0 引言

近年来随着国民生活质量和水平的提高，人们对古建筑旅游的热情不断升温。我国现存古建筑众多，据国家文物局公布的数据统计，1961年至2019年将近60年时间，国务院共公布了八批全国重点文物保护单位，共计5 058处，其中古建筑2 160处，占全国重点文物保护单位总计近42.7%。这些古建筑是中华民族5 000年历史凝聚而成的瑰宝，具有不可估量的艺术价值和文化价值，更具有不可复制性，一旦发生火灾其损失无法弥补。

近年来古建筑火灾频发，仅2003年至2017年共计15年间就发生528起古建筑火灾，古建筑消防形势严峻。2017年3月21日，中国国家文物局和原公安部消防局在北京召开文物消防安全工作会议，要求进一步加强文物消防安全工作。古建筑设置恰当的消防灭火设施，可以降低火灾的风险和损失，保护我国的历史文化遗产，同时提高了古建筑对外开放的安全性。

本文结合工程经验，以济渎庙消防改造设计工程为例，对古建筑消防灭火设施设计作出探讨。

1 济渎庙工程概况

济渎庙，位于河南省济源市西北2km济水东源处庙街村，是历代帝王为祭祀济渎水神而建的庙宇，现为国家重点文物保护单位。济渎庙占地总面积为86 255m²，整体采取纵轴线布局，平面呈“甲”字形，南北长510m，东西宽215m，最窄处30 m。庙宇内共有宋、元、明、清各时代建筑23座，均为木或砖木结构古建筑，其中清源洞府门为河南省明代木牌楼之冠，寝宫则是河南省现存最古老的木结构建筑。该古建筑群被誉为中原古代建筑的“博物馆”，具有较高的文物建筑保护价值。

2 济渎庙消防灭火设施选择

2.1 原有灭火设施及存在的消防问题

济渎庙周围有完善的市政给水管网，可作为消防水源供给消防用水。原有的消防设施以消火栓系统为主，地上式室外消火栓分布于庙宇的室外区域，古建筑室内则布置有灭火器和消防桶、水缸两种传统消防设施。

结合原有灭火设施的使用现状，总结出以下消防问题：

(1）庙宇内主干道宽敞可以保证消防通道的畅通，连接部分单体古建筑的小路狭窄难行，一旦有火情消防车无法驶入这些建筑附近。

(2）项目所在地济源市气候四季分明，冬季最低温度可降至0℃以下，原有的消火栓系统未考虑防冻措施，而且消火栓和灭火器存在陈旧、缺损现象，水缸内也只存有少量的水。

(3）庙宇内可燃物多，院落进深大，缺乏恰当的自动灭火设施和自动报警系统进行消防保护。玉皇殿等建筑内部香火旺盛、电气线路存在裸露的现象，容易导致火灾的发生，建筑木构件和室内的典籍、帷幔被引燃后会令火势迅速扩大，容易错过初期火灾最佳扑灭时机，造成“火烧连营”的局面。

火灾风险评估结果显示该古建筑群火灾危险度较高，在进行消防设计改造时选择合理的消防灭火设施，才能妥帖地保护济渎庙古建筑群。

2.2 本工程消防灭火设施的选择

我国现行规范对古建筑灭火设施的规定不够具体，《建筑防火设计规范》（GB 50016-2014,2018年版）^[1]中仅8.2.3条规定“国家级文物保护单位的重点砖木或木结构的古建筑，宜设置室内消火栓系统”，除此之外并未提及其他古建筑消防灭火设施。《文物建筑防火设计导则（试行）》在“6.2自动灭火设施”这一章节中没有提到细水雾灭火系统，而《细水雾灭火系统技术规范》（GB 50898-2013)^[2]3.3.2条规定了高压细水雾系统可以应用于古建筑。规范阐述不够清晰明确，工程设计依据不足，可结合实际工程条件，不违背规范要求，在借鉴他人设计经验的基础上灵活选择消防灭火设施。

张勤等^[3]在对重庆某寺庙古建筑进行消防消防设计时，考虑到系统对水质、水压的要求及对原有消火栓设施的利用，选择消火栓灭火系统保护古建筑。虞利强等^[4]采用高压细水雾灭火系统作为消防灭火设施，根据建筑内不同区域的特点分别采用开式系统和预作用系统进行保护。

有传统彩画、壁画、泥塑等的文物建筑不适用自动喷水灭火系统，因此张波^[5]对拉卜楞寺消防改造工程设计以室内外消火栓作为主要灭火设施，同时在重要的殿室内配备移动式高压细水雾灭火装置，以保护木或砖木结构的古建筑安全。

目前古建筑中应用较为广泛的灭火设施为消火栓灭火系统、自动喷淋系统和气体灭火系统，高压细水雾灭火系统作为一种相对新兴的灭火设施，近年来在古建筑消防灭火领域崭露头角。参考当前规范的规定，拟对以上4种系统做出讨论筛选，择出最适用于本工程的灭火设施。表1对这4种系统的使用性能和经济性进行了比较。

比较结果显示高压细水雾灭火系统具有独特的优势。

(1）同为水系灭火系统，相比于自动喷淋系统和消火栓灭火系统，该系统灭火效率更高且用水量小，对古建筑及其内部物品的破坏性小，使用寿命长且后期系统维护简单，综合经济性好。而且该系统可以自动开启，可有效扑灭初期火灾。

表1 古建筑消防灭火设施比较

Tab.1 Comparison of fire fighting facilities in ancient buildings

(2）与气体灭火系统相比较，该系统更有利于建筑内部人员疏散，水系灭火剂实惠易得，避免腐蚀物品、污染环境。

结合上述灭火设施的特点，并综合考虑建筑耐火等级、消防设施现状、存在的消防问题和消防救援条件等因素，确定在本工程市政自来水给水管道上利用原有条件设置20套地上式室外消火栓，对古建筑群内重要区域采用高压细水雾系统加以保护。

3 济渎庙高压细水雾灭火系统设计

根据建筑火灾危险性及火灾特点，针对不同的保护对象选择合适的高压细水雾系统，对重要古建筑区域设置高压细水雾消火栓系统，在寝宫、清源洞府门等木或砖木结构古建筑内部增设高压细水雾自动灭火系统进行消防保护。

3.1 高压细水雾开式灭火系统设计

参照《高压细水雾灭火系统设计、施工及验收规范》（DBJ41/T 074-2013)^[6]3.1.4条规定，宋代寝宫等木或砖木结构古建筑火灾危险性大，一旦起火火灾蔓延速度较快，因此确定采用全空间应用方式的高压细水雾开式系统进行保护，总保护面积为2 000m²。每座单体古建筑设为1个防护分区，共设14个防护分区。

3.1.1 设计参数

系统设置持续喷雾时间30min，设计喷雾强度不小于0.8L/（m²·min），最不利点喷头工作压力大于10MPa。具体设计参数见表2。

表2 高压细水雾开式系统设计参数

Tab.2 Design parameters of high pressure water mist open system

3.1.2 主要设备及管材选型

(1）喷头选型。根据保护对象火灾危险性和空间尺寸选用K=0.7的喷头。喷头安装间距不大于3m，不小于2m，距墙不大于1.5m。

(2）泵组单元选型。系统最大流量防护区为清接官楼，共64只喷头（图1为接官楼一层的喷头及管道平面布置图），流量系数为K=0.7，设计流量Q=448L/min。选用细水雾装置一套，型号为XSWBG70/12，装置配泵组单元8套，7用1备。泵组单元参数：Q=70L/min,P=16MPa,N=18.5kW。稳压泵2套（1用1备），Q=10L/min,P=1.6MPa,N=0.75kW。泵组单元的进水压力不低于0.2MPa，不高于0.6MPa，为保证泵组单元正常工作，在其进水口设置补水增压装置2套（1用1备），Q≥560L/min,H≥20m。

(3）水箱。系统供水的水质不应低于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）的有关规定。与细水雾消火栓系统共设25m³不锈钢水箱1套，由液位变送器控制补水电磁阀的启闭实现对水箱自动补水。

(4）细水雾装置控制。正常情况下，系统处于待命状态，泵组单元不启动，区域控制阀后的高压管网内没有水。开式高压细水雾灭火系统同火灾报警系统联动，有自动和手动两种控制方式。

3.2 高压细水雾消火栓系统设计

根据《高压细水雾消火栓系统技术规范》（DB J41/T 162-2016)^[7]3.2.2条规定，该古建筑群中的砖木、木结构古建筑应设置高压细水雾消火栓系统，考虑室内环境温度因素，宜采用湿式高压细水雾消火栓系统，总保护面积约14 000m²。

图1 接官楼一层平面   

Fig.1 The first floor plan of the reception building

3.2.1 设计参数

系统设置持续喷雾时间2h，最不利点工作压力为10MPa。

3.2.2 主要设备选型

(1）消火栓选型。考虑到火灾危险性和空间尺寸，选用q=20L/min的消火栓。

(2）泵组选型。用水量应根据同时使用高压细水雾水枪水量和单支水枪的喷雾量经计算确认，本系统最大流量为3个消火栓同时动作的流量，系统工作压力按最不利点工作压力10 MPa计算，系统的设计流量Q=60L/min，选用Q=70L/min,P=16MPa规格的泵组单元2套（1用1备）。

(3）水箱。系统供水的水质不应低于现行国家标准《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）的有关规定。与细水雾开式系统共设25 m³不锈钢水箱1套，由液位变送器控制补水电磁阀的启闭实现对水箱自动补水。

(4）高压细水雾灭火装置控制。泵组单元、补水增压装置及水位控制共设一套高压细水雾灭火装置控制柜，总功率23kW，采用消防双电源供电。高压细水雾泵组有就地和远程启动功能，在消防控制室显示高压细水雾泵组的运行状态。

在设计中还要注意设备及管道保温的问题。根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB 50974-2014）要求，泵房及明装充水管道环境温度不低于5℃^[8]。由于古建筑均不做采暖设施，严寒、寒冷等冬季结冰地区应采取防冻措施。泵房设置在新建配套用房内，可以设置电暖气、分体空调等采暖措施，并对水箱水温采用监控措施。分区控制阀及充水管道设置电伴热保温措施。

4 设计总结

(1）自动灭火设施和报警系统在古建消防中应得到更多重视。近年来很多古建筑都实施了修复或扩建工程，仅依靠原有的消火栓系统和建筑灭火器不能确保灭火的有效性，在进行古建筑消防系统设计时应考虑设置自动灭火设施和报警系统，一旦发生火灾可以及时有效地控制初期火灾，减少人员伤亡及财产损失。

(2）古建筑消防系统设计要考虑全面。不仅要结合建筑的特性，在不影响古建筑观赏性的前提下确保灭火的有效性，还要综合考虑工程造价、灭火设施对建筑的影响等问题，经多方面对比分析审慎确定古建筑消防系统的最优设计方案。

(3）高压细水雾自动灭火系统的设计施工中，细水雾管道的固定是重要的环节。本工程应用了如图2所示的不锈钢卡箍，精巧且重量很轻，可喷塑成和木构架同样或相近的颜色，这样就较为妥善地解决了现有技术应用于古建筑中细水雾管道安装固定时产生荷载较大、安装不便等问题，保持局部与建筑整体风貌的协调性。

(4）细水雾灭火设施种类较多，灭火效率较高。除了本工程应用的固定高压细水雾自动灭火系统和高压细水雾消火栓系统外，其他形式的细水雾设施同样适用于古建筑消防。比如移动式高压细水雾灭火装置，这种灭火设施也同样具有细水雾系统用水量小、灭火效率高的特点，而且使用时不受空间限制、灵活性较强，可应用于规模较小、不具备条件设置固定自动灭火系统的偏远山区古建筑^[9]。

图2 卡箍将管道固定在木构架上   

Fig.2 The clamp attaches the pipe to the wooden frame

通过以上的现状分析和实例举证，可见高压细水雾灭火系统应用于古建消防领域是行之有效的，建议今后古建筑消防规范在修编时能够完善这方面内容。

作者图片

余平伟