古建筑防火技術在減災技術與應用領域的火災模擬與實驗研究

胡偉宏 徐燦軍

摘要：通過火源模擬、材料性能實驗和防火設施實驗等方法，全面了解古建筑防火的關鍵問題。針對模擬結果和實驗數據，分析古建筑防火技術的現狀和潛在問題。在改進與應用方面，通過結構改進、新型材料應用和防火設施的升級，提出了一系列針對性的策略。研究結果表明，這些改進措施能夠顯著提升古建筑的防火性能。

關鍵詞：古建筑；防火技術；火災模擬；實驗研究；減災技術

中圖分類號：TU892? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）02-0049-03

由于特有的結構和材料特性，古建筑存在較大的火災隱患。為了更好地保護古建筑，提高其安全性，有必要深入研究古建筑防火技術的優化與應用。在現有的防火技術體系下，古建筑的火災防護仍然存在一系列問題，其中包括結構特點、材料選擇和防火設施布局等方面的挑戰。本研究旨在通過火災模擬與實驗的手段，系統分析古建筑防火技術的關鍵，并通過對模擬與實驗結果的深入研究，提出一系列改進策略，以期為古建筑的火災防護工作提供科學可行的解決方案。

1 火源模擬與實驗方法

1.1? 火源模擬

火源模擬是古建筑防火研究的關鍵方法之一，是通過準確模擬不同火災場景中的火源特性，深入了解火災傳播規律。先運用先進的數值計算方法，結合古建筑的具體結構特點，建立火源模型，要考慮到火災可能的起源位置、燃燒物質的種類和數量等因素，以真實還原火災初期情況。再通過數值模擬軟件，模擬不同火源條件下的火災發展過程，包括溫度、煙氣濃度、火源輻射等關鍵參數的變化。在模擬過程中，充分考慮古建筑結構的復雜性，確保模擬結果具有高度的真實性和可靠性[1]。為驗證數值模擬的準確性，要進行火源實驗。通過控制火源的位置、強度和燃燒物質，實時監測火災發展過程中的溫度、煙氣成分等關鍵數據。通過對數值模擬與實驗數據的比對分析，得出對古建筑火源特性的認識，為優化防火技術提供實驗基礎。

1.2? 材料性能實驗

材料性能實驗在古建筑防火研究中至關重要，作用是深入了解建筑材料在火災條件下的物理和化學性質，為制定科學的防火策略提供可靠依據。通過選取古建筑常用的建筑材料，包括木材、石材、磚瓦等，進行全面的物理性能和燃燒性能測試。物理性能測試包括材料的導熱性、導電性、機械強度等指標的測定，以全面評估材料在火災中的傳熱、導電和結構穩定性。而燃燒性能測試主要通過熱釋放速率、煙氣生成量等參數，詳細評估材料的燃燒特性。在實驗中，根據古建筑的具體材料組成，考慮其歷史性和文化價值，通過實驗室設備模擬不同火災場景，進行材料性能實驗。通過實驗數據，深入了解古建筑材料在火災條件下的表現，為合理選用防火材料、改進材料性能提供科學依據。

1.3? 防火設施實驗

防火設施實驗是古建筑防火研究的重要組成部分，旨在評估和優化各類防火設備的性能，為古建筑提供全方位的火災防護。選擇符合古建筑特殊結構和文化保護要求的防火設施，包括滅火器、噴淋系統、防火隔熱層等，進行全面的性能測試。實驗中，通過模擬古建筑不同部位的火災場景，測試防火設施的啟動時間、滅火效果、防煙能力等關鍵指標。例如，對于滅火器，評估其滅火速度、滅火范圍和適用火源類型。通過綜合考量各項實驗數據，能夠量化不同防火設施在古建筑環境中的適用性和效果，為制定古建筑火災應急預案提供科學依據。此外，結合現代通信技術，還可將防火設施與火災監測系統相結合，實現遠程監控和自動報警，提高火災防范的及時性和準確性[2]。

2 古建筑防火技術的關鍵問題

2.1? 古建筑結構特點

古建筑作為文化遺產的代表，其獨特的結構特點在防火技術研究中提出了獨特的挑戰。古建筑常采用木結構、磚木結構等傳統建筑形式，這使得其火災風險較傳統建筑更為突出。木材在火災中容易燃燒，加之古建筑的復雜結構和通風性，火勢蔓延速度較快，應對這一特點是防火技術的首要任務。并且古建筑普遍存在裝飾性較強的木雕、紙扎、掛畫等，這些裝飾物材質輕、易燃，一旦起火不僅威脅建筑本體，更可能導致文物的損失。因此，如何在防火措施中兼顧對文物的保護成為重要問題。在此背景下，古建筑結構特點的深入研究十分重要。通過借鑒現代建筑防火技術，結合古建筑的實際情況，探索建立一套適應古建筑結構的防火技術體系。例如，可以通過結構加固、阻燃涂料的應用等手段，提高古建筑整體的防火性能；通過文物數字化技術，實現對文物的遠程監測和智能化保護。

2.2? 材料選擇與改進

古建筑的材料選擇與改進是古建筑防火技術研究中重要的環節。傳統的古建筑多采用木材、青磚等材料，這些材料在火災面前存在著易燃、傳導速度快等固有弱點。為有效應對這一問題，必須對古建筑所采用的材料進行深入研究與改進。在材料選擇上，可以考慮引入新型阻燃材料，如阻燃涂料、耐火玻璃等，以替代傳統易燃材料，提高整體的防火性能。這涉及對新型材料的性能測試、耐火性評估等一系列實驗工作，確保其在實際應用中能夠有效抵御火災[3]。并且通過改進傳統材料的制作工藝，提高其抗火性能。例如，對木材可以進行阻燃處理，提高其防火等級；對青磚等傳統建筑材料，可以通過調整配方、改進燒制工藝等手段，提高其耐高溫的性能。在這一過程中，需采用系統的材料學、防火工程學等專業知識，通過模擬實驗、材料分析等手段，科學評估各類材料的防火性能和適用性。

2.3? 防火設施布局

古建筑防火技術的另一重要方面是防火設施的布局，這涉及在古建筑內部有序設置各類防火裝置，以便在火災發生時及時控制火勢、疏散人員，最大限度地減小火災造成的損失。防火設施的合理布局需要充分考慮古建筑的結構特點和布局形式。在大廳、走廊等主要通道設置手提式滅火器、自動噴水滅火系統等設備，以確保在火災初期能夠迅速采取措施。同時，對于復雜結構的古建筑，還需考慮設置智能感煙報警系統，實現對火災的早期探測。疏散通道的設置也是防火設施布局中的重要環節。在古建筑內部設置明確的疏散通道，標明安全出口，以便在火災發生時人員能夠迅速有序地疏散至安全區域。同時，配備應急照明系統，確保在火災中斷電的情況下，人員仍能夠安全有序地撤離。防火設施的布局還需結合火災模擬和實驗結果，通過科學的數據支持，合理確定不同區域的防火設備配置，以最大化提高古建筑的火災防范能力。

3 火災模擬與實驗結果分析

3.1? 實驗數據

為深入了解古建筑火災模擬的結果，進行了系統的數據收集和分析。通過對古建筑火災實驗數據的系統收集和分析，得到了有關不同場景下火災模擬的詳細結果，見表1。分析模擬數據發現，不同火源導致的溫度、燃燒時間和火勢擴散速度存在顯著差異，反映了不同場景下火災的特點[4]。大廳場景中，蠟燭的燃燒相對較緩，而廊道場景中電線起火引起的火勢迅猛。儲藏室場景中，木柴的燃燒時間較長，但火勢擴散速度較慢。

這些模擬數據為古建筑火災的實際應對措施提供了依據。例如，對于溫度較高的場景，可以考慮增加自動滅火系統，而對于火勢擴散速度較快的區域則需要加強疏散通道的設置。總體而言，這些數據分析為古建筑的防火技術改進和火災事故應急預案的制定提供了科學依據。

3.2? 模擬結果

通過古建筑火災模擬結果的詳細分析，可以看出在不同場景下，模擬火源的性質對溫度、燃燒時間和火勢擴散速度產生顯著影響。針對高溫場景，建議增設自動滅火系統以有效控制火勢；對于火勢迅猛擴散的區域，應加強疏散通道設置以提高人員安全撤離效率。綜合考慮不同場景的特點，定制化的防火策略將更有針對性和實效性。這些模擬結果不僅為古建筑的防火技術改進提供了理論依據，也為火災事故應急預案的優化制定提供了科學支持。

4 古建筑防火技術的改進與應用

4.1? 結構改進

古建筑防火技術的結構改進是確保其火災安全性的重要方面。通過深入研究不同場景的火災模擬結果，可以提出一系列結構改進的建議。例如，在大廳等高溫場景中，可以考慮采用阻燃材料或隔熱材料來提高建筑結構的耐火性，防止火勢對建筑結構造成嚴重損害。對于廊道等火勢擴散速度較快的區域，可以設計并優化疏散通道，以加強人員迅速撤離的能力。結構改進還包括對古建筑原有結構的保護和修復，確保其在火災發生時能夠更好地抵御火勢蔓延。這些結構改進的建議應當充分考慮古建筑的文化價值和歷史傳承，采用符合古建筑風格的防火措施。通過結構改進，可以有效提升古建筑的整體火災安全性，保護文化遺產的完整性和可持續性。

4.2? 新型材料應用

古建筑防火技術的新型材料應用是推動其火災安全性提升的關鍵措施之一。通過引入先進的防火材料，可以有效改善古建筑的抗火性能，降低火災風險。在大廳等高溫場景中，可以考慮應用高溫阻燃材料，以提高建筑元件的耐火性，延緩火勢蔓延速度。對于廊道等易燃區域，選擇阻燃、不易燃的材料，減緩火勢的傳播，起到有效的防范作用[5]。新型材料的應用還可以結合古建筑的文化特色，選擇符合古建筑風格的防火材料，以確保在防火的同時不破壞建筑的歷史和藝術價值。這需要在新型材料研發過程中，充分考慮古建筑的特殊性，找到符合其保護需求的創新解決方案。通過新型材料的應用，古建筑不僅能夠提升火災安全性能，還能夠在材料選擇上更好地平衡文化保護與現代科技的結合，實現對古建筑的全方位保護和可持續發展。

4.3? 防火設施升級

古建筑防火技術的改進與應用中，防火設施的升級是保障古建筑火災安全性的關鍵步驟。通過引入先進的火災自動監測系統、自動滅火裝置等設施，可以在火災初期及時響應，實現火災的早期預警和快速處置。防火設施升級的核心在于提高火災應對的智能化水平。采用先進的火災監測技術，如煙霧探測、溫度監測等，可以實現對火源的及時感知，為緊急處理提供準確數據支持。同時，配合智能化的滅火系統，能夠在火情發生后迅速投入滅火劑，有效遏制火勢蔓延，降低火災造成的損失。防火設施升級還需考慮古建筑的特殊性，可以通過隱蔽式安裝、定制化設計等手段，使防火設施與古建筑的外觀相協調，保持建筑的原有風貌。

5 結束語

在古建筑防火技術的研究中，本文通過火災模擬與實驗的方法，深入剖析了古建筑在火災發生時面臨的挑戰和關鍵問題，同時提出了改進與應用的措施，對古建筑防火技術的改進指明了方向，為減災技術與應用領域提供了有益的經驗和建議。本文的研究為古建筑防火技術的提升和應用提供了系統性的研究框架和實證支持，對于減災技術與應用領域具有一定的理論和實踐意義。

參考文獻

[1]楊一帆.磚木結構古建筑火災風險分析與數值模擬研究[D].西安：西安建筑科技大學，2023.

[2]帥建強.古建筑火災數值模擬淺析[J].消防界（電子版），2021，7（22）：36-37.

[3]田垚，常可可，李奧.基于FDS的古建筑火災發展過程研究[J].消防科學與技術，2019，38（1）：101-104.

[4]李鴻飛，何穎茹，張新紅，等.我國傳統村落木結構建筑防火技術體系發展研究[J].防災科技學院學報，2022，24（1）：79-84.

[5]李冰可.木結構古建筑防火改造技術簡析[J].四川水泥，2022（2）：101-102+105.