古建筑消防安全設(shè)計(jì)難點(diǎn)及對(duì)策

金 倩

北京市西城區(qū)消防救援支隊(duì)，北京 100035

一、引言

我國(guó)歷經(jīng)上下五千年悠久歷史，積累了豐富的文化、歷史、技術(shù)內(nèi)涵，其中傳統(tǒng)木質(zhì)結(jié)構(gòu)便是具有地域文化特色的代表之一[1]。我國(guó)古建筑多為木質(zhì)榫卯結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，且不易受地震、沉降等地質(zhì)變化影響，因此經(jīng)過千百年時(shí)光，保留至今。當(dāng)今，完整保存下來的古建筑大多成為全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，開放為旅游參觀景區(qū)，便于民眾參觀并了解古建筑。然而，這種改造開發(fā)及對(duì)外開放，也為木質(zhì)結(jié)構(gòu)古建筑帶來諸多火災(zāi)隱患[2]。由于建造年代較為久遠(yuǎn)，古建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)大多受到腐蝕，缺乏水分易于燃燒，大量游客的涌入增加了古建筑發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，增加了古建筑消防保護(hù)工作的難度。近年來，國(guó)內(nèi)發(fā)生多起古建筑火災(zāi)事故(見表1)，造成嚴(yán)重?fù)p失。為此，相關(guān)古建筑消防模擬方法引起學(xué)者廣泛關(guān)注。李志軍等[3]基于FRAME法對(duì)云南某古城消防安全風(fēng)險(xiǎn)開展深入研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況綜合認(rèn)定其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并分析原因，提出相應(yīng)整改意見。袁春燕等[4]為探明磚木結(jié)構(gòu)古建筑火災(zāi)蔓延規(guī)律，以中國(guó)典型磚木結(jié)構(gòu)三原城隍廟為實(shí)例，通過BIM進(jìn)行模擬分析，研究發(fā)現(xiàn)熱浮力作用導(dǎo)致火焰向上蔓延至屋面，屋面位置溫度最高，上部結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)性更大。

表1 近年來古建筑火災(zāi)事故

古建筑是重要的歷史文化遺產(chǎn)，是國(guó)家文明的重要標(biāo)志，是全人類共同的寶貴財(cái)富。為進(jìn)一步保護(hù)古建筑消防安全，本文從古建筑特點(diǎn)出發(fā)，分析消防安全設(shè)計(jì)難點(diǎn)，進(jìn)而確定消防安全設(shè)計(jì)對(duì)策，以期為古建筑消防安全設(shè)計(jì)提供參考。

二、古建筑的特點(diǎn)

(一)布局方式復(fù)雜

古建筑通常使用土木結(jié)構(gòu)構(gòu)建，搭建方式與布局設(shè)計(jì)較為靈活，既能營(yíng)造出豐富的空間結(jié)構(gòu)，又能展現(xiàn)出古代特有的藝術(shù)價(jià)值。我國(guó)傳統(tǒng)古建筑通常選擇分層均衡法設(shè)計(jì)整體平面格局，對(duì)稱設(shè)計(jì)布局，除建筑主體外還會(huì)在建筑外部嵌套多個(gè)庭院，體現(xiàn)出我國(guó)傳統(tǒng)文化中的含蓄美與結(jié)構(gòu)美[5-6]。但這種復(fù)雜的建筑布局方式會(huì)增加消防安全設(shè)計(jì)難度。

(二)建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

通過分析北京多處木質(zhì)結(jié)構(gòu)古建筑，發(fā)現(xiàn)古代工匠往往將單體建筑組合成建筑群。古建筑基礎(chǔ)搭建完成后在其上構(gòu)建木質(zhì)骨架，屋頂結(jié)構(gòu)也使用木質(zhì)框架建造梁柱結(jié)構(gòu)，再輔助瓦片等材料[7]。分析發(fā)現(xiàn)，古建筑建造形式以歷史年代劃分，不同歷史時(shí)期均有統(tǒng)一的建筑風(fēng)格，所以設(shè)計(jì)不同年代古建筑的消防安全系統(tǒng)時(shí)[8-9]，可借鑒建筑風(fēng)格，制定出針對(duì)性的整體消防安全設(shè)計(jì)策略，以降低設(shè)計(jì)成本。

(三)材料使用基本一致

古建筑以土木結(jié)構(gòu)為主，建造過程中通常選擇附近的木材原料。研究發(fā)現(xiàn)，古建筑結(jié)構(gòu)中所使用原料與當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、植被生長(zhǎng)有密切關(guān)系，一片區(qū)域中的古建筑在相同年代用料選取基本一致。因此，進(jìn)行消防安全設(shè)計(jì)時(shí)，相同區(qū)域相同年代的古建筑具有參考性。

三、古建筑消防安全設(shè)計(jì)難點(diǎn)

(一)材料特殊性導(dǎo)致耐火等級(jí)低

古建筑的建筑材料主要為木材，一旦遇到火災(zāi)將會(huì)導(dǎo)致古建筑整體陷入火海之中。古建筑經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)吹日曬，彩繪裝飾等結(jié)構(gòu)幾乎完全脫落，阻燃材料幾乎完全不存在。木材原料失去水分，在干燥環(huán)境下極易發(fā)生火災(zāi)，而且建筑結(jié)構(gòu)存在諸多拼接、疏松構(gòu)件，容易傳導(dǎo)火源，加快燃燒速度[10]?，F(xiàn)存古建筑通常較高且體量較大，消防救援人員使用高壓水槍也很難接近火源，木材燃燒還會(huì)產(chǎn)生大量煙霧。如果古建筑中超過40 g木材被引燃，那么整棟建筑都會(huì)處于煙霧之中，影響滅火視線，消防救援人員為保護(hù)古建筑不能強(qiáng)制拆除建筑結(jié)構(gòu)，所以古建筑消防安全設(shè)計(jì)難度大[11-13]。

(二)環(huán)境與電氣設(shè)備布置不當(dāng)易引發(fā)火災(zāi)

受到現(xiàn)實(shí)環(huán)境影響，古建筑的易燃物往往和明火距離較近。目前，保存較為完整的古建筑多數(shù)為寺廟，受到功能限制，室內(nèi)懸掛大量布料、紙制品等，蠟燭、燈油等火源會(huì)24小時(shí)持續(xù)燃燒，極易造成寺廟古建筑發(fā)生火災(zāi)事故[14]。有研究表明，電氣設(shè)備與線路敷設(shè)不當(dāng)是造成古建筑發(fā)生火災(zāi)的直接原因。隨著民眾對(duì)傳統(tǒng)文化重視程度不斷提升，政府大力開發(fā)古建筑及周邊環(huán)境，為給周邊居民帶來良好生活環(huán)境，同時(shí)增加古建筑觀賞性，相關(guān)單位在古建筑上敷設(shè)大量電氣線路和照明設(shè)備。但是，為方便施工，電氣線路布置部分存在不完全符合消防安全設(shè)計(jì)要求，易引發(fā)火災(zāi)事故。

(三)消防安全意識(shí)薄弱增加火災(zāi)隱患

現(xiàn)存古建筑大都被列入消防安全重點(diǎn)單位，但是因?yàn)槲幕瘋鞒信c文化宣傳需求，部分古建筑對(duì)外開放且允許參觀。古建筑與傳統(tǒng)文化對(duì)人們的吸引力越來越大，參觀古建筑的游客越來越多，人流密集情況下，相關(guān)管理工作很難兼顧全部游客，部分消防安全意識(shí)薄弱的游客隨意丟棄煙頭等行為，增加了古建筑消防安全隱患，嚴(yán)重威脅古建筑的安全[15]。

(四)水源儲(chǔ)備不足難以及時(shí)滅火

現(xiàn)存古建筑通常遠(yuǎn)離城市中心，地理位置較為偏遠(yuǎn)，交通條件較為落后，車輛通行不便。通常情況下古建筑所處區(qū)域沒有布置消火栓，可用消防水源稀缺，已有消防設(shè)備較為落后，日常用水的水壓與水量無法滿足滅火需求。如果處于這種地理位置的古建筑發(fā)生火災(zāi)，不但不能使用已有消防設(shè)施展開撲救，外部消防救援力量也難以及時(shí)抵達(dá)，易錯(cuò)失滅火黃金時(shí)間，將會(huì)造成嚴(yán)重后果。表1中的古建筑火災(zāi)發(fā)生最初并不嚴(yán)重，但由于沒有設(shè)置合理的消防設(shè)施，可用于滅火的水源有限，受到交通條件的限制，消防車進(jìn)入困難，導(dǎo)致錯(cuò)過滅火最佳時(shí)機(jī)。

四、古建筑消防安全設(shè)計(jì)策略

(一)合理選取消防設(shè)施

古建筑結(jié)構(gòu)與材質(zhì)具有特殊性，在進(jìn)行消防安全設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮古建筑結(jié)構(gòu)特性不被破壞，其次還要考慮古建筑的使用特性。普通建筑通常安裝自動(dòng)噴淋系統(tǒng)應(yīng)對(duì)火災(zāi)，但自動(dòng)噴淋系統(tǒng)如果用于古建筑，管線大量敷設(shè)會(huì)破壞古建筑的原生態(tài)結(jié)構(gòu)，所以自動(dòng)噴淋系統(tǒng)不適用于古建筑。另一種應(yīng)用較為廣泛的消防設(shè)備是探火管式滅火系統(tǒng)，其通常安裝在變配電室、無人值守設(shè)備機(jī)柜內(nèi)、非文物陳列柜、儲(chǔ)存柜等狹小空間。其空間占用率較小，使用方便且不破壞古建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，比較適合古建筑使用。

(二)科學(xué)改造電氣線路

隨著古建筑逐漸開放為景區(qū)，為滿足光線要求，需要裝設(shè)大量照明設(shè)備。這類電氣線路一般在古建筑改造初期敷設(shè)，經(jīng)過多年風(fēng)吹日曬部分線路出現(xiàn)老化破損，一旦漏電會(huì)直接導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。故要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范改造電氣線路，確保電氣線路布置合規(guī)、合理、安全。要定期清理電氣線路所處環(huán)境的塵土、油垢等，及時(shí)更換出現(xiàn)老化、破損的電氣線路。配電線路應(yīng)穿金屬管保護(hù)，設(shè)備和管線宜明裝。要合理安裝熔斷器，同時(shí)為每個(gè)熔斷器安裝獨(dú)立的控制開關(guān)，以消除火災(zāi)隱患。古建筑中禁止裝設(shè)大功率且溫度過高的照明設(shè)備，照明光源宜使用冷光源，且燈具附件無高溫危險(xiǎn)，各種開關(guān)應(yīng)采用密閉型。

(三)設(shè)置敏感性合理的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)古建筑火災(zāi)情況最直接、最有效的設(shè)備。在古建筑中設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，要因地制宜，綜合考量多種影響因素。古建筑多為寺廟等功能性場(chǎng)所，部分長(zhǎng)期存在明火設(shè)施，普通溫度傳感器與光敏傳感器不適用于這種場(chǎng)所，宜使用纜式線型定溫火災(zāi)探測(cè)器。在大空間場(chǎng)所或需要隱蔽探測(cè)的場(chǎng)所，宜使用吸氣式感煙探測(cè)器。古建筑房頂一般存在坡度，室內(nèi)存在燃燒情況時(shí)煙霧與熱量會(huì)隨著坡度向上部聚集，影響火災(zāi)報(bào)警設(shè)備的敏感性。因此，宜沿著古建筑頂棚斜坡，在不同位置布置敏感性不同的探測(cè)器，確保探測(cè)器靈敏度一致。古建筑火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)要同時(shí)安裝主電源與備用電源，防止出現(xiàn)斷電造成探測(cè)器停止工作，線路要使用絕緣導(dǎo)線，加裝不燃保護(hù)套管，還應(yīng)合理規(guī)劃線路，避免出現(xiàn)冗余線路產(chǎn)生消防安全隱患。為防止其他建筑火災(zāi)引燃古建筑，要對(duì)古建筑周邊實(shí)施火災(zāi)監(jiān)測(cè)，宜采用圖像型火災(zāi)探測(cè)器，對(duì)火焰、溫度異常、可見煙霧進(jìn)行探測(cè)和報(bào)警。

(四)確保消防用水充足

古建筑高度和開闊度較大，使用一般滅火器很難及時(shí)控制火勢(shì)，必須保證消防水源充足。古人在設(shè)計(jì)古建筑時(shí)已經(jīng)充分考慮建筑與水源之間的關(guān)系，一般大型建筑周圍都會(huì)有充足水源。以故宮為例，該建筑群四周是著名的金水河，且每個(gè)建筑前都設(shè)置“太平缸”用以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的火災(zāi)。可借鑒這一理念，合理利用古建筑的地理位置，在大型水源附近修建消防取水站，在不破壞古建筑整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在古建筑周圍布置養(yǎng)魚水塘或假山噴泉。大部分古建筑周圍種植有大量綠植，可考慮在綠化帶的合適位置修建消防水池，底部與地下供水管道相連，裝設(shè)消防水泵連接消防用水管線，水泵的布置要便于消防救援人員直接利用古建筑內(nèi)部的水源實(shí)現(xiàn)滅火。相關(guān)市政部門要調(diào)整供水管網(wǎng)布局，確保消火栓能夠充足供水。設(shè)計(jì)消火栓系統(tǒng)時(shí)還需要計(jì)算壓力和流量情況，在寒冷地區(qū)還需要防止消火栓結(jié)冰，確保消火栓常年、穩(wěn)定供水。

(五)采取措施保護(hù)內(nèi)部文物

古建筑往往存有大量文物。對(duì)于遇火、遇水容易損壞的紙質(zhì)、泥質(zhì)、布質(zhì)文物要采用特殊的防火防水措施，設(shè)置敏感性合理的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，在文物外部安裝防火玻璃罩，阻隔火焰與文物接觸，考慮到這部分文物的脆弱性和珍貴性，宜使用干粉、二氧化碳滅火器進(jìn)行滅火。對(duì)于泥質(zhì)雕塑文物和建筑壁畫文物，可以在專門位置安裝防火卷簾，一旦探測(cè)器探測(cè)到溫度過高或者煙霧過大，防火卷簾自動(dòng)落下，降低火焰、煙霧對(duì)其的損傷。在紙質(zhì)和木質(zhì)文物附近，避免設(shè)置電氣線路，防止發(fā)生電氣故障引發(fā)火災(zāi)。