古建筑火灾风险研究及对策

赵洪海，王文伟

(公安部消防局警官培训基地，天津 300402)

古建筑火灾风险研究及对策

赵洪海，王文伟

(公安部消防局警官培训基地，天津 300402)

分析了古建筑火灾的原因，继而对火灾风险进行了事故树分析，提出了火灾风险控制策略。最后对古建筑内的火灾探测技术和火灾扑救技术进行了分析比较，提出了无线火灾报警系统和分布式光纤感温探测系统以及细水雾灭火系统在古建筑内的适用性，为国内古建筑的消防保护提供参考。

古建筑；消防；火灾风险；事故树

0 引言

古建筑是指具有历史意义的古代民用、公共建筑。然而由于古建筑在消防保护方面非常薄弱，因而在火灾面前，古建筑是相当脆弱的。近年来，国内已发生多起重大的古建筑火灾，造成了严重损失。张泽江[1]等对古建筑防火保护研究现状进行了讨论，列举了古建筑消防保护的常用措施包括防火阻燃处理、防雷、自动喷淋和报警系统等。刘军[2]研究分析认为古建筑耐火等级低、火灾荷载大、起火原因复杂等是古建筑火灾的主要特点，并认为消防设施不完备是古建筑的消防重大隐患之一。戴晓莹[3]提出在古建筑中应选择合适的消防设施，包括可以选用无线火灾报警系统，设置消火栓系统、喷淋系统以及大空间智能灭火系统等。本文将在古建筑分类的基础上对火灾探测技术与灭火技术进行分析比较。

1 古建筑火灾原因

建国前，我国古建筑起火多数是雷击和战争引起的。建国后，一些古建筑被随意改变其使用性质，火灾时有发生，原因也大不相同。新中国成立50年(1949—2003)，我国共发生古建筑火灾165起,其原因主要来自两个方面[4-6]：(1)自然界的危害。雷击是自然界给古建筑带来的重要危害。雷电直接击中古建筑则可能会引发火灾，而雷击古建筑周边的建筑或林木等引发火灾，也会间接威胁到古建筑的安全。(2)人为因素造成的灾难。从历年各种火灾发生的原因来看，因为人为因素造成的火灾，占火灾总数90%以上，古建筑火灾也大致如此。从建国以来的情况看，人为造成古建筑火灾的原因主要是：用火不慎；电气设备使用不当；电线陈旧老化、绝缘损坏、发生短路引起火灾；吸烟、乱扔烟头、火柴棒；纵火、玩火；宗教活动；管理和使用不善。除此以外，因外部的火灾蔓延引发古建筑起火也应该引起高度重视。我国古建筑讲究“曲径通幽”，往往位于深山茂林之中，因此一旦古建筑周围的森林发生火灾，必将严重威胁到古建筑本身的安全[7-9]。

2 古建筑火灾风险特征及分析

综合以往古建筑火灾事故特征及起因类型，建立事故树，如图1所示。该系统最小割集8个，最小径集3个。从最小径集来看，只要氧气和可燃物这两个基本事件不发生，就可以避免火灾的发生。其次，点火源的7个基本事件都不发生，也可保证无火灾的发生。由此可见，点火源是最关键的基本事件。然而，氧气和可燃物这两个因素是不可控的，所以保证点火源的基本事件都不发生是非常重要的。由古建筑火灾事故树可知，引起古建筑火灾的主要原因有可燃物自燃、人为纵火、乱丢烟头、电气线路故障、香烛火灾、炊事火灾等。可燃物的种类与体量、点火源的位置及方式、消防防护技术与措施都决定着古建筑火灾事故的严重程度。此外，古建筑整体消防安全规划水平，消防配套设备与应急处理措施方案，以及监督和安全管理水平都是左右古建筑消防安全的关键性因素。

图1 古建筑火灾事故树

3 古建筑火灾风险控制策略

通过前文的分析，在古建筑中若能控制点火源，即尽早发现火灾或者早期实现消防扑救，则可有效降低古建筑火灾的发生概率。火灾的及时发现和扑救需要配置适宜的消防报警设备和自动灭火系统，同时要提高相关人员的消防意识，配置足够的消防器材，畅通消防通道，合理划分防火分区。本文对消防管理及防火分区划分不展开讨论，重点讨论通过合理设置火灾探测与扑救设施，实现古建筑火灾风险控制。古建筑往往群体布局，单体建筑多而且差异较大，消防设计各异，因此在进行火灾探测与扑救设施的设计与安装时，需因地制宜。

3.1 火灾探测技术比较分析与选型

古建筑材料的不同要求对其监测手段也不尽相同。传统木结构古建筑本身有很多优点，如抗震性能好，材料来源广泛，施工速度快等。但是，木结构古建筑也存在很多弊病，如容易被雨水腐蚀、白蚁侵蚀，容易发生火灾等。木质结构建筑的这些特点，首先要求监测手段必须要防火、防雷击，其次监测中所用到的传感器件不能具有腐蚀性，最后监测的本身尽量避免给木结构建筑施加过大的额外荷载。另一类是砖石砌体建筑，长期以来，由于外部环境的改变、风雨的剥蚀以及战争和现代旅游业等社会因素干扰，绝大多数古建筑的砌体中都有空鼓、裂缝、倾斜和酥碱等发生，并正逐步吞噬着古建筑的稳定。因此，对砖石砌体古建筑的监测尤为重要，砖石结构的监测既要准确反映出结构体的变形情况，又不能损毁古建筑本身所携带的历史文化信息，这就要求监测传感器在不破坏古建筑的情况下，实现与结构体的有效配合。

《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116—2013)对火灾探测器的选择做了以下一般规定：(1)对火灾初期有阴燃阶段，产生大量的烟和少量的热，很少或没有火焰辐射的场所，应选择感烟探测器；(2)对火灾发展迅速，可产生大量的热、烟和火焰辐射的场所，可选择感温探测器、感烟探测器、火焰探测器或其组合；(3)对火灾发展迅速，有强烈的火焰辐射和少量的烟、热的场所，可选择火焰探测器；(4)对火灾形成特性不可预料的场所，可根据模拟试验的结果选择探测器。古建筑几种常见的火灾探测器见表1。

古代因木材较石材更容易获得，且木材更便于建造房舍，所以古建筑中多有木制结构。《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014，以下简称《建规》)明确规定：“总建筑面积大于1 500 m2的木结构公共建筑应设置火灾自动报警系统，木结构住宅建筑内应设置火灾探测与报警装置。”

目前，消防报警系统大多采用有线方式传输线路进行连接，这样的连接方式投资大、安装麻烦、工程量大，特别在古建筑安装时，工序更是极为麻烦。而且在布线时，如果走明线，则会影响古建筑的外观风格；如果走暗线，则会破坏古建筑内部结构，均不利于古建筑的保护。

3.1.1 无线火灾报警系统

无线火灾报警系统是近几年来在国外发展起来的新型火灾报警系统，它是利用无线火灾探测装置发出火警信号，并记录发出信号的地点和时间的火灾自动报警设备。无线火灾报警系统由无线火灾探测装置及无线火灾报警控制器组成。无线火灾探测装置主要由火灾探测器、无线发射机组成，当在探测范围内发生火灾时，探测装置将产生信号，进而启动发射机，在规定时间内发出报警信号，无线火灾报警控制器在接收到报警信号后能实现火灾和探测装置故障的声光报警功能。

表1 古建筑火灾探测器比较

由于无线火灾报警系统安装快捷，施工时对建筑物本身的构造没有大的伤害，在许多场合，特别是古建筑中非常适用，它设置的灵活性是有线报警系统不可比拟的。无线火灾报警系统与传统有线系统的主要硬件成分几乎是一致的，包括控制器、感烟或感温探测装置及发声器等。无线火灾报警系统与传统的有线系统的比较见表2。无线火灾报警系统的探测器安装位置与有线系统一致，甚至可以安装在有线系统不易布线到达的位置。无线信号的传输距离有限，当火灾报警探测器与无线火灾报警控制器之间距离过远时，则需要一个甚至多个无线中继器进行转接。火灾报警系统还应配置手动报警按钮，以便在人员发现火灾的早期进行报警。

3.1.2 分布式光纤感温探测系统

在古建筑中的一些重要保护场所需要进行全方位立体的保护，火灾探测器需要密集敷设在整个场所内，此时就需要应用线型火灾探测器。线型火灾探测器包括感温电缆、光纤光栅感温探测器以及分布式光纤感温探测器。感温电缆由于自身带电，具有电气火灾隐患，所以在重要场所已少有使用；光纤光栅感温探测器因探测器铺设点较多，工程施工过程中需熔接点数多，施工及维护难度和成本较大，因而应用也受到一定限制。分布式光纤感温探测器则是一种连续性测温系统，可以实时监测温度，并可根据温度变化发出报警，是目前先进的线型感温报警技术。分布式光纤感温探测器还具有以下优点：非电传感，本质安全；绝缘性好，抗电磁干扰；精度高，能远距离传感；尺寸小，重量轻；寿命长，长期可靠性好。分布式光纤感温探测器在古建筑内敷设时可沿着可燃物(如木制横梁、柱等)表面敷设，并可实现沿横梁、支柱，再到屋内桌椅台面、地板等的立体敷设方式。一套分布式光纤感温探测器可敷设超过30 km，并可定位温度变化位置，通过软件设置就可以实现古建筑的立体温度监测。

表2 无线与有线火灾报警系统对比

3.2 火灾扑救技术比较分析

我国现行的《建筑设计防火规范》规定，国家级文物保护单位的重点砖木或木结构建筑，应设置闭式自动喷水灭火系统。然而，传统的自动喷水灭火系统安装在古建筑中都存在着不同程度的缺陷。(1)水喷淋灭火系统是最常见的自动喷水灭火系统，它通过喷洒大量水来冷却火场并最终灭火。优点是系统可靠，造价低；缺点主要是用水量较大，需要有充足的水源。在普通无重要保护文物的场所可选用水喷淋灭火系统，且宜选择大流量喷头或快速响应喷头。而在古建筑中应用时也需要考虑是否会对保护区域内的重要文物、展品等造成水渍损害，在对水渍损失要求较高的地方，水喷淋则不适用。(2)水喷雾灭火系统是利用水雾喷头在较高的水压力作用下，将水流分离成0.2～2 mm甚至更小的细小水雾滴，喷向保护对象，达到灭火或防护冷却的目的。水喷雾灭火系统主要用于露天设备火灾及电气火灾，它造价较水喷淋灭火系统要高，而在古建筑中使用时也会造成水渍损害，因此某些场所并不适用。(3)水幕系统分为防护冷却水幕和防火分隔水幕，是一种用于挡烟阻火和冷却分隔的喷水系统，在具备条件时，在古建筑中的一些重要部位可设置水幕系统。(4)细水雾灭火系统是由一个或多个细水雾喷头、供水管网、加压供水设备和相关控制装置等组成，能在火灾发生时向保护对象，或在空间喷放细水雾并扑灭、抑制及控制火灾的自动灭火系统。细水雾灭火系统的灭火效能高，反应速度快，还有一定的穿透性，可以解决全淹没和遮挡的问题，还可防止火灾的复燃。细水雾不会对环境及保护对象造成危害。细水雾灭火系统可局部应用，独立地保护古建筑某一部分，也可作为全淹没系统，保护整个空间，尤其可用于水源匮乏的地区及部分禁止用水的场所。细水雾灭火系统管道管径较小、节省管材，工程造价低，安装、维护简便，安装时隐蔽性强，能很好地维护古建筑的整体景观，符合古建筑保护要求。

4 结论

本文详细分析了国内古建筑火灾的主要原因，并利用事故树分析法对古建筑火灾风险进行了分析，进而提出了风险控制基本策略。根据古建筑的特点以及古建筑火灾的特点，结合相关规范要求，对比了各类适合于古建筑的火灾探测器，探讨了几类自动喷水灭火系统在古建筑中的适用性，为古建筑的消防整体保护提供参考。本文认为，无线火灾报警系统和分布式光纤感温探测系统是非常适合保护古建筑的火灾探测器，而细水雾灭火系统则是非常适合古建筑的自动喷水灭火系统。

[1] 张泽江,覃文清,兰彬,等.古建筑防火保护研究现状[J].消防技术与产品信息,2007,(2):52-54.

[2] 刘军.古建筑火灾特点与消防安全管理[J].消防技术与产品信息,2012,(3):11-12.

[3] 戴晓莹.古建筑消防保护技术与消防设施选择[J].消防技术与产品信息,2013,(5):13-15.

[4] 何志华.古建筑消防安全现状分析[J].中国新技术新产品,2014,(2下).

[5] 杜永霞.古建筑消防安全特性及防火对策[J].安防科技,2006,(8):51-52，34.

[6] 李引擎,刘文利,等.日本古建筑火灾预防对策综述[J].武警学院学报,2004,(S0):4-7.

[7] 刘天生,陈宝胜.用现代技术构建古建筑防火安全的双重保护体系[J].武警学院学报,2004,(8):88-90.

[8] 霍然,胡源,李元洲.建筑火灾安全工程导论[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1999.

[9] 史月英,郭潞梅.浅谈古建筑中灭火器的配置与维护[J].武警学院学报,2004,(S0):19-22.

(责任编辑 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

赵洪海(1975— )，男，天津人，高级讲师； 王文伟(1984— )，男，湖南衡阳人，工程师。

TU998.1

A

1008-2077(2015)10-0064-04