鄒皖峰 王桂君

1 木結(jié)構(gòu)建筑的火災

木結(jié)構(gòu)建筑[1]（以下簡稱“木建”）自古就有，隨著時代的發(fā)展，建筑電氣設(shè)施為木建增添了新的元素，但也給它帶來了火災隱患。據(jù)調(diào)查，木建的電氣火災源[2]主要來自明火、電氣設(shè)施和雷擊，圖1、2為因電氣或雷擊原因發(fā)生火災的木建。

圖1 電氣火災——武當山遇真宮Fig.1 Electrical fire—Wudang Mountain Yuzhen Palace

圖2 雷擊火災——普惠寺大雄寶殿Fig.2 Lightning fire—Main Hall of Pratt Whitney Temple

表1列出三類火災源產(chǎn)生的原因：

表1 木結(jié)構(gòu)建筑火災源及原因Tab.1 Wood structure fire sources and causes

1）明火引起的火災顯而易見，不再贅述。

2）電氣設(shè)施的老化、使用不合格的電氣產(chǎn)品等是導致大部分火災的原因。這類電氣產(chǎn)品由于長時間處于插電狀態(tài)或過負荷運行，極有可能導致電線過熱、接頭短路等現(xiàn)象，從而引起火災。它一般初起于電氣柜火災、電纜接頭處等。因為線路運行狀況無法用肉眼看見，這類火災起初很難被發(fā)現(xiàn)。有時雖被發(fā)現(xiàn)，其火勢已無法控制。

3）木建多處于公園、林區(qū)等依山傍水的場所，地勢空曠，易遭受雷擊侵擾。而且與鋼混結(jié)構(gòu)建筑不同，木結(jié)構(gòu)建筑沒有天然的法拉第籠，它對雷擊形成的靜電感應、電磁感應、閃電感應、電涌侵入等的屏蔽效果不好，易造成電子設(shè)備的損壞和火災。因此，對于雷擊產(chǎn)生的火災也需要重視。

針對木建的火災隱患，我國GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[3]、GB 50116—2013《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[4]都給出了相應要求。筆者結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，從電氣角度探討木結(jié)構(gòu)建筑的電氣防火措施。

2 木建的FAS

對于木建，明火或電氣設(shè)施導致的火災，在燃燒早期極易產(chǎn)生煙氣或高溫。如果能提前探測火情，及時采取防火聯(lián)動，可大大減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。針對這種情況，火災自動報警系統(tǒng)（FAS）為木結(jié)構(gòu)建筑帶上了可靠的護身符。

2.1 FAS的定義

圖3 FAS系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Typical structure of FAS system

FAS系統(tǒng)是探測火災早期特征、發(fā)出火災報警信號，為人員疏散、防止火災蔓延和啟動滅火設(shè)備提供控制與指示的消防系統(tǒng)。圖3為FAS系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。在火災早期，F(xiàn)AS利用感煙或感溫探測器，対木建的環(huán)境進行實時監(jiān)測;當探測器檢測到煙氣或高溫時，便將信號傳輸?shù)綀缶刂破鳎芍蛋嗳藛T進行火災確認；如報警控制器自帶聯(lián)動控制功能，可由值班人員或控制器確認后聯(lián)動消防設(shè)備進行滅火。

木建FAS系統(tǒng)設(shè)計有其特殊性，依據(jù)GB 50016—2014、GB 50116—2013的設(shè)計原則，下面簡要探討如何設(shè)計FAS系統(tǒng)。

2.2 設(shè)置FAS的界限形式選擇

在GB 50016—2014第11.0.13條規(guī)定“總建筑面積大于1 500 m2的木結(jié)構(gòu)公共建筑應設(shè)置火災自動報警系統(tǒng)，木結(jié)構(gòu)住宅建筑內(nèi)應設(shè)置火災探測與報警裝置。”該規(guī)范對公共與住宅建筑是否設(shè)置FAS給出了明確的界限。其次，該規(guī)范在第11章對民用的木建層數(shù)、建筑高度、建筑面積、燃燒性能、耐火極限，防火間距等做了詳細規(guī)定。

表2為規(guī)范對建筑層數(shù)及高度的要求。規(guī)范也特別指出，商店、體育館類的木建限制僅能采用單層。因此，從規(guī)范的限制可以看出我國木建的規(guī)模都較小，僅需設(shè)置火災探測器和報警裝置，達到提醒人員即可，不必設(shè)計帶有自控功能的FAS。只有在超過一定規(guī)?；蛟O(shè)有需要聯(lián)動控制的消防設(shè)備時，F(xiàn)AS系統(tǒng)才會被使用。

表2 木結(jié)構(gòu)建筑的允許層數(shù)及高度Tab.2 Allowable number of layers and height of wood structure building

而針對需設(shè)置FAS的木建，F(xiàn)AS的設(shè)計多采用兩種形式：區(qū)域報警系統(tǒng)和集中報警系統(tǒng)。區(qū)域報警系統(tǒng)的典型特征是不需要聯(lián)動消防設(shè)備，僅需自動報警；集中報警系統(tǒng)不僅需要報警，而且要聯(lián)動消防設(shè)備。根據(jù)GB 50116—2013的第3.2條，兩者的區(qū)別如表3所示。

表3 區(qū)域報警系統(tǒng)與集中報警系統(tǒng)的區(qū)別Tab.3 The difference between the regional alarm system and the centralized alarm system

由于木建的特殊性，其消防設(shè)備的選擇直接關(guān)系到FAS系統(tǒng)形式的選擇。因此，應與消防專業(yè)人員確認消防設(shè)備的動作方式后，再進行FAS系統(tǒng)形式的選擇。

2.3 報警區(qū)域和探測區(qū)域的劃分

為了迅速確定火災發(fā)生部位，并解決消防系統(tǒng)的聯(lián)動設(shè)計問題，還需對報警區(qū)域和探測區(qū)域進行劃分。報警區(qū)域可以根據(jù)GB 50016—2014第11.0.3的防火墻劃分原則，先確定防火分區(qū)的邊界，把每個防火分區(qū)作為一個報警區(qū)域。探測區(qū)域主要根據(jù)建筑功能及探測器的性能進行設(shè)計。如木建的坡屋頂較普遍，其采用的封閉吊頂或屋頂下密閉空間較多；有些木建設(shè)有發(fā)電機間、配電間、鍋爐房等設(shè)備用房；這些空間應劃分為單獨的探測區(qū)域。

2.4 探測器的選擇及安裝

只有對火災的感知有靈敏而準確的“嗅覺”，才能及時預防火災。因此，探測器的靈敏度和準確率直接關(guān)系到FAS的性能。其靈敏度不僅取決于自身特性，也取決于探測器的安裝環(huán)境和位置。在木建中，大多以采用點型感煙探測器為主。但對于山區(qū)高海拔地區(qū)，宜選擇離子型感煙探測器；在封閉吊頂或屋頂下密閉空間，因不宜安裝點型探測器，選擇纜式線型感溫探測器效果更好；而對于居住木建，木材燃燒時由于空氣不足會產(chǎn)生一氧化碳，可增加一氧化碳探測器，提示居住者或消防人員避免中毒。

對于探測器安裝位置的要求，在有吊頂?shù)目臻g里，探測器安裝簡單。但在無吊頂?shù)钠挛蓓斂臻g，如圖4所示，火災探測器的保護面積及半徑取決于屋頂坡度、房間高度h等參數(shù)。一般隨著屋頂坡度和層高的增加，因煙氣在屋脊處的聚集效應明顯且探測器受到其他環(huán)境的影響變小，探測器的保護半徑和靈敏度會相應提高。其安裝位置依據(jù)GB 50116—2013，當裝于鋸齒形屋頂和坡度大于15°的人字形屋頂時，宜在屋脊的垂直面上安裝一排探測器。

圖4 火災探測器安裝示意圖Fig.4 Installation of fire detectors

此外，木結(jié)構(gòu)屋頂?shù)膶嵝韵啾然炷翗前遢^小，其熱屏障效應很小。因此對于點型感煙探測器距頂棚的距離可不用考慮，但應保證雷電間距。

3 木建的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

除了對外界火災進行監(jiān)測外，電路相間短路、過負荷運行、泄露電流等也是造成火災的隱患之一。針對這些情況，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)當之無愧成為“火災隱患的聽診器”。

3.1 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由電氣火災監(jiān)控器、剩余電流式/測溫式電氣火災監(jiān)控探測器組成。探測器通過監(jiān)測線路上的漏電電流和溫度，來預防由短路、過載等產(chǎn)生的火災隱患。其系統(tǒng)方案如圖5所示。

圖5 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)示意圖Fig.5 Electrical fire monitoring system diagram

3.2 系統(tǒng)形式的確定

木結(jié)構(gòu)建筑的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計可依據(jù)GB 50016—2014第10.2.7條劃定的建筑范圍，為非消防負荷設(shè)置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)形式可根據(jù)木建的規(guī)模、FAS形式及后期管理方式，選擇獨立式/非獨立式探測方案。一般木建的建筑規(guī)模較小，很少設(shè)有消防控制室，如果電氣火災探測器設(shè)置數(shù)量不超過8個時，可采用獨立式探測器，并直接接入FAS系統(tǒng)或值班室顯示裝置即可。如采用非獨立式方案，電氣火災的報警信息及故障信息應在報警控制器或顯示裝置上顯示，但不應影響正常供電系統(tǒng)工作。木建常用的火災監(jiān)控系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 獨立式/非獨立式探測器的電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)Fig.6 Stand - alone / detachable detector for electrical fi re monitoring system

3.3 探測器的選擇

剩余電流式探測器主要通過檢測電流的不平衡度來實現(xiàn)探測功能，其設(shè)置主要取決于:1）配電系統(tǒng)的接線形式；2）線路的漏電電流。剩余電流式探測器的接線形式僅適用于TN-C-S或TN-S系統(tǒng)。當今，新建木建的配電系統(tǒng)多采用TN-C-S或TN-S，該探測器正適用。但許多木結(jié)構(gòu)古建筑電氣設(shè)施是早年設(shè)計的，其設(shè)計已達不到當前要求。如當時對總等電位的設(shè)計并無要求，在后期改造中，需要對此類建筑的接線形式進行重新布局，才能科學設(shè)置剩余電流式探測器。其次，考慮到每個供電系統(tǒng)都有自然漏流，在調(diào)試探測器的剩余電流閾值時應躲過自然漏流，防止誤動作。由于木建的自然漏流較小，可適當調(diào)低自然漏流最大值與剩余電流最低值的區(qū)間，從而提高探測器的靈敏度。

測溫式探測器主要通過探測發(fā)熱部件的溫度變化來監(jiān)測火災隱患。為了提高探測的靈敏度，可采用接觸式布置，其安裝部位可設(shè)在電纜接頭、端子、重點發(fā)熱部件等部位。如配電柜等是極易著火的部位，可將探測器布置在箱內(nèi)，并將信號傳至值班室。

4 雷擊火災的電氣防火設(shè)計

從防火角度看，雷電導致火災的根本原因主要是由于閃電感應、電涌侵入等影響[5]。閃電感應是閃電放電時，在金屬導體產(chǎn)生的雷電靜電感應和雷電電磁感應，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花放電；而電涌侵入是由于雷電對電纜線路及金屬管道等作用，雷電波沿管線侵入屋內(nèi)的現(xiàn)象。木建的金屬物主要包括電纜進線、設(shè)備管道、鋼窗、吊頂?shù)?，這些都為造成雷擊火災提供了充足的物理條件。

為防止閃電對這些金屬物產(chǎn)生電氣影響，主要應：1）設(shè)置接閃裝置；2）對金屬物進行等電位聯(lián)結(jié)。

圖7為防雷擊火災的電氣示意圖。其中，接閃裝置主要包括接閃裝置、引下線和接地裝置，它能引導雷電流疏散至大地。對于木建來說，其基礎(chǔ)一般采用砌筑基礎(chǔ)、伐形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等形式[7]，基礎(chǔ)內(nèi)沒有鋼筋或鋼筋的截面達不到接地體要求的，需單獨設(shè)置人工環(huán)形接地體?？紤]到土壤的電阻率，接地裝置的沖擊接地電阻應按GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》[8]進行接地體長度的計算，一般采用2.5 m管型/角鋼接地體即可。為了將雷電流散入大地而不產(chǎn)生過電壓，接地體的埋地深度不小于0.5 m。

此外，木結(jié)構(gòu)建筑不像鋼混結(jié)構(gòu)有金屬框架，應防止防雷裝置與金屬物的間隙過小而產(chǎn)生反擊，依據(jù)GB 50057—2010，接閃裝置與金屬物或線路應保證間距的算式如下：

式中：Sa3——空氣中的間隔距離，m；

lx——引下線計算點到連接點的長度,m；

kc——分流系數(shù)。

圖7 防雷擊火災的電氣示意圖Fig.7 Electrical schematic diagram for lightning protection

例如：接閃裝置與屋面材料之間，金屬門窗與引下線之間，電纜進線、弱電線纜、金屬管道與接地體之間等都應保證一定的電氣間隙,但是許多金屬物件并不是固定的，難以保證電氣間隙。為更有效地降低電位差和防止電氣反擊，設(shè)計將防雷裝置與電氣和電子系統(tǒng)做總等電位聯(lián)結(jié)，并共用接地裝置。該措施不僅讓整個建筑的金屬物形成一個等勢體，而且也無形地生成了一個電氣屏蔽區(qū)，再配合使用相應等級的電涌保護器SPD，可極大衰減雷擊電磁場的強度并有效阻止雷擊電磁脈沖的侵入。

5 小結(jié)

筆者針對木建的火災現(xiàn)象，分析火災產(chǎn)生的根本原因。探討通過采取火災自動報警系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)及防雷接地系統(tǒng)，多方位地對火災隱患進行監(jiān)控和抑制。此外，雖然這些措施都能有效地監(jiān)測到火災隱患，但往往火災多因相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)得不及時而造成，因此，除采取上述措施外，將火災的報警信息準確及時地通知到相關(guān)負責人員，并迅速進行排查，才是杜絕火險的有效方法。

[1] 龔迎春,蔡蕓,任海青.我國木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)[J].林產(chǎn)工業(yè),2016,43(7):6-10.

[2] 劉紅雅.淺議古建筑火災危險性及安全防火措施[J].科技信息,2010(2):395-396.

[3] GB 50016—2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014.

[4] GB 50116—2013 火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

[5] 白麗娟.故宮博物院古建筑防雷保護工作的回顧[J].故宮博物院院刊,2005(5):344-377.

[6] 王時煦.園林古建的防雷與防火[J].中國園林,1994,10(3):40-45.

[7] 雷文亮.木結(jié)構(gòu)古建筑地基基礎(chǔ)的構(gòu)造做法[J].山西建筑,2014,40(17):64-65.

[8] GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010.