趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓(xùn)基地，天津 300402)

古建筑火災(zāi)風險研究及對策

趙洪海，王文偉

(公安部消防局警官培訓(xùn)基地，天津 300402)

分析了古建筑火災(zāi)的原因，繼而對火災(zāi)風險進行了事故樹分析，提出了火災(zāi)風險控制策略。最后對古建筑內(nèi)的火災(zāi)探測技術(shù)和火災(zāi)撲救技術(shù)進行了分析比較，提出了無線火災(zāi)報警系統(tǒng)和分布式光纖感溫探測系統(tǒng)以及細水霧滅火系統(tǒng)在古建筑內(nèi)的適用性，為國內(nèi)古建筑的消防保護提供參考。

古建筑；消防；火災(zāi)風險；事故樹

0 引言

古建筑是指具有歷史意義的古代民用、公共建筑。然而由于古建筑在消防保護方面非常薄弱，因而在火災(zāi)面前，古建筑是相當脆弱的。近年來，國內(nèi)已發(fā)生多起重大的古建筑火災(zāi)，造成了嚴重損失。張澤江[1]等對古建筑防火保護研究現(xiàn)狀進行了討論，列舉了古建筑消防保護的常用措施包括防火阻燃處理、防雷、自動噴淋和報警系統(tǒng)等。劉軍[2]研究分析認為古建筑耐火等級低、火災(zāi)荷載大、起火原因復(fù)雜等是古建筑火災(zāi)的主要特點，并認為消防設(shè)施不完備是古建筑的消防重大隱患之一。戴曉瑩[3]提出在古建筑中應(yīng)選擇合適的消防設(shè)施，包括可以選用無線火災(zāi)報警系統(tǒng)，設(shè)置消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)以及大空間智能滅火系統(tǒng)等。本文將在古建筑分類的基礎(chǔ)上對火災(zāi)探測技術(shù)與滅火技術(shù)進行分析比較。

1 古建筑火災(zāi)原因

建國前，我國古建筑起火多數(shù)是雷擊和戰(zhàn)爭引起的。建國后，一些古建筑被隨意改變其使用性質(zhì)，火災(zāi)時有發(fā)生，原因也大不相同。新中國成立50年(1949—2003)，我國共發(fā)生古建筑火災(zāi)165起,其原因主要來自兩個方面[4-6]：(1)自然界的危害。雷擊是自然界給古建筑帶來的重要危害。雷電直接擊中古建筑則可能會引發(fā)火災(zāi)，而雷擊古建筑周邊的建筑或林木等引發(fā)火災(zāi)，也會間接威脅到古建筑的安全。(2)人為因素造成的災(zāi)難。從歷年各種火災(zāi)發(fā)生的原因來看，因為人為因素造成的火災(zāi)，占火災(zāi)總數(shù)90%以上，古建筑火災(zāi)也大致如此。從建國以來的情況看，人為造成古建筑火災(zāi)的原因主要是：用火不慎；電氣設(shè)備使用不當；電線陳舊老化、絕緣損壞、發(fā)生短路引起火災(zāi)；吸煙、亂扔煙頭、火柴棒；縱火、玩火；宗教活動；管理和使用不善。除此以外，因外部的火災(zāi)蔓延引發(fā)古建筑起火也應(yīng)該引起高度重視。我國古建筑講究“曲徑通幽”，往往位于深山茂林之中，因此一旦古建筑周圍的森林發(fā)生火災(zāi)，必將嚴重威脅到古建筑本身的安全[7-9]。

2 古建筑火災(zāi)風險特征及分析

綜合以往古建筑火災(zāi)事故特征及起因類型，建立事故樹，如圖1所示。該系統(tǒng)最小割集8個，最小徑集3個。從最小徑集來看，只要氧氣和可燃物這兩個基本事件不發(fā)生，就可以避免火災(zāi)的發(fā)生。其次，點火源的7個基本事件都不發(fā)生，也可保證無火災(zāi)的發(fā)生。由此可見，點火源是最關(guān)鍵的基本事件。然而，氧氣和可燃物這兩個因素是不可控的，所以保證點火源的基本事件都不發(fā)生是非常重要的。由古建筑火災(zāi)事故樹可知，引起古建筑火災(zāi)的主要原因有可燃物自燃、人為縱火、亂丟煙頭、電氣線路故障、香燭火災(zāi)、炊事火災(zāi)等?？扇嘉锏姆N類與體量、點火源的位置及方式、消防防護技術(shù)與措施都決定著古建筑火災(zāi)事故的嚴重程度。此外，古建筑整體消防安全規(guī)劃水平，消防配套設(shè)備與應(yīng)急處理措施方案，以及監(jiān)督和安全管理水平都是左右古建筑消防安全的關(guān)鍵性因素。

圖1 古建筑火災(zāi)事故樹

3 古建筑火災(zāi)風險控制策略

通過前文的分析，在古建筑中若能控制點火源，即盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或者早期實現(xiàn)消防撲救，則可有效降低古建筑火災(zāi)的發(fā)生概率。火災(zāi)的及時發(fā)現(xiàn)和撲救需要配置適宜的消防報警設(shè)備和自動滅火系統(tǒng)，同時要提高相關(guān)人員的消防意識，配置足夠的消防器材，暢通消防通道，合理劃分防火分區(qū)。本文對消防管理及防火分區(qū)劃分不展開討論，重點討論通過合理設(shè)置火災(zāi)探測與撲救設(shè)施，實現(xiàn)古建筑火災(zāi)風險控制。古建筑往往群體布局，單體建筑多而且差異較大，消防設(shè)計各異，因此在進行火災(zāi)探測與撲救設(shè)施的設(shè)計與安裝時，需因地制宜。

3.1 火災(zāi)探測技術(shù)比較分析與選型

古建筑材料的不同要求對其監(jiān)測手段也不盡相同。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)古建筑本身有很多優(yōu)點，如抗震性能好，材料來源廣泛，施工速度快等。但是，木結(jié)構(gòu)古建筑也存在很多弊病，如容易被雨水腐蝕、白蟻侵蝕，容易發(fā)生火災(zāi)等。木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑的這些特點，首先要求監(jiān)測手段必須要防火、防雷擊，其次監(jiān)測中所用到的傳感器件不能具有腐蝕性，最后監(jiān)測的本身盡量避免給木結(jié)構(gòu)建筑施加過大的額外荷載。另一類是磚石砌體建筑，長期以來，由于外部環(huán)境的改變、風雨的剝蝕以及戰(zhàn)爭和現(xiàn)代旅游業(yè)等社會因素干擾，絕大多數(shù)古建筑的砌體中都有空鼓、裂縫、傾斜和酥堿等發(fā)生，并正逐步吞噬著古建筑的穩(wěn)定。因此，對磚石砌體古建筑的監(jiān)測尤為重要，磚石結(jié)構(gòu)的監(jiān)測既要準確反映出結(jié)構(gòu)體的變形情況，又不能損毀古建筑本身所攜帶的歷史文化信息，這就要求監(jiān)測傳感器在不破壞古建筑的情況下，實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)體的有效配合。

《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB 50116—2013)對火災(zāi)探測器的選擇做了以下一般規(guī)定：(1)對火災(zāi)初期有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射的場所，應(yīng)選擇感煙探測器；(2)對火災(zāi)發(fā)展迅速，可產(chǎn)生大量的熱、煙和火焰輻射的場所，可選擇感溫探測器、感煙探測器、火焰探測器或其組合；(3)對火災(zāi)發(fā)展迅速，有強烈的火焰輻射和少量的煙、熱的場所，可選擇火焰探測器；(4)對火災(zāi)形成特性不可預(yù)料的場所，可根據(jù)模擬試驗的結(jié)果選擇探測器。古建筑幾種常見的火災(zāi)探測器見表1。

古代因木材較石材更容易獲得，且木材更便于建造房舍，所以古建筑中多有木制結(jié)構(gòu)?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》(GB 50016—2014，以下簡稱《建規(guī)》)明確規(guī)定：“總建筑面積大于1 500 m2的木結(jié)構(gòu)公共建筑應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，木結(jié)構(gòu)住宅建筑內(nèi)應(yīng)設(shè)置火災(zāi)探測與報警裝置?！?/p>

目前，消防報警系統(tǒng)大多采用有線方式傳輸線路進行連接，這樣的連接方式投資大、安裝麻煩、工程量大，特別在古建筑安裝時，工序更是極為麻煩。而且在布線時，如果走明線，則會影響古建筑的外觀風格；如果走暗線，則會破壞古建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，均不利于古建筑的保護。

3.1.1 無線火災(zāi)報警系統(tǒng)

無線火災(zāi)報警系統(tǒng)是近幾年來在國外發(fā)展起來的新型火災(zāi)報警系統(tǒng)，它是利用無線火災(zāi)探測裝置發(fā)出火警信號，并記錄發(fā)出信號的地點和時間的火災(zāi)自動報警設(shè)備。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)由無線火災(zāi)探測裝置及無線火災(zāi)報警控制器組成。無線火災(zāi)探測裝置主要由火災(zāi)探測器、無線發(fā)射機組成，當在探測范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，探測裝置將產(chǎn)生信號，進而啟動發(fā)射機，在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)出報警信號，無線火災(zāi)報警控制器在接收到報警信號后能實現(xiàn)火災(zāi)和探測裝置故障的聲光報警功能。

表1 古建筑火災(zāi)探測器比較

由于無線火災(zāi)報警系統(tǒng)安裝快捷，施工時對建筑物本身的構(gòu)造沒有大的傷害，在許多場合，特別是古建筑中非常適用，它設(shè)置的靈活性是有線報警系統(tǒng)不可比擬的。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)與傳統(tǒng)有線系統(tǒng)的主要硬件成分幾乎是一致的，包括控制器、感煙或感溫探測裝置及發(fā)聲器等。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)的比較見表2。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的探測器安裝位置與有線系統(tǒng)一致，甚至可以安裝在有線系統(tǒng)不易布線到達的位置。無線信號的傳輸距離有限，當火災(zāi)報警探測器與無線火災(zāi)報警控制器之間距離過遠時，則需要一個甚至多個無線中繼器進行轉(zhuǎn)接。火災(zāi)報警系統(tǒng)還應(yīng)配置手動報警按鈕，以便在人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的早期進行報警。

3.1.2 分布式光纖感溫探測系統(tǒng)

在古建筑中的一些重要保護場所需要進行全方位立體的保護，火災(zāi)探測器需要密集敷設(shè)在整個場所內(nèi)，此時就需要應(yīng)用線型火災(zāi)探測器。線型火災(zāi)探測器包括感溫電纜、光纖光柵感溫探測器以及分布式光纖感溫探測器。感溫電纜由于自身帶電，具有電氣火災(zāi)隱患，所以在重要場所已少有使用；光纖光柵感溫探測器因探測器鋪設(shè)點較多，工程施工過程中需熔接點數(shù)多，施工及維護難度和成本較大，因而應(yīng)用也受到一定限制。分布式光纖感溫探測器則是一種連續(xù)性測溫系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測溫度，并可根據(jù)溫度變化發(fā)出報警，是目前先進的線型感溫報警技術(shù)。分布式光纖感溫探測器還具有以下優(yōu)點：非電傳感，本質(zhì)安全；絕緣性好，抗電磁干擾；精度高，能遠距離傳感；尺寸小，重量輕；壽命長，長期可靠性好。分布式光纖感溫探測器在古建筑內(nèi)敷設(shè)時可沿著可燃物(如木制橫梁、柱等)表面敷設(shè)，并可實現(xiàn)沿橫梁、支柱，再到屋內(nèi)桌椅臺面、地板等的立體敷設(shè)方式。一套分布式光纖感溫探測器可敷設(shè)超過30 km，并可定位溫度變化位置，通過軟件設(shè)置就可以實現(xiàn)古建筑的立體溫度監(jiān)測。

表2 無線與有線火災(zāi)報警系統(tǒng)對比

3.2 火災(zāi)撲救技術(shù)比較分析

我國現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定，國家級文物保護單位的重點磚木或木結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)設(shè)置閉式自動噴水滅火系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng)安裝在古建筑中都存在著不同程度的缺陷。(1)水噴淋滅火系統(tǒng)是最常見的自動噴水滅火系統(tǒng)，它通過噴灑大量水來冷卻火場并最終滅火。優(yōu)點是系統(tǒng)可靠，造價低；缺點主要是用水量較大，需要有充足的水源。在普通無重要保護文物的場所可選用水噴淋滅火系統(tǒng)，且宜選擇大流量噴頭或快速響應(yīng)噴頭。而在古建筑中應(yīng)用時也需要考慮是否會對保護區(qū)域內(nèi)的重要文物、展品等造成水漬損害，在對水漬損失要求較高的地方，水噴淋則不適用。(2)水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在較高的水壓力作用下，將水流分離成0.2～2 mm甚至更小的細小水霧滴，噴向保護對象，達到滅火或防護冷卻的目的。水噴霧滅火系統(tǒng)主要用于露天設(shè)備火災(zāi)及電氣火災(zāi)，它造價較水噴淋滅火系統(tǒng)要高，而在古建筑中使用時也會造成水漬損害，因此某些場所并不適用。(3)水幕系統(tǒng)分為防護冷卻水幕和防火分隔水幕，是一種用于擋煙阻火和冷卻分隔的噴水系統(tǒng)，在具備條件時，在古建筑中的一些重要部位可設(shè)置水幕系統(tǒng)。(4)細水霧滅火系統(tǒng)是由一個或多個細水霧噴頭、供水管網(wǎng)、加壓供水設(shè)備和相關(guān)控制裝置等組成，能在火災(zāi)發(fā)生時向保護對象，或在空間噴放細水霧并撲滅、抑制及控制火災(zāi)的自動滅火系統(tǒng)。細水霧滅火系統(tǒng)的滅火效能高，反應(yīng)速度快，還有一定的穿透性，可以解決全淹沒和遮擋的問題，還可防止火災(zāi)的復(fù)燃。細水霧不會對環(huán)境及保護對象造成危害。細水霧滅火系統(tǒng)可局部應(yīng)用，獨立地保護古建筑某一部分，也可作為全淹沒系統(tǒng)，保護整個空間，尤其可用于水源匱乏的地區(qū)及部分禁止用水的場所。細水霧滅火系統(tǒng)管道管徑較小、節(jié)省管材，工程造價低，安裝、維護簡便，安裝時隱蔽性強，能很好地維護古建筑的整體景觀，符合古建筑保護要求。

4 結(jié)論

本文詳細分析了國內(nèi)古建筑火災(zāi)的主要原因，并利用事故樹分析法對古建筑火災(zāi)風險進行了分析，進而提出了風險控制基本策略。根據(jù)古建筑的特點以及古建筑火災(zāi)的特點，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，對比了各類適合于古建筑的火災(zāi)探測器，探討了幾類自動噴水滅火系統(tǒng)在古建筑中的適用性，為古建筑的消防整體保護提供參考。本文認為，無線火災(zāi)報警系統(tǒng)和分布式光纖感溫探測系統(tǒng)是非常適合保護古建筑的火災(zāi)探測器，而細水霧滅火系統(tǒng)則是非常適合古建筑的自動噴水滅火系統(tǒng)。

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(責任編輯 李 蕾)

A Research on the Fire Risk of an Ancient Building and Countermeasures

ZHAO Honghai，WANG Wenwei

(FireOfficerTrainingCenterofFireDepartmentofMPS，Tianjin300402，China)

The analysis of tree diagram on fire risk was studied based on fire causes in an accident building, which brought forward some strategies for fire risk control. Besides, the analysis and comparison was made on a fire detection and fighting technology, and the paper put forward the application of a wireless fire alarm system, a distributed optical fiber temperature detection system and water mist fire extinguishing system in an ancient building. The paper is to provide a reference for fire protection of a domestic ancient building.

ancient building; fire-fighting; fire risk; tree diagram

2015-06-15

趙洪海(1975— )，男，天津人，高級講師； 王文偉(1984— )，男，湖南衡陽人，工程師。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0064-04