古建筑防火技术分析

刘礼，程希莹，周玉佳，冯胜阳，鲁苏祥 （安徽科技学院建筑学院，安徽 蚌埠 233000）

1 引言

古建筑是人类文化历史上的一份瑰宝，它们不仅是我国劳动人民物质和精神的财富代表，同时还有着极高的社会价值、艺术价值和历史价值。在古代，由于受到建造技术和建造材料的限制，加上木材具有材质轻盈、较好的抗压和抗拉性能且具有结构方面的功能，这让木材成为古建筑主要的建造材料，并得到了广泛的应用。木材本身就具有易燃的特性，这也给古建筑带来了防火方面的问题。许多古建筑经历了上百年甚至上千年风雨的洗礼，其中以木材为主的承重结构和诸多构件也变得易燃起来，如果发生了火灾，其带来的损失将是难以弥补和想象的。因此，对古建筑进行相关的科技防护工作，确保古建筑自身安全，已然是刻不容缓了。

2 古建筑火灾事件教训

2019年1月31日，福建省建瓯市步月桥上发生一场大火，其燃烧面积高达645m，该桥的整体结构基本被烧毁，该桥于明正德十四年建成，全桥采用了上等杉木建造而成，桥身设计十分独特，在桥身竟找不到一个螺丝钉，令人痛惜的是，它还差一年就“500岁”了。2019年4月16日，巴黎圣母院发生了一场大火，此场大火是历史中记载的最严重的一场火灾。此教堂的顶部因采用木质结构，故而全部被焚烧毁，仅留下石质的断壁残垣。令人痛惜，这座属于世界人民的艺术瑰宝给我们敲响了鸣钟，提醒和督促着我们对古建筑防火问题的思考和防火技术的研究与探索。这些古建筑顶部均以木结构为主，也代表了绝大多数古建筑的结构形式，这样的结构形式在大火面前显得如此的脆弱，可见，以木结构为主的古建筑的防火是一件不容乐观的事情。痛定思痛，中国作为文明古国，也有很多数百年的古建筑，尤其是中国古代建筑多以木结构为主，巴黎圣母院底部楼层为石制，顶端为木质，而中国古建筑很多通体都是木质结构，这对我们保护古迹提出了更高的要求。

3 古建筑火灾的特点

3.1 年代久远、耐火等级较差，易燃

据相关史料记载，我国最早的木结构古建筑是位于山西五台山的南禅寺，其始建年代不详，重建于唐建中三年（公元782年），距今已有100多年的历史，最近的也约有百年历史。这些古建筑经历了无数风雨的洗礼，部分古建筑构件的耐火性能比较低，极易引起火灾。房屋密集，防火间距不足，防火分区不明确，加上传统的古建筑群密度较高，呈聚集态分布，建筑与建筑之间的防火间距也不符合目前的规范要求，当火灾发生时，因消防车无法进入指定灭火点，最终耽误了最佳的灭火时机，给消防工作者带来了巨大的不便。

3.2 古建筑旅游开发过度，火灾隐患大，保护力度不足

近年来由于旅游的发展，在对土地进行开发的过程中需对古建筑物周围的民用建筑改建为饭店、旅馆。因此，明火使用的频率将大大增加，同时也对古建筑的保护工作增加了一定的难度。

3.3 诱火因素多，火灾预防难度大

由于受到自然环境与社会环境等条件的影响，电线老化、雷击和生产生活用火等都会引发火灾。古建筑起火原因是十分复杂的，且难防难测。1957年7月31日，北京十三陵长陵恩殿遭受雷击，从而引发火灾；2004年6月20日，北京西城区护国寺西配殿失火。据调查，该火灾发生的原因是街道委员会将大殿承包给个体户经营，使得变电箱走火最终引发火灾。由此可知，引起古建筑发生火灾的因素有很多，预防十分困难。

下图为2008-2018年我国古建筑火灾事故发生原因统计分析图，其原因大致可归纳为以下几类：人为因素、电器因素、自然因素及其他因素等四类。

2008-2018年我国古建筑火灾事故发生原因统计分析图

4 古建筑防火技术的实践探索

4.1 使用新型的防火材料

在使用防火涂料对古建筑进行保护时，通常会采用饰面型防火涂料，在古建筑的某些特殊结构中，需要用透明防火涂料，也被称为防火清漆。该涂料不会影响建筑的外貌特征，但因生产和加工难度大，目前国内正式使用的并不多。此外，还可以使用膨胀型防火涂料。当火灾发生时，涂料会遇热融化，形成一种海绵状或蜂窝状的碳化层附着在古建筑的表面，有效地减少了古建筑与火的接触面积，降低古建筑燃烧的概率。

4.2 建立完善的喷水和灭火系统

对于多数古建筑而言，由于有年久未修的构件，可将这些构件换成新防火材料，其外观还是按照原来的设计，做成仿古建筑的构件。内部做成空心状，外部做成仿木纹，边缘预留细水雾化管道，将具有自动喷淋功能的管线从预留的通道传入，而一些较大的管道，为了不影响美观，可架设在檩条的上部，在其上设置细水雾化喷头。

4.3 完善避雷设施

因雷击等自然因素引起的火灾在整个木构件建筑火灾中所占据了一定的比重。在山区的一些地方，由于地势原因，古建筑遭遇雷击的可能性更大，因此需要对古建筑装备一些避雷设施，在配备设施时需要注意六项原则：合理布线，接地效果、屏蔽效果、接闪效果、分流影响、均衡电位。

4.4 设置古建筑自动防火报警装置系统

当古建筑起火时，倘若设置的电路参数超过预定的报警值时，该防火系统就会发出警报，相关人员根据此可快速找出火灾所在的位置。如今，建筑电气报警系统采用的是原先RS-485总线与Jen Net无线通信技术相结合的方法，该方法十分适合监测古建筑的电火灾。

4.5 使用防火墙并合理布置防火间距

古建筑之间的防火间距受限，倘若发生火灾，势必会威胁到周边建筑的安全，因此，在改造和维修古建筑的过程中，一定要预留足够的防火间距。特殊情况下也可以采用防火山墙、防火隔离墙和封火檐等围护结构，整体上形成了一种防火分区，并且该分区由街巷和庭院分隔而成，当火灾发生时很大程度上可遏制火势的蔓延，以避免“火烧连营”的惨剧发生。

4.6 采用Pyrogen灭火系统

Pyro Gen是“pyrotechnically generated fire extinguishing aerosol system”（高温气溶胶灭火系统）的简称，该系统的工作原理较为特殊，当该制剂被点燃时会产生一种效果极佳的固体烟雾颗粒悬浮在空中，并且会通过另一种化学冷却剂喷射出来，从而促使该化学制冷剂发生强烈的吸热分解反应，吸热速率每秒高达400℃。这种强烈的吸热反应会使得烟雾剂在几秒内迅速释放，并均匀地分布在空中。PyroGen灭火剂的作用机理是会发生一些物理吸热的反应。其优点如下：

①吸热的分解反应 KHCO3(固)=KCO3(固)+CO(气)+HO(气)、吸热的形态变化 KCO3(固)KCO3(液)KCO3(气)，产生的烟雾会稀释燃烧区域周围氧气的浓度；

②PyroGen是气态药剂，对环境几乎没影响、灭火效果好、成本低；

③安装简单，适用范围广；

④结构简单、后期维修难度小。

5 结语

本文以现实生活中的古建筑防火消防问题为切入点，结合着古建筑的结构特征，讨论了古建筑火灾发生的成因及其对策。为了更好地保护古建筑，免受火灾的威胁，文章中分别从防火材料的使用、防火喷水系统的运用、设置避雷设施、安装防火报警系统、合理布置防火墙和确定防火间距以及对Pyrogen灭火系统的采用这几个方面进行了防火技术的研究与探讨，用一系列主动与被动相结合的防火措施，对古建筑的防火问题进行预防排查和消灭解除，维护古建筑安全。除此之外，人们也应该提高古建筑保护意识，任何时候都应该不遗余力地保护古建筑，将中华民族这一优秀瑰宝世世代代传承下去。