丽江古建筑火灾风险评估及防火研究

●李继鸿

(丽江市消防支队，云南丽江 674100)

0 引言

丽江古城1997年被列入“世界文化遗产”名录，其古建筑主要为未经任何阻燃处理的木构架结构，集中体现了纳西族建筑的艺术和风格。但作为旅游胜地，高流动人口下的这些木构架结构给丽江古城的消防安全带来了极大的隐患。对于历史建筑的消防安全改造，若依据现行规范处方式条文进行处理，将会破坏其历史风貌。

消防安全改造与历史风貌保护之间的矛盾较为普遍，各国先后展开了大量研究，并出台了一系列规范性指导文件，例如欧洲的FiRE-TECH(Fire Risk Evaluation To European Cultural Heritage)项目［1］，美国的 NFPA 914《历史建筑防火规范》［2］，我国的《历史文化名城保护规划规范》［3］和最近公安部消防局发布的《古城镇、村寨火灾防控技术指导意见》［4］等。其中，最有影响的一部标准是NFPA 914，该标准从保护历史建筑的角度，提出了保障历史建筑防火安全和生命安全的方法体系，内容包括:基本工作程序、处方式选项、性能化选项、防火保护、火灾预防等，同时其附录部分还提供了开展上述工作的基本要求以及历史建筑中常用建筑材料的耐火等级、燃烧性能等参数，对历史建筑的消防安全评估和改造具有重要的参考价值。

本文依据NFPA 914规定的工作程序对丽江古城火灾风险进行分析，主要包括以下研究工作:(1)通过现场调查和文献查阅，明确现有历史建筑中的历史要素;(2)调查丽江古建筑现有消防状态，结合现行标准，分析丽江古城现有消防安全状况与现行规范的符合程度和存在的火灾危险;(3)运用火灾风险指数法，评价丽江古城单体建筑火灾风险，筛选出古城建筑消防安全的薄弱环节，甄选可行的改进措施，并对建筑重新进行评估，确定其风险水平。

1 NFPA 914基本工作程序

NFPA 914基本工作程序如图1所示。该标准以保护生命安全和历史特征为目标，在此目标下，提出了4个防护指标:(1)与火灾没有密切接触的人员拥有足够的逃生时间;(2)建筑结构在火灾中保持完整性;(3)保护建筑外部历史特征;(4)保护建筑内部历史特征。这4个指标实际上囊括了建筑消防安全特征和建筑历史特征两大范畴。

为落实这些指标，需要对规范符合性、安全隐患、火灾蔓延方式和出口方式等4个消防安全要素和内外历史特征、毗邻建筑、位置特征等5个历史特征要素进行评估。对于建筑物的消防安全要求，NFPA 914要求应满足“处方式规定”、“风险指数要求”或“性能化要求”三者之一。对于不能满足消防安全要求的建筑，该规范规定应采取必要的消防措施，这些措施应满足3个要求:(1)对建筑历史特征的改变应尽可能小;(2)措施的效果须经实证或性能化分析确定(二者须至少满足其一);(3)最终确定的措施必须以“处方式”或“性能化方式”的形式表达出来。

图1 NFPA 914基本评价思路

2 丽江古建筑历史要素调查

文献［5］对丽江古建筑的历史特征进行了详细论述:古建筑形式多为两层木结构楼房;布局形式最为典型的是三坊一照壁，另外还有一进两院，四合五井天，前后院等形式;从结构体系看，有梁柱式木构架，井干式木构架，绑扎式结构，多为土坯墙，瓦屋顶;房屋注重局部装饰，如门窗饰以木雕图案，外立面常采用木质雕花门窗围护，大过梁的梁头雕成兽头，山墙两层以上为木板墙体，庭院采用鹅卵石或五花石铺装等。在进行消防改造的时候，应尽可能使户型院落、屋架结构、门窗、山墙及特征性装饰不受影响。

3 丽江古城现有消防状态

3．1 基本调查状况

丽江古建筑多为未经阻燃处理的木构架，古城内80%的建筑为商铺、餐饮和手工作坊等，其用火源多，火灾荷载大。古建筑多依山就势，自由布局，建筑成片布置，无法满足规范关于木结构民用建筑防火间距 11 m 的要求［6］;古城内除 5 条 2．2 ～3．5 m主街外，其余街道弯曲、狭窄，平整度不够，无法满足规范对消防车道4．0 m以上宽度条件的要求［3］，一旦发生火灾，扑救困难。古城内用火多为煤、柴，民族庆典多有用火习俗，火源较多;电气线路穿管不完全，私拉乱接严重，开关插座多安装于可燃物上。一般建筑内无自动喷淋系统和消火栓系统;市政消火栓供水为枝状管网，供水可靠性不高;拥有现役消防部队，5 min内一般能到达指定区域附近，但由于场地限制，不一定能及时展开扑救;基本家家门前均有小溪流过，有足够的天然补给水源。

一般建筑单体，内外墙均为370 mm土墙或砖石材料，与木梁搭接;屋盖一般为木椽子上覆瓦，钉于木屋架梁上，尺寸100 mm左右;屋架上方开口或仅以2 cm厚的木板封闭;梁、柱、楼板均为未经阻燃处理的木材，构件一般尺寸为梁130 mm，柱240 mm，楼板20 mm，嵌入墙内的柱可提高耐火性能，屋内一般无吊顶;门窗为50 mm厚的木框，未镂空时其耐火时间考虑边界起火，镂空时无耐火时间;楼梯多为宽约1 m、厚20 mm的梁式楼梯，放置于梁或墙上;木质走廊宽约1 m，通向楼梯口或室外。主要构件的耐火极限见表 1［2］。

表1 主要构件耐火极限

从主要构件耐火性能可以看出，在火灾作用下，屋盖、楼板、走廊和楼梯最易坍塌，使火灾垂直传播，然后是无保护上段柱(有保护的下段柱和墙体耐火时间相对较长)。对于门或窗，在未镂空处理情况下，仅能保证13～30 min的耐火时间;在镂空雕花的情况下，不具备隔热作用。山墙上方的木板耐火时间很短，烧穿后将成为火灾水平传播的途径。

3．2 对现行消防规范的符合程度

依据丽江古建筑的基本情况和主要构件的耐火极限，分析其对现行规范的符合程度:(1)建造缺陷。内外墙耐火时间达到3 h以上，在其三角屋架区域，多是无砌筑(内隔墙)或仅用未经阻燃处理的木板(山墙)分隔，这种墙体无法形成有效防火分隔。建筑物间距最大仅3．5 m，多数连片建设，单体建筑间距达不到防火间距11 m的要求，若按连片建筑防火分区考虑，则单个分区内建筑面积过大，一般超过600 m2的限制。建筑正立面墙体采用木质镂空门窗装饰，建筑的主要构件未经阻燃处理，耐火时间不足。(2)建筑物使用和占据缺陷。丽江古城集居住、商贸、观光旅游于一体，近年来游客数量不断增加，给古建筑的承载能力和安全保护带来了很多问题。另外，许多外来人口在古城内租借房屋，他们大都吃、住、经营同处一屋，违章用火、用电，极易造成火灾。(3)防火保护系统缺陷。建筑内部一般不安装报警设备和自动喷淋设备，对于沿街商铺与居住单元间，也未做有效防火分隔，属于多合一类型。(4)场地缺陷。若按单体建筑考虑，各个建筑之间没有足够防火间距，若按多个建筑组成的连片区域考虑，则建筑物的沿街部分长度超过150 m，缺乏进入建筑群的消防车道。片区内多数道路曲折、路面起伏较大，不适宜做消防车道，缺乏回车场地。

3．3 现存火灾隐患情况

丽江古建筑现存火灾隐患较大，主要体现在以下几个方面:(1)火源较多。生活用火主要燃料是煤和柴，没有专门用火保护措施;宗教庆典及节日时多有燃烧火把、祭火等民族习惯;用电线路缺乏有效保护措施，穿管不完全，开关插座安装于可燃物上;同时建筑一般不设置避雷设施;古城内小吃店、餐馆大量存在，导致用火、用电危险因素增高;居民、游客消防安全意识淡薄。(2)材料燃烧性能。建筑材料主要是木材，历经多年含水量很低，且未经阻燃处理，极易引发火灾。火焰传播容易，易形成火烧连营的情况。(3)火灾蔓延。依据主要构件耐火极限可推知建筑起火之后火势的蔓延途径。水平传播途径方面，建筑正立面为镂空雕花面板，此部分起火后，由于与邻近建筑较近(2～3 m)，可引燃对面建筑和其它房间，同时该部位与二楼面板相连，从而引发上层火灾;建筑侧立面和内隔墙上段屋架区域为木板，易引燃，并向周边传播;檐口、窗洞口、走廊易引燃其他房间。垂直传播途径方面，建筑正立面、窗洞口和楼梯均会将火焰传至上层或周边建筑。(4)结构完整性。依据主要构件耐火极限可推知，火灾发生后15 min左右，内部楼板、走廊、正立面墙体损毁、坍塌;屋盖引燃20 min左右将坍塌，45 min左右，上段柱完全坍塌仅剩土墙和下段柱。可大致认为，在火灾发生15 min后，作为建筑重要外部历史特征的正立面镂空面板、走廊、楼梯(含饰品)完全损毁。(5)出口方式。多数临街酒吧属于人员密集场所，一般设置门槛或踏步(靠山建筑)。

4 单体建筑火灾风险评估

4．1 火灾风险指数法基本内容

本文采用火灾风险指数法对单体建筑的火灾风险进行评估。该方法是北欧国家针对木结构住宅开发的一种火灾风险评估方法，适用于多层木结构住宅建筑。火灾风险指数法虽然是一种半定量计算方法，但研究表明，其所得结果与定量计算方法基本一致。由于此方法的可操作性较强，在实际的火灾风险评估中应用广泛。风险指数法以保护生命安全和财产安全为目标，确定了结构建造材料、内部消防设施、疏散通道等17个考察项目，主要涉及5个方面:火灾中建筑完整性、建筑内消防系统、灭火救援、人员疏散和火灾蔓延。17个项目每项满分均为5分，各项所占权重不同，最终得分为各项相加，满分为5分。文献［7］对17个考察项目不同情况下的得分及所占权重有详细的描述，本文不再赘述。由于风险指数法并不是针对历史建筑的评估方法，所以对于发现的消防安全改进措施，并不一定完全适用，需进一步甄别和筛选，以使其对建筑物历史特征的破坏程度降至最低。

建筑火灾风险评估的目的是保护人员和财产的安全，历史建筑火灾风险评估的特点在于，历史建筑除需满足消防安全目标外，尚需进一步考虑对建筑历史风貌的保存问题，使选择的措施对建筑原有风貌的破坏最小。为实现这个目的，本文评估过程采取3个步骤:(1)基本评估。用火灾风险指数法评估古城建筑火灾风险，判断单体建筑火灾风险水平，筛选出建筑火灾安全中的薄弱环节。(2)措施评估。对上述措施组进行评估，以筛选出对建筑历史风貌改变较小的措施。(3)再评估。选择可使用的消防措施后，进行再评估，以确定改进建筑消防安全的方向和措施组合。

4．2 火灾风险指数法的基本评估和措施评估

依据实际调查结果，普通单体建筑的基本特征为:毗邻建筑净距＜6 m;房间墙面一般为石头或混凝土;结构耐火时间＜30 min，仅受力构件可燃;外立面可燃材料比例＞40%，窗口上方材料可燃，外立面面层和墙体之间无空隙;可能起火房间的最大面积＜50 m2;房间分隔＞EI 60，在节点、连接及暗室空间，墙体上方三角屋架区域，为开孔的木结构，无阻火物;房间无烟气控制系统，通过顶棚附近的开孔自然通风;通风系统无专门防烟措施;建筑一般无阁楼;门窗为手动关闭形式，一般无阻热能力;房间内无自动喷淋系统，每层配备有便携式灭火设备;房间中及疏散路径上无探测系统;报警仅为人工传递;有1部楼梯作为逃生路线，但至少有一扇窗户和一个阳台作为逃生路线，路线距离＜10 m，无导向标志和应急照明;装备、逃生路线有定期维护和检查;在灭火救援服务方面，消防队有灭火能力、排烟能力和通过云梯进行外部营救能力，响应时间为5～10 min，所有窗户均可使用云梯。由此可得单体建筑的风险指数R为1．948，其各项考察项目的具体得分见表2。

依据火灾风险指数法应用过程中各项得分的统计规律，可以大致判定:若分项分值范围＜2，从消防安全角度应采取措施;若分项分值范围为2～3，从消防安全角度可以考虑提高;若分项分值范围＞3，从消防安全角度应继续保持。

对于表2，有以下几点说明:(1)从应保持项目中明确以下几点:P1项目(房间内饰面装修材料)，不得在原有建筑墙体内表面增加新的可燃装修材料;P4项目(可能起火房间的最大面积)，不得因使用需要随意拆除建筑内隔墙;P16项目(装备、逃生路线、人员教育)，必须坚持装备、逃生路线的维护和检查，坚持人员教育，并达到一定要求，建议增加对住户的灭火、逃生训练。(2)对于可考虑提高的项目中，P5项目(房间分隔)，在安装吊顶允许的情况下，可在节点、连接及暗室空间设置阻火物，房间分隔上的开孔，例如墙体上方与屋架间的部分，应用阻火物封堵;P14项目(逃生路线)，可增加导向标识和应急照明，这对建筑历史特征的改变是比较小的。(3)从必须提高的项目来看，改变门(P6)、窗(P7)风格和改变建筑物净距(P10)均会大幅改变建筑历史风貌，是不可取的;在允许使用吊顶的情况下，增加喷淋系统(P2A)、火灾探测系统(P12)和报警系统(P13)，不会显著改变建筑历史风貌，在技术经济条件允许时，应考虑增加。

4．3 火灾风险再评估

结合基本评估和可用措施评价，初步选择如下措施组合进行再评估:(1)措施组合1(P5+P14C+P16)，封堵开口和孔洞+增加导向标识和应急照明+灭火、逃生训练。P5分值由 2．4 增至 2．92，P14分值由 2．02 增至 2．34，P16分值由 3．68 增至 4．01。显然，增加组合1后，建筑火灾安全性提高非常有限，组合1不能作为有效的措施组合。(2)措施组合2(措施组合1+P2+P12+P13)，在组合1的基础上每个房间及疏散通道上布置与市政管网连接的喷淋系统、感烟型探测系统和报警铃声，P12分值由0变为2，总体风险值接近2．5，属于中等安全水平。

表2 火灾风险指数法评估表

5 针对古建筑群火灾蔓延所采取的措施

根据对单体建筑进行的火灾风险评估，在丽江古城群体性建筑的火灾防控中，为最大限度防止火势蔓延可以采取多级防护思路:(1)控制火源。从源头上减少火灾，包括如下措施:线路改造;明火使用管理;规范用电器;规范加热、烹饪设施。(2)提高建筑物的耐火性能。做到木结构一般不外露，外露的要阻燃，从而抑制和减少初起火灾，包括如下措施:楼、屋盖采用不燃物包覆;外立面阻燃处理;檐口阻燃处理;石膏吊顶;洞口封堵措施。通过上述处理，能做到楼屋盖的耐火时间增加至30 min，外立面的耐火时间增加至20 min，推迟了火灾发生轰燃的时间(外立面一旦引燃，将立即发生轰燃)，并使结构在人员疏散完成之前保持足够完整性，同时也为(古城)消防队扑救火灾争取时间。(3)控制火灾蔓延，防止火势扩大。通过措施组合2，同时也达到了切断或延缓火灾蔓延的要求:切断了火灾通过木构架开口处向其它房间蔓延的途径;切断了火灾通过山墙(麻雀台上方)开口处向其它建筑蔓延的途径;推迟了火灾通过外立面向其它房间蔓延的时间;推迟了火灾通过檐口向其它建筑蔓延的时间。(4)安装火灾自动报警系统，及时发现初起火灾，为疏散和扑救争取时间。木结构燃烧发烟量较大，采用感烟探测器即可满足要求。(5)改善疏散条件，规定满足疏散的基本要求，并增加疏散辅助设施。(6)明确基本灭火器材(便携式灭火器)的配备要求，提高对初起火灾的扑救能力。(7)配备简易喷淋系统，扑灭初起火灾或防止火势扩大。

6 结论

依照NFPA 914工作流程，采用火灾风险指数法，对丽江古城现有消防状况进行评估。结果表明:(1)现有状态的古建筑物具有较高的火灾风险。(2)在保护古城历史特征的基础上，应对建筑内开口、疏散照明和房间内灭火系统等实施改造，使其风险降至中等安全水平。(3)与“处方式”处理方法相比，本文采用的方法在使用过程中更具有可操作性，也更符合历史建筑的消防改造特点。

［1］Fire Risk Evaluation To European Cultural Heritage(FiRE-TECH)WG6:European study into the Fire Risk to European Cultural Heritage［M］．European Commission，2003．

［2］NFPA 914，Code for Fire Protection of Historic Structures 2001 Edition［S］．

［3］GB 50357-2005，历史文化名城保护规划规范［S］．

［4］公安部消防局．古城镇、村寨火灾防控技术指导意见(征求意见稿)［Z］．2014．

［5］朱良文．丽江古城与纳西族民居［M］．昆明:云南科技出版社，2005．

［6］GB 50016-2006，建筑设计防火规范［S］．

［7］Hans Hultquist，Björn Karlsson．Evaluation of a Fire Risk Index Method for Multistorey Apartment Buildings，Report 3088［M］．Lund:Department of Fire Safety Engineering，Lund University，2000．