现代防火技术在文物古建筑中的应用

现代防火技术在文物古建筑中的应现代防火技术在文物古建筑中的应 用用 火灾自动报警中国是世界上具有五千年历史的文明古国 在漫长的岁月中 我们的祖先用自己的勤劳与智慧 创造了光 辉灿烂的文化 文物古建筑源远流长 光彩照人 是祖先留给 我们的一份丰厚的文化遗产 具有很高的精神价值 文化价值 和实用价值 因此 加强文物建筑的消防安全工作意义重大 1 中国古代的建筑防火措施早在古代 科学家和建筑师就 对建筑防火技术和措施进行研究 并创造了不少行之有效的方 法 不论是防火观念和意识 还是具体的建筑设计 建筑材料 的选择等都体现了防火的科学性和艺术性 直到今天 仍有不 少地方值得我们借鉴 1 1 古代的防火间距古人为了防止城门失火 殃及城内 都在城门内留出安全空间 以利攻防战术和扑灭火灾 安全空 间既是防火间距又是消防通道 明嘉靖十年皇宫发生火灾 l4 幢相连的殿宇全部烧光 就是因为地窄而房屋多 没有防火间 距造成的 1 2 古代的消防设备在古代 没有水泵加压设备 也没有 自来水 解决消防用水除充分利用天然水源外 主要靠开凿河 渠 打井修池和广备水缸 紫禁城外有护城河 天安门前有外 金水河 太和门前有内金水河 故宫从筒子河引进水源 由故 宫西北角进入 从东北角流出 蜿蜒曲折 在宫内长达 2100m 称内金水河 流经许多重要建筑 这不仅是为了生活 园林等用水的需要 也是保证消防用水的需要 放置在各宫殿 门左右的鎏金水缸 每只重两吨左右 可以蓄水 2 吨左右 共 有 308 口 其目的就是当时为了灭火取水之用 我国民间有 灶 前清 水缸满 的防火谚语 足见消防水缸的普及和简便易行 明清故宫里的消防水缸因忌讳 水火 二字 称 太平缸 吉祥 缸 太平缸还有一套严格的管理制度 每到冬天 有专门的太 监为其添碳烧火 直到第二年春天才停止 在太平缸附近放置 着水桶 并有数十上百名太监值班 万一失火 便可汲水救火 1 3 古代的防火保护层与防火涂料古代是用涂泥抹灰的方 法来改善防火条件 增加建筑物耐火等级的 这类防火措施最 早见于春秋时期 左传 公元前 770 年 记载 火所未至 撤 小屋 涂大屋 意思是说 在火灾未形成之前 把易燃的小屋 拆除 将那些大型建筑涂上泥巴 甘肃秦安大地湾大型建筑遗 址发掘证明 在 5000 多年前的木结构建筑已经采用这种防火涂 料 这些防火涂料平整光滑 质地坚硬 颜色青灰 1 4 古代的避雷措施据史料记载 历史上故宫共发生雷击 火灾 27 起 古代工匠曾在宫殿屋顶上设置了吻兽 后来发展为 吐舌 金属丝做成 的龙头 除起到装饰作用之外 在一定程度上 也起到了避雷防火的作用 2 现代防火技术在文物建筑中的应用随着科学技术的飞速 发展 大量的现代防火技术应运而生 而文物建筑的防火工作 一定要结合古建筑自身的特点 绝不能为了安装消防设备而破 坏了原有建筑结构的完整性或影响了古建筑的形象 2 1 火灾自动报警系统由于古建筑一旦失火便极易焚毁 因此 火灾自动报警系统设计规范 规定 重点文物保护场所 属于一级保护对象 应设置火灾自动报警系统 以便早发现 早扑救 为防止自动报警系统发生漏报 在选择报警探测器时 建议选用感烟 感温和火焰探测器的组合 这样可以发挥三类 探测器的各自优点 尽可能地减少漏报现象 安装自动报警系 统应注意几个问题 1 古建筑中每个独立的重要场所 应作为 一个防火分区 设置火灾探测器 手动火灾报警按钮 区域报 警控制器最好设在有人值班或值班人员经常管理的地方 2 感 烟 感温 火焰探测器都有一定的安装高度 超过这一高度 探测器就会失效 感烟探测器的安装高度一般为 12 米以下 感 温探测器的安装高度视其灵敏度而定 一级灵敏度的探测器不 超过 8 米 二级不超过 6 米 三级不超过 4 米 火焰探测器也 因灵敏度的不同 可安装在建筑内 30 米以下的部位 考虑到古 建筑越高 烟气越稀薄 当房间高度增加时 应将各类探测器 的灵敏度档次相应地调高 即高处用高灵敏度探测器 低处用 低灵敏度探测器 要防止低处用高灵敏度探测器造成的误报 高处用低灵敏度探测器造成的迟报或漏报 3 火灾探测器宜水 平安装 在 0 5 米范围内不应有遮挡物 当必须倾斜安装时 倾斜角不应大干 45 度 否则要加装木台并将探测器设置在木台 上 4 当探测器安装在古建筑内不同坡度的顶棚上时 随着顶 棚坡度的增大 烟雾在斜顶棚和屋脊处的聚集量增大 使得安 装在屋脊的探测器进烟或接触热气流的机会增加 因此 探测 器的保护半径可相应增大 5 自动报警系统应设主电源和直流 备用电源 6 古建筑内的传输线路要按规定布线 但应尽可能 地不影响原建筑的外观效果 2 2 自动喷水灭火系统自动喷水灭火系统是当今世界上比 较普遍使用的固定灭火系统 国内外的应用实践证明 该系统 具有安全可靠 经济实用 灭火成功率高等优点 因此 在古 建筑这类重要场所安装自动喷水灭火系统对于预防火灾是十分 必要的 火灾自动喷水灭火系统设计规范 规定 国家级文 物保护单位的重点砖木或木结构建筑 应设置自动喷水灭火系 统 自动喷水灭火系统的喷水强度 一般应按中危险级考虑 管路系统及喷头的布置 应在不破坏文物的条件下 达到喷水 强度设计要求 喷头的选择 应根据其安装高度确定 一般应 采用闭式喷头 大于 8m 的 可采用快速响应早期抑制喷头 设有吊顶的 应在吊顶上下均安装喷头 吊顶内应采用闭式喷 头 门窗洞口的上部 应布置边墙型喷头 以防止内部起火向 外蔓延也应布置边墙型喷头或水幕喷头 防止外来火灾蔓延 对于内部有泥塑 壁画等忌水文物的古建筑 预作用系统可避 免喷头误动作对文物造成的破坏 目前 还有一种新的预作用 系统 重复启闭预作用系统可供选择 该系统能在扑灭火灾 后自动关闭报警阀 发生复燃时又能再次开启报警阀恢复喷水 可将水渍损失降低到最低限度 为古建筑的保护提供了更为简 便易行 安全有效的先进技术手段 该系统的重复启闭功能 可通过喷头来实现 或者通过传感器控制系统的控制阀来实现 可根据具体情况选择 消防控制设备应能显示设备的工作状态 控制消防水泵的启停 与火灾报警控制器设于一处 2 3 气体灭火系统在文物建筑中的应用对于特别重要或无 法用水扑救的古建筑 如果建立气体灭火系统 可使火灾时文 物的损失降低到最低程度 但此类系统对保护区围护结构要求 较高 需对古建筑做较大的改造 对古建筑影响较大 一次性 投资及运行维护费用较高 在古建筑中使用很少 如需建立气 体灭火系统 目前的洁净灭火气体有二氧化碳 c02 三氟甲烷 七氟丙烷以及惰性气体灭火剂 2 4 可移动式灭火设备灭火器是可移动式灭火设备 其类 型规格较为齐全 适用范围也比较广泛 在选择灭火器时要根 据配置场所的性质及可燃物的种类 可能发生火灾的类型 然 后进行灭火器的选择 如果选择不合适的灭火器扑救火灾 不 仅有可能灭不了火 而且还可能引起灭火剂对燃烧的逆化学反 应 甚至发生爆炸事故 古建筑火灾属于 a 类火灾 古建筑本 身又是中危险等级建筑 所以要选择级别不低于 5a 的灭火器 水型 干粉型 泡沫型 卤代烷等灭火器都适用于古建筑火灾 但是要注意 干粉型中只能用磷酸铵盐火火器 不能用碳酸氢 钠型灭火器 因为后者对固体可燃物无粘附作用 只能控火不 能灭火 此外 二氧化碳灭火器喷出的全是气体 对 a 类火灾 基本无效 对于已安装室内 室外消火栓的古建筑 仍然需配 置一定数量的灭火器 因为在发生一点小火的情况下 如果能 及时发现 采用灭火器扑救初起火灾是既经济 又适用 也避 免了消火栓及灭火系统大量出水对古建筑的损伤 建筑灭火 器配置设计规范 规定 设有消火栓的场所 灭火器可减少 30 设有灭火系统的 灭火器可减少 50 设消火栓和灭火系统的 灭火器可减少 70 此条也说明了在古建筑中设置灭火器的重 要性和必要性 3 亟待研究解决的技术问题除了上述已经开始应用的现代 防火技术之外 还有一些亟待解决和研究的课题 3 1 古建筑结构形式中火灾蔓延及烟气运动研究文物建筑 中火灾蔓延和烟气运动研究对文物建筑的防火及灭火具有一定 的指导作用 由于对文物建筑不能进行现场实验 所以进行数 值模拟计算 小尺寸模拟实验和盐水模拟实验的研究方法是可 行的 数值模拟计算可以采用现今比较成熟的数值模拟计算软 件 比如区域模拟软件 cfast consolidate fire and smoke transport 进行火灾蔓延及烟气运动预测 它可以计算多达 12 个房间的结构形式 并可以在房间设置被引燃物 可以直接应 用于计算古建筑中火灾蔓延及烟气运动 小尺寸模拟实验是在 特定无量纲参数相等的基础上 建立模拟古建筑的小尺寸建筑 并对其进行各种实验 以得到其火灾蔓延及烟气运动的规律 然后反演到古建筑 指导其防火及灭火需求 盐水模拟实验也 是在特定无量纲参数相等的基础上 建立模拟古建筑的盐水模 拟装置 利用盐水和清水密度的不同来模拟烟气在空气中的运 动规律 目的是研究古建筑内的烟气运动 3 2 古建筑与外部火灾的相互作用研究中国古建筑火灾中 相当一部分是由于外部火灾引起的 在城市中的古建筑多与现 代建筑相邻 如何有效避免现代建筑火灾向古建筑蔓延 要建 立合适的防火间距 而在山林中的古建筑 则要研究森林火灾 与古建筑火灾的相互影响 这就必须研究森林火灾与古建筑火 灾的蔓延情况 设置有效的防火带等措施以避免森林火灾和古 建筑火灾的相互蔓延 3 3 关键技术 1 涂防火涂料涂防火涂料时要求不能改变 古建筑的可燃构件及装饰物等的色彩质地和尺度 2 火灾报警 控制和通讯系统在不影响原有古建筑结构的完整性和古建筑形 象的前提下 安装火灾自动报警设备 自动灭火装置及向消防 人员自动报警的通讯系统 并依据中国古建筑的特点进行安装 调配 如今 先进的无线 光学探测技术也可以利用 以增加 可靠性 3 研究先进的灭火技术研究能快速扑救古建筑初期和 局部火灾的灭火技术 并且灭火后古建筑内各种构件和装饰物 能保持原样 这就必须研究特殊的灭火剂和灭火系统 避免传 统灭火剂灭火后的二次污染造成古建筑的破坏 4 防雷技术中 国古建筑中遭雷击起火的案例早已屡见不鲜 如何利用现代防 雷技术 研究可靠的防止雷击起火 并且不影响古建筑外部结 构的技术 5 建设消防水源和消防车道考虑到有些古建筑位于 山上缺水地区 可以利用现代动力设备 由山下向山上专