古建筑防火技術分析

劉禮，程希瑩，周玉佳，馮勝陽，魯蘇祥 （安徽科技學院建筑學院，安徽 蚌埠 233000）

1 引言

古建筑是人類文化歷史上的一份瑰寶，它們不僅是我國勞動人民物質和精神的財富代表，同時還有著極高的社會價值、藝術價值和歷史價值。在古代，由于受到建造技術和建造材料的限制，加上木材具有材質輕盈、較好的抗壓和抗拉性能且具有結構方面的功能，這讓木材成為古建筑主要的建造材料，并得到了廣泛的應用。木材本身就具有易燃的特性，這也給古建筑帶來了防火方面的問題。許多古建筑經歷了上百年甚至上千年風雨的洗禮，其中以木材為主的承重結構和諸多構件也變得易燃起來，如果發生了火災，其帶來的損失將是難以彌補和想象的。因此，對古建筑進行相關的科技防護工作，確保古建筑自身安全，已然是刻不容緩了。

2 古建筑火災事件教訓

2019年1月31日，福建省建甌市步月橋上發生一場大火，其燃燒面積高達645m，該橋的整體結構基本被燒毀，該橋于明正德十四年建成，全橋采用了上等杉木建造而成，橋身設計十分獨特，在橋身竟找不到一個螺絲釘，令人痛惜的是，它還差一年就“500歲”了。2019年4月16日，巴黎圣母院發生了一場大火，此場大火是歷史中記載的最嚴重的一場火災。此教堂的頂部因采用木質結構，故而全部被焚燒毀，僅留下石質的斷壁殘垣。令人痛惜，這座屬于世界人民的藝術瑰寶給我們敲響了鳴鐘，提醒和督促著我們對古建筑防火問題的思考和防火技術的研究與探索。這些古建筑頂部均以木結構為主，也代表了絕大多數古建筑的結構形式，這樣的結構形式在大火面前顯得如此的脆弱，可見，以木結構為主的古建筑的防火是一件不容樂觀的事情。痛定思痛，中國作為文明古國，也有很多數百年的古建筑，尤其是中國古代建筑多以木結構為主，巴黎圣母院底部樓層為石制，頂端為木質，而中國古建筑很多通體都是木質結構，這對我們保護古跡提出了更高的要求。

3 古建筑火災的特點

3.1 年代久遠、耐火等級較差，易燃

據相關史料記載，我國最早的木結構古建筑是位于山西五臺山的南禪寺，其始建年代不詳，重建于唐建中三年（公元782年），距今已有100多年的歷史，最近的也約有百年歷史。這些古建筑經歷了無數風雨的洗禮，部分古建筑構件的耐火性能比較低，極易引起火災。房屋密集，防火間距不足，防火分區不明確，加上傳統的古建筑群密度較高，呈聚集態分布，建筑與建筑之間的防火間距也不符合目前的規范要求，當火災發生時，因消防車無法進入指定滅火點，最終耽誤了最佳的滅火時機，給消防工作者帶來了巨大的不便。

3.2 古建筑旅游開發過度，火災隱患大，保護力度不足

近年來由于旅游的發展，在對土地進行開發的過程中需對古建筑物周圍的民用建筑改建為飯店、旅館。因此，明火使用的頻率將大大增加，同時也對古建筑的保護工作增加了一定的難度。

3.3 誘火因素多，火災預防難度大

由于受到自然環境與社會環境等條件的影響，電線老化、雷擊和生產生活用火等都會引發火災。古建筑起火原因是十分復雜的，且難防難測。1957年7月31日，北京十三陵長陵恩殿遭受雷擊，從而引發火災；2004年6月20日，北京西城區護國寺西配殿失火。據調查，該火災發生的原因是街道委員會將大殿承包給個體戶經營，使得變電箱走火最終引發火災。由此可知，引起古建筑發生火災的因素有很多，預防十分困難。

下圖為2008-2018年我國古建筑火災事故發生原因統計分析圖，其原因大致可歸納為以下幾類：人為因素、電器因素、自然因素及其他因素等四類。

2008-2018年我國古建筑火災事故發生原因統計分析圖

4 古建筑防火技術的實踐探索

4.1 使用新型的防火材料

在使用防火涂料對古建筑進行保護時，通常會采用飾面型防火涂料，在古建筑的某些特殊結構中，需要用透明防火涂料，也被稱為防火清漆。該涂料不會影響建筑的外貌特征，但因生產和加工難度大，目前國內正式使用的并不多。此外，還可以使用膨脹型防火涂料。當火災發生時，涂料會遇熱融化，形成一種海綿狀或蜂窩狀的碳化層附著在古建筑的表面，有效地減少了古建筑與火的接觸面積，降低古建筑燃燒的概率。

4.2 建立完善的噴水和滅火系統

對于多數古建筑而言，由于有年久未修的構件，可將這些構件換成新防火材料，其外觀還是按照原來的設計，做成仿古建筑的構件。內部做成空心狀，外部做成仿木紋，邊緣預留細水霧化管道，將具有自動噴淋功能的管線從預留的通道傳入，而一些較大的管道，為了不影響美觀，可架設在檁條的上部，在其上設置細水霧化噴頭。

4.3 完善避雷設施

因雷擊等自然因素引起的火災在整個木構件建筑火災中所占據了一定的比重。在山區的一些地方，由于地勢原因，古建筑遭遇雷擊的可能性更大，因此需要對古建筑裝備一些避雷設施，在配備設施時需要注意六項原則：合理布線，接地效果、屏蔽效果、接閃效果、分流影響、均衡電位。

4.4 設置古建筑自動防火報警裝置系統

當古建筑起火時，倘若設置的電路參數超過預定的報警值時，該防火系統就會發出警報，相關人員根據此可快速找出火災所在的位置。如今，建筑電氣報警系統采用的是原先RS-485總線與Jen Net無線通信技術相結合的方法，該方法十分適合監測古建筑的電火災。

4.5 使用防火墻并合理布置防火間距

古建筑之間的防火間距受限，倘若發生火災，勢必會威脅到周邊建筑的安全，因此，在改造和維修古建筑的過程中，一定要預留足夠的防火間距。特殊情況下也可以采用防火山墻、防火隔離墻和封火檐等圍護結構，整體上形成了一種防火分區，并且該分區由街巷和庭院分隔而成，當火災發生時很大程度上可遏制火勢的蔓延，以避免“火燒連營”的慘劇發生。

4.6 采用Pyrogen滅火系統

Pyro Gen是“pyrotechnically generated fire extinguishing aerosol system”（高溫氣溶膠滅火系統）的簡稱，該系統的工作原理較為特殊，當該制劑被點燃時會產生一種效果極佳的固體煙霧顆粒懸浮在空中，并且會通過另一種化學冷卻劑噴射出來，從而促使該化學制冷劑發生強烈的吸熱分解反應，吸熱速率每秒高達400℃。這種強烈的吸熱反應會使得煙霧劑在幾秒內迅速釋放，并均勻地分布在空中。PyroGen滅火劑的作用機理是會發生一些物理吸熱的反應。其優點如下：

①吸熱的分解反應 KHCO3(固)=KCO3(固)+CO(氣)+HO(氣)、吸熱的形態變化 KCO3(固)KCO3(液)KCO3(氣)，產生的煙霧會稀釋燃燒區域周圍氧氣的濃度；

②PyroGen是氣態藥劑，對環境幾乎沒影響、滅火效果好、成本低；

③安裝簡單，適用范圍廣；

④結構簡單、后期維修難度小。

5 結語

本文以現實生活中的古建筑防火消防問題為切入點，結合著古建筑的結構特征，討論了古建筑火災發生的成因及其對策。為了更好地保護古建筑，免受火災的威脅，文章中分別從防火材料的使用、防火噴水系統的運用、設置避雷設施、安裝防火報警系統、合理布置防火墻和確定防火間距以及對Pyrogen滅火系統的采用這幾個方面進行了防火技術的研究與探討，用一系列主動與被動相結合的防火措施，對古建筑的防火問題進行預防排查和消滅解除，維護古建筑安全。除此之外，人們也應該提高古建筑保護意識，任何時候都應該不遺余力地保護古建筑，將中華民族這一優秀瑰寶世世代代傳承下去。