刍议木结构文物古建筑防火改造技术

1 乐山市古建筑概况

乐山市文物古建筑数量众多， 且一般都属于重点文物保护单位，其中国家级文物古建筑12 个，省级19 个，市级30个，县级53 个，以寺庙建筑居多，基本为木结构建筑，大部分位于山林地带，修建年代较为久远，地处偏僻，交通不便，消防车往往难以直接抵达。 以位于乐山大佛景区乌尤山的乌尤寺为例，建筑始建于唐朝，主要殿堂有天王殿、弥勒殿、大雄宝殿、祖师殿、达摩殿、观音殿和罗汉堂，主体为木结构建筑，总建筑面积超9 000 m2，为国家级重点文物保护单位。 乌尤寺位处乌尤山顶部，周围林木茂密，山路崎岖，道路狭窄，车辆只能停在山脚的停车场，游客僧众及消防救援人员都只有步行上山才能抵达。

2 消防安全隐患分析

1）结构性隐患。 木结构文物古建筑，历经几百甚至上千年的日晒风吹雨淋，造成建筑木质腐蚀、干燥、疏松，含水量远低于一般自然干燥的木质材料，成了全干材。 同时文物古建筑材料又多用油脂含量高的柏木、松木、樟木等优质木材建造，且其表层涂有大量的油漆涂料，极易燃烧。 受年代久远等因素影响，部分建筑木结构外表漆膜脱落，材料干燥伴有小孔，遇明火易燃烧。 古建筑庙宇一般殿堂空间大，净空高，防火防烟有效分区难以实现。 有些古建筑消防设施不完善，自动消防系统缺乏，部分位于高海拔地区的古建筑在冬季因天气寒冷结冰，消防供水困难。

2）电气火灾隐患。 木结构文物古建筑比其他建筑电气火灾风险更高，照明灯具距离木屋架过近，可能因长时间烘烤而起火；电气线路使用过久，绝缘层老化、破裂，失去绝缘作用或者私拉乱接电线可能会引起线路短路起火；电气线路漏电、绝缘导线断裂、导线连接松动均可能产生电火花、电弧，这些电火花、电弧落在可燃易燃物上会导致起火；在古建筑木质可燃结构上敷设不符合安全规定的电气线路也可能引起火灾。

3）宗教活动用火。 木结构文物古建筑以寺庙居多，寺庙是民间宗教活动的重要场所，往往也是景区旅游观光场所，来往市民游客和信徒居士较多，寺庙内常存在明火，如烧香、燃烛以及供龛上的植物油灯等。 此外，寺庙内会定期举办法会、祭祀等大型活动， 还会举办庙会和临时性的超度道场等宗教活动，人员密集，用火频繁，火灾隐患较大。

4）雷击起火。 文物古建筑大多建在较高的台基或崇山峻岭之上，建筑群屋体高大耸立，庭院古树参天，接触点高，木质干燥，地处雷击多发区，极易引起雷电袭击。 古建筑本身为木结构，一旦遭到雷击，将直接导致古建筑起火，使古建筑大面积遭受毁损，而周围林木茂密，古建筑外部起火，容易引发山林火灾，相互蔓延，后果不堪设想。

5）消防扑救困难。 寺庙古建筑一般都建在山地，有的甚至在海拔较高的山顶处，山高路远，车辆通行困难，消防车往往无法抵达，消防救援队难以及时开展救援。 另外，部分寺庙古建筑由于海拔较高， 面临市政供水压力不足或者无市政供水的问题，给消防扑救造成困难。 寺庙古建筑的火灾预防和扑救更多要依靠主体单位自身， 因而对木结构文物古建筑进行科学有效的防火技术改造， 提升古建筑的本质消防安全显得尤为重要。

3 防火改造技术措施

3.1 强化火灾预警

在对木结构文物古建筑进行防火改造时， 应坚持预防为主的原则，改造过程中不能损坏文物古建筑本体，不能影响文物古建筑原有的形式、格局和风貌，增设火灾自动报警系统，在符合GB 50116—2013《火灾自动报警系统设计规范》规定的基本前提下，可结合项目实际因地制宜优化设计，当文物古建筑内火灾探测器、手动报警按钮、火灾警报器等终端设备与火灾报警控制器之间采用有线方式连接困难时， 可采用无线通信方式进行信息传播。 在选择火灾探测器时，应结合文物古建筑实际情况选择， 综合分析探测区域内可能发生的初起火灾的形成和发展特征、房间高度、环境条件以及可能引起的误报等因素来确定[1]。 针对重点保护区域，还可以同时采取两种及以上火灾探测器，能够快速准确探测火灾信息，避免造成严重后果。 文物古建筑贴邻山林时，可以在周边选择适当的高位设置火焰探测器或图像型火灾探测器。 乌尤寺这个防火改造项目，就是在古建筑内设置了可视图像早期火灾报警系统，在藏经阁、大雄殿、观音殿、如来殿等重点火灾防控区域设立监控点位，运用红外探测技术，实时监控明火，确认火情后发出声光报警，同时，为预警森林火灾，避免寺庙起火会引发山火，山林起火危及寺庙， 在乌尤山全山建成森林火灾预警系统，通过红外光谱在10 s 内探测到100 m 范围内的火焰现象，并同步将火情信息向控制中心和管理人员发送，为及时处置火灾赢得宝贵时间，有效减少了森林火灾和寺庙火灾的相互致灾因素。

3.2 改善电气防火

一是进行电气线路改造。 木结构文物古建筑内明装的电气设备和管线，其配电线路要穿金属导管保护，室内配电线路埋地敷设时， 穿壁厚不小于2.0 mm 的热镀锌金属管保护，室外配电线路采用埋地敷设； 配电设备避免安装在明火和热源附近，亦不应安装在木结构可燃构件上，配电设备外壳距可燃构件不应小于0.3 m；灯具、开关、插座与古建筑木质构件要隔离安装，可采用环氧树脂防火板等不燃难燃材料隔离，灯具采用LED 灯等冷光源，并和周边可燃物品保持安全距离。 需要注意的是， 在木结构文物古建筑室内外进行电气线路和设备改造安装时，要避免在梁、檩、柱等大构件上钉钉、钻眼，安装位置要隐蔽、安全，配电线路不能利用原有孔洞、间隙安装时，要选择在可修补的构件及合适的位置安装， 穿越后要按照原工艺修补并封堵，不影响文物古建筑的维护和使用，不破坏文物古建建筑的美观和价值[2]。

二是设置带有灭弧功能的电气火灾监控系统，在插座、照明和配电回路上分别设置电流短路保护器、火灾监控装置，随时对电气线路温度超高、 电阻过大或电压异常等情况进行监测，实时发现电气线路异常和火灾隐患，并运用物联网技术即时向控制中心和管理人员发送预警信息， 同时利用该系统灭弧防护装置消除因过载或短路产生的电火花， 达到消除电弧的效果。 目前，乌尤寺已设置23 套电气火灾监测和灭弧防护装置，在电气火灾防控上发挥了较好作用。

3.3 完善消防给水

由于木结构文物古建筑大多位于海拔较高的山区， 往往无市政给水管网或给水管网不符合消防供水要求，因此，应利用天然水源或设置消防水池。 作为文物古建筑重要供水设施的消防水泵，宜选用成套机组，并设置备用泵，备用泵工作性能要与主泵性能一致， 满足消防给水系统所需压力和流量要求。 室外消火栓给水管网应设置成环状，埋深应根据气候条件、外部荷载、管材性能等因素确定，管道的直径不应小于100 mm，室外阀门井应采取防冻措施。 向室外消火栓环状管网输水的进水管不应少于2 条，环状管道应用阀门分成若干独立段，文物建筑保护区内，每段内消火栓数量不宜超过2 个，消火栓宜采用地上式消火栓， 有可能结冰的地区宜采用干式地上消火栓。 为减少对木结构文物古建筑及室内传统彩画、壁画、泥塑等保护对象的影响， 文物古建筑的室内消火栓应采取室外设置，保护室内的室外消火栓宜设置在文物古建筑入户门、外窗等便于引入室内的入口处附近， 且配套的消火栓箱应设置在附近便于取用的位置。

3.4 优化灭火设施

灭火器是每个木结构文物古建筑都应配置的灭火器材，应按照标准在合适的设置点位配足， 另外也可以根据实际配置移动式高压水雾灭火装置。 除了移动式灭火设施外，为快速扑救火灾，具备条件的重点保护建筑建议设置消防水炮。 消防水炮适用于室外场所具备作用空间的火灾危险性较高的文物古建筑，同时文物古建筑能满足固定消防水炮的使用要求，设置在文物古建筑的消防水炮应具有雾化功能。 消防水炮的布置应考虑该地常年主导风向，需布置在主导风向的上风向，且避免周围存在障碍物， 设置位置应使消防水炮的射流能够完全覆盖被保护文物建筑，且为了与古建筑风貌相协调，应具备隐蔽性，也可进行适当装饰和伪装。 在文物古建筑室外开阔庭院布置水炮。

根据计算情况确定消防水炮的数量、 布置位置和规格型号，室外配置的消防水炮其额定流量至少达到30 L/s，用水连续供给时间不少于2 h，以满足文物古建筑实际灭火需要。

3.5 刷涂防火涂料

木结构文物古建筑的大部分建筑构件为可燃的天然木材，耐火等级低，燃烧迅猛，蔓延速度快，而且古建筑墙体、房梁上有些刻有壁画，遇水将出现起皮、掉色等问题，古建筑内部往往也保存有珍贵的文物，一旦发生火灾，会造成文物古建筑不可逆的破坏。 对古建筑木结构的防火处理可以通过对建筑木结构材料刷涂防火涂料来提升其耐火性能。 为确保不给古建筑外观带来不良影响， 不破坏古建筑原有的装饰特点，防火涂料的选择至关重要，建议选择适合木结构古建筑的膨胀型透明防火涂料。 它不会影响古建筑原本的装饰风貌，只是在其表面刷涂上透明保护层，当受热后防火涂料会膨胀数十倍，使古建筑表面与火源隔离，从而发挥很好的防火分隔作用，为火灾扑救争取到更多时间，最大限度地保护好文物古建筑。

3.6 安装防雷装置

为使古建筑免遭雷击，设置防雷装置非常重要。 建筑外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成，接闪器有3 种形式：接闪网、接闪带和接闪杆（即避雷网、避雷带、避雷针）。 为保持古建筑原本风貌， 建筑物外部防雷的措施宜采用接闪带与短接闪杆的组合形式，接闪带应沿古建筑屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设， 并按照古建筑屋面设计成弯曲的轮廓线，使防雷设施与古建筑风貌一致，融为一体。 在布置引下线时，专设引下线不应少于2 根，沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置， 且尽可能隐蔽安装， 并经最短路径接地，其圆钢直径不应小于10 mm，扁钢截面不应小于80 mm2。文物古建筑接地装置应结合使用性质、 地理环境和人流情况来选择，并与地下管线保持安全距离。 对游客集中的古建筑，需采取均压措施，避免跨步电压造成危害。 部分院落内生长有大型古树，为避免雷击古树引发火灾，可在恰当位置建造避雷塔，并确保塔的造型与建筑物外形相契合，避免影响古建筑整体风貌[3]。

4 结语