古建筑防火技术在减灾技术与应用领域的火灾模拟与实验研究

胡伟宏 徐灿军

摘要：通过火源模拟、材料性能实验和防火设施实验等方法，全面了解古建筑防火的关键问题。针对模拟结果和实验数据，分析古建筑防火技术的现状和潜在问题。在改进与应用方面，通过结构改进、新型材料应用和防火设施的升级，提出了一系列针对性的策略。研究结果表明，这些改进措施能够显著提升古建筑的防火性能。

关键词：古建筑；防火技术；火灾模拟；实验研究；减灾技术

中图分类号：TU892      文献标识码：A       文章编号：2096-1227（2024）02-0049-03

由于特有的结构和材料特性，古建筑存在较大的火灾隐患。为了更好地保护古建筑，提高其安全性，有必要深入研究古建筑防火技术的优化与应用。在现有的防火技术体系下，古建筑的火灾防护仍然存在一系列问题，其中包括结构特点、材料选择和防火设施布局等方面的挑战。本研究旨在通过火灾模拟与实验的手段，系统分析古建筑防火技术的关键，并通过对模拟与实验结果的深入研究，提出一系列改进策略，以期为古建筑的火灾防护工作提供科学可行的解决方案。

1 火源模拟与实验方法

1.1  火源模拟

火源模拟是古建筑防火研究的关键方法之一，是通过准确模拟不同火灾场景中的火源特性，深入了解火灾传播规律。先运用先进的数值计算方法，结合古建筑的具体结构特点，建立火源模型，要考虑到火灾可能的起源位置、燃烧物质的种类和数量等因素，以真实还原火灾初期情况。再通过数值模拟软件，模拟不同火源条件下的火灾发展过程，包括温度、烟气浓度、火源辐射等关键参数的变化。在模拟过程中，充分考虑古建筑结构的复杂性，确保模拟结果具有高度的真实性和可靠性[1]。为验证数值模拟的准确性，要进行火源实验。通过控制火源的位置、强度和燃烧物质，实时监测火灾发展过程中的温度、烟气成分等关键数据。通过对数值模拟与实验数据的比对分析，得出对古建筑火源特性的认识，为优化防火技术提供实验基础。

1.2  材料性能实验

材料性能实验在古建筑防火研究中至关重要，作用是深入了解建筑材料在火灾条件下的物理和化学性质，为制定科学的防火策略提供可靠依据。通过选取古建筑常用的建筑材料，包括木材、石材、砖瓦等，进行全面的物理性能和燃烧性能测试。物理性能测试包括材料的导热性、导电性、机械强度等指标的测定，以全面评估材料在火灾中的传热、导电和结构稳定性。而燃烧性能测试主要通过热释放速率、烟气生成量等参数，详细评估材料的燃烧特性。在实验中，根据古建筑的具体材料组成，考虑其历史性和文化价值，通过实验室设备模拟不同火灾场景，进行材料性能实验。通过实验数据，深入了解古建筑材料在火灾条件下的表现，为合理选用防火材料、改进材料性能提供科学依据。

1.3  防火设施实验

防火设施实验是古建筑防火研究的重要组成部分，旨在评估和优化各类防火设备的性能，为古建筑提供全方位的火灾防护。选择符合古建筑特殊结构和文化保护要求的防火设施，包括灭火器、喷淋系统、防火隔热层等，进行全面的性能测试。实验中，通过模拟古建筑不同部位的火灾场景，测试防火设施的启动时间、灭火效果、防烟能力等关键指标。例如，对于灭火器，评估其灭火速度、灭火范围和适用火源类型。通过综合考量各项实验数据，能够量化不同防火设施在古建筑环境中的适用性和效果，为制定古建筑火灾应急预案提供科学依据。此外，结合现代通信技术，还可将防火设施与火灾监测系统相结合，实现远程监控和自动报警，提高火灾防范的及时性和准确性[2]。

2 古建筑防火技术的关键问题

2.1  古建筑结构特点

古建筑作为文化遗产的代表，其独特的结构特点在防火技术研究中提出了独特的挑战。古建筑常采用木结构、砖木结构等传统建筑形式，这使得其火灾风险较传统建筑更为突出。木材在火灾中容易燃烧，加之古建筑的复杂结构和通风性，火势蔓延速度较快，应对这一特点是防火技术的首要任务。并且古建筑普遍存在裝饰性较强的木雕、纸扎、挂画等，这些装饰物材质轻、易燃，一旦起火不仅威胁建筑本体，更可能导致文物的损失。因此，如何在防火措施中兼顾对文物的保护成为重要问题。在此背景下，古建筑结构特点的深入研究十分重要。通过借鉴现代建筑防火技术，结合古建筑的实际情况，探索建立一套适应古建筑结构的防火技术体系。例如，可以通过结构加固、阻燃涂料的应用等手段，提高古建筑整体的防火性能；通过文物数字化技术，实现对文物的远程监测和智能化保护。

2.2  材料选择与改进

古建筑的材料选择与改进是古建筑防火技术研究中重要的环节。传统的古建筑多采用木材、青砖等材料，这些材料在火灾面前存在着易燃、传导速度快等固有弱点。为有效应对这一问题，必须对古建筑所采用的材料进行深入研究与改进。在材料选择上，可以考虑引入新型阻燃材料，如阻燃涂料、耐火玻璃等，以替代传统易燃材料，提高整体的防火性能。这涉及对新型材料的性能测试、耐火性评估等一系列实验工作，确保其在实际应用中能够有效抵御火灾[3]。并且通过改进传统材料的制作工艺，提高其抗火性能。例如，对木材可以进行阻燃处理，提高其防火等级；对青砖等传统建筑材料，可以通过调整配方、改进烧制工艺等手段，提高其耐高温的性能。在这一过程中，需采用系统的材料学、防火工程学等专业知识，通过模拟实验、材料分析等手段，科学评估各类材料的防火性能和适用性。

2.3  防火设施布局

古建筑防火技术的另一重要方面是防火设施的布局，这涉及在古建筑内部有序设置各类防火装置，以便在火灾发生时及时控制火势、疏散人员，最大限度地减小火灾造成的损失。防火设施的合理布局需要充分考虑古建筑的结构特点和布局形式。在大厅、走廊等主要通道设置手提式灭火器、自动喷水灭火系统等设备，以确保在火灾初期能够迅速采取措施。同时，对于复杂结构的古建筑，还需考虑设置智能感烟报警系统，实现对火灾的早期探测。疏散通道的设置也是防火设施布局中的重要环节。在古建筑内部设置明确的疏散通道，标明安全出口，以便在火灾发生时人员能够迅速有序地疏散至安全区域。同时，配备应急照明系统，确保在火灾中断电的情况下，人员仍能够安全有序地撤离。防火设施的布局还需结合火灾模拟和实验结果，通过科学的数据支持，合理确定不同区域的防火设备配置，以最大化提高古建筑的火灾防范能力。

3 火災模拟与实验结果分析

3.1  实验数据

为深入了解古建筑火灾模拟的结果，进行了系统的数据收集和分析。通过对古建筑火灾实验数据的系统收集和分析，得到了有关不同场景下火灾模拟的详细结果，见表1。分析模拟数据发现，不同火源导致的温度、燃烧时间和火势扩散速度存在显著差异，反映了不同场景下火灾的特点[4]。大厅场景中，蜡烛的燃烧相对较缓，而廊道场景中电线起火引起的火势迅猛。储藏室场景中，木柴的燃烧时间较长，但火势扩散速度较慢。

这些模拟数据为古建筑火灾的实际应对措施提供了依据。例如，对于温度较高的场景，可以考虑增加自动灭火系统，而对于火势扩散速度较快的区域则需要加强疏散通道的设置。总体而言，这些数据分析为古建筑的防火技术改进和火灾事故应急预案的制定提供了科学依据。

3.2  模拟结果

通过古建筑火灾模拟结果的详细分析，可以看出在不同场景下，模拟火源的性质对温度、燃烧时间和火势扩散速度产生显著影响。针对高温场景，建议增设自动灭火系统以有效控制火势；对于火势迅猛扩散的区域，应加强疏散通道设置以提高人员安全撤离效率。综合考虑不同场景的特点，定制化的防火策略将更有针对性和实效性。这些模拟结果不仅为古建筑的防火技术改进提供了理论依据，也为火灾事故应急预案的优化制定提供了科学支持。

4 古建筑防火技术的改进与应用

4.1  结构改进

古建筑防火技术的结构改进是确保其火灾安全性的重要方面。通过深入研究不同场景的火灾模拟结果，可以提出一系列结构改进的建议。例如，在大厅等高温场景中，可以考虑采用阻燃材料或隔热材料来提高建筑结构的耐火性，防止火势对建筑结构造成严重损害。对于廊道等火势扩散速度较快的区域，可以设计并优化疏散通道，以加强人员迅速撤离的能力。结构改进还包括对古建筑原有结构的保护和修复，确保其在火灾发生时能够更好地抵御火势蔓延。这些结构改进的建议应当充分考虑古建筑的文化价值和历史传承，采用符合古建筑风格的防火措施。通过结构改进，可以有效提升古建筑的整体火灾安全性，保护文化遗产的完整性和可持续性。

4.2  新型材料应用

古建筑防火技术的新型材料应用是推动其火灾安全性提升的关键措施之一。通过引入先进的防火材料，可以有效改善古建筑的抗火性能，降低火灾风险。在大厅等高温场景中，可以考虑应用高温阻燃材料，以提高建筑元件的耐火性，延缓火势蔓延速度。对于廊道等易燃区域，选择阻燃、不易燃的材料，减缓火势的传播，起到有效的防范作用[5]。新型材料的应用还可以结合古建筑的文化特色，选择符合古建筑风格的防火材料，以确保在防火的同时不破坏建筑的历史和艺术价值。这需要在新型材料研发过程中，充分考虑古建筑的特殊性，找到符合其保护需求的创新解决方案。通过新型材料的应用，古建筑不仅能够提升火灾安全性能，还能够在材料选择上更好地平衡文化保护与现代科技的结合，实现对古建筑的全方位保护和可持续发展。

4.3  防火设施升级

古建筑防火技术的改进与应用中，防火设施的升级是保障古建筑火灾安全性的关键步骤。通过引入先进的火灾自动监测系统、自动灭火装置等设施，可以在火灾初期及时响应，实现火灾的早期预警和快速处置。防火设施升级的核心在于提高火灾应对的智能化水平。采用先进的火灾监测技术，如烟雾探测、温度监测等，可以实现对火源的及时感知，为紧急处理提供准确数据支持。同时，配合智能化的灭火系统，能够在火情发生后迅速投入灭火剂，有效遏制火势蔓延，降低火灾造成的损失。防火设施升级还需考虑古建筑的特殊性，可以通过隐蔽式安装、定制化设计等手段，使防火设施与古建筑的外观相协调，保持建筑的原有风貌。

5 结束语

在古建筑防火技术的研究中，本文通过火灾模拟与实验的方法，深入剖析了古建筑在火灾发生时面临的挑战和关键问题，同时提出了改进与应用的措施，对古建筑防火技术的改进指明了方向，为减灾技术与应用领域提供了有益的经验和建议。本文的研究为古建筑防火技术的提升和应用提供了系统性的研究框架和实证支持，对于减灾技术与应用领域具有一定的理论和实践意义。

参考文献

[1]杨一帆.砖木结构古建筑火灾风险分析与数值模拟研究[D].西安：西安建筑科技大学，2023.

[2]帅建强.古建筑火灾数值模拟浅析[J].消防界（电子版），2021，7（22）：36-37.

[3]田垚，常可可，李奥.基于FDS的古建筑火灾发展过程研究[J].消防科学与技术，2019，38（1）：101-104.

[4]李鸿飞，何颖茹，张新红，等.我国传统村落木结构建筑防火技术体系发展研究[J].防灾科技学院学报，2022，24（1）：79-84.

[5]李冰可.木结构古建筑防火改造技术简析[J].四川水泥，2022（2）：101-102+105.