古建筑消防安全設計難點及對策

金 倩

北京市西城區消防救援支隊，北京 100035

一、引言

我國歷經上下五千年悠久歷史，積累了豐富的文化、歷史、技術內涵，其中傳統木質結構便是具有地域文化特色的代表之一[1]。我國古建筑多為木質榫卯結構，這種結構穩定性較高，且不易受地震、沉降等地質變化影響，因此經過千百年時光，保留至今。當今，完整保存下來的古建筑大多成為全國重點文物保護單位，開放為旅游參觀景區，便于民眾參觀并了解古建筑。然而，這種改造開發及對外開放，也為木質結構古建筑帶來諸多火災隱患[2]。由于建造年代較為久遠，古建筑木質結構大多受到腐蝕，缺乏水分易于燃燒，大量游客的涌入增加了古建筑發生火災的風險，增加了古建筑消防保護工作的難度。近年來，國內發生多起古建筑火災事故(見表1)，造成嚴重損失。為此，相關古建筑消防模擬方法引起學者廣泛關注。李志軍等[3]基于FRAME法對云南某古城消防安全風險開展深入研究，結合現場調研情況綜合認定其火災風險，并分析原因，提出相應整改意見。袁春燕等[4]為探明磚木結構古建筑火災蔓延規律，以中國典型磚木結構三原城隍廟為實例，通過BIM進行模擬分析，研究發現熱浮力作用導致火焰向上蔓延至屋面，屋面位置溫度最高，上部結構危險性更大。

表1 近年來古建筑火災事故

古建筑是重要的歷史文化遺產，是國家文明的重要標志，是全人類共同的寶貴財富。為進一步保護古建筑消防安全，本文從古建筑特點出發，分析消防安全設計難點，進而確定消防安全設計對策，以期為古建筑消防安全設計提供參考。

二、古建筑的特點

(一)布局方式復雜

古建筑通常使用土木結構構建，搭建方式與布局設計較為靈活，既能營造出豐富的空間結構，又能展現出古代特有的藝術價值。我國傳統古建筑通常選擇分層均衡法設計整體平面格局，對稱設計布局，除建筑主體外還會在建筑外部嵌套多個庭院，體現出我國傳統文化中的含蓄美與結構美[5-6]。但這種復雜的建筑布局方式會增加消防安全設計難度。

(二)建筑結構標準化

通過分析北京多處木質結構古建筑，發現古代工匠往往將單體建筑組合成建筑群。古建筑基礎搭建完成后在其上構建木質骨架，屋頂結構也使用木質框架建造梁柱結構，再輔助瓦片等材料[7]。分析發現，古建筑建造形式以歷史年代劃分，不同歷史時期均有統一的建筑風格，所以設計不同年代古建筑的消防安全系統時[8-9]，可借鑒建筑風格，制定出針對性的整體消防安全設計策略，以降低設計成本。

(三)材料使用基本一致

古建筑以土木結構為主，建造過程中通常選擇附近的木材原料。研究發現，古建筑結構中所使用原料與當地氣候環境、植被生長有密切關系，一片區域中的古建筑在相同年代用料選取基本一致。因此，進行消防安全設計時，相同區域相同年代的古建筑具有參考性。

三、古建筑消防安全設計難點

(一)材料特殊性導致耐火等級低

古建筑的建筑材料主要為木材，一旦遇到火災將會導致古建筑整體陷入火海之中。古建筑經歷長時間風吹日曬，彩繪裝飾等結構幾乎完全脫落，阻燃材料幾乎完全不存在。木材原料失去水分，在干燥環境下極易發生火災，而且建筑結構存在諸多拼接、疏松構件，容易傳導火源，加快燃燒速度[10]。現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，木材燃燒還會產生大量煙霧。如果古建筑中超過40 g木材被引燃，那么整棟建筑都會處于煙霧之中，影響滅火視線，消防救援人員為保護古建筑不能強制拆除建筑結構，所以古建筑消防安全設計難度大[11-13]。

(二)環境與電氣設備布置不當易引發火災

受到現實環境影響，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為寺廟，受到功能限制，室內懸掛大量布料、紙制品等，蠟燭、燈油等火源會24小時持續燃燒，極易造成寺廟古建筑發生火災事故[14]。有研究表明，電氣設備與線路敷設不當是造成古建筑發生火災的直接原因。隨著民眾對傳統文化重視程度不斷提升，政府大力開發古建筑及周邊環境，為給周邊居民帶來良好生活環境，同時增加古建筑觀賞性，相關單位在古建筑上敷設大量電氣線路和照明設備。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計要求，易引發火災事故。

(三)消防安全意識薄弱增加火災隱患

現存古建筑大都被列入消防安全重點單位，但是因為文化傳承與文化宣傳需求，部分古建筑對外開放且允許參觀。古建筑與傳統文化對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，相關管理工作很難兼顧全部游客，部分消防安全意識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，嚴重威脅古建筑的安全[15]。

(四)水源儲備不足難以及時滅火

現存古建筑通常遠離城市中心，地理位置較為偏遠，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域沒有布置消火栓，可用消防水源稀缺，已有消防設備較為落后，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生火災，不但不能使用已有消防設施展開撲救，外部消防救援力量也難以及時抵達，易錯失滅火黃金時間，將會造成嚴重后果。表1中的古建筑火災發生最初并不嚴重，但由于沒有設置合理的消防設施，可用于滅火的水源有限，受到交通條件的限制，消防車進入困難，導致錯過滅火最佳時機。

四、古建筑消防安全設計策略

(一)合理選取消防設施

古建筑結構與材質具有特殊性，在進行消防安全設計時，首先要考慮古建筑結構特性不被破壞，其次還要考慮古建筑的使用特性。普通建筑通常安裝自動噴淋系統應對火災，但自動噴淋系統如果用于古建筑，管線大量敷設會破壞古建筑的原生態結構，所以自動噴淋系統不適用于古建筑。另一種應用較為廣泛的消防設備是探火管式滅火系統，其通常安裝在變配電室、無人值守設備機柜內、非文物陳列柜、儲存柜等狹小空間。其空間占用率較小，使用方便且不破壞古建筑的基礎結構，比較適合古建筑使用。

(二)科學改造電氣線路

隨著古建筑逐漸開放為景區，為滿足光線要求，需要裝設大量照明設備。這類電氣線路一般在古建筑改造初期敷設，經過多年風吹日曬部分線路出現老化破損，一旦漏電會直接導致火災發生。故要嚴格按照相關技術標準和規范改造電氣線路，確保電氣線路布置合規、合理、安全。要定期清理電氣線路所處環境的塵土、油垢等，及時更換出現老化、破損的電氣線路。配電線路應穿金屬管保護，設備和管線宜明裝。要合理安裝熔斷器，同時為每個熔斷器安裝獨立的控制開關，以消除火災隱患。古建筑中禁止裝設大功率且溫度過高的照明設備，照明光源宜使用冷光源，且燈具附件無高溫危險，各種開關應采用密閉型。

(三)設置敏感性合理的火災報警系統

火災報警系統是監測古建筑火災情況最直接、最有效的設備。在古建筑中設置火災報警系統時，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所，部分長期存在明火設施，普通溫度傳感器與光敏傳感器不適用于這種場所，宜使用纜式線型定溫火災探測器。在大空間場所或需要隱蔽探測的場所，宜使用吸氣式感煙探測器。古建筑房頂一般存在坡度，室內存在燃燒情況時煙霧與熱量會隨著坡度向上部聚集，影響火災報警設備的敏感性。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器，確保探測器靈敏度一致。古建筑火災報警系統要同時安裝主電源與備用電源，防止出現斷電造成探測器停止工作，線路要使用絕緣導線，加裝不燃保護套管，還應合理規劃線路，避免出現冗余線路產生消防安全隱患。為防止其他建筑火災引燃古建筑，要對古建筑周邊實施火災監測，宜采用圖像型火災探測器，對火焰、溫度異常、可見煙霧進行探測和報警。

(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控制火勢，必須保證消防水源充足。古人在設計古建筑時已經充分考慮建筑與水源之間的關系，一般大型建筑周圍都會有充足水源。以故宮為例，該建筑群四周是著名的金水河，且每個建筑前都設置“太平缸”用以應對可能發生的火災。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構基礎上，在古建筑周圍布置養魚水塘或假山噴泉。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部的水源實現滅火。相關市政部門要調整供水管網布局，確保消火栓能夠充足供水。設計消火栓系統時還需要計算壓力和流量情況，在寒冷地區還需要防止消火栓結冰，確保消火栓常年、穩定供水。

(五)采取措施保護內部文物

古建筑往往存有大量文物。對于遇火、遇水容易損壞的紙質、泥質、布質文物要采用特殊的防火防水措施，設置敏感性合理的火災報警系統，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、二氧化碳滅火器進行滅火。對于泥質雕塑文物和建筑壁畫文物，可以在專門位置安裝防火卷簾，一旦探測器探測到溫度過高或者煙霧過大，防火卷簾自動落下，降低火焰、煙霧對其的損傷。在紙質和木質文物附近，避免設置電氣線路，防止發生電氣故障引發火災。