用混凝土构筑森林防火墙及道路、蓄水防洪、太阳能发电、山地开发一体化技术方案的研究

吴方贵

（萍乡市科学技术情报研究所（萍乡市生产力促进中心），江西 萍乡 337000）

0 前言

一直以来，国内国际森林防火形势都非常严峻。1987 年 5 月 6 日发生在大兴安岭北部林区的“5.6”特大森林火灾，过火面积达到 124.3 万公顷，使 104 万公顷的森林资源遭受了严重破坏。五万同胞流离失所、193 人葬身火海，五万余军民围剿 25 个昼夜方才扑灭。“大火烧过了 100 万公顷土地、焚毁了 85 万立方米木材”。据（中国）国家森林草原防灭火指挥部办公室统计，2018 年，全国共发生森林火灾 2478 起（其中：一般森林火灾 1579 起、较大森林火灾 894 起、重大森林火灾 3 起、特大森林火灾 2 起），受害森林面积 16309 公顷，因灾造成人员伤亡 39 人（其中死亡 23人）。2019 年初，中国四川凉州发生雷击山火，共牺牲了 30 名消防战士和救火干部群众，令人心痛！

国际上，2018 年 7 月 9 日开始，加拿大东部的安大略省出现严重的森林火灾，消防人员奋战了 10 天左右，才将当地的火势控制住。2018 年 8 月 14 日～15日，加拿大不列颠哥伦比亚发生森林火灾。2018 年 8月 15 日，加拿大西部的卑诗省（又译不列颠哥伦比亚省）宣布进入紧急状态。2018 年 11 月初，美国加利福尼亚州南部和北部森林发生火灾，造成了 85 人死亡，近千人失踪，约 14 万栋住宅被毁，超过 15 万英亩的土地遭到焚毁。虽然政府派出了超过 10000 名的消防员、880 辆消防车、134 辆推土机和 14 架直升机，但是火势依然迟迟没有得到控制，最终，还是靠着一场祈求已久的大雨，才浇灭了延续两周的大火。加州林业和消防局统计数据显示，截至 11 月 21 日，此次大火过火面积达10 万公顷，受损的民宅及其他建筑至少 10000 栋，大火导致超过 15 万人被紧急疏散，估计损失将超过 200亿美元。希腊首都雅典西部、东部、北部郊区当地时间2018 年 7 月相继发生山林火灾，火势迅速蔓延至周边村镇，截至当地时间 24 日下午，火灾遇难人数升至74人，172 人受伤，这还不是最终的数目。特别是近几年，希腊、澳大利亚、葡萄牙、印度尼西亚、俄罗斯、美国、加拿大等国相继发生历史罕见的森林大火，西班牙、土耳其、意大利、法国和克罗地亚等国也发生了多起森林大火，造成了巨大经济、生态损失和严重社会后果。

多国发生的森林大火，烧毁了很多森林、村镇和汽车，造成的人员和财产损失十分巨大。森林火灾给人员生命、财产和环境造成不可逆转的危害，必须以预防为主，防止山火发生和防止山火扩大。除了采取管理上的预防和扑救措施外，还可建设强有力的防火设施，从硬件上根本解决这个难题，并结合其它功能如道路、蓄水防洪、发电、山地开发等。中国山地面积占总陆地面积70% 以上，防火和开发大有可为，从客观上和主观上将产生巨大的社会效益和经济效益。不仅如此，森林防火墙体系还可减少森林火灾产生的十分巨大的损失。

1 世界上森林火灾多发的原因分析

（1）林场作业不慎起火。1987 年 5 月 6 日发生在大兴安岭北部林区的“5.6”特大森林火灾，起火原因是一位林场工人启动割灌机引燃了地上的汽油造成的，灭火时只熄灭明火，却没有打净残火余火，致使火势失控。

（2）雷电起火。受全球气候变暖等多种因素影响，特别是干旱缺雨天气形成的“干雨”放电现象的增多，将是森林地区起火因素之一。

（3）祭奠亲友扫墓的烛火香火和（或者）燃放鞭炮、烧纸钱不慎引起山火。

（4）山上旅游人员抽烟、烧火取暖照明、烧烤食物等用火不慎引起火灾。

（5）林区小孩玩火引起火灾。

（6）在山脚的田地、草地上焚烧稻草、秸秆等风吹火星飘落到山林或者火苗蔓延到山上引起山火。

（7）燃放孔明灯掉落引起山火。

（8）山村火灾引发山火、燃放烟花引起山火。

（9）战争炮火引发山火。

（10）高温自燃引起山火。

（11）其它可能引起山火的原因。

2 对森林火灾防控的难点

尽管森林火灾多发，往往造成十分惨烈的、致命的、破坏性的、昂贵的恶劣后果，人们又难以防控，难点在于以下几点：

（1）过去，多国政府和人们重视森林防火和扑救，却没有找到十分有效的防火和扑救的技术体系。预防措施多数是从管理上预防山火的发生，甚至制定了法律，失火者要承担法律责任，对预防人为山火的发生起到了非常重要的作用。

（2）对于已经发生的森林火灾，目前世界任何一个国家对灾难性森林大火都无能为力，尚没有绝对有效的扑救技术和方法。尽管有地面扑救、航空消防和化学灭火剂，但效果不理想。

（3）天气转暖和空气湿度降低引起雷电造成的森林火灾，目前源头上难以控制，只能通过监测及早发现，及时扑救初火。

（4）过去，山地森林连绵不断，一旦发生火情，不能快速有效隔断，山地又缺水，又没有密集的道路通消防车，在高温、大风、复杂地形和丰富的植被作用下，山火猛烈燃烧，大火伴随的多种燃烧现象，如火旋风、强大对流柱、高温热流和跳跃的飞火随处可见，造成山火蔓延，更加难以扑灭。

3 防控森林火灾一体化总体方案

本技术方案的思路：“简单的方法往往最有效”；“有舍才有得”；“凡事预则立，不预则废”；“预防大于扑救”；“有投入才有产出”。

总体上，沿山坡开设“之”字形道路上山（先砍伐清理道路沿线树木灌木），相邻“之”字道路相交，形成菱形路网，在道路一侧设立防火墙，路墙根部设蓄水箱，墙体向阳的一侧上部挂设太阳能光伏发电板（膜），道路相交处设一扩大平台，供车调头和停泊。遇见山脚或者山中有村镇，设防火墙和道路将山林与村镇隔开，保证防火间距。所有防火墙间隔一定距离设防火门，并在与道路相交处设防火门。蓄水箱通过阀门和管道相连，将雨水分段截存、滴灌、入库，像吸水的“海绵山区”，多余的水入河流。如此，防火墙、道路、水路、电路连接，把山林与村镇隔开，把山体本身分隔成一个个防火区、植采作业区；把山体设置光伏发电带网、蓄水网、路网，从而保护了山林，利用了山体，利用了雨水，开发了林业和中草药种植业，以及圈养动物，有巨大的社会效益和经济效益。采用钢筋混凝土作为防火墙及蓄水箱、道路路面是因为水泥混凝土材料阻燃性能好（导热系数低，约 2.33W/(m·K)，不可燃，属 A 级）、强度高、耐久性好，是大宗易得的常用建筑材料。总体分布示意图见图 1。

针对山体坡度的大小，除了梯田和石头山、光山外，可以大致按坡度 45°为界分别研究大、小坡度相应的方案。

图1 总体分布示意图

3.1 适合小坡度山体的方案

在此，将小于等于 45°的坡度定义为小坡度，将大于 45°的坡度定义为大坡度。小坡度山体坡度较缓，适合设置实基道路（即不用架空），道路一侧设防火墙和蓄水箱。防火墙高度为本区域植物预计最高高度的 2 倍，并不小于 6m。防火墙设在道路的靠山下一侧，一般山火往山上蔓延，有利于人员在墙后躲避山火，又有利于从道路上进入上山植采作业区作业，物品及工具易于到达道路装上车。道路净宽度不少于 3m，能过一部卡车，连通村镇的道路要能会车，即设双车道。俯视图见示意图 2。小坡度 A-A 剖面图见图 3。

图2 俯视图

图3 小坡度 A-A 剖面图

3.2 适合大坡度山体方案

大坡度山体坡度较陡，不适合设置实基道路，需要架空设置道路，道路一侧设防火墙，架空道路下设蓄水箱，可以连体预制成箱梁桥面，再装配在基础上。防火墙高度为本区域植物预计最高高度的 2 倍，并不小于6m。防火墙设在道路的靠山下一侧，一般山火往山上蔓延，有利于人员在墙后躲避山火，又有利于从道路上进入上山植采作业区作业，物品及工具易于到达道路，但坡度很大时，不一定设置汽车道路。大坡度 A-A 剖面图见图 4。防火墙正视图见图 5。

图4 大坡度 A-A 剖面图

图5 防火墙、蓄水箱、发电墙正视图

4 实施步骤

4.1 测量、设计、绘图

根据现有山体、道路、村镇、山林植物分布状况，测量坡度，规划防火区大致面积，设计道路和防火墙布置路线，道路坡度以 30°为宜，角度与弯度依据山坡形状做适应性调整，大体上连成菱形网，绘制建筑图和施工图。防火区面积一般设计在 4～9 平方公里为宜，如果太小，防火墙及道路分布太密，建造成本太高；如果太大，森林防火隔断面积太大，不利于控制火势，森林损失大，亦即单段防火墙及道路的长度大致以3～4 公里（km）为宜。混凝土强度等级一般选择：垫层 C10～C15；防火墙 C20～C30，高度低采用下限值，高度高采用上限值；实基路面与防火墙基础一体化钢筋混凝土结构，C25～C35。对于悬空道路，采用预制箱梁兼蓄水箱，C40；预制桩 C50；桩上基础支撑墙柱C40；上浇筑防火墙 C20～C30，高度低采用下限值，高度高采用上限值。

4.2 现浇混凝土结构

根据新设道路路线，按水平宽度清理植物。小坡度类型平整压实路基。找平垫层，绑扎钢筋，泵送混凝土现浇施工。分区进行，各区错开混凝土浇筑时间，以便保证混凝土硬化时间。泵送距离超过 100m 时，也可以分段进行。

4.3 预制混凝土结构及组装

根据新设道路路线，按水平宽度清理植物。大坡度类型，先在坡地上钻孔，将预制桩打入山体，根据坡度倾斜一定角度，上下两排，再在桩头装配箱梁和防火墙。从下往上施工，逐步向上前方延伸，直至合围。预制桩和箱梁要提前进行。

4.4 功能组件制作、安装

防火墙与道路交叉处及间隔一定距离设的防火门、卷闸门定制，等混凝土结构施工完成后进行安装。蓄水箱的阀门和管网进行安装。太阳能光伏发电板（膜）及逆变器等设备、电缆进行安装。防火门设为常开，便于车辆、人员通行，也给野生动物留有通道。当发生火情时，或者人工圈养动物时，防火门常闭。

5 方案的社会经济效益初探

5.1 社会效益

（1）森林防火墙解决了森林防火难题，即使失火，限制在小区域，也不会蔓延失控，植物损失很小，人民的生命和房产不会受到威胁和损失。保护了大气不受烟尘污染和放热升温。

（2）有道路上山下山，对开发山地创造了条件。

（3）蓄水防洪，将雨水滞留在山上大大小小的蓄水箱（包括引入鱼塘/水库）内，减少了洪水的形成，并在晴天干旱时使用，作为备用灭火用水。

（4）利用山地进行太阳能光伏发电，清洁能源的使用可以减少二氧化碳的排放，减缓地球温室效应。

（5）山地开发，基于防火措施和道路、电网等的完善，对过去的荒山和森林资源可以更便捷地进行开发利用，植采作业可以深入高山和原始森林，增加劳动力就业和创造物质产品。

（6）保护生态文明建设成果和森林资源安全，保护野生动物及物种。

5.2 经济效益

经济效益的估算，短期投入比较大，长期收益可观，一次投入，百年以上收益。收益来源包括但不限于以下几种：

（1）木材。对原始森林，分区将成材的树木砍伐，栽种新的经济林树苗，长到太密再间伐，直到长得很慢再砍伐，轮番植采。

（2）水果。对于栽种果树，水果获得效益。

（3）中草药。对于可栽种中草药的，可获得效益。

（4）苗木花卉。对于可栽苗木花卉的，可获得效益。

（5）瓜菜。对于可栽瓜菜的，可获得效益。

（6）圈养动物、鱼塘养鱼。对于可圈养动物、鱼塘养鱼的，可获得效益。

（7）旅游康养。对于开发山地旅游和森林康养，可创造效益。

（8）电力。太阳能光伏发电，可获得经济效益和生态效益。

（9）避免森林大火造成的经济损失、生态损失。