木結(jié)構(gòu)古建筑防火改造技術(shù)簡(jiǎn)析

木結(jié)構(gòu)古建筑防火改造技術(shù)簡(jiǎn)析李冰可

（山東省淄博市消防救援支隊(duì)，山東淄博255000）

0引言

木材重量輕、承載力大，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，而且使用期限也較長(zhǎng)，是我國(guó)古代建筑普遍應(yīng)用的一種材料。然而，木結(jié)構(gòu)古建筑的致命點(diǎn)就是火災(zāi)，近年來(lái)古建筑火災(zāi)事故呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，給社會(huì)的文化財(cái)富帶來(lái)了較大的損失，因此，增強(qiáng)木結(jié)構(gòu)古建筑的防火能力是勢(shì)在必行。

1火災(zāi)對(duì)木結(jié)構(gòu)古建筑的危害

由于木結(jié)構(gòu)古建筑歷史悠久，多選擇建在特殊的地理位置，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜等，為火災(zāi)埋下了較大的隱患。一旦發(fā)生火災(zāi)，不但對(duì)木結(jié)構(gòu)古建筑自身造成巨大危害，內(nèi)部的一些文物或是珍藏品也會(huì)受到無(wú)法挽回的損失。其次，人員傷亡較大。古建筑都有一種意境美，在結(jié)構(gòu)設(shè)置上會(huì)配置一些織布或是幔帳，這些都是易燃材料，再加上內(nèi)部空間空氣流通較大，一旦發(fā)生火災(zāi)，就會(huì)迅速燃燒起來(lái)，增大了人們逃生的難度。建筑物在燃燒過(guò)程當(dāng)中，還會(huì)釋放出大量的有毒氣體，甚至?xí)谷酥舷⑺劳鯷1]。

2木結(jié)構(gòu)古建筑火災(zāi)原因分析

2.1結(jié)構(gòu)材料存在安全隱患

木結(jié)構(gòu)古建筑的主要建筑材料是由松木、杉木、柏木等材料組成，數(shù)據(jù)顯示，建設(shè)一座木結(jié)構(gòu)的古建筑，1m2就需要1m3的木材，而且質(zhì)量至少是500kg，現(xiàn)代建筑每平方米的木材使用量則不得高于20kg。依據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)，木結(jié)構(gòu)古建筑火災(zāi)的荷載量要高出現(xiàn)代建筑的三十多倍[2]。并且，由于年代較遠(yuǎn)，隨著時(shí)間的推移，經(jīng)受了長(zhǎng)達(dá)千百年的風(fēng)雨侵蝕，許多木結(jié)構(gòu)古建筑的外表漆已經(jīng)脫落，致使木材內(nèi)的水分揮發(fā)，材質(zhì)干燥，表面還伴有許多小孔，一旦發(fā)生火災(zāi)，就會(huì)迅速燃燒，與純木料的燃燒幾乎相同。木結(jié)構(gòu)的古建筑所有建筑材料都是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此可以說(shuō)這是一個(gè)整體的可燃物，若是發(fā)生火災(zāi)，整個(gè)建筑物將會(huì)被大火吞噬。與此同時(shí)，古建筑內(nèi)部的一些支織布、綢緞也是易燃物品，會(huì)導(dǎo)致火勢(shì)加速蔓延，使火災(zāi)的面積迅速擴(kuò)大。

2.2防火措施不健全

由于木結(jié)構(gòu)的古建筑有著悠久的歷史，無(wú)論是建筑結(jié)構(gòu)還是材料，都有其自身的特殊性，并且由于缺乏技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，若是按照現(xiàn)代的防火規(guī)范對(duì)其進(jìn)行改造具有一定的難度。大部分的消防改造幾乎都是從火災(zāi)探測(cè)著手，幾乎很少對(duì)相關(guān)的設(shè)施進(jìn)行改造，主要是因?yàn)闇缁鹪O(shè)施具有局限性[3]。尤其是建筑樓層較多的木結(jié)構(gòu)古建筑，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，空間大，通風(fēng)性較強(qiáng)，在實(shí)際改造時(shí)也具有較大的難度，主要措施都是在管理和制度上進(jìn)行完善，又或者是配備較多的滅火器，防火措施不完整。

2.3缺乏避雷設(shè)施

對(duì)木結(jié)構(gòu)古建筑造成最大威脅的是雷擊引發(fā)的火災(zāi)，這和木結(jié)構(gòu)古建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境以及高度息息相關(guān)。木結(jié)構(gòu)古建筑的內(nèi)部空間較大，而且大多數(shù)都建在了山上或是地勢(shì)更高的地方，周圍樹木茂密，很容易受到雷擊。而且大部分木結(jié)構(gòu)古建筑都沒(méi)有依據(jù)相關(guān)規(guī)定安裝避雷設(shè)施，有的即使安裝了避雷帶或是避雷針，也沒(méi)有進(jìn)行定期地檢修和維護(hù)，避雷效果可想而知。

2.4滅火難度大

20世紀(jì)末，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，不但沒(méi)有對(duì)一些木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行有效地保護(hù)與管理，而且其使用性質(zhì)還發(fā)生了改變，人為因素造成的古建筑火災(zāi)不斷上升，后果十分嚴(yán)重。究其原因，主要是生活用火不謹(jǐn)慎和電器使用不規(guī)范造成的。與混凝土建筑滅火的方式相比，木結(jié)構(gòu)古建筑的滅火存在較大的差異性[4]?；炷两ㄖM(jìn)行滅火，首先要找到它的起火源，然后對(duì)起火點(diǎn)進(jìn)行滅火，如果火勢(shì)較小，很快就能有效控制。若是木結(jié)構(gòu)的古建筑著火，由于燃燒材料較多，不易迅速控制火勢(shì)，加之門窗和其他材料都是木質(zhì)的可燃物質(zhì)，如果將其拆除，古建筑也會(huì)被毀掉。其次，我國(guó)木結(jié)構(gòu)古建筑大多是文化遺產(chǎn)和寶貴的旅游資源，吸引大量游客參觀游覽，多數(shù)景區(qū)都會(huì)在木結(jié)構(gòu)古建筑當(dāng)中設(shè)點(diǎn)銷售紀(jì)念品。比如，蘇州的寒山寺，幾乎在所有的木結(jié)構(gòu)古建筑當(dāng)中都有紀(jì)念品銷售，使得古建筑的內(nèi)部空間變小，一旦發(fā)生火災(zāi)，救援人員不能進(jìn)行有效滅火。最后，木質(zhì)材料燃燒之后會(huì)成為灰燼，承重能力大大削弱，消防人員不能通過(guò)屋頂滅火的方式進(jìn)行救援。

3木結(jié)構(gòu)古建筑防火設(shè)計(jì)

3.1木質(zhì)材料古建筑結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)

從我國(guó)當(dāng)前的木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)上來(lái)看，可以把它劃分為輕型木結(jié)構(gòu)和重型木結(jié)構(gòu)兩種類型，二者的主要區(qū)分是根據(jù)梁、柱的結(jié)構(gòu)規(guī)模決定的。一般情況下，居民會(huì)選擇輕型的木結(jié)構(gòu)古建筑，而一些商用或是公共建筑則會(huì)應(yīng)用重型的建筑。由于兩者的建筑結(jié)構(gòu)存在差異，在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也要采取不同的方式【5】。

3.1.1輕型木結(jié)構(gòu)古建筑的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)把一些不易燃的建筑材料與木質(zhì)材料相混合，進(jìn)而使得建筑當(dāng)中的可燃物質(zhì)減少，一旦發(fā)生火災(zāi)，可以有效降低火勢(shì)的蔓延速度，使得火災(zāi)損失降低。在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，古建筑的外部可以應(yīng)用外包防火石膏進(jìn)行包裹，石膏可以對(duì)一些火勢(shì)起到一定的阻隔作用，還能使木材的溫度降低，防止火勢(shì)蔓延。另外，外包防火石膏板的密封性良好，能夠有效阻隔空氣，還能在一定程度上使火災(zāi)的發(fā)生幾率降低。

3.1.2重型木結(jié)構(gòu)古建筑的防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

相比較輕型木結(jié)構(gòu)古建筑而言，重型木結(jié)構(gòu)古建筑有著較強(qiáng)的防火能力。由于所應(yīng)用的木質(zhì)材料大多體積要大，燃燒時(shí)表面產(chǎn)生的碳化層能有效對(duì)燃燒速度進(jìn)行延緩，燒焦的外皮還可以起到良好的“絕緣”作用，使得內(nèi)部不會(huì)繼續(xù)燃燒，截面面積越大，它的防火性能越強(qiáng)。所以，木結(jié)構(gòu)防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)就是要保證木質(zhì)材料的最小截面面積。一些重型的木結(jié)構(gòu)古建筑也可以通過(guò)添加構(gòu)件來(lái)提高防火能力，可以對(duì)空氣起到一定的隔絕作用，有效阻隔高溫，提高古建筑的防火能力。

3.2木結(jié)構(gòu)古建筑材料的防火設(shè)計(jì)

在對(duì)木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行材料的防火設(shè)計(jì)時(shí)，主要是要選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，能夠使得古建筑的木質(zhì)結(jié)構(gòu)與空氣進(jìn)行有效隔離，使其不具備基本的燃燒條件，防火能力得到提升。雖然當(dāng)前市場(chǎng)上有很多防火材料可以對(duì)空氣進(jìn)行有效地阻隔，使木質(zhì)材料的可燃性降低，但在防火材料選擇過(guò)程中，還要注意以下幾個(gè)要求：材料自身不具有可燃性，而且阻燃能力較高；選擇無(wú)毒的阻燃劑，不能對(duì)環(huán)境造成污染；選擇物美價(jià)廉的材料，并且使用方便。

4木結(jié)構(gòu)古建筑防火改造的措施

4.1傳統(tǒng)的防火措施

4.1.1涂泥抹灰

我國(guó)木結(jié)構(gòu)古建筑的防火技術(shù)措施當(dāng)中，涂泥抹灰是使用最為廣泛歷史十分悠久的一種方式。在春秋時(shí)期就提出了“火所未至，撤小屋，涂大屋”的火災(zāi)預(yù)防措施，即在沒(méi)有發(fā)生火災(zāi)之前，由于小屋的燃燒速度較快，要先拆除，然后較大的屋子用泥巴進(jìn)行涂抹。根據(jù)史料記載，這個(gè)理論出自于《左傳》，是宋國(guó)進(jìn)行火災(zāi)預(yù)防和撲救的一套措施，并且也被認(rèn)為是最早、最完整、最詳細(xì)的消防資料。元朝農(nóng)學(xué)家王禎則提出了更加詳細(xì)的防火手段，對(duì)水與火的相克進(jìn)行研究，把石灰、桐油、磚屑等物質(zhì)與糯米膠進(jìn)行攪拌，制作出最早的防火涂料【6】。明朝著名的科學(xué)家徐光啟，在《農(nóng)政全書》當(dāng)中記錄了油泥的制作和使用方法，雖然不是十分完美，卻有著良好的阻燃效果。

4.1.2防火墻

人類原始時(shí)期的建筑當(dāng)中的墻是單純用來(lái)遮風(fēng)擋雨，隨著用火量的增加，人們利用泥對(duì)墻體進(jìn)行涂抹，從而達(dá)到與火源隔離的目的。室內(nèi)室外的防火墻、山墻、風(fēng)火檐等能夠?qū)饎?shì)的阻擋起到良好的作用，馬頭墻和硬山墻也都有著十分顯著的防火效果。需要注意的是，如果應(yīng)用風(fēng)火檐，就不能設(shè)置門窗和洞口，而且還要利用一種不能燃燒的材料對(duì)屋檐進(jìn)行封實(shí)，不能把一些可燃的構(gòu)件暴露在外邊，進(jìn)而從外部對(duì)火源進(jìn)行隔離，防止其蔓延。明朝的鑾儀衛(wèi)倉(cāng)庫(kù)是目前保存最完整的室內(nèi)防火墻，它的設(shè)計(jì)格局是連續(xù)7間房屋之后，會(huì)有1間進(jìn)行間隔，而且無(wú)門無(wú)窗，能起到良好的防火效果。另外，最好的室外防火墻隔離帶就是城墻和護(hù)城河。

4.2現(xiàn)代防火技術(shù)在木結(jié)構(gòu)古建筑中的應(yīng)用

4.2.1選擇合適的火災(zāi)探測(cè)器

木結(jié)構(gòu)的古建筑在結(jié)構(gòu)上具有復(fù)雜性，而且內(nèi)部還收藏了許多的文物。所以，在探測(cè)器的選擇上要嚴(yán)格要求，不但要對(duì)其外部的建筑材料和形態(tài)進(jìn)行綜合、全面的分析，還要依據(jù)探測(cè)器的性能來(lái)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置。主要堅(jiān)持以下幾點(diǎn)原則：首先，要把區(qū)域監(jiān)測(cè)和重點(diǎn)保護(hù)有機(jī)結(jié)合，對(duì)于十分重要的文物建筑應(yīng)采取雙重保護(hù)，同時(shí)采用兩種不同的探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)，突出重點(diǎn)。其次，對(duì)于火災(zāi)發(fā)生的盲區(qū)要依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)對(duì)火災(zāi)探測(cè)器進(jìn)行合理選擇。最后，在文物的保護(hù)區(qū)和防火區(qū)，要選擇較高的位置進(jìn)行探測(cè)器的設(shè)置，使其能夠全面覆蓋。木結(jié)構(gòu)古建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間較大，空氣流通快，若是發(fā)生火災(zāi)，有的探測(cè)器不能及時(shí)探測(cè)到，可以應(yīng)用線型光束感煙探測(cè)器。要對(duì)煙霧的走向進(jìn)行全面的分析，選擇合適的位置來(lái)安裝探測(cè)器，而且要相互交錯(cuò)，盡量防止探測(cè)死角的出現(xiàn)。

4.2.2室外消火栓

室外消火栓是消防設(shè)施的一個(gè)重要組成部分，主要是在建筑外面為給水管網(wǎng)提供水源，消防車與給水管網(wǎng)進(jìn)行有效連接，利用水槍和水帶進(jìn)行滅火救援。消火栓要依據(jù)木結(jié)構(gòu)古建筑的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置。地面式的消火栓與地下式的消火栓是最常見的兩種類型。地面上的消火栓在日常的維修管理上十分便利，而且價(jià)格較低，缺點(diǎn)是可能會(huì)對(duì)古建筑的整體外觀造成影響，而且也很容易遭到破壞，若是在冬季，由于溫度較低，還會(huì)使出水口結(jié)冰【7】。一般在南方地區(qū)會(huì)把消火栓設(shè)在地上。地下消火栓有著較強(qiáng)的隱蔽性，不會(huì)對(duì)古建筑的外觀造成較大影響，而且也不易受到破壞，冬季也能完好保存，缺點(diǎn)卻是不利于維修與管理。地下位置較為隱蔽，不僅需要投入大量資金進(jìn)行建設(shè)，而且還需要較大的地下空間。設(shè)置室外消火栓時(shí)，要對(duì)水源條件進(jìn)行調(diào)查分析。若是木結(jié)構(gòu)古建筑位于城區(qū)，可以利用市政的給水管網(wǎng)進(jìn)行供水，而且還能與生活、生產(chǎn)用水一同使用；若是在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，不能與市政管網(wǎng)進(jìn)行有效連接，就要建立一個(gè)獨(dú)立的消防給水體系，包括室外消火栓、消防水池以及消防泵房等。

4.2.3自動(dòng)消防水炮

自動(dòng)消防水炮是把紫外線的傳感技術(shù)與紅外線的傳感技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，24小時(shí)對(duì)火情進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)智能算法對(duì)火情的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別，對(duì)潛在的火災(zāi)進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和判斷，一旦發(fā)生火災(zāi)，可以精準(zhǔn)確定位火源，自動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，滅火后自動(dòng)停水。適用在一些輕度或中度火險(xiǎn)等級(jí)。它還具有通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。大多數(shù)的古建筑都是框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空間大，空氣流通快，發(fā)生火災(zāi)會(huì)加速火勢(shì)的蔓延，若只是依靠室外的消火栓會(huì)耽誤最佳的救援時(shí)機(jī)，這時(shí)就可以應(yīng)用自動(dòng)消防水炮，把它的優(yōu)勢(shì)和功能充分發(fā)揮出來(lái)。

消防水炮分為自動(dòng)式和手動(dòng)式兩種類型。自動(dòng)式包括對(duì)火災(zāi)的探測(cè)和數(shù)控，可以對(duì)火災(zāi)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警和撲救；手動(dòng)的則需要工作人員手持消防水炮進(jìn)行滅火。通常情況下，會(huì)把二者有機(jī)結(jié)合來(lái)進(jìn)行木結(jié)