13文物古建筑火災特點與消防安全對策分析

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2、the end of the delimitation of the scope of protection, complete with warning signs, isolating network protection facilities of rural drinking water sources, protection of drinking water sources in rural areas by the end of the delimitation of the scope of protection, complete with warning signs, is

3、olating network protection facilities文物古建筑火災特點與消防安全對策分析 1.引 言文物古建筑是中華民族珍貴五千年歷史文化遺產(chǎn)的重要組成部分，是中華文明源遠流長的歷史見證，是不可再生的人文資源。因此，保護好這些文物古建筑，利在今世，功在千秋。在所有對文物古建筑的危害當中，火災無疑是首當其沖。數(shù)據(jù)表明：2000年全國文博單位、古建筑發(fā)生火災6起，燒毀城樓一座、牌樓一座、古建筑5間。2001年全國文博單位、古建筑發(fā)生火災4起，燒毀大殿一座、古建筑165平方米。2002全國文博單位、古建筑發(fā)生火災4起，燒毀寺院一座、大殿一座、房屋65間，過火面積1865平方米。

4、而最近文物古建筑火災事故更是頻頻發(fā)生，令人痛心疾首。如2003年1月20日，作為世界遺產(chǎn)地的武當山發(fā)生火災，名噪千年的遇真宮主殿化為灰燼；2004年6月20日，具有700余年歷史的北京護國寺發(fā)生火災，其西配殿被完全焚毀。因此，目前我國文物古建筑火災形勢十分嚴峻，文物古建筑的消防安全已經(jīng)成為了各級消防主管部門任務的重中之重。本文將從火災科學的基本原理出發(fā)，分析討論古建筑火災的危險性與火災動力學演化過程，并就文物古建筑的消防安全對策提供一些合理的建議。2.古建筑火災危險性我國歷史上眾多的古建筑之所以毀于火災，今天幸存下來的絕大多數(shù)古建筑也歷經(jīng)火劫，究其原因，在于這些古建筑本身就具有很大的火災危險性

5、。（一）火災荷載大，耐火等級低我國古建筑絕大多數(shù)以木材為主要材料，以木構(gòu)架為主要結(jié)構(gòu)形式，火災荷載遠遠高于現(xiàn)行的國家標準所規(guī)定的火災負荷量，火災危險性極大，耐火等級低。古建筑中的木材，經(jīng)過多年的干燥，成了全干材，含水量很低，因此極易燃燒，特別是一些枯朽的木材，由于質(zhì)地疏松，在干燥的季節(jié)，即使遇到火星也會起火。古建筑中的各種木材構(gòu)件，具有良好的燃燒和傳播火焰的條件。古建筑起火后，猶如架滿了干柴的爐膛，而屋頂嚴實緊密，將導致在發(fā)生火災時，屋頂內(nèi)部的煙與熱不易散發(fā)，溫度快速積聚，迅速達到轟燃。古建筑的梁、柱、椽等構(gòu)件，表面積大，木材的裂縫和拼接的縫隙多，并且大多數(shù)通風條件比較好，有的古建筑更是建在高

6、山之巔，發(fā)生火災后火勢蔓延快，燃燒猛烈，極易形成立體燃燒。（二）無防火間距，容易出現(xiàn)火燒連營 我國的古建筑多數(shù)是以各式各樣的單體建筑為基礎，組成各種庭院。在庭院布局中，基本采用四合院和廊院的形式。這兩種布局形式都缺少防火分隔和安全空間，如果其中一處起火，一時得不到有效控制，就會城門失火，殃及池魚，毗連的木結(jié)構(gòu)建筑很快就會出現(xiàn)大面積燃燒，形成火燒連營的局面。 （三）消防設施匱乏，火災撲救難度大 我國的古建筑分布在全國各地，且大多數(shù)遠離城鎮(zhèn)，建于環(huán)境幽靜的高山深谷之中。這些古建筑普遍缺乏自防自救能力，既沒有足夠的訓練有素的專職消防隊員，也沒有配備安裝有效的消防設施，一旦發(fā)生火災，位于城鎮(zhèn)的消防隊鞭

7、長莫及，只有任其燃燒，直至燒完為止。大多數(shù)古建筑都缺乏消防水源，而對于一些高大的古建筑更是有水難攻，再加上古建筑周圍的道路大多狹窄，有的還設有門檻、臺階，消防車根本無法通行，這些都給火災撲救工作帶來很大的困難。（四）古建筑的管理和使用不善，問題復雜一些古建筑的主管部門分工不明確、職責不清，往往為了追逐經(jīng)濟利益而忽視了消防安全管理。在古建筑的使用中，一些地方利用古建筑開設旅館、飯店、招待所、工廠、倉庫等，火源管理不嚴，電線亂拉亂接，線路開關(guān)隨意亂設。有的古建筑的周圍大量開店，火災危險因素大量增多。這些管理和使用方面存在的消防安全問題，也給古建筑的消防安全帶來了嚴重的威脅。3.古建筑火災動力學演化

8、過程火災是一種具有復雜性本質(zhì)的過程，其孕育、發(fā)生和發(fā)展包含著湍流流動、相變、傳熱傳質(zhì)和復雜化學反應等物理化學作用，是一種涉及物質(zhì)、動量、能量和化學組分在復雜多變的環(huán)境條件下相互作用的三維、多相、多尺度、非定常、非線形、非平衡的動力學過程；該動力學過程還與外部因素的人、材料、環(huán)境及其它干預因素等發(fā)生相互作用。因此分析火災動力學演化過程，不僅有助于加深我們對文物古建筑火災的認識，也為進一步有針對性的制定準確、合理的消防安全對策提供科學指導。整個古建筑火災過程大體可以分為起火、初期增長、充分燃燒和減弱四個階段。如下圖1所示。圖1 古建筑火災自然發(fā)展時溫度變化示意圖 （一）起火建國前，我國古建筑起火多

9、數(shù)是雷擊和戰(zhàn)爭引起的。建國后，由于一些古建筑被隨意改變其使用性質(zhì)，火災發(fā)生原因也大不相同，歸納起來主要有以下幾種情況：（1）生活用火不慎。主要是炊煮、取暖和照明用火，不慎引發(fā)火災，如1990年1月25日，青海海南州石藏寺特大火災就是哈達落到酥油燈上而引發(fā)的。 （2）電線電器設備起火。主要是由于電線陳舊老化、絕緣損壞、發(fā)生短路引發(fā)火災；還有的是大功率燈泡緊靠可燃物，長時間烘烤而起火。（3）亂扔煙頭起火。1992年9月19日，揚州市旌忠寺藏經(jīng)樓就因遺留煙頭引發(fā)火災。（4）小孩玩火。1982年2月，北京市萬壽寺西路行宮被燒毀，就是小孩玩火造成的。（5）宗教活動。1984年4月，云南筇竹寺華嚴閣發(fā)生火

10、災，直接原因是兩位信女進閣燒頭柱香不慎引起的。（6）雷擊起火。1969年9月，河北省避暑山莊的普佑寺，因未安裝避雷設備，遭雷擊起火。（7）生產(chǎn)用火。1981年9月20日，揚州市盧宅火災，就是由于古建筑中生產(chǎn)工人違章作業(yè)所釀成的。除此以外，因外部的火災蔓延引發(fā)古建筑起火也應當引起足夠的重視。我國古建筑講究曲徑通幽，往往位于深山茂林之中，因此一旦古建筑周圍的森林發(fā)生火災，必將嚴重威脅到古建筑的本身的火災安全。（二）火災初期增長古建筑火災初期一般增長迅速、燃燒猛烈。古建筑物的構(gòu)建一般采用木質(zhì)材料，多次涂刷油漆，年代久遠，極為干燥。一旦發(fā)生火災，燃燒迅猛，且釋放出大量可燃氣體，快速形成狀態(tài)燃燒，火場中

11、心溫度可達1200 0C以上。此外室內(nèi)懸掛的字畫、垂帷、幔帳、柱錦、飄帶、天帳以及常用的香火蠟燭、油燈、酥油等極易燃燒，進一步加劇了火災增長速度。并且古建筑空間大、門窗多，火災時，室內(nèi)空氣受熱膨脹向外擴散，室外冷空氣通過空氣對流，大量向室內(nèi)補充，使火勢燃燒更加猛烈，起火室內(nèi)溫度隨之迅速上升。（三）充分發(fā)展階段古建筑火災發(fā)生后，煙熱向上升騰，火勢沿著懸掛的物品迅速向上蔓延，然后向水平方向發(fā)展。由于古建筑上部建有大量的木質(zhì)梁、柱，因此猶如架滿了干柴的爐膛，而屋頂嚴實緊密，煙熱不易散發(fā)，溫度快速積聚，迅速達到轟燃。轟然的出現(xiàn)標志著火災充分發(fā)展階段的開始。此時室內(nèi)溫度可升高到1000 0C?；鹧婧透邷?/p>

12、煙氣?？蓮拈T、窗竄出，致使火災蔓延到古建筑的其它區(qū)域或者毗鄰的其它建筑。由于古建筑的火災載荷遠遠高于一般建筑，因此火災的充分發(fā)展階段可以持續(xù)很長的一段時間。在火災的充分發(fā)展階段，室內(nèi)高溫可使古建筑的木質(zhì)構(gòu)件的承載能力急劇下降，造成建筑物的坍塌。由于一般古建筑的木質(zhì)構(gòu)件截面積較粗，安全系數(shù)較大，距離倒塌的時間也因此較長。因此，古建筑火災的倒塌規(guī)律一般是屋蓋先塌，墻柱后倒。（四）火災減弱階段隨著可燃物的消耗，火災的燃燒強度逐漸減弱，明火逐漸熄滅。不過剩下的焦炭通常還將持續(xù)燃燒一段時間。同時由于燃燒釋放的熱量不會很快散失，著火區(qū)內(nèi)溫度仍然較高。以上描述的是古建筑火災的自然發(fā)展過程。實際上人們是不會聽

13、任火災自由發(fā)展的，總會采取各種可行的措施來控制或撲滅火災。就古建筑火災而言，將火災撲滅在初期增長階段是減少火災損失最有效的途徑。4.古建筑消防安全對策分析根據(jù)以上分析，古建筑火災具有其自身的特殊性。古建筑火災安全不是以撲滅火災為唯一目標，而是以最大限度保護古建筑，減少文物損失為首要目的。因此，必須從火災防治的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，有針對性的制定消防安全對策，切實對文物古建筑存在的不安全因素從技術(shù)上找到根本的解決方法。（一）古建筑火災風險評估古建筑火災安全的第一個步驟是調(diào)查，以評估建筑或綜合建筑群的火災危險性。這包括識別火災隱患，火災發(fā)生危害以及疏散出路被堵塞所造成的有害后果等因素?；馂娘L險評估是系

14、統(tǒng)對古建筑消防安全的現(xiàn)狀進行客觀評價，這方面的研究將用于發(fā)展古建筑消防總體規(guī)劃。通過現(xiàn)場調(diào)查古建筑的建筑結(jié)構(gòu)、可燃物的分布、人員結(jié)構(gòu)與數(shù)目、文物的價值與分布，起火可能性、消防設施的類型與分布、消防管理水平等方面的情況，采用危險等級分析方法，分析古建筑內(nèi)不同區(qū)域的危險度等級并給予標識，對危險較大的區(qū)域進行重點的防護。 在調(diào)查的基礎上，設計可能的火災場景，利用計算機模擬分析火災發(fā)生后的蔓延情況，古建筑發(fā)生轟然的時間，人員安全疏散的時間，研究需要的報警探測時間和合理的滅火方案。 （二）阻燃技術(shù) 由于古建筑的特殊性，因此要變更古建筑的防火分區(qū)（分隔）、疏散手段和建筑結(jié)構(gòu)是非常困難的，這是因為它們是古建

15、筑歷史意義整體的一部分。因此我們認為古建筑防火技術(shù)的重點是發(fā)展清潔、高效阻燃技術(shù)，從源頭上遏制火災的發(fā)生。這主要包括對可燃木質(zhì)建筑物構(gòu)件的阻燃處理和內(nèi)部可燃物的阻燃處理。 （1）可燃建筑構(gòu)件的阻燃。古建筑中的可燃建筑構(gòu)件是指柱、梁、枋、檁和樓板等木質(zhì)構(gòu)件，在木材的表面涂刷或噴涂防火涂料，形成一層保護性的阻火膜，降低木材表面的燃燒性能，阻滯火災的迅速蔓延。有些木柱、樓板、樓梯等構(gòu)件在尊重民族風俗，不損害建筑整體風格的基礎上，可制作相應的防火保護層，以提高耐火等級。 （2）內(nèi)部可燃物的阻燃。古建筑物的內(nèi)部可燃物主要是指幃、簾、帳等織物、纖維。因此阻燃的重點是對這一類的聚合物材料進行阻燃設計。然而，

16、不管采取何種阻燃技術(shù)，對于文物古建筑而言，重要的是綠色阻燃，即阻燃物質(zhì)燃燒釋放的物質(zhì)不會損害文物與古建筑物本身，因此無鹵納米阻燃技術(shù)將在古建筑中有用武之地。 （三）早期探測技術(shù) 火災探測報警系統(tǒng)本身并不影響火災的自然發(fā)展過程，其主要作用是及時將火災跡象通知有關(guān)人員，以便準備疏散與組織滅火，并通過聯(lián)動系統(tǒng)啟動其它消防設施以滅火或控制煙氣。由于古建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料的特殊性，保護文物不受滅火藥劑或過多的水漬的影響，及早的發(fā)現(xiàn)火情甚或火災隱患就顯得尤其重要。一般而言，單一的火災探測方法對于古建筑而言難以有效做到早期報警。如，正常情況下，寺廟大殿因香火就存在大量煙霧，所以不宜采用感煙方法進行火災探測。而

17、較多明火存在（蠟燭、酥油燈）會對一般的感火焰火災探測技術(shù)造成影響。雖然圖像型火災探測技術(shù)可以很好的解決這個問題，但是古建筑結(jié)構(gòu)特殊，遮擋物較多，同時無明火條件下，此種方法作為早期火災探測也是不適合的。因此需要尋求復合火災探測方法。 最為直接的方法是采用圖像探測技術(shù)輔以空氣采樣火災探測系統(tǒng)。一般古建筑均設有監(jiān)控系統(tǒng)，這樣采用與監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的空氣采樣系統(tǒng)，工程量較少，避免對文物的破壞，同時不會在被保護參數(shù)引入用電設備等其它危險因素，還可以對監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機和線路進行火災隱患探測，有針對性的進行早期火災預警。 當然為了使空氣采樣系統(tǒng)能在古建筑環(huán)境中應用，還必需進行一些相關(guān)的研究。主要的兩點：一是對古

18、建筑內(nèi)空氣進行成分分析和固體顆粒的分布情況，二是對古建筑中的可燃物進行分析，掌握可燃物的大致分類以及燃燒氣體的特征。 （四）滅火技術(shù) 古建筑的滅火技術(shù)內(nèi)涵十分豐富，此處側(cè)重利用比較方式分析不同滅火系統(tǒng)在古建筑中適應性。由于古建筑滅火的目的不在于滅火本身，更為重要是保護文物和古建筑。因此對滅火系統(tǒng)的選擇不僅需要考慮滅火的性能，還必須把滅火行為的后果作為重要的依據(jù)條件。 （1）自動水噴淋滅火系統(tǒng) 自動水噴淋滅火系統(tǒng)是當今世界上公認的最為有效的自救滅火設施，是應用最廣，用量最大且造價低廉的自動滅火系統(tǒng)。規(guī)范規(guī)定，國家級文物保護單位的重點磚木或木結(jié)構(gòu)建筑，應設置自動噴水滅火系統(tǒng)。但是自動噴水滅火系統(tǒng)在

19、古建筑中應用存在一定的問題。一是自動噴水滅火系統(tǒng)的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)可能會損壞古建筑的原有建筑風格。二是自動噴水滅火系統(tǒng)的耗水量大，水漬危害嚴重，這樣對于缺乏消防水源或者在保存有忌水文物的古建筑，其應用受到很大的限制。因此需要尋求自動噴水滅火系統(tǒng)的替代。 （2）細水霧滅火系統(tǒng) 細水霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小霧滴進行滅火或防護冷卻的滅火系統(tǒng)，它是在自動噴水滅火系統(tǒng)的基礎上發(fā)展起來的。細水霧是指在最小設計工作壓力下，距噴嘴1m 處的平面上，測得水霧最粗部分的水滴直徑DV 0。99不大于1000m，可以通過撞擊、氣動、高壓及超聲波等多種方法產(chǎn)生。細水霧滅火技術(shù)以其無環(huán)境污染（不會損耗

20、臭氧層或產(chǎn)生溫室效應）、滅火迅速、耗水量低、對防護對象破壞性小等特點，在噴水滅火系統(tǒng)中占有重要的地位，已被看作是鹵代烷滅火劑的主要替代。 我們知道以水為基礎的滅火系統(tǒng)隨著水滴的體積平均直徑DV的下降，其滅火起主導作用的機理和技術(shù)完全不同。水噴淋滅火系統(tǒng)的滅火機理主要是通過直接冷卻效應來達到抑制撲滅火災。細水霧滅火系統(tǒng)也包含表面直接冷卻這個滅火機理。但隨著霧化噴嘴的不同、工作壓力以及流量的變化，它還通過以下機制共同控制、抑制、撲滅火災：氣相冷卻。液滴的汽化吸收了火焰釋放的熱量，降低了燃燒溫度，抑制燃燒反應的進行；隔氧作用?？拷鹧娴拇罅克羝麜档头磻獏^(qū)的氧氣濃度，從而抑制燃燒；熱輻射的減弱。細

21、水霧及蒸汽會吸收部分熱輻射，降低對燃料的熱反饋；動力學作用?；鹧娼邮軄碜约毸F的動量轉(zhuǎn)化被拉伸而變得不穩(wěn)定，易淬熄。 細水霧滅火系統(tǒng)和水噴淋滅火系統(tǒng)比較具有耗水量大大降低的優(yōu)點，它比傳統(tǒng)水噴淋滅火系統(tǒng)的耗水量少一個數(shù)量級，這一點也潛在地降低了水滅火帶來的破壞性和供水有限地方的滅火費用，同時耗水量低也為要考慮供水的體積以及重量的場合帶來一個明顯的優(yōu)點，這也是利用細水霧來保護古建筑的一個原因。 細水霧滅火系統(tǒng)與氣體滅火系統(tǒng)相比，具有價廉、對人和環(huán)境沒有危害的優(yōu)點，同時也避免了哈龍等氣體在滅火時，因與燃燒物發(fā)生反應而產(chǎn)生對人有害的氣體，不利于火災現(xiàn)場人員的逃離，也不會破壞臭氧層。由于細水霧的冷卻和穿

22、透能力較強，撲滅深位火災比氣體更為有效。另外，細水霧具有表面冷卻、浸濕的優(yōu)點，而氣體滅火劑則沒有，因而它也十分適合撲滅古建筑木質(zhì)火災，同時保證不會出現(xiàn)在氣體滅火劑滅火過程中，由于滅火劑的濃度下降，表面的重燃。 細水霧滅火系統(tǒng)保護方式十分靈活，可以類似氣體一樣作全淹沒保護，也可作局部保護或分區(qū)保護，其簡單的管網(wǎng)設計，也可較小破壞古建筑的整體性。雖然很大程度上減輕了水漬的危害，但不代表沒有，同時通風條件的影響對其滅火性能的影響較大。 （3）氣體滅火系統(tǒng) 對于特別重要或保存有忌水珍貴文物的古建筑，在條件許可的情況下，可以采用氣體滅火系統(tǒng)，可使火災時文物的損失降低到最低程度。但是此類系統(tǒng)對保護區(qū)結(jié)構(gòu)要

23、求較高，需對古建筑做較大改造，對古建筑的影響較大，一次性投資及運行維護費用較高。目前氣體滅火系統(tǒng)有二氧化碳、三氟甲烷、七氟丙烷及惰性氣體滅火系統(tǒng)。二氧化碳對人有毒，要求30s的噴射延遲，惰性氣體滅火濃度高，噴射時間長，不適合快速撲滅古建筑火。因此推薦選擇三氟甲烷、七氟丙烷等潔凈氣體滅火系統(tǒng)。值得指出的是近來研究表明：上述潔凈鹵代烴滅火劑在滅火過程，會生成一定量的酸性氣體，其對文物古建筑的危害還需進一步的評估。 （五）火災安全管理 古建筑由于火災危險性大，人員眾多且類型復雜，因此火災安全管理顯得尤為重要，需要從下面三個方面入手： （1）加強消防組織建設，建立健全規(guī)章制度。古建筑管理單位對內(nèi)逐級建立火災安全領(lǐng)導小組或委員會，對外可建立防火聯(lián)防組織。確定防火負責人與專職防火人員，組織臨近單位、企業(yè)和各基層組織層層落實防火崗位責任制，實行聯(lián)防協(xié)作，群防群治