論木構古建筑防火保護技術

丁艷艷

摘 要 由于木構古建筑自身耐火等級低，火災載荷較大，撲救相對困難的特性，火災已是威脅木構古建筑安全的最大的災害之一。木質古建筑火災的特點概括起來是“三易四難”。為了更好地保護木構古建筑，免受火災的威脅，本文從避雷防雷、木材阻燃、火災監測預警系統和滅火技術等四個方面，探討木構古建筑防火保護技術。

關鍵詞 木構古建筑 防火保護 技術

中圖分類號：TU998.1 文獻標識碼：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

木構古建筑耐火等級低，火災載荷較大，撲救相對困難，火災已是威脅木構古建筑安全的最大的災害之一。木質古建筑火災的特點是“三易四難”，①概括起來就是：易發生火災，易形成“火燒連營”，易造成重大損失和影響；初起火災撲救難，消防車到達火災現場難，有效控制火勢難，滅火用水保障難。為了更好地保護木構古建筑，免受火災的威脅，本文探討了木構古建筑防火保護技術，并分析了各類防火技術的優劣。

1 避雷防雷

木構古建筑多分布在地勢較高的區域，極易遭到雷擊，如山西稷山縣大佛寺大殿、應縣木塔、清東陵順治陵前的門樓等，都曾被雷電襲擊，造成不同程度的損壞。其實古人已經認識到雷電對金屬、草木和皮革能產生不同效果，從而得出結論是，不同的物質雷擊時引起的電流和溫升是極不相同的。但是，中國古代建筑所采用的避雷防雷措施，不是今天常見的避雷針，而是通過絕緣的方法進行避雷。②值得一提的是，古人在古建筑選址的過程中，已經注意到地形的自然消雷效果。五臺山古建筑在近2000年的歷史中，極少遭受雷擊，正是因為此地區具有較強的自然消雷能力和古建筑的良好絕緣性。③

古人的絕緣防雷方法的普遍使用，造成了現存的許多木構古建筑屋頂沒有做引下和接地，一旦遭受雷擊，極易引起火災，釀成嚴重的損失。古建筑的防雷可以借用現在的民用建筑防雷技術，加以改良進行應用。目前的建筑施工領域，已經形成一套成熟的防雷綜合系統措施，分為外部防雷裝置、內部防雷裝置和防雷擊電磁脈沖系統。④外部和內部防雷裝置方便且易于布置，適合所有的木構古建筑，開封延慶觀玉皇閣⑤就采用了這種現代防雷技術，有效地降低了遭受雷擊的風險，確保文物本體的安全。

2 木材阻燃

木材因具有可再生、質量輕、彈性好、耐沖擊、易加工等優點，很多古建筑的主要構件，尤其是木梁和木柱等支撐構件，所采用的多為常年生的松、柏等油質的木材。經常年的風干非常干燥，多數表面涂有油漆，非常容易燃燒。木材含水量很低，在極度干燥的季節，朽木遇氧會引起自燃。

木材阻燃的處理技術主要有物理方法和化學方法兩種。⑥物理方法就是在木材表面覆以水泥、石膏、玻璃纖維等難燃或不燃的材料，用難燃的覆面材料隔斷空氣，具有良好的阻燃效果。這種方法雖然有效，但嚴重影響了古建筑的藝術和歷史價值，還會對古建筑造成不可預計的損害，不適用于古建筑木材的阻燃。化學方法是在木材中涂抹或注入化學阻燃劑。木材阻燃劑是能幫助木材難燃的一種化學物質，可分為無機阻燃劑、有機阻燃劑、樹脂型阻燃劑、反應性阻燃劑及其他類型阻燃劑等五類。這幾種阻燃劑各有優劣，無機阻燃劑成本低，生產方法簡單，但有明顯的吸濕性；有機阻燃劑具有良好的阻燃性，抗潮且耐浸出，易被木材吸收，增加木材強度，而不對木材性能產生負面影響，阻燃性能持久；樹脂型阻燃劑處于發展階段，其代表試劑為三聚氰胺；反應型阻燃劑是利用化學反應進行阻燃，目前處于研究階段，技術不夠成熟。從以上的分析可以看出，有機阻燃劑優勢明顯，技術相對成熟，其中的FRW是一種新型的阻燃劑，不僅具有優異的阻燃、防腐的作用，而且吸濕性弱，處理后的木材不變色，無毒，不污染環境等優點，應該是古建筑木材阻燃處理中最有效的阻燃劑之一。選擇阻燃劑兩個重要的參數就是阻燃的有效性，以及盡量減少對外界環境有可能造成的污染。

木材阻燃的處理工藝有深層處理、表面處理以及新技術的處理。深層處理就是通過一定手段把阻燃劑浸注到整個木材中，一般采用浸漬法和浸注法。表面處理即在木材表面涂抹或噴淋阻燃物質，木材的表面可以涂抹防火材料，形成阻火膜，降低木材表面的燃燒性能，防止火焰的迅速蔓延。新技術的處理為使用微處理和超聲波輻射浸漬組合的方法強化阻燃劑浸漬，讓阻燃劑分布深入且均勻。⑦這三種處理工藝中表面處理易于操作，比較適用于古建筑，新技術的應用是否會對木材產生不良影響，目前還存有疑問，不易貿然使用于古建筑木材的阻燃處理中。endprint

我們認為，理想化的木材阻燃處理是，阻燃性能好，無毒無污染，低毒無刺激性，不使材質劣化，不促進腐朽和蟲害，不影響后加工性能，材料具有可逆性，處理容易，來源廣泛等，這也是古建筑木材阻燃技術發展的目標。但是，不論采用何種方法，選擇的試劑必須是綠色無害的，而且是可逆的材料，還要尊重古建筑的整體風格和風俗。

3 火災監測預警系統

火災自動監測預警系統運用于古建筑，能夠及時準確地探測并報告火情，通過迅速采用有效的措施，最大限度地減少損失。其基本功能是對火災參量，如煙、氣、熱、光等，做出有效響應。多數古建筑很早就應用火災自動預警系統，但是多采用的是有線網絡的方式，通過各種線路把監控點和監控中心相互連接，其線路需要布在建筑內，會出現破壞建筑的行為。隨著科技的進步，無線傳感器網絡技術比較成熟，它的工作原理是，采用短距離無線低功率通信技術和低功耗的微傳感器，由分布在監測區內的許多微型傳感器節點組成的，其實就是一個低速無線局域網，通過無線通信方式形成自組織、多跳的網絡系統。無線火災報警系統應用形式更加靈活，安裝比較方便快捷，成本低廉，適合不同結構和布局的古建筑。基于無線傳感器網絡的火災監測系統由火災探測器、基站、火災警報器及監控中心等部分組成，⑧其優點在于無線傳感器網絡短時間內自動組網，從而節省人力資源，多個傳感器節點通過網絡數據融合及算法實現精確的監測，排除人為因素的主觀影響，比較適合于古建筑的早期探測。但是，在布置無線火災探測器的過程中，應當注意防止網絡盲區，保證監控系統能覆蓋整個古建筑群。

現在常用的火災探測技術多為根據某種單一的火災探測器所采集的火災探測信號，其缺點在于靈敏度固定，探測參數單一，誤報率較高等。因此，最好采用多探測器多參數的火災探測系統，能夠全面捕捉古建筑火災信息。其中有學者將多變量統計過程監控方法應用到火災自動探測算法中，⑨利用火災和非火災條件下的歷史火災參數信息，建立火災統計監控模型對火災進行實時監控，有效地提高了古建筑火災監控的實時性和準確性。而對于歷史價值較高的古建筑，在條件允許的情況下，可以選擇靈敏度較高的抽吸式早期煙霧報警系統或線型光纖感溫探測器等先進的探測技術。⑩

4 滅火技術

古建筑的滅火首要考慮是保護文物和古建筑，因此選擇滅火技術不僅需要考慮滅火的性能，還有衡量滅火產生的后果。自動水噴淋滅火系統是公認的最為有效的自救滅火設施，其應用廣、用量大且造價低廉。火災一旦發生，噴淋系統會自動觸發噴灑冷水，可以在古建筑起火的初期進行有效控制火勢的發展，將損失降至最低。但是這種自動水噴淋滅火系統需要充足的消防水源，還要進行防凍等技術處理，并且受到建筑面積和高度的限制，其官網結構甚至可能對古建筑造成破壞，難以推廣于古建筑防火領域。

如今出現了一些新的控火、滅火系統，如注氮控氧防火系統、中壓單流體細水霧系統和PyroGen滅火系統等。注氮控氧防火系統是近年來研制開發的防火系統，通過供氮裝置將空氣中氧、氮分離，向防護區供氮，有效地全程控制火災。其安全性能高，不用水和化學滅火劑，但對防護區的氣密性能要求很高。中壓單流體細水霧系統具有氣體滅火和水滅火雙重優點，減少了耗水量，可以代替噴淋滅火系統。PyroGen滅火系統主要是使用氣態滅火劑進行滅火，其工作效率高、成本低、無污染、構造簡單、安裝方便、后期維護少。木構古建筑可以根據自身的特點，選擇這幾種滅火系統進行滅火。

總之，現代科技的飛速發展，為木構古建筑防火保護技術提供了技術支持，但是我們應該認識到很多的技術仍不成熟和完善。因此，在選擇古建筑防火保護新技術時，要注意以下幾點：首先，古建筑是文物，新技術的使用不能破壞古建筑。若準備采用一些不夠成熟的技術和方法，可以進行實驗后再使用在古建筑上。其次，古建筑防火保護處理的方式，應優先考慮物理和機械方法，盡量少用化學方法和試劑。再次，鑒于科技的飛速發展，古建筑防火保護使用的技術應具有更新升級的空間。

注釋

① 畢興權.談古建筑火災特點及撲救措施.消防技術與產品信息，2005（1）.

② 高策等.從山西省五臺山古建筑看我國古代避雷措施（一）.山西大學學報，1986（4）.

③ 楊型健，高策.自然消雷與五臺山古建筑避雷.古建園林技術，1993（3）.

④ 段鵬飛.民用建筑防雷技術分析與探討.山西建筑，2013（13）.

⑤ 趙康康.現代防雷技術在延慶觀玉皇閣的應用.青春歲月，2013（5）.

⑥ 姚芳.木質材料阻燃技術研究的現狀與趨勢.廣東科技，2013（2）.

⑦ 李曉東等.超聲波技術在木材阻燃浸漬處理過程中的應用.福建林業科技，2006（1）.

⑧ 劉士興等.古建筑火災無線監測網絡的研究.消防科學與技術，2008（4）.

⑨ 王鶴壽等.多變量統計過程控制方法在火災自動探測中的應用.消防科學與技術，2008（4）.

⑩ 徐彤等.現代防火技術在古建筑火災預防中的作用.消防技術與產品信息，2004（12）.endprint