聲器等。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線(xiàn)系統(tǒng)的比較見(jiàn)表2。無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器安裝位置與有線(xiàn)系統(tǒng)一致，甚至可以安裝在有線(xiàn)系統(tǒng)不易布線(xiàn)到達(dá)的位置。無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸距離有限，當(dāng)火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器與無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警控制器之間距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，則需要一個(gè)甚至多個(gè)無(wú)線(xiàn)中繼器進(jìn)行轉(zhuǎn)接?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)還應(yīng)配置手動(dòng)報(bào)警按鈕，以便在人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的早期進(jìn)行報(bào)警。

3.1.2 分布式光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)

在古建筑中的一些重要保護(hù)場(chǎng)所需要進(jìn)行全方位立體的保護(hù)，火災(zāi)探測(cè)器需要密集敷設(shè)在整個(gè)場(chǎng)所內(nèi)，此時(shí)就需要應(yīng)用線(xiàn)型火災(zāi)探測(cè)器。線(xiàn)型火災(zāi)探測(cè)器包括感溫電纜、光纖光柵感溫探測(cè)器以及分布式光纖感溫探測(cè)器。感溫電纜由于自身帶電，具有電氣火災(zāi)隱患，所以在重要場(chǎng)所已少有使用；光纖光柵感溫探測(cè)器因探測(cè)器鋪設(shè)點(diǎn)較多，工程施工過(guò)程中需熔接點(diǎn)數(shù)多，施工及維護(hù)難度和成本較大，因而應(yīng)用也受到一定限制。分布式光纖感溫探測(cè)器則是一種連續(xù)性測(cè)溫系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，并可根據(jù)溫度變化發(fā)出報(bào)警，是目前先進(jìn)的線(xiàn)型感溫報(bào)警技術(shù)。分布式光纖感溫探測(cè)器還具有以下優(yōu)點(diǎn)：非電傳感，本質(zhì)安全；絕緣性好，抗電磁干擾；精度高，能遠(yuǎn)距離傳感；尺寸小，重量輕；壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期可靠性好。分布式光纖感溫探測(cè)器在古建筑內(nèi)敷設(shè)時(shí)可沿著可燃物(如木制橫梁、柱等)表面敷設(shè)，并可實(shí)現(xiàn)沿橫梁、支柱，再到屋內(nèi)桌椅臺(tái)面、地板等的立體敷設(shè)方式。一套分布式光纖感溫探測(cè)器可敷設(shè)超過(guò)30 km，并可定位溫度變化位置，通過(guò)軟件設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)古建筑的立體溫度監(jiān)測(cè)。

表2 無(wú)線(xiàn)與有線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)比

3.2 火災(zāi)撲救技術(shù)比較分析

我國(guó)現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定，國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位的重點(diǎn)磚木或木結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)設(shè)置閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)安裝在古建筑中都存在著不同程度的缺陷。(1)水噴淋滅火系統(tǒng)是最常見(jiàn)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，它通過(guò)噴灑大量水來(lái)冷卻火場(chǎng)并最終滅火。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可靠，造價(jià)低；缺點(diǎn)主要是用水量較大，需要有充足的水源。在普通無(wú)重要保護(hù)文物的場(chǎng)所可選用水噴淋滅火系統(tǒng)，且宜選擇大流量噴頭或快速響應(yīng)噴頭。而在古建筑中應(yīng)用時(shí)也需要考慮是否會(huì)對(duì)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的重要文物、展品等造成水漬損害，在對(duì)水漬損失要求較高的地方，水噴淋則不適用。(2)水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在較高的水壓力作用下，將水流分離成0.2～2 mm甚至更小的細(xì)小水霧滴，噴向保護(hù)對(duì)象，達(dá)到滅火或防護(hù)冷卻的目的。水噴霧滅火系統(tǒng)主要用于露天設(shè)備火災(zāi)及電氣火災(zāi)，它造價(jià)較水噴淋滅火系統(tǒng)要高，而在古建筑中使用時(shí)也會(huì)造成水漬損害，因此某些場(chǎng)所并不適用。(3)水幕系統(tǒng)分為防護(hù)冷卻水幕和防火分隔水幕，是一種用于擋煙阻火和冷卻分隔的噴水系統(tǒng)，在具備條件時(shí)，在古建筑中的一些重要部位可設(shè)置水幕系統(tǒng)。(4)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是由一個(gè)或多個(gè)細(xì)水霧噴頭、供水管網(wǎng)、加壓供水設(shè)備和相關(guān)控制裝置等組成，能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)向保護(hù)對(duì)象，或在空間噴放細(xì)水霧并撲滅、抑制及控制火災(zāi)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火效能高，反應(yīng)速度快，還有一定的穿透性，可以解決全淹沒(méi)和遮擋的問(wèn)題，還可防止火災(zāi)的復(fù)燃。細(xì)水霧不會(huì)對(duì)環(huán)境及保護(hù)對(duì)象造成危害。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)可局部應(yīng)用，獨(dú)立地保護(hù)古建筑某一部分，也可作為全淹沒(méi)系統(tǒng)，保護(hù)整個(gè)空間，尤其可用于水源匱乏的地區(qū)及部分禁止用水的場(chǎng)所。細(xì)水霧滅火系統(tǒng)管道管徑較小、節(jié)省管材，工程造價(jià)低，安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便，安裝時(shí)隱蔽性強(qiáng)，能很好地維護(hù)古建筑的整體景觀，符合古建筑保護(hù)要求。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)分析了國(guó)內(nèi)古建筑火災(zāi)的主要原因，并利用事故樹(shù)分析法對(duì)古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，進(jìn)而提出了風(fēng)險(xiǎn)控制基本策略。根據(jù)古建筑的特點(diǎn)以及古建筑火災(zāi)的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)比了各類(lèi)適合于古建筑的火災(zāi)探測(cè)器，探討了幾類(lèi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在古建筑中的適用性，為古建筑的消防整體保護(hù)提供參考。本文認(rèn)為，無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和分布式光纖感溫探測(cè)系統(tǒng)是非常適合保護(hù)古建筑的火災(zāi)探測(cè)器，而細(xì)水霧滅火系統(tǒng)則是非常適合古建筑的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

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(責(zé)任編輯 李 蕾)

A Research on the Fire Risk of an Ancient Building and Countermeasures

ZHAO Honghai，WANG Wenwei

(FireOfficerTrainingCenterofFireDepartmentofMPS，Tianjin300402，China)

The analysis of tree diagram on fire risk was studied based on fire causes in an accident building, which brought forward some strategies for fire risk control. Besides, the analysis and comparison was made on a fire detection and fighting technology, and the paper put forward the application of a wireless fire alarm system, a distributed optical fiber temperature detection system and water mist fire extinguishing system in an ancient building. The paper is to provide a reference for fire protection of a domestic ancient building.

ancient building; fire-fighting; fire risk; tree diagram

2015-06-15

趙洪海(1975— )，男，天津人，高級(jí)講師； 王文偉(1984— )，男，湖南衡陽(yáng)人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0064-04