用混凝土構筑森林防火墻及道路、蓄水防洪、太陽能發電、山地開發一體化技術方案的研究

吳方貴

（萍鄉市科學技術情報研究所（萍鄉市生產力促進中心），江西 萍鄉 337000）

0 前言

一直以來，國內國際森林防火形勢都非常嚴峻。1987 年 5 月 6 日發生在大興安嶺北部林區的“5.6”特大森林火災，過火面積達到 124.3 萬公頃，使 104 萬公頃的森林資源遭受了嚴重破壞。五萬同胞流離失所、193 人葬身火海，五萬余軍民圍剿 25 個晝夜方才撲滅。“大火燒過了 100 萬公頃土地、焚毀了 85 萬立方米木材”。據（中國）國家森林草原防滅火指揮部辦公室統計，2018 年，全國共發生森林火災 2478 起（其中：一般森林火災 1579 起、較大森林火災 894 起、重大森林火災 3 起、特大森林火災 2 起），受害森林面積 16309 公頃，因災造成人員傷亡 39 人（其中死亡 23人）。2019 年初，中國四川涼州發生雷擊山火，共犧牲了 30 名消防戰士和救火干部群眾，令人心痛！

國際上，2018 年 7 月 9 日開始，加拿大東部的安大略省出現嚴重的森林火災，消防人員奮戰了 10 天左右，才將當地的火勢控制住。2018 年 8 月 14 日～15日，加拿大不列顛哥倫比亞發生森林火災。2018 年 8月 15 日，加拿大西部的卑詩省（又譯不列顛哥倫比亞省）宣布進入緊急狀態。2018 年 11 月初，美國加利福尼亞州南部和北部森林發生火災，造成了 85 人死亡，近千人失蹤，約 14 萬棟住宅被毀，超過 15 萬英畝的土地遭到焚毀。雖然政府派出了超過 10000 名的消防員、880 輛消防車、134 輛推土機和 14 架直升機，但是火勢依然遲遲沒有得到控制，最終，還是靠著一場祈求已久的大雨，才澆滅了延續兩周的大火。加州林業和消防局統計數據顯示，截至 11 月 21 日，此次大火過火面積達10 萬公頃，受損的民宅及其他建筑至少 10000 棟，大火導致超過 15 萬人被緊急疏散，估計損失將超過 200億美元。希臘首都雅典西部、東部、北部郊區當地時間2018 年 7 月相繼發生山林火災，火勢迅速蔓延至周邊村鎮，截至當地時間 24 日下午，火災遇難人數升至74人，172 人受傷，這還不是最終的數目。特別是近幾年，希臘、澳大利亞、葡萄牙、印度尼西亞、俄羅斯、美國、加拿大等國相繼發生歷史罕見的森林大火，西班牙、土耳其、意大利、法國和克羅地亞等國也發生了多起森林大火，造成了巨大經濟、生態損失和嚴重社會后果。

多國發生的森林大火，燒毀了很多森林、村鎮和汽車，造成的人員和財產損失十分巨大。森林火災給人員生命、財產和環境造成不可逆轉的危害，必須以預防為主，防止山火發生和防止山火擴大。除了采取管理上的預防和撲救措施外，還可建設強有力的防火設施，從硬件上根本解決這個難題，并結合其它功能如道路、蓄水防洪、發電、山地開發等。中國山地面積占總陸地面積70% 以上，防火和開發大有可為，從客觀上和主觀上將產生巨大的社會效益和經濟效益。不僅如此，森林防火墻體系還可減少森林火災產生的十分巨大的損失。

1 世界上森林火災多發的原因分析

（1）林場作業不慎起火。1987 年 5 月 6 日發生在大興安嶺北部林區的“5.6”特大森林火災，起火原因是一位林場工人啟動割灌機引燃了地上的汽油造成的，滅火時只熄滅明火，卻沒有打凈殘火余火，致使火勢失控。

（2）雷電起火。受全球氣候變暖等多種因素影響，特別是干旱缺雨天氣形成的“干雨”放電現象的增多，將是森林地區起火因素之一。

（3）祭奠親友掃墓的燭火香火和（或者）燃放鞭炮、燒紙錢不慎引起山火。

（4）山上旅游人員抽煙、燒火取暖照明、燒烤食物等用火不慎引起火災。

（5）林區小孩玩火引起火災。

（6）在山腳的田地、草地上焚燒稻草、秸稈等風吹火星飄落到山林或者火苗蔓延到山上引起山火。

（7）燃放孔明燈掉落引起山火。

（8）山村火災引發山火、燃放煙花引起山火。

（9）戰爭炮火引發山火。

（10）高溫自燃引起山火。

（11）其它可能引起山火的原因。

2 對森林火災防控的難點

盡管森林火災多發，往往造成十分慘烈的、致命的、破壞性的、昂貴的惡劣后果，人們又難以防控，難點在于以下幾點：

（1）過去，多國政府和人們重視森林防火和撲救，卻沒有找到十分有效的防火和撲救的技術體系。預防措施多數是從管理上預防山火的發生，甚至制定了法律，失火者要承擔法律責任，對預防人為山火的發生起到了非常重要的作用。

（2）對于已經發生的森林火災，目前世界任何一個國家對災難性森林大火都無能為力，尚沒有絕對有效的撲救技術和方法。盡管有地面撲救、航空消防和化學滅火劑，但效果不理想。

（3）天氣轉暖和空氣濕度降低引起雷電造成的森林火災，目前源頭上難以控制，只能通過監測及早發現，及時撲救初火。

（4）過去，山地森林連綿不斷，一旦發生火情，不能快速有效隔斷，山地又缺水，又沒有密集的道路通消防車，在高溫、大風、復雜地形和豐富的植被作用下，山火猛烈燃燒，大火伴隨的多種燃燒現象，如火旋風、強大對流柱、高溫熱流和跳躍的飛火隨處可見，造成山火蔓延，更加難以撲滅。

3 防控森林火災一體化總體方案

本技術方案的思路：“簡單的方法往往最有效”；“有舍才有得”；“凡事預則立，不預則廢”；“預防大于撲救”；“有投入才有產出”。

總體上，沿山坡開設“之”字形道路上山（先砍伐清理道路沿線樹木灌木），相鄰“之”字道路相交，形成菱形路網，在道路一側設立防火墻，路墻根部設蓄水箱，墻體向陽的一側上部掛設太陽能光伏發電板（膜），道路相交處設一擴大平臺，供車調頭和停泊。遇見山腳或者山中有村鎮，設防火墻和道路將山林與村鎮隔開，保證防火間距。所有防火墻間隔一定距離設防火門，并在與道路相交處設防火門。蓄水箱通過閥門和管道相連，將雨水分段截存、滴灌、入庫，像吸水的“海綿山區”，多余的水入河流。如此，防火墻、道路、水路、電路連接，把山林與村鎮隔開，把山體本身分隔成一個個防火區、植采作業區；把山體設置光伏發電帶網、蓄水網、路網，從而保護了山林，利用了山體，利用了雨水，開發了林業和中草藥種植業，以及圈養動物，有巨大的社會效益和經濟效益。采用鋼筋混凝土作為防火墻及蓄水箱、道路路面是因為水泥混凝土材料阻燃性能好（導熱系數低，約 2.33W/(m·K)，不可燃，屬 A 級）、強度高、耐久性好，是大宗易得的常用建筑材料。總體分布示意圖見圖 1。

針對山體坡度的大小，除了梯田和石頭山、光山外，可以大致按坡度 45°為界分別研究大、小坡度相應的方案。

圖1 總體分布示意圖

3.1 適合小坡度山體的方案

在此，將小于等于 45°的坡度定義為小坡度，將大于 45°的坡度定義為大坡度。小坡度山體坡度較緩，適合設置實基道路（即不用架空），道路一側設防火墻和蓄水箱。防火墻高度為本區域植物預計最高高度的 2 倍，并不小于 6m。防火墻設在道路的靠山下一側，一般山火往山上蔓延，有利于人員在墻后躲避山火，又有利于從道路上進入上山植采作業區作業，物品及工具易于到達道路裝上車。道路凈寬度不少于 3m，能過一部卡車，連通村鎮的道路要能會車，即設雙車道。俯視圖見示意圖 2。小坡度 A-A 剖面圖見圖 3。

圖2 俯視圖

圖3 小坡度 A-A 剖面圖

3.2 適合大坡度山體方案

大坡度山體坡度較陡，不適合設置實基道路，需要架空設置道路，道路一側設防火墻，架空道路下設蓄水箱，可以連體預制成箱梁橋面，再裝配在基礎上。防火墻高度為本區域植物預計最高高度的 2 倍，并不小于6m。防火墻設在道路的靠山下一側，一般山火往山上蔓延，有利于人員在墻后躲避山火，又有利于從道路上進入上山植采作業區作業，物品及工具易于到達道路，但坡度很大時，不一定設置汽車道路。大坡度 A-A 剖面圖見圖 4。防火墻正視圖見圖 5。

圖4 大坡度 A-A 剖面圖

圖5 防火墻、蓄水箱、發電墻正視圖

4 實施步驟

4.1 測量、設計、繪圖

根據現有山體、道路、村鎮、山林植物分布狀況，測量坡度，規劃防火區大致面積，設計道路和防火墻布置路線，道路坡度以 30°為宜，角度與彎度依據山坡形狀做適應性調整，大體上連成菱形網，繪制建筑圖和施工圖。防火區面積一般設計在 4～9 平方公里為宜，如果太小，防火墻及道路分布太密，建造成本太高；如果太大，森林防火隔斷面積太大，不利于控制火勢，森林損失大，亦即單段防火墻及道路的長度大致以3～4 公里（km）為宜。混凝土強度等級一般選擇：墊層 C10～C15；防火墻 C20～C30，高度低采用下限值，高度高采用上限值；實基路面與防火墻基礎一體化鋼筋混凝土結構，C25～C35。對于懸空道路，采用預制箱梁兼蓄水箱，C40；預制樁 C50；樁上基礎支撐墻柱C40；上澆筑防火墻 C20～C30，高度低采用下限值，高度高采用上限值。

4.2 現澆混凝土結構

根據新設道路路線，按水平寬度清理植物。小坡度類型平整壓實路基。找平墊層，綁扎鋼筋，泵送混凝土現澆施工。分區進行，各區錯開混凝土澆筑時間，以便保證混凝土硬化時間。泵送距離超過 100m 時，也可以分段進行。

4.3 預制混凝土結構及組裝

根據新設道路路線，按水平寬度清理植物。大坡度類型，先在坡地上鉆孔，將預制樁打入山體，根據坡度傾斜一定角度，上下兩排，再在樁頭裝配箱梁和防火墻。從下往上施工，逐步向上前方延伸，直至合圍。預制樁和箱梁要提前進行。

4.4 功能組件制作、安裝

防火墻與道路交叉處及間隔一定距離設的防火門、卷閘門定制，等混凝土結構施工完成后進行安裝。蓄水箱的閥門和管網進行安裝。太陽能光伏發電板（膜）及逆變器等設備、電纜進行安裝。防火門設為常開，便于車輛、人員通行，也給野生動物留有通道。當發生火情時，或者人工圈養動物時，防火門常閉。

5 方案的社會經濟效益初探

5.1 社會效益

（1）森林防火墻解決了森林防火難題，即使失火，限制在小區域，也不會蔓延失控，植物損失很小，人民的生命和房產不會受到威脅和損失。保護了大氣不受煙塵污染和放熱升溫。

（2）有道路上山下山，對開發山地創造了條件。

（3）蓄水防洪，將雨水滯留在山上大大小小的蓄水箱（包括引入魚塘/水庫）內，減少了洪水的形成，并在晴天干旱時使用，作為備用滅火用水。

（4）利用山地進行太陽能光伏發電，清潔能源的使用可以減少二氧化碳的排放，減緩地球溫室效應。

（5）山地開發，基于防火措施和道路、電網等的完善，對過去的荒山和森林資源可以更便捷地進行開發利用，植采作業可以深入高山和原始森林，增加勞動力就業和創造物質產品。

（6）保護生態文明建設成果和森林資源安全，保護野生動物及物種。

5.2 經濟效益

經濟效益的估算，短期投入比較大，長期收益可觀，一次投入，百年以上收益。收益來源包括但不限于以下幾種：

（1）木材。對原始森林，分區將成材的樹木砍伐，栽種新的經濟林樹苗，長到太密再間伐，直到長得很慢再砍伐，輪番植采。

（2）水果。對于栽種果樹，水果獲得效益。

（3）中草藥。對于可栽種中草藥的，可獲得效益。

（4）苗木花卉。對于可栽苗木花卉的，可獲得效益。

（5）瓜菜。對于可栽瓜菜的，可獲得效益。

（6）圈養動物、魚塘養魚。對于可圈養動物、魚塘養魚的，可獲得效益。

（7）旅游康養。對于開發山地旅游和森林康養，可創造效益。

（8）電力。太陽能光伏發電，可獲得經濟效益和生態效益。

（9）避免森林大火造成的經濟損失、生態損失。