論木構(gòu)古建筑防火保護(hù)技術(shù)

丁艷艷

摘 要 由于木構(gòu)古建筑自身耐火等級低，火災(zāi)載荷較大，撲救相對困難的特性，火災(zāi)已是威脅木構(gòu)古建筑安全的最大的災(zāi)害之一。木質(zhì)古建筑火災(zāi)的特點(diǎn)概括起來是“三易四難”。為了更好地保護(hù)木構(gòu)古建筑，免受火災(zāi)的威脅，本文從避雷防雷、木材阻燃、火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和滅火技術(shù)等四個方面，探討木構(gòu)古建筑防火保護(hù)技術(shù)。

關(guān)鍵詞 木構(gòu)古建筑 防火保護(hù) 技術(shù)

中圖分類號：TU998.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

On the Old Wooden Building Fire Protection Technology

DING Yanyan

（Jiyuan City Heritage Task Force， Jiyuan， He'nan 454650）

Abstract Since ancient wooden building itself refractory low-grade， large fire load， the relative difficulty of fighting properties， the fire threat is one of the ancient wooden buildings of the biggest safety hazards. Features of wooden ancient building fires can be summed up as "Three easy points and four difficult points". In order to better protect the ancient wooden buildings from the threat of fire， lightning， and this article from four aspects， wood fire-retardant， fire detection and fire alarm systems technology， explore ancient wooden building fire protection technology.

Key words ancient wooden building； fire protection； technology

木構(gòu)古建筑耐火等級低，火災(zāi)載荷較大，撲救相對困難，火災(zāi)已是威脅木構(gòu)古建筑安全的最大的災(zāi)害之一。木質(zhì)古建筑火災(zāi)的特點(diǎn)是“三易四難”，①概括起來就是：易發(fā)生火災(zāi)，易形成“火燒連營”，易造成重大損失和影響；初起火災(zāi)撲救難，消防車到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場難，有效控制火勢難，滅火用水保障難。為了更好地保護(hù)木構(gòu)古建筑，免受火災(zāi)的威脅，本文探討了木構(gòu)古建筑防火保護(hù)技術(shù)，并分析了各類防火技術(shù)的優(yōu)劣。

1 避雷防雷

木構(gòu)古建筑多分布在地勢較高的區(qū)域，極易遭到雷擊，如山西稷山縣大佛寺大殿、應(yīng)縣木塔、清東陵順治陵前的門樓等，都曾被雷電襲擊，造成不同程度的損壞。其實(shí)古人已經(jīng)認(rèn)識到雷電對金屬、草木和皮革能產(chǎn)生不同效果，從而得出結(jié)論是，不同的物質(zhì)雷擊時引起的電流和溫升是極不相同的。但是，中國古代建筑所采用的避雷防雷措施，不是今天常見的避雷針，而是通過絕緣的方法進(jìn)行避雷。②值得一提的是，古人在古建筑選址的過程中，已經(jīng)注意到地形的自然消雷效果。五臺山古建筑在近2000年的歷史中，極少遭受雷擊，正是因為此地區(qū)具有較強(qiáng)的自然消雷能力和古建筑的良好絕緣性。③

古人的絕緣防雷方法的普遍使用，造成了現(xiàn)存的許多木構(gòu)古建筑屋頂沒有做引下和接地，一旦遭受雷擊，極易引起火災(zāi)，釀成嚴(yán)重的損失。古建筑的防雷可以借用現(xiàn)在的民用建筑防雷技術(shù)，加以改良進(jìn)行應(yīng)用。目前的建筑施工領(lǐng)域，已經(jīng)形成一套成熟的防雷綜合系統(tǒng)措施，分為外部防雷裝置、內(nèi)部防雷裝置和防雷擊電磁脈沖系統(tǒng)。④外部和內(nèi)部防雷裝置方便且易于布置，適合所有的木構(gòu)古建筑，開封延慶觀玉皇閣⑤就采用了這種現(xiàn)代防雷技術(shù)，有效地降低了遭受雷擊的風(fēng)險，確保文物本體的安全。

2 木材阻燃

木材因具有可再生、質(zhì)量輕、彈性好、耐沖擊、易加工等優(yōu)點(diǎn)，很多古建筑的主要構(gòu)件，尤其是木梁和木柱等支撐構(gòu)件，所采用的多為常年生的松、柏等油質(zhì)的木材。經(jīng)常年的風(fēng)干非常干燥，多數(shù)表面涂有油漆，非常容易燃燒。木材含水量很低，在極度干燥的季節(jié)，朽木遇氧會引起自燃。

木材阻燃的處理技術(shù)主要有物理方法和化學(xué)方法兩種。⑥物理方法就是在木材表面覆以水泥、石膏、玻璃纖維等難燃或不燃的材料，用難燃的覆面材料隔斷空氣，具有良好的阻燃效果。這種方法雖然有效，但嚴(yán)重影響了古建筑的藝術(shù)和歷史價值，還會對古建筑造成不可預(yù)計的損害，不適用于古建筑木材的阻燃。化學(xué)方法是在木材中涂抹或注入化學(xué)阻燃劑。木材阻燃劑是能幫助木材難燃的一種化學(xué)物質(zhì)，可分為無機(jī)阻燃劑、有機(jī)阻燃劑、樹脂型阻燃劑、反應(yīng)性阻燃劑及其他類型阻燃劑等五類。這幾種阻燃劑各有優(yōu)劣，無機(jī)阻燃劑成本低，生產(chǎn)方法簡單，但有明顯的吸濕性；有機(jī)阻燃劑具有良好的阻燃性，抗潮且耐浸出，易被木材吸收，增加木材強(qiáng)度，而不對木材性能產(chǎn)生負(fù)面影響，阻燃性能持久；樹脂型阻燃劑處于發(fā)展階段，其代表試劑為三聚氰胺；反應(yīng)型阻燃劑是利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行阻燃，目前處于研究階段，技術(shù)不夠成熟。從以上的分析可以看出，有機(jī)阻燃劑優(yōu)勢明顯，技術(shù)相對成熟，其中的FRW是一種新型的阻燃劑，不僅具有優(yōu)異的阻燃、防腐的作用，而且吸濕性弱，處理后的木材不變色，無毒，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該是古建筑木材阻燃處理中最有效的阻燃劑之一。選擇阻燃劑兩個重要的參數(shù)就是阻燃的有效性，以及盡量減少對外界環(huán)境有可能造成的污染。

木材阻燃的處理工藝有深層處理、表面處理以及新技術(shù)的處理。深層處理就是通過一定手段把阻燃劑浸注到整個木材中，一般采用浸漬法和浸注法。表面處理即在木材表面涂抹或噴淋阻燃物質(zhì)，木材的表面可以涂抹防火材料，形成阻火膜，降低木材表面的燃燒性能，防止火焰的迅速蔓延。新技術(shù)的處理為使用微處理和超聲波輻射浸漬組合的方法強(qiáng)化阻燃劑浸漬，讓阻燃劑分布深入且均勻。⑦這三種處理工藝中表面處理易于操作，比較適用于古建筑，新技術(shù)的應(yīng)用是否會對木材產(chǎn)生不良影響，目前還存有疑問，不易貿(mào)然使用于古建筑木材的阻燃處理中。endprint

我們認(rèn)為，理想化的木材阻燃處理是，阻燃性能好，無毒無污染，低毒無刺激性，不使材質(zhì)劣化，不促進(jìn)腐朽和蟲害，不影響后加工性能，材料具有可逆性，處理容易，來源廣泛等，這也是古建筑木材阻燃技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。但是，不論采用何種方法，選擇的試劑必須是綠色無害的，而且是可逆的材料，還要尊重古建筑的整體風(fēng)格和風(fēng)俗。

3 火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用于古建筑，能夠及時準(zhǔn)確地探測并報告火情，通過迅速采用有效的措施，最大限度地減少損失。其基本功能是對火災(zāi)參量，如煙、氣、熱、光等，做出有效響應(yīng)。多數(shù)古建筑很早就應(yīng)用火災(zāi)自動預(yù)警系統(tǒng)，但是多采用的是有線網(wǎng)絡(luò)的方式，通過各種線路把監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心相互連接，其線路需要布在建筑內(nèi)，會出現(xiàn)破壞建筑的行為。隨著科技的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟，它的工作原理是，采用短距離無線低功率通信技術(shù)和低功耗的微傳感器，由分布在監(jiān)測區(qū)內(nèi)的許多微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，其實(shí)就是一個低速無線局域網(wǎng)，通過無線通信方式形成自組織、多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)應(yīng)用形式更加靈活，安裝比較方便快捷，成本低廉，適合不同結(jié)構(gòu)和布局的古建筑。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、基站、火災(zāi)警報器及監(jiān)控中心等部分組成，⑧其優(yōu)點(diǎn)在于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)短時間內(nèi)自動組網(wǎng)，從而節(jié)省人力資源，多個傳感器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合及算法實(shí)現(xiàn)精確的監(jiān)測，排除人為因素的主觀影響，比較適合于古建筑的早期探測。但是，在布置無線火災(zāi)探測器的過程中，應(yīng)當(dāng)注意防止網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)，保證監(jiān)控系統(tǒng)能覆蓋整個古建筑群。

現(xiàn)在常用的火災(zāi)探測技術(shù)多為根據(jù)某種單一的火災(zāi)探測器所采集的火災(zāi)探測信號，其缺點(diǎn)在于靈敏度固定，探測參數(shù)單一，誤報率較高等。因此，最好采用多探測器多參數(shù)的火災(zāi)探測系統(tǒng)，能夠全面捕捉古建筑火災(zāi)信息。其中有學(xué)者將多變量統(tǒng)計過程監(jiān)控方法應(yīng)用到火災(zāi)自動探測算法中，⑨利用火災(zāi)和非火災(zāi)條件下的歷史火災(zāi)參數(shù)信息，建立火災(zāi)統(tǒng)計監(jiān)控模型對火災(zāi)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，有效地提高了古建筑火災(zāi)監(jiān)控的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。而對于歷史價值較高的古建筑，在條件允許的情況下，可以選擇靈敏度較高的抽吸式早期煙霧報警系統(tǒng)或線型光纖感溫探測器等先進(jìn)的探測技術(shù)。⑩

4 滅火技術(shù)

古建筑的滅火首要考慮是保護(hù)文物和古建筑，因此選擇滅火技術(shù)不僅需要考慮滅火的性能，還有衡量滅火產(chǎn)生的后果。自動水噴淋滅火系統(tǒng)是公認(rèn)的最為有效的自救滅火設(shè)施，其應(yīng)用廣、用量大且造價低廉。火災(zāi)一旦發(fā)生，噴淋系統(tǒng)會自動觸發(fā)噴灑冷水，可以在古建筑起火的初期進(jìn)行有效控制火勢的發(fā)展，將損失降至最低。但是這種自動水噴淋滅火系統(tǒng)需要充足的消防水源，還要進(jìn)行防凍等技術(shù)處理，并且受到建筑面積和高度的限制，其官網(wǎng)結(jié)構(gòu)甚至可能對古建筑造成破壞，難以推廣于古建筑防火領(lǐng)域。

如今出現(xiàn)了一些新的控火、滅火系統(tǒng)，如注氮控氧防火系統(tǒng)、中壓單流體細(xì)水霧系統(tǒng)和PyroGen滅火系統(tǒng)等。注氮控氧防火系統(tǒng)是近年來研制開發(fā)的防火系統(tǒng)，通過供氮裝置將空氣中氧、氮分離，向防護(hù)區(qū)供氮，有效地全程控制火災(zāi)。其安全性能高，不用水和化學(xué)滅火劑，但對防護(hù)區(qū)的氣密性能要求很高。中壓單流體細(xì)水霧系統(tǒng)具有氣體滅火和水滅火雙重優(yōu)點(diǎn)，減少了耗水量，可以代替噴淋滅火系統(tǒng)。PyroGen滅火系統(tǒng)主要是使用氣態(tài)滅火劑進(jìn)行滅火，其工作效率高、成本低、無污染、構(gòu)造簡單、安裝方便、后期維護(hù)少。木構(gòu)古建筑可以根據(jù)自身的特點(diǎn)，選擇這幾種滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火。

總之，現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，為木構(gòu)古建筑防火保護(hù)技術(shù)提供了技術(shù)支持，但是我們應(yīng)該認(rèn)識到很多的技術(shù)仍不成熟和完善。因此，在選擇古建筑防火保護(hù)新技術(shù)時，要注意以下幾點(diǎn)：首先，古建筑是文物，新技術(shù)的使用不能破壞古建筑。若準(zhǔn)備采用一些不夠成熟的技術(shù)和方法，可以進(jìn)行實(shí)驗后再使用在古建筑上。其次，古建筑防火保護(hù)處理的方式，應(yīng)優(yōu)先考慮物理和機(jī)械方法，盡量少用化學(xué)方法和試劑。再次，鑒于科技的飛速發(fā)展，古建筑防火保護(hù)使用的技術(shù)應(yīng)具有更新升級的空間。

注釋

① 畢興權(quán).談古建筑火災(zāi)特點(diǎn)及撲救措施.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2005（1）.

② 高策等.從山西省五臺山古建筑看我國古代避雷措施（一）.山西大學(xué)學(xué)報，1986（4）.

③ 楊型健，高策.自然消雷與五臺山古建筑避雷.古建園林技術(shù)，1993（3）.

④ 段鵬飛.民用建筑防雷技術(shù)分析與探討.山西建筑，2013（13）.

⑤ 趙康康.現(xiàn)代防雷技術(shù)在延慶觀玉皇閣的應(yīng)用.青春歲月，2013（5）.

⑥ 姚芳.木質(zhì)材料阻燃技術(shù)研究的現(xiàn)狀與趨勢.廣東科技，2013（2）.

⑦ 李曉東等.超聲波技術(shù)在木材阻燃浸漬處理過程中的應(yīng)用.福建林業(yè)科技，2006（1）.

⑧ 劉士興等.古建筑火災(zāi)無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的研究.消防科學(xué)與技術(shù)，2008（4）.

⑨ 王鶴壽等.多變量統(tǒng)計過程控制方法在火災(zāi)自動探測中的應(yīng)用.消防科學(xué)與技術(shù)，2008（4）.

⑩ 徐彤等.現(xiàn)代防火技術(shù)在古建筑火災(zāi)預(yù)防中的作用.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2004（12）.endprint