古建筑火災風險研究及對策

趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓基地，天津 300402)

古建筑火災風險研究及對策

趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓基地，天津 300402)

分析了古建筑火災的原因，繼而對火災風險進行了事故樹分析，提出了火災風險控制策略。最后對古建筑內的火災探測技術和火災撲救技術進行了分析比較，提出了無線火災報警系統和分布式光纖感溫探測系統以及細水霧滅火系統在古建筑內的適用性，為國內古建筑的消防保護提供參考。

古建筑；消防；火災風險；事故樹

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方面非常薄弱，因而在火災面前，古建筑是相當脆弱的。近年來，國內已發生多起重大的古建筑火災，造成了嚴重損失。張澤江[1]等對古建筑防火保護研究現狀進行了討論，列舉了古建筑消防保護的常用措施包括防火阻燃處理、防雷、自動噴淋和報警系統等。劉軍[2]研究分析認為古建筑耐火等級低、火災荷載大、起火原因復雜等是古建筑火災的主要特點，并認為消防設施不完備是古建筑的消防重大隱患之一。戴曉瑩[3]提出在古建筑中應選擇合適的消防設施，包括可以選用無線火災報警系統，設置消火栓系統、噴淋系統以及大空間智能滅火系統等。本文將在古建筑分類的基礎上對火災探測技術與滅火技術進行分析比較。

1 古建筑火災原因

建國前，我國古建筑起火多數是雷擊和戰爭引起的。建國后，一些古建筑被隨意改變其使用性質，火災時有發生，原因也大不相同。新中國成立50年(1949—2003)，我國共發生古建筑火災165起,其原因主要來自兩個方面[4-6]：(1)自然界的危害。雷擊是自然界給古建筑帶來的重要危害。雷電直接擊中古建筑則可能會引發火災，而雷擊古建筑周邊的建筑或林木等引發火災，也會間接威脅到古建筑的安全。(2)人為因素造成的災難。從歷年各種火災發生的原因來看，因為人為因素造成的火災，占火災總數90%以上，古建筑火災也大致如此。從建國以來的情況看，人為造成古建筑火災的原因主要是：用火不慎；電氣設備使用不當；電線陳舊老化、絕緣損壞、發生短路引起火災；吸煙、亂扔煙頭、火柴棒；縱火、玩火；宗教活動；管理和使用不善。除此以外，因外部的火災蔓延引發古建筑起火也應該引起高度重視。我國古建筑講究“曲徑通幽”，往往位于深山茂林之中，因此一旦古建筑周圍的森林發生火災，必將嚴重威脅到古建筑本身的安全[7-9]。

2 古建筑火災風險特征及分析

綜合以往古建筑火災事故特征及起因類型，建立事故樹，如圖1所示。該系統最小割集8個，最小徑集3個。從最小徑集來看，只要氧氣和可燃物這兩個基本事件不發生，就可以避免火災的發生。其次，點火源的7個基本事件都不發生，也可保證無火災的發生。由此可見，點火源是最關鍵的基本事件。然而，氧氣和可燃物這兩個因素是不可控的，所以保證點火源的基本事件都不發生是非常重要的。由古建筑火災事故樹可知，引起古建筑火災的主要原因有可燃物自燃、人為縱火、亂丟煙頭、電氣線路故障、香燭火災、炊事火災等。可燃物的種類與體量、點火源的位置及方式、消防防護技術與措施都決定著古建筑火災事故的嚴重程度。此外，古建筑整體消防安全規劃水平，消防配套設備與應急處理措施方案，以及監督和安全管理水平都是左右古建筑消防安全的關鍵性因素。

圖1 古建筑火災事故樹

3 古建筑火災風險控制策略

通過前文的分析，在古建筑中若能控制點火源，即盡早發現火災或者早期實現消防撲救，則可有效降低古建筑火災的發生概率。火災的及時發現和撲救需要配置適宜的消防報警設備和自動滅火系統，同時要提高相關人員的消防意識，配置足夠的消防器材，暢通消防通道，合理劃分防火分區。本文對消防管理及防火分區劃分不展開討論，重點討論通過合理設置火災探測與撲救設施，實現古建筑火災風險控制。古建筑往往群體布局，單體建筑多而且差異較大，消防設計各異，因此在進行火災探測與撲救設施的設計與安裝時，需因地制宜。

3.1 火災探測技術比較分析與選型

古建筑材料的不同要求對其監測手段也不盡相同。傳統木結構古建筑本身有很多優點，如抗震性能好，材料來源廣泛，施工速度快等。但是，木結構古建筑也存在很多弊病，如容易被雨水腐蝕、白蟻侵蝕，容易發生火災等。木質結構建筑的這些特點，首先要求監測手段必須要防火、防雷擊，其次監測中所用到的傳感器件不能具有腐蝕性，最后監測的本身盡量避免給木結構建筑施加過大的額外荷載。另一類是磚石砌體建筑，長期以來，由于外部環境的改變、風雨的剝蝕以及戰爭和現代旅游業等社會因素干擾，絕大多數古建筑的砌體中都有空鼓、裂縫、傾斜和酥堿等發生，并正逐步吞噬著古建筑的穩定。因此，對磚石砌體古建筑的監測尤為重要，磚石結構的監測既要準確反映出結構體的變形情況，又不能損毀古建筑本身所攜帶的歷史文化信息，這就要求監測傳感器在不破壞古建筑的情況下，實現與結構體的有效配合。

《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116—2013)對火災探測器的選擇做了以下一般規定：(1)對火災初期有陰燃階段，產生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場所，應選擇感煙探測器；(2)對火災發展迅速，可產生大量的熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器或其組合；(3)對火災發展迅速，有強烈的火焰輻射和少量的煙、熱的場所，可選擇火焰探測器；(4)對火災形成特性不可預料的場所，可根據模擬試驗的結果選擇探測器。古建筑幾種常見的火災探測器見表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構。《建筑設計防火規范》(GB 50016—2014，以下簡稱《建規》)明確規定：“總建筑面積大于1 500 m2的木結構公共建筑應設置火災自動報警系統，木結構住宅建筑內應設置火災探測與報警裝置。”

目前，消防報警系統大多采用有線方式傳輸線路進行連接，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，工序更是極為麻煩。而且在布線時，如果走明線，則會影響古建筑的外觀風格；如果走暗線，則會破壞古建筑內部結構，均不利于古建筑的保護。

3.1.1 無線火災報警系統

無線火災報警系統是近幾年來在國外發展起來的新型火災報警系統，它是利用無線火災探測裝置發出火警信號，并記錄發出信號的地點和時間的火災自動報警設備。無線火災報警系統由無線火災探測裝置及無線火災報警控制器組成。無線火災探測裝置主要由火災探測器、無線發射機組成，當在探測范圍內發生火災時，探測裝置將產生信號，進而啟動發射機，在規定時間內發出報警信號，無線火災報警控制器在接收到報警信號后能實現火災和探測裝置故障的聲光報警功能。

表1 古建筑火災探測器比較

由于無線火災報警系統安裝快捷，施工時對建筑物本身的構造沒有大的傷害，在許多場合，特別是古建筑中非常適用，它設置的靈活性是有線報警系統不可比擬的。無線火災報警系統與傳統有線系統的主要硬件成分幾乎是一致的，包括控制器、感煙或感溫探測裝置及發聲器等。無線火災報警系統與傳統的有線系統的比較見表2。無線火災報警系統的探測器安裝位置與有線系統一致，甚至可以安裝在有線系統不易布線到達的位置。無線信號的傳輸距離有限，當火災報警探測器與無線火災報警控制器之間距離過遠時，則需要一個甚至多個無線中繼器進行轉接。火災報警系統還應配置手動報警按鈕，以便在人員發現火災的早期進行報警。

3.1.2 分布式光纖感溫探測系統

在古建筑中的一些重要保護場所需要進行全方位立體的保護，火災探測器需要密集敷設在整個場所內，此時就需要應用線型火災探測器。線型火災探測器包括感溫電纜、光纖光柵感溫探測器以及分布式光纖感溫探測器。感溫電纜由于自身帶電，具有電氣火災隱患，所以在重要場所已少有使用；光纖光柵感溫探測器因探測器鋪設點較多，工程施工過程中需熔接點數多，施工及維護難度和成本較大，因而應用也受到一定限制。分布式光纖感溫探測器則是一種連續性測溫系統，可以實時監測溫度，并可根據溫度變化發出報警，是目前先進的線型感溫報警技術。分布式光纖感溫探測器還具有以下優點：非電傳感，本質安全；絕緣性好，抗電磁干擾；精度高，能遠距離傳感；尺寸小，重量輕；壽命長，長期可靠性好。分布式光纖感溫探測器在古建筑內敷設時可沿著可燃物(如木制橫梁、柱等)表面敷設，并可實現沿橫梁、支柱，再到屋內桌椅臺面、地板等的立體敷設方式。一套分布式光纖感溫探測器可敷設超過30 km，并可定位溫度變化位置，通過軟件設置就可以實現古建筑的立體溫度監測。

表2 無線與有線火災報警系統對比

3.2 火災撲救技術比較分析

我國現行的《建筑設計防火規范》規定，國家級文物保護單位的重點磚木或木結構建筑，應設置閉式自動噴水滅火系統。然而，傳統的自動噴水滅火系統安裝在古建筑中都存在著不同程度的缺陷。(1)水噴淋滅火系統是最常見的自動噴水滅火系統，它通過噴灑大量水來冷卻火場并最終滅火。優點是系統可靠，造價低；缺點主要是用水量較大，需要有充足的水源。在普通無重要保護文物的場所可選用水噴淋滅火系統，且宜選擇大流量噴頭或快速響應噴頭。而在古建筑中應用時也需要考慮是否會對保護區域內的重要文物、展品等造成水漬損害，在對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甚至更小的細小水霧滴，噴向保護對象，達到滅火或防護冷卻的目的。水噴霧滅火系統主要用于露天設備火災及電氣火災，它造價較水噴淋滅火系統要高，而在古建筑中使用時也會造成水漬損害，因此某些場所并不適用。(3)水幕系統分為防護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，在具備條件時，在古建筑中的一些重要部位可設置水幕系統。(4)細水霧滅火系統是由一個或多個細水霧噴頭、供水管網、加壓供水設備和相關控制裝置等組成，能在火災發生時向保護對象，或在空間噴放細水霧并撲滅、抑制及控制火災的自動滅火系統。細水霧滅火系統的滅火效能高，反應速度快，還有一定的穿透性，可以解決全淹沒和遮擋的問題，還可防止火災的復燃。細水霧不會對環境及保護對象造成危害。細水霧滅火系統可局部應用，獨立地保護古建筑某一部分，也可作為全淹沒系統，保護整個空間，尤其可用于水源匱乏的地區及部分禁止用水的場所。細水霧滅火系統管道管徑較小、節省管材，工程造價低，安裝、維護簡便，安裝時隱蔽性強，能很好地維護古建筑的整體景觀，符合古建筑保護要求。

4 結論

本文詳細分析了國內古建筑火災的主要原因，并利用事故樹分析法對古建筑火災風險進行了分析，進而提出了風險控制基本策略。根據古建筑的特點以及古建筑火災的特點，結合相關規范要求，對比了各類適合于古建筑的火災探測器，探討了幾類自動噴水滅火系統在古建筑中的適用性，為古建筑的消防整體保護提供參考。本文認為，無線火災報警系統和分布式光纖感溫探測系統是非常適合保護古建筑的火災探測器，而細水霧滅火系統則是非常適合古建筑的自動噴水滅火系統。

[1] 張澤江,覃文清,蘭彬,等.古建筑防火保護研究現狀[J].消防技術與產品信息,2007,(2):52-54.

[2] 劉軍.古建筑火災特點與消防安全管理[J].消防技術與產品信息,2012,(3):11-12.

[3] 戴曉瑩.古建筑消防保護技術與消防設施選擇[J].消防技術與產品信息,2013,(5):13-15.

[4] 何志華.古建筑消防安全現狀分析[J].中國新技術新產品,2014,(2下).

[5] 杜永霞.古建筑消防安全特性及防火對策[J].安防科技,2006,(8):51-52，34.

[6] 李引擎,劉文利,等.日本古建筑火災預防對策綜述[J].武警學院學報,2004,(S0):4-7.

[7] 劉天生,陳寶勝.用現代技術構建古建筑防火安全的雙重保護體系[J].武警學院學報,2004,(8):88-90.

[8] 霍然,胡源,李元洲.建筑火災安全工程導論[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1999.

[9] 史月英,郭潞梅.淺談古建筑中滅火器的配置與維護[J].武警學院學報,2004,(S0):19-22.

(責任編輯 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，高級講師； 王文偉(1984— )，男，湖南衡陽人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0064-04