古建筑消防安全设计难点及对策

金 倩

北京市西城区消防救援支队，北京 100035

一、引言

我国历经上下五千年悠久历史，积累了丰富的文化、历史、技术内涵，其中传统木质结构便是具有地域文化特色的代表之一[1]。我国古建筑多为木质榫卯结构，这种结构稳定性较高，且不易受地震、沉降等地质变化影响，因此经过千百年时光，保留至今。当今，完整保存下来的古建筑大多成为全国重点文物保护单位，开放为旅游参观景区，便于民众参观并了解古建筑。然而，这种改造开发及对外开放，也为木质结构古建筑带来诸多火灾隐患[2]。由于建造年代较为久远，古建筑木质结构大多受到腐蚀，缺乏水分易于燃烧，大量游客的涌入增加了古建筑发生火灾的风险，增加了古建筑消防保护工作的难度。近年来，国内发生多起古建筑火灾事故(见表1)，造成严重损失。为此，相关古建筑消防模拟方法引起学者广泛关注。李志军等[3]基于FRAME法对云南某古城消防安全风险开展深入研究，结合现场调研情况综合认定其火灾风险，并分析原因，提出相应整改意见。袁春燕等[4]为探明砖木结构古建筑火灾蔓延规律，以中国典型砖木结构三原城隍庙为实例，通过BIM进行模拟分析，研究发现热浮力作用导致火焰向上蔓延至屋面，屋面位置温度最高，上部结构危险性更大。

表1 近年来古建筑火灾事故

古建筑是重要的历史文化遗产，是国家文明的重要标志，是全人类共同的宝贵财富。为进一步保护古建筑消防安全，本文从古建筑特点出发，分析消防安全设计难点，进而确定消防安全设计对策，以期为古建筑消防安全设计提供参考。

二、古建筑的特点

(一)布局方式复杂

古建筑通常使用土木结构构建，搭建方式与布局设计较为灵活，既能营造出丰富的空间结构，又能展现出古代特有的艺术价值。我国传统古建筑通常选择分层均衡法设计整体平面格局，对称设计布局，除建筑主体外还会在建筑外部嵌套多个庭院，体现出我国传统文化中的含蓄美与结构美[5-6]。但这种复杂的建筑布局方式会增加消防安全设计难度。

(二)建筑结构标准化

通过分析北京多处木质结构古建筑，发现古代工匠往往将单体建筑组合成建筑群。古建筑基础搭建完成后在其上构建木质骨架，屋顶结构也使用木质框架建造梁柱结构，再辅助瓦片等材料[7]。分析发现，古建筑建造形式以历史年代划分，不同历史时期均有统一的建筑风格，所以设计不同年代古建筑的消防安全系统时[8-9]，可借鉴建筑风格，制定出针对性的整体消防安全设计策略，以降低设计成本。

(三)材料使用基本一致

古建筑以土木结构为主，建造过程中通常选择附近的木材原料。研究发现，古建筑结构中所使用原料与当地气候环境、植被生长有密切关系，一片区域中的古建筑在相同年代用料选取基本一致。因此，进行消防安全设计时，相同区域相同年代的古建筑具有参考性。

三、古建筑消防安全设计难点

(一)材料特殊性导致耐火等级低

古建筑的建筑材料主要为木材，一旦遇到火灾将会导致古建筑整体陷入火海之中。古建筑经历长时间风吹日晒，彩绘装饰等结构几乎完全脱落，阻燃材料几乎完全不存在。木材原料失去水分，在干燥环境下极易发生火灾，而且建筑结构存在诸多拼接、疏松构件，容易传导火源，加快燃烧速度[10]。现存古建筑通常较高且体量较大，消防救援人员使用高压水枪也很难接近火源，木材燃烧还会产生大量烟雾。如果古建筑中超过40 g木材被引燃，那么整栋建筑都会处于烟雾之中，影响灭火视线，消防救援人员为保护古建筑不能强制拆除建筑结构，所以古建筑消防安全设计难度大[11-13]。

(二)环境与电气设备布置不当易引发火灾

受到现实环境影响，古建筑的易燃物往往和明火距离较近。目前，保存较为完整的古建筑多数为寺庙，受到功能限制，室内悬挂大量布料、纸制品等，蜡烛、灯油等火源会24小时持续燃烧，极易造成寺庙古建筑发生火灾事故[14]。有研究表明，电气设备与线路敷设不当是造成古建筑发生火灾的直接原因。随着民众对传统文化重视程度不断提升，政府大力开发古建筑及周边环境，为给周边居民带来良好生活环境，同时增加古建筑观赏性，相关单位在古建筑上敷设大量电气线路和照明设备。但是，为方便施工，电气线路布置部分存在不完全符合消防安全设计要求，易引发火灾事故。

(三)消防安全意识薄弱增加火灾隐患

现存古建筑大都被列入消防安全重点单位，但是因为文化传承与文化宣传需求，部分古建筑对外开放且允许参观。古建筑与传统文化对人们的吸引力越来越大，参观古建筑的游客越来越多，人流密集情况下，相关管理工作很难兼顾全部游客，部分消防安全意识薄弱的游客随意丢弃烟头等行为，增加了古建筑消防安全隐患，严重威胁古建筑的安全[15]。

(四)水源储备不足难以及时灭火

现存古建筑通常远离城市中心，地理位置较为偏远，交通条件较为落后，车辆通行不便。通常情况下古建筑所处区域没有布置消火栓，可用消防水源稀缺，已有消防设备较为落后，日常用水的水压与水量无法满足灭火需求。如果处于这种地理位置的古建筑发生火灾，不但不能使用已有消防设施展开扑救，外部消防救援力量也难以及时抵达，易错失灭火黄金时间，将会造成严重后果。表1中的古建筑火灾发生最初并不严重，但由于没有设置合理的消防设施，可用于灭火的水源有限，受到交通条件的限制，消防车进入困难，导致错过灭火最佳时机。

四、古建筑消防安全设计策略

(一)合理选取消防设施

古建筑结构与材质具有特殊性，在进行消防安全设计时，首先要考虑古建筑结构特性不被破坏，其次还要考虑古建筑的使用特性。普通建筑通常安装自动喷淋系统应对火灾，但自动喷淋系统如果用于古建筑，管线大量敷设会破坏古建筑的原生态结构，所以自动喷淋系统不适用于古建筑。另一种应用较为广泛的消防设备是探火管式灭火系统，其通常安装在变配电室、无人值守设备机柜内、非文物陈列柜、储存柜等狭小空间。其空间占用率较小，使用方便且不破坏古建筑的基础结构，比较适合古建筑使用。

(二)科学改造电气线路

随着古建筑逐渐开放为景区，为满足光线要求，需要装设大量照明设备。这类电气线路一般在古建筑改造初期敷设，经过多年风吹日晒部分线路出现老化破损，一旦漏电会直接导致火灾发生。故要严格按照相关技术标准和规范改造电气线路，确保电气线路布置合规、合理、安全。要定期清理电气线路所处环境的尘土、油垢等，及时更换出现老化、破损的电气线路。配电线路应穿金属管保护，设备和管线宜明装。要合理安装熔断器，同时为每个熔断器安装独立的控制开关，以消除火灾隐患。古建筑中禁止装设大功率且温度过高的照明设备，照明光源宜使用冷光源，且灯具附件无高温危险，各种开关应采用密闭型。

(三)设置敏感性合理的火灾报警系统

火灾报警系统是监测古建筑火灾情况最直接、最有效的设备。在古建筑中设置火灾报警系统时，要因地制宜，综合考量多种影响因素。古建筑多为寺庙等功能性场所，部分长期存在明火设施，普通温度传感器与光敏传感器不适用于这种场所，宜使用缆式线型定温火灾探测器。在大空间场所或需要隐蔽探测的场所，宜使用吸气式感烟探测器。古建筑房顶一般存在坡度，室内存在燃烧情况时烟雾与热量会随着坡度向上部聚集，影响火灾报警设备的敏感性。因此，宜沿着古建筑顶棚斜坡，在不同位置布置敏感性不同的探测器，确保探测器灵敏度一致。古建筑火灾报警系统要同时安装主电源与备用电源，防止出现断电造成探测器停止工作，线路要使用绝缘导线，加装不燃保护套管，还应合理规划线路，避免出现冗余线路产生消防安全隐患。为防止其他建筑火灾引燃古建筑，要对古建筑周边实施火灾监测，宜采用图像型火灾探测器，对火焰、温度异常、可见烟雾进行探测和报警。

(四)确保消防用水充足

古建筑高度和开阔度较大，使用一般灭火器很难及时控制火势，必须保证消防水源充足。古人在设计古建筑时已经充分考虑建筑与水源之间的关系，一般大型建筑周围都会有充足水源。以故宫为例，该建筑群四周是著名的金水河，且每个建筑前都设置“太平缸”用以应对可能发生的火灾。可借鉴这一理念，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，在不破坏古建筑整体结构基础上，在古建筑周围布置养鱼水塘或假山喷泉。大部分古建筑周围种植有大量绿植，可考虑在绿化带的合适位置修建消防水池，底部与地下供水管道相连，装设消防水泵连接消防用水管线，水泵的布置要便于消防救援人员直接利用古建筑内部的水源实现灭火。相关市政部门要调整供水管网布局，确保消火栓能够充足供水。设计消火栓系统时还需要计算压力和流量情况，在寒冷地区还需要防止消火栓结冰，确保消火栓常年、稳定供水。

(五)采取措施保护内部文物

古建筑往往存有大量文物。对于遇火、遇水容易损坏的纸质、泥质、布质文物要采用特殊的防火防水措施，设置敏感性合理的火灾报警系统，在文物外部安装防火玻璃罩，阻隔火焰与文物接触，考虑到这部分文物的脆弱性和珍贵性，宜使用干粉、二氧化碳灭火器进行灭火。对于泥质雕塑文物和建筑壁画文物，可以在专门位置安装防火卷帘，一旦探测器探测到温度过高或者烟雾过大，防火卷帘自动落下，降低火焰、烟雾对其的损伤。在纸质和木质文物附近，避免设置电气线路，防止发生电气故障引发火灾。