论木构古建筑防火保护技术

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摘 要 由于木构古建筑自身耐火等级低，火灾载荷较大，扑救相对困难的特性，火灾已是威胁木构古建筑安全的最大的灾害之一。木质古建筑火灾的特点概括起来是“三易四难”。为了更好地保护木构古建筑，免受火灾的威胁，本文从避雷防雷、木材阻燃、火灾监测预警系统和灭火技术等四个方面，探讨木构古建筑防火保护技术。

关键词 木构古建筑 防火保护 技术

中图分类号：TU998.1 文献标识码：A

On the Old Wooden Building Fire Protection Technology

DING Yanyan

（Jiyuan City Heritage Task Force， Jiyuan， He'nan 454650）

Abstract Since ancient wooden building itself refractory low-grade， large fire load， the relative difficulty of fighting properties， the fire threat is one of the ancient wooden buildings of the biggest safety hazards. Features of wooden ancient building fires can be summed up as "Three easy points and four difficult points". In order to better protect the ancient wooden buildings from the threat of fire， lightning， and this article from four aspects， wood fire-retardant， fire detection and fire alarm systems technology， explore ancient wooden building fire protection technology.

Key words ancient wooden building； fire protection； technology

木构古建筑耐火等级低，火灾载荷较大，扑救相对困难，火灾已是威胁木构古建筑安全的最大的灾害之一。木质古建筑火灾的特点是“三易四难”，①概括起来就是：易发生火灾，易形成“火烧连营”，易造成重大损失和影响；初起火灾扑救难，消防车到达火灾现场难，有效控制火势难，灭火用水保障难。为了更好地保护木构古建筑，免受火灾的威胁，本文探讨了木构古建筑防火保护技术，并分析了各类防火技术的优劣。

1 避雷防雷

木构古建筑多分布在地势较高的区域，极易遭到雷击，如山西稷山县大佛寺大殿、应县木塔、清东陵顺治陵前的门楼等，都曾被雷电袭击，造成不同程度的损坏。其实古人已经认识到雷电对金属、草木和皮革能产生不同效果，从而得出结论是，不同的物质雷击时引起的电流和温升是极不相同的。但是，中国古代建筑所采用的避雷防雷措施，不是今天常见的避雷针，而是通过绝缘的方法进行避雷。②值得一提的是，古人在古建筑选址的过程中，已经注意到地形的自然消雷效果。五台山古建筑在近2000年的历史中，极少遭受雷击，正是因为此地区具有较强的自然消雷能力和古建筑的良好绝缘性。③

古人的绝缘防雷方法的普遍使用，造成了现存的许多木构古建筑屋顶没有做引下和接地，一旦遭受雷击，极易引起火灾，酿成严重的损失。古建筑的防雷可以借用现在的民用建筑防雷技术，加以改良进行应用。目前的建筑施工领域，已经形成一套成熟的防雷综合系统措施，分为外部防雷装置、内部防雷装置和防雷击电磁脉冲系统。④外部和内部防雷装置方便且易于布置，适合所有的木构古建筑，开封延庆观玉皇阁⑤就采用了这种现代防雷技术，有效地降低了遭受雷击的风险，确保文物本体的安全。

2 木材阻燃

木材因具有可再生、质量轻、弹性好、耐冲击、易加工等优点，很多古建筑的主要构件，尤其是木梁和木柱等支撑构件，所采用的多为常年生的松、柏等油质的木材。经常年的风干非常干燥，多数表面涂有油漆，非常容易燃烧。木材含水量很低，在极度干燥的季节，朽木遇氧会引起自燃。

木材阻燃的处理技术主要有物理方法和化学方法两种。⑥物理方法就是在木材表面覆以水泥、石膏、玻璃纤维等难燃或不燃的材料，用难燃的覆面材料隔断空气，具有良好的阻燃效果。这种方法虽然有效，但严重影响了古建筑的艺术和历史价值，还会对古建筑造成不可预计的损害，不适用于古建筑木材的阻燃。化学方法是在木材中涂抹或注入化学阻燃剂。木材阻燃剂是能帮助木材难燃的一种化学物质，可分为无机阻燃剂、有机阻燃剂、树脂型阻燃剂、反应性阻燃剂及其他类型阻燃剂等五类。这几种阻燃剂各有优劣，无机阻燃剂成本低，生产方法简单，但有明显的吸湿性；有机阻燃剂具有良好的阻燃性，抗潮且耐浸出，易被木材吸收，增加木材强度，而不对木材性能产生负面影响，阻燃性能持久；树脂型阻燃剂处于发展阶段，其代表试剂为三聚氰胺；反应型阻燃剂是利用化学反应进行阻燃，目前处于研究阶段，技术不够成熟。从以上的分析可以看出，有机阻燃剂优势明显，技术相对成熟，其中的FRW是一种新型的阻燃剂，不仅具有优异的阻燃、防腐的作用，而且吸湿性弱，处理后的木材不变色，无毒，不污染环境等优点，应该是古建筑木材阻燃处理中最有效的阻燃剂之一。选择阻燃剂两个重要的参数就是阻燃的有效性，以及尽量减少对外界环境有可能造成的污染。

木材阻燃的处理工艺有深层处理、表面处理以及新技术的处理。深层处理就是通过一定手段把阻燃剂浸注到整个木材中，一般采用浸渍法和浸注法。表面处理即在木材表面涂抹或喷淋阻燃物质，木材的表面可以涂抹防火材料，形成阻火膜，降低木材表面的燃烧性能，防止火焰的迅速蔓延。新技术的处理为使用微处理和超声波辐射浸渍组合的方法强化阻燃剂浸渍，让阻燃剂分布深入且均匀。⑦这三种处理工艺中表面处理易于操作，比较适用于古建筑，新技术的应用是否会对木材产生不良影响，目前还存有疑问，不易贸然使用于古建筑木材的阻燃处理中。

我们认为，理想化的木材阻燃处理是，阻燃性能好，无毒无污染，低毒无刺激性，不使材质劣化，不促进腐朽和虫害，不影响后加工性能，材料具有可逆性，处理容易，来源广泛等，这也是古建筑木材阻燃技术发展的目标。但是，不论采用何种方法，选择的试剂必须是绿色无害的，而且是可逆的材料，还要尊重古建筑的整体风格和风俗。

3 火灾监测预警系统

火灾自动监测预警系统运用于古建筑，能够及时准确地探测并报告火情，通过迅速采用有效的措施，最大限度地减少损失。其基本功能是对火灾参量，如烟、气、热、光等，做出有效响应。多数古建筑很早就应用火灾自动预警系统，但是多采用的是有线网络的方式，通过各种线路把监控点和监控中心相互连接，其线路需要布在建筑内，会出现破坏建筑的行为。随着科技的进步，无线传感器网络技术比较成熟，它的工作原理是，采用短距离无线低功率通信技术和低功耗的微传感器，由分布在监测区内的许多微型传感器节点组成的，其实就是一个低速无线局域网，通过无线通信方式形成自组织、多跳的网络系统。无线火灾报警系统应用形式更加灵活，安装比较方便快捷，成本低廉，适合不同结构和布局的古建筑。基于无线传感器网络的火灾监测系统由火灾探测器、基站、火灾警报器及监控中心等部分组成，⑧其优点在于无线传感器网络短时间内自动组网，从而节省人力资源，多个传感器节点通过网络数据融合及算法实现精确的监测，排除人为因素的主观影响，比较适合于古建筑的早期探测。但是，在布置无线火灾探测器的过程中，应当注意防止网络盲区，保证监控系统能覆盖整个古建筑群。

现在常用的火灾探测技术多为根据某种单一的火灾探测器所采集的火灾探测信号，其缺点在于灵敏度固定，探测参数单一，误报率较高等。因此，最好采用多探测器多参数的火灾探测系统，能够全面捕捉古建筑火灾信息。其中有学者将多变量统计过程监控方法应用到火灾自动探测算法中，⑨利用火灾和非火灾条件下的历史火灾参数信息，建立火灾统计监控模型对火灾进行实时监控，有效地提高了古建筑火灾监控的实时性和准确性。而对于历史价值较高的古建筑，在条件允许的情况下，可以选择灵敏度较高的抽吸式早期烟雾报警系统或线型光纤感温探测器等先进的探测技术。⑩

4 灭火技术

古建筑的灭火首要考虑是保护文物和古建筑，因此选择灭火技术不仅需要考虑灭火的性能，还有衡量灭火产生的后果。自动水喷淋灭火系统是公认的最为有效的自救灭火设施，其应用广、用量大且造价低廉。火灾一旦发生，喷淋系统会自动触发喷洒冷水，可以在古建筑起火的初期进行有效控制火势的发展，将损失降至最低。但是这种自动水喷淋灭火系统需要充足的消防水源，还要进行防冻等技术处理，并且受到建筑面积和高度的限制，其官网结构甚至可能对古建筑造成破坏，难以推广于古建筑防火领域。

如今出现了一些新的控火、灭火系统，如注氮控氧防火系统、中压单流体细水雾系统和PyroGen灭火系统等。注氮控氧防火系统是近年来研制开发的防火系统，通过供氮装置将空气中氧、氮分离，向防护区供氮，有效地全程控制火灾。其安全性能高，不用水和化学灭火剂，但对防护区的气密性能要求很高。中压单流体细水雾系统具有气体灭火和水灭火双重优点，减少了耗水量，可以代替喷淋灭火系统。PyroGen灭火系统主要是使用气态灭火剂进行灭火，其工作效率高、成本低、无污染、构造简单、安装方便、后期维护少。木构古建筑可以根据自身的特点，选择这几种灭火系统进行灭火。

总之，现代科技的飞速发展，为木构古建筑防火保护技术提供了技术支持，但是我们应该认识到很多的技术仍不成熟和完善。因此，在选择古建筑防火保护新技术时，要注意以下几点：首先，古建筑是文物，新技术的使用不能破坏古建筑。若准备采用一些不够成熟的技术和方法，可以进行实验后再使用在古建筑上。其次，古建筑防火保护处理的方式，应优先考虑物理和机械方法，尽量少用化学方法和试剂。再次，鉴于科技的飞速发展，古建筑防火保护使用的技术应具有更新升级的空间。

注释

① 毕兴权.谈古建筑火灾特点及扑救措施.消防技术与产品信息，2005（1）.

② 高策等.从山西省五台山古建筑看我国古代避雷措施（一）.山西大学学报，1986（4）.

③ 杨型健，高策.自然消雷与五台山古建筑避雷.古建园林技术，1993（3）.

④ 段鹏飞.民用建筑防雷技术分析与探讨.山西建筑，2013（13）.

⑤ 赵康康.现代防雷技术在延庆观玉皇阁的应用.青春岁月，2013（5）.

⑥ 姚芳.木质材料阻燃技术研究的现状与趋势.广东科技，2013（2）.

⑦ 李晓东等.超声波技术在木材阻燃浸渍处理过程中的应用.福建林业科技，2006（1）.

⑧ 刘士兴等.古建筑火灾无线监测网络的研究.消防科学与技术，2008（4）.

⑨ 王鹤寿等.多变量统计过程控制方法在火灾自动探测中的应用.消防科学与技术，2008（4）.

⑩ 徐彤等.现代防火技术在古建筑火灾预防中的作用.消防技术与产品信息，2004（12）.