文物建筑火灾风险源探析与防控

我要发布     发布日期:2021-03-01 09:30:52  来源:国家文物局
核心提示:我国是文化遗产大国,文物建筑资源丰富。火灾防控已成为文化遗产保护的世界性问题,火灾防控任务极其繁重。安全是文物建筑保护、传承与合理利用的前提和基础,分析研究火灾风险和防控措施,对加强文物建筑安全具有重要现实意义。

  火灾是危害文物安全的主要因素之一。近年来,韩国崇礼门、巴西国家博物馆、法国巴黎圣母院、意大利皇家马厩与马术学院、日本首里城等著名的文化遗产发生火灾事故,损失严重,火灾防控已成为文化遗产保护的世界性问题。我国是文化遗产大国,文物建筑资源丰富。第三次文物普查登记的766722处不可移动文物中,文物建筑40余万处;国务院核定公布的5058处全国重点文物保护单位中,文物建筑有3100余处。同时,我国公布历史文化名村487个,中国传统村落6819个,火灾防控任务极其繁重。安全是文物建筑保护、传承与合理利用的前提和基础,分析研究火灾风险和防控措施,对加强文物建筑安全具有重要现实意义。



  我国文物建筑防火特性


  防火特性即由文物建筑特点决定的其自身所具有的防火能力。影响文物建筑防火特性的主要因素有建筑材料与结构特点、分布环境、管理使用状况、安全防护能力等。结合不同类型古文物建筑特点和火灾发生发展规律进行综合分析,文物建筑防火特性如下:


  (一)建筑材料以木结构为主。我国文物建筑包括纯木构建筑、土木建筑、砖木建筑、石木结构建筑等,多以木材为主要建筑材料和装饰材料,有的民居类建筑甚至以木竹柴草为建筑材料,其平均火灾负荷量是现代民用建筑的几十倍,且文物建筑所用木材年久干燥,耐火等级低,起火后燃烧速度极快。


  (二)框架式建筑结构。文物建筑多为框架式结构,一座文物建筑尤其是古建筑,就如同架空堆积的木垛。且文物建筑内部多为开敞空间,通透性好,墙、门窗等防火隔离性差,火容易在室内迅速燃烧并向外蔓延。


  (三)组团式建筑布局。宫廷官式建筑、寺庙道观等宗教建筑、园林建筑、民居建筑、纪念建筑等文物建筑多以组团式分布,建筑之间屋屋相连、院院相接,缺少必要的防火分隔措施和安全防火间距,一旦发生火灾,极易火烧连营。


  (四)建筑分布广泛。文物建筑分布广泛,城市、乡镇中的文物建筑多与社区民居紧密相连,面临着共同火灾隐患;分布在山区、田野、甚至荒漠中的文物建筑,存在防火、灭火条件不足等问题,也容易被山火、林火殃及。


  (五)管理使用状况复杂。文物建筑多用于旅游参观、陈列展馆、宗教、办公、居住或者其他文化活动场所等,人流量较大,用火用电需求较多,火灾诱因广泛,火灾风险较为突出。


  (六)防火灭火能力不足。因文物保护完整性、原真性等要求,现有民用建筑消防设施设备配置标准不完全适用于文物建筑,一些文物建筑配置消防设施较为困难,有的无法开辟防火通道和消防车通道,文物建筑自身防火和自救能力不足,火灾扑救难度较大。



  文物建筑火源探析


  火灾防控的关键是控制火灾诱因,有效控制火灾诱因的前提则是识别火灾风险源,即从源头治理。从文物建筑防火特性和使用状况分析,其火灾风险源主要包括明火、电火、爆炸、雷电和自燃等。


  (一)明火即文物建筑中因生产、生活和其他活动,使用的各类明火火源,是文物建筑火灾的直接风险源。


  1.生活用明火是指用于居住生活的文物建筑内,人们日常生活用火。包括照明火,如油灯火、气灯火和烛火等;取暖用火,如炉火、炭火、火盆、坑火和炕火等;炊事用火,如家灶和野炊使用的柴火、燃气火、酒精火等;驱蚊虫用火,如点蚊香和熏蚊草等。


  2.生产用明火是指用于生产活动的文物建筑中因生产活动需要使用明火。包括手工业产品和食品加工用火,如一些生产作坊用煤火、炭火、燃气火、油火等;工程施工用火,如各类施工工地使用的焊接、切割、喷灯、烘烤作业产生的明火等。


  3.商业经营活动用火是指用于商业经营活动的文物建筑,由于开展旅游、开办餐饮住宿、商品经营等各类商业活动,可能用到的明火,如餐饮用火、篝火等。


  4.明火燃香烧纸点灯是指作为宗教活动场所使用的文物建筑举行宗教活动时的用火行为,如燃香、燃烛、烧纸、长明灯以及其他宗教仪式用火等。有的地方香炉内香火旺盛,香体极易产生火舌。


  5.民俗活动用火是指集体组织或者家族管理的祠堂等文物建筑内举行的祭祀活动用火,如燃香、燃烛、烧纸等;此外,有的民间坟墓位于文物保护范围内,清明节野外祭扫时烧纸产生明火;有的地方在传统节日或者祭祀时燃放烟花爆竹,可能形成文物建筑火患。


  6.吸烟明火是指在文物建筑中吸烟,包括使用打火机、火柴点烟,随处乱扔烟头,躺在床上吸烟、酒后吸烟等,不慎引燃可燃物。


  7.人为纵火、失火是指个别精神或者心理不健康的特殊人员对文物建筑故意纵火。还有的是小孩在使用明火放鞭炮、焚烧柴草纸张等,引发文物建筑火灾。此类火灾风险危害大,防范难。


  8.外来明火火源是指来源于文物建筑外部环境的明火,对文物建筑的危害,如一些地方有燃放孔明灯(许愿灯)的民俗,放飞后可能落在文物建筑内,或者挂在文物建筑上,发生火灾;一些位于山野、森林、草原内的文物建筑,可能受到周边山火、林火、草火等殃及,引发火灾;一些地方焚烧秸秆、烧荒、焚烧垃圾等野外用火,可能殃及文物单位。


  (二)电火是指文物建筑因用电产生电气故障引发火灾事故。电气火灾成因主要包括电气线路故障和用电设备故障等。


  1.电气线路故障是指由于文物建筑的电气线路选型用材不标准、敷设不规范、老化破损及私拉乱接等原因,导致配电线路出现漏电、短路、过负荷、接线部位接触电阻过大等电气故障,将电能转变为热能,高温引燃周围可燃物,从而引发火灾。


  (1)漏电是由于老化、潮湿、高温、碰压、划破、摩擦、腐蚀等原因,配电线路绝缘护套的绝缘能力下降,导致电流泄漏,局部发热高温,或者在漏电点产生的电火花,引燃附近可燃物。


  (2)短路是由于裸导线或绝缘导线的绝缘体破损后,火线与零线或火线与地线,在某一点碰在一起。短路点易产生强烈的电火花和电弧,不仅能使绝缘层迅速燃烧,而且能使金属熔化,引燃附近可燃物。


  (3)过负荷或称过载,是指电气设备、导线的通过电流超过额定值。当发生严重过负荷时,导线的温度会不断升高,甚至会引起导线的绝缘护套发生燃烧,引燃周围可燃物。


  (4)接触电阻过大是由于配电线路间的导体接头、配电线与用电设备、电气保护设备之间的接线端子的连接工艺不符合要求,导致连接部位接触不良,造成接触部位的局部电阻过大,产生大量的热,高温使金属变色甚至熔化,引起导线的绝缘层发生燃烧,并引燃附近可燃物。


  (5)电弧是由于电源开关制造不良、安装不当或者电线绝缘部分损坏,以及设备故障及违规操作等,可能导致电压击穿空气,产生瞬间火花,即电弧。电弧产生高温,引燃周围可燃物,发生燃烧,引发火灾事故。


  2.用电设备故障是由于文物建筑中用电设备选型、设置及使用不当等原因,导致用电设备故障,产生的高温引燃周围可燃物,引发火灾。


  (1)使用安全性能较差的电热器具、电取暖设备等用电设备。如,在文物建筑中使用“热得快”等电热器具、“小太阳”等电热取暖设备,或者其他“三无”电器产品等,由于自身工作机理的不安全性或者产品质量问题,其产生的高温引燃周围可燃物。


  (2)用电设备的安装设置不当。如,文物建筑内使用的白炽灯、卤素灯等高热光源的灯具,安装位置与可燃物未保持一定的安全距离。冰箱、空调主机等用电设备的散热功能故障,或者散热部位被遮挡无法有效散热,产生局部高温引燃可燃物。


  (3)用电设备使用不当。如,在文物建筑中使用电热毯、电暖器等取暖设备,由于持续通电导致加热体过热引燃周围可燃物;电动车辆充电器工作时未与可燃物保持有效的安全距离,产生的高温引燃周围可燃物等。


  此外,弱电短路或者交换机、路由器等集成电器因散热故障问题,也可能引发火灾。蓄电池由于质量问题、过期使用、安装不当、充电不规范、破损电解液外露等管理使用不当,可能发生过热、产生电弧甚至爆炸,引发火灾。在可能产生爆炸性气体积聚的文物建筑空间内,要防止因静电引发爆炸或者燃烧。


  (三)其他火灾风险源。除明火火源和电气故障外,爆炸、雷电和自燃等火灾风险源,也可能引发文物建筑火灾事故,虽然火灾事故概率较小,但也不能忽视。


  1.爆炸现象引发火灾是指文物建筑或者其保护范围内发生爆炸现象引发火灾。如,燃放烟花爆竹,产生火花引燃可燃物,引发文物建筑火灾;一些使用储存易燃易爆危险品(如实验用化学物品,生产生活用煤气等),管理使用不当,引起爆炸,引发文物建筑火灾。


  2.雷电起火是指位于雷电风险区域的文物建筑,建筑本体或者周围林木容易遭雷击受损,同时极易发生火灾事故。一是直击雷危害,即雷电直接击损文物建筑,强大雷电流产生高温引起燃烧。二是感应雷危害,雷云对地放电时,文物建筑附近的导线因雷电可能产生感应过电压,过电压幅值可能高达几十万伏甚至几百万伏,造成电力系统损坏,可能发生火灾或者爆炸事故。三是雷电波入侵,雷电流沿文物建筑电气线路侵入配电设备内,致使电气设备受损,引发电气故障火灾。


  3.自燃现象引火是指可燃物在没有外来火源的情况下,靠自热或者外热作用而发生燃烧的现象。例如有的文物建筑保护范围内可能存放大量煤堆、柴草堆、废油布等,因长时间堆积热量积聚升温,导致自燃起火。



  文物建筑火灾风险源管控


  火灾风险源控制。火灾风险源控制即防火,是文物建筑消防安全的第一道关口,主要任务是采取措施、加强管理,有效控制明火、电火、爆炸、雷电和自燃等各类火灾风险源,使其不燃。


  (一)明火管控主要是控制火灾发生条件。发生燃烧必须具备可燃物、氧化剂和点火源三个基本条件。文物建筑防火的着力点和主要任务是控制明火燃烧的条件,严格管控点火源和可燃物。


  1.以禁用明火为原则。除用于宗教活动场所、生活居住等特殊用途,必需燃香点灯或者使用生活用火外,文物建筑尤其是古建筑及其保护范围内,应当禁止使用任何明火火源。


  2.有效实施防火隔离。因宗教活动需要、居住生活需要或其他生产活动需要,确需使用明火火源的,应当做好隔离措施,使点火源与其他可燃物分隔。隔离措施可采取空间隔离(保持防火间距、防火隔离带等)、物理隔离(阻燃材料隔离、使用阻燃剂等)和人员现场隔离(如针对突发外来火源)等措施。


  3.严格管控可燃易燃物品。对文物建筑及其保护范围存在的各类可燃物品进行全面检查、登记评估,制订可燃物品管控制度和措施,规范存放和安全储存可燃物,尤其是对毗邻火源的可燃物品,由专人管理,做好防火隔离,不必要的可燃物品要及时清理。文物建筑和保护范围内禁止存放易燃易爆化学物品,因特殊需要,必须存放的,要采取严格的管控措施。


  (二)电火控制主要严格防控电气故障引发火灾。根据文物建筑存在的电气火灾危险因素及其风险程度,有针对性采取防控措施。


  1.明确用电范围和程度。对于年代久远、文物价值极高、耐火等级极低、用于公益性展示研究的极具代表性的文物建筑,不宜在文物建筑内用电,尤其是不应在文物建筑本体上敷设电气线路和安装电器;其他用于公益性展示研究的文物建筑,一般只在文物建筑内设置照明和安全防护需要的用电设施设备;对用于居住、办公、生产经营场所的文物建筑,应当在保障用电安全的前提下使用。


  2.保障用电本质安全。要保证文物建筑配电系统、配电线路及用电设备自身的本质安全性,需从选型、敷设、设置等各个环节,严格执行安全用电标准和要求。同时,严格按照用电设备自有功能、作业环境和安全说明操作使用,确保用电设备、设施始终处于安全使用状态。


  3.整改电气火灾隐患。可以从四个方面进行,一是配电设备改造,即更换额定输出功率不满足用电设备使用功率要求,以及缺少短路、过载、过压、防雷及接地防护的配电箱(柜)。二是配电线路改造,更换年久失修、老化严重的配电线路,文物建筑宜选择绝缘护套耐火能级为A级的电线电缆,并采用金属导管或B1级以上的刚性塑料管等进行保护。三是严禁使用安全性能差的“热得快”、“小太阳”取暖器等电器设备和白炽灯和卤素灯等高温光源灯具,以及“三无”电器产品;四是对于在使用过程中产生高温或需要满足散热要求的用电设备,在安装和设置时应确保和周围可燃物保持安全距离或采取有效的防火隔离措施。


  4.加强用电设备安全管理。根据文物建筑的使用功能、用电情况、电气火灾风险等特点,有针对性地制定并执行用电安全管理、日常巡查检查、用电设施设备维护检测、安全用电宣传培训等安全制度。加大对文物建筑用电情况的巡查和检查力度,及时发现、排查和消除出现的电气火灾隐患;加强对使用者安全用电常识的宣传教育,增强安全意识,做到安全用电。



  文物建筑火灾预警和灭火


  消防系统主要由火灾报警系统和灭火系统组成,文物建筑要根据其自身建筑特点、防火特性、消防需求、基础条件等情况,坚持文物保护和最小干预的原则,按照适度适用有效的原则,进行合理配置。


  (一)火灾报警系统是火灾防控的第二道关口,即通过前端火灾报警探测器,及时发现火灾苗头和初起火灾,为有效扑救提供时间和条件。


  1.火灾自动报警系统主要依靠火灾探测器及时探测到燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量,再将信号传输到火灾报警控制器,通过火灾声光警报器和消防应急广播系统通知人员,针对火情采取有效措施。同时,消防联动控制器按照设定的控制逻辑,对与火灾有关的设备进行联动控制。文物建筑火灾探测器的选型和设置,需要充分考虑探测区域内可能发生火灾的形成和发展特征、房间高度、环境条件,以及可能引起误报等因素。对于大空间等特殊场所,可以选用线性光束感烟火灾探测器、吸气式火灾感烟探测器或图像型感烟火灾探测器等。针对飞鸟、扬尘和遮挡物等对火灾探测的影响,可以通过同时选用两种以上火灾参数的火灾探测器组合或双鉴型火灾探测器进行复核判断。


  2.电气火灾监控系统主要由电气火灾监控器、剩余电流式电气火灾监控探测器、测温式电气火灾监控探测器等设备组成,能在发生电气故障、产生一定电气火灾隐患的条件下发出报警。对不能确保达到用电系统本质安全的文物建筑,可选择适宜探测机理的电气火灾监控探测器进行实时监控,并根据电气火灾监控系统提供的电气火灾隐患报警信息,及时进行电气改造,达到本质安全。


  3.可燃气体探测报警系统主要由可燃气体报警控制器、可燃气体探测器和火灾声光警报器等组成,能够在其保护区域内泄露的可燃气体浓度尚低于爆炸下限时提前报警,从而预防由于可燃气体泄漏引发的火灾和爆炸事故的发生。文物建筑内因炊事、取暖等动用明火的场所,可根据使用燃料的种类,选择适宜的可燃气体探测器类型,并根据可能泄露的可燃气体密度,确定可燃气体探测器的安装位置和高度,进行有效探测。


  (二)消防灭火系统主要由消防给水系统和消火栓系统等组成,也包括供特别场所适用的气体灭火和干粉灭火等装置,是火灾防控最后一道关口。


  1.消防给水和消火栓系统由消防水源、消防管网和消火栓等组成的系统,是消防系统的重要组成部分。文物建筑一般采用室外消火栓系统,或将DN65的消火栓口设置在文物建筑外部,用于文物建筑内的火灾扑灭。还需要在消火栓附近配置消防水枪、消防水带、消火栓扳手等配套消防设施和辅助工具。


  2.自动喷水灭火系统由供水设施、报警阀组、洒水喷头等组件以及管道组成,能在火灾发生时作出响应并实施喷水灭火。大部分文物建筑内不具备安装自动喷水灭火系统的条件,尤其是有壁画、彩绘和泥塑等遇水易损的文物场所,不宜配置。一些纪念建筑、代表性建筑、民居等近现代文物建筑的火灾风险突出场所或者部位,可以适当选择使用。


  3.气体灭火系统是以液体、液化气体或气体状态存储于压力容器内,灭火时以气体状态喷射灭火介质的灭火系统。气体灭火系统对防护区域的耐火极限、承压、封闭性,以及通风和疏散措施均有很高要求。一些作为文物库房使用的封闭文物建筑内,如果发生火灾,人不能进入灭火,在满足气体灭火系统设置的前置条件下,可以使用气体灭火系统进行防护,但应选择不会对文物造成损害的灭火剂。


  4.无源型超细干粉自动灭火装置当火灾导致当量环境温度上升至设定公称值时,灭火装置上的阀门自动开启,释放超细干粉灭火剂进行灭火,主要用于局部保护。如,一些用于祭祀或宗教活动的文物建筑,可以采用无源型超细干粉自动灭火装置对燃香、点烛等部位进行局部保护。


  文物建筑火灾防控是一项系统工程,也是一门管理科学。明确文物建筑防火特性、火灾风险源种类、火灾风险管控措施和主要灭火方式等,是文物建筑防火的基础和前提。有效防控文物建筑火灾、保障文物建筑安全,更需要健全的消防队伍,明确的消防职责和任务,建立并严格执行各项安全制度,规范有效的日常消防安全管理,以及完善可操作的灭火和应急疏散预案等。

 
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