木结构古建筑防火改造技术简析

李冰可

（山东省淄博市消防救援支队，山东 淄博 255000）

0 引言

木材重量轻、承载力大，具有较强的抗腐蚀性，而且使用期限也较长，是我国古代建筑普遍应用的一种材料。然而，木结构古建筑的致命点就是火灾，近年来古建筑火灾事故呈现出上升的趋势，给社会的文化财富带来了较大的损失，因此，增强木结构古建筑的防火能力是势在必行。

1 火灾对木结构古建筑的危害

由于木结构古建筑历史悠久，多选择建在特殊的地理位置，内部结构较为复杂等，为火灾埋下了较大的隐患。一旦发生火灾，不但对木结构古建筑自身造成巨大危害，内部的一些文物或是珍藏品也会受到无法挽回的损失。其次，人员伤亡较大。古建筑都有一种意境美，在结构设置上会配置一些织布或是幔帐，这些都是易燃材料，再加上内部空间空气流通较大，一旦发生火灾，就会迅速燃烧起来，增大了人们逃生的难度。建筑物在燃烧过程当中，还会释放出大量的有毒气体，甚至会使人窒息死亡[1]。

2 木结构古建筑火灾原因分析

2.1 结构材料存在安全隐患

木结构古建筑的主要建筑材料是由松木、杉木、柏木等材料组成，数据显示，建设一座木结构的古建筑，1m2就需要1m³的木材，而且质量至少是500kg，现代建筑每平方米的木材使用量则不得高于20kg。依据这个数据，木结构古建筑火灾的荷载量要高出现代建筑的三十多倍[2]。并且，由于年代较远，随着时间的推移，经受了长达千百年的风雨侵蚀，许多木结构古建筑的外表漆已经脱落，致使木材内的水分挥发，材质干燥，表面还伴有许多小孔，一旦发生火灾，就会迅速燃烧，与纯木料的燃烧几乎相同。木结构的古建筑所有建筑材料都是木质结构，因此可以说这是一个整体的可燃物，若是发生火灾，整个建筑物将会被大火吞噬。与此同时，古建筑内部的一些支织布、绸缎也是易燃物品，会导致火势加速蔓延，使火灾的面积迅速扩大。

2.2 防火措施不健全

由于木结构的古建筑有着悠久的历史，无论是建筑结构还是材料，都有其自身的特殊性，并且由于缺乏技术经验，若是按照现代的防火规范对其进行改造具有一定的难度。大部分的消防改造几乎都是从火灾探测着手，几乎很少对相关的设施进行改造，主要是因为灭火设施具有局限性[3]。尤其是建筑楼层较多的木结构古建筑，由于内部结构设计较为复杂，空间大，通风性较强，在实际改造时也具有较大的难度，主要措施都是在管理和制度上进行完善，又或者是配备较多的灭火器，防火措施不完整。

2.3 缺乏避雷设施

对木结构古建筑造成最大威胁的是雷击引发的火灾，这和木结构古建筑的结构设计、环境以及高度息息相关。木结构古建筑的内部空间较大，而且大多数都建在了山上或是地势更高的地方，周围树木茂密，很容易受到雷击。而且大部分木结构古建筑都没有依据相关规定安装避雷设施，有的即使安装了避雷带或是避雷针，也没有进行定期地检修和维护，避雷效果可想而知。

2.4 灭火难度大

20世纪末，随着经济的快速发展、城市化进程的加快，不但没有对一些木结构古建筑进行有效地保护与管理，而且其使用性质还发生了改变，人为因素造成的古建筑火灾不断上升，后果十分严重。究其原因，主要是生活用火不谨慎和电器使用不规范造成的。与混凝土建筑灭火的方式相比，木结构古建筑的灭火存在较大的差异性[4]。混凝土建筑进行灭火，首先要找到它的起火源，然后对起火点进行灭火，如果火势较小，很快就能有效控制。若是木结构的古建筑着火，由于燃烧材料较多，不易迅速控制火势，加之门窗和其他材料都是木质的可燃物质，如果将其拆除，古建筑也会被毁掉。其次，我国木结构古建筑大多是文化遗产和宝贵的旅游资源，吸引大量游客参观游览，多数景区都会在木结构古建筑当中设点销售纪念品。比如，苏州的寒山寺，几乎在所有的木结构古建筑当中都有纪念品销售，使得古建筑的内部空间变小，一旦发生火灾，救援人员不能进行有效灭火。最后，木质材料燃烧之后会成为灰烬，承重能力大大削弱，消防人员不能通过屋顶灭火的方式进行救援。

3 木结构古建筑防火设计

3.1 木质材料古建筑结构的防火设计

从我国当前的木结构古建筑结构上来看，可以把它划分为轻型木结构和重型木结构两种类型，二者的主要区分是根据梁、柱的结构规模决定的。一般情况下，居民会选择轻型的木结构古建筑，而一些商用或是公共建筑则会应用重型的建筑。由于两者的建筑结构存在差异，在进行防火设计的过程中，也要采取不同的方式【5】。

3.1.1 轻型木结构古建筑的防火结构设计

在对木结构古建筑进行结构设计时，通常会把一些不易燃的建筑材料与木质材料相混合，进而使得建筑当中的可燃物质减少，一旦发生火灾，可以有效降低火势的蔓延速度，使得火灾损失降低。在进行防火设计时，古建筑的外部可以应用外包防火石膏进行包裹，石膏可以对一些火势起到一定的阻隔作用，还能使木材的温度降低，防止火势蔓延。另外，外包防火石膏板的密封性良好，能够有效阻隔空气，还能在一定程度上使火灾的发生几率降低。

3.1.2 重型木结构古建筑的防火结构设计

相比较轻型木结构古建筑而言，重型木结构古建筑有着较强的防火能力。由于所应用的木质材料大多体积要大，燃烧时表面产生的碳化层能有效对燃烧速度进行延缓，烧焦的外皮还可以起到良好的“绝缘”作用，使得内部不会继续燃烧，截面面积越大，它的防火性能越强。所以，木结构防火结构设计的主要目标就是要保证木质材料的最小截面面积。一些重型的木结构古建筑也可以通过添加构件来提高防火能力，可以对空气起到一定的隔绝作用，有效阻隔高温，提高古建筑的防火能力。

3.2 木结构古建筑材料的防火设计

在对木结构古建筑进行材料的防火设计时，主要是要选择适当的材料，能够使得古建筑的木质结构与空气进行有效隔离，使其不具备基本的燃烧条件，防火能力得到提升。虽然当前市场上有很多防火材料可以对空气进行有效地阻隔，使木质材料的可燃性降低，但在防火材料选择过程中，还要注意以下几个要求：材料自身不具有可燃性，而且阻燃能力较高；选择无毒的阻燃剂，不能对环境造成污染；选择物美价廉的材料，并且使用方便。

4 木结构古建筑防火改造的措施

4.1 传统的防火措施

4.1.1 涂泥抹灰

我国木结构古建筑的防火技术措施当中，涂泥抹灰是使用最为广泛历史十分悠久的一种方式。在春秋时期就提出了“火所未至，撤小屋，涂大屋”的火灾预防措施，即在没有发生火灾之前，由于小屋的燃烧速度较快，要先拆除，然后较大的屋子用泥巴进行涂抹。根据史料记载，这个理论出自于《左传》，是宋国进行火灾预防和扑救的一套措施，并且也被认为是最早、最完整、最详细的消防资料。元朝农学家王祯则提出了更加详细的防火手段，对水与火的相克进行研究，把石灰、桐油、砖屑等物质与糯米胶进行搅拌，制作出最早的防火涂料【6】。明朝著名的科学家徐光启，在《农政全书》当中记录了油泥的制作和使用方法，虽然不是十分完美，却有着良好的阻燃效果。

4.1.2 防火墙

人类原始时期的建筑当中的墙是单纯用来遮风挡雨，随着用火量的增加，人们利用泥对墙体进行涂抹，从而达到与火源隔离的目的。室内室外的防火墙、山墙、风火檐等能够对火势的阻挡起到良好的作用，马头墙和硬山墙也都有着十分显著的防火效果。需要注意的是，如果应用风火檐，就不能设置门窗和洞口，而且还要利用一种不能燃烧的材料对屋檐进行封实，不能把一些可燃的构件暴露在外边，进而从外部对火源进行隔离，防止其蔓延。明朝的銮仪卫仓库是目前保存最完整的室内防火墙，它的设计格局是连续7间房屋之后，会有1间进行间隔，而且无门无窗，能起到良好的防火效果。另外，最好的室外防火墙隔离带就是城墙和护城河。

4.2 现代防火技术在木结构古建筑中的应用

4.2.1 选择合适的火灾探测器

木结构的古建筑在结构上具有复杂性，而且内部还收藏了许多的文物。所以，在探测器的选择上要严格要求，不但要对其外部的建筑材料和形态进行综合、全面的分析，还要依据探测器的性能来进行科学合理的设置。主要坚持以下几点原则：首先，要把区域监测和重点保护有机结合，对于十分重要的文物建筑应采取双重保护，同时采用两种不同的探测器对其进行火灾探测，突出重点。其次，对于火灾发生的盲区要依据模拟实验结果来对火灾探测器进行合理选择。最后，在文物的保护区和防火区，要选择较高的位置进行探测器的设置，使其能够全面覆盖。木结构古建筑内部结构空间较大，空气流通快，若是发生火灾，有的探测器不能及时探测到，可以应用线型光束感烟探测器。要对烟雾的走向进行全面的分析，选择合适的位置来安装探测器，而且要相互交错，尽量防止探测死角的出现。

4.2.2 室外消火栓

室外消火栓是消防设施的一个重要组成部分，主要是在建筑外面为给水管网提供水源，消防车与给水管网进行有效连接，利用水枪和水带进行灭火救援。消火栓要依据木结构古建筑的实际情况进行科学合理的设置。地面式的消火栓与地下式的消火栓是最常见的两种类型。地面上的消火栓在日常的维修管理上十分便利，而且价格较低，缺点是可能会对古建筑的整体外观造成影响，而且也很容易遭到破坏，若是在冬季，由于温度较低，还会使出水口结冰【7】。一般在南方地区会把消火栓设在地上。地下消火栓有着较强的隐蔽性，不会对古建筑的外观造成较大影响，而且也不易受到破坏，冬季也能完好保存，缺点却是不利于维修与管理。地下位置较为隐蔽，不仅需要投入大量资金进行建设，而且还需要较大的地下空间。设置室外消火栓时，要对水源条件进行调查分析。若是木结构古建筑位于城区，可以利用市政的给水管网进行供水，而且还能与生活、生产用水一同使用；若是在一些偏远地区，不能与市政管网进行有效连接，就要建立一个独立的消防给水体系，包括室外消火栓、消防水池以及消防泵房等。

4.2.3 自动消防水炮

自动消防水炮是把紫外线的传感技术与红外线的传感技术进行有机结合，24小时对火情进行监控，通过智能算法对火情的真伪进行鉴别，对潜在的火灾进行准确地预测和判断，一旦发生火灾，可以精准确定位火源，自动启动灭火系统，灭火后自动停水。适用在一些轻度或中度火险等级。它还具有通讯功能，可以实现远程监控。大多数的古建筑都是框架结构，内部空间大，空气流通快，发生火灾会加速火势的蔓延，若只是依靠室外的消火栓会耽误最佳的救援时机，这时就可以应用自动消防水炮，把它的优势和功能充分发挥出来。

消防水炮分为自动式和手动式两种类型。自动式包括对火灾的探测和数控，可以对火灾进行自动报警和扑救；手动的则需要工作人员手持消防水炮进行灭火。通常情况下，会把二者有机结合来进行木结构古建筑的防火，使得火灾发生的第一时间能够做出快速的反应，防止自动式水炮出现错误或故障而延误了最佳救援时机。另外，消防水炮的设置尽量选在空间广阔的院落。

5 结束语

木结构古建筑防火改造技术关系到文物古迹的安全，关系到中华民族文化遗产的传承与弘扬，一定要对木结构古建筑的防火能力给予高度的关注，对其建筑结构进行科学合理的设计，建立一套完整的消防安全管理体系，并且要不断研发新型的防火技术，最大程度防止木结构古建筑火灾的发生，尽可能保护好这些文化瑰宝。