来源：文博中国微信公众号
发布时间：2020年7月6日
作者：李月

       我国古建筑数量多，仅在全国重点文物保护单位中就有1882处，约占总量的43%。古建筑多采取院落式布局，殿堂相连，廊道相接，房屋主体结构大多使用木质的梁、柱、檩、椽、斗拱、藻井等可燃构件，表面刷油漆或绘制彩画，一旦发生火灾，不易扑灭且会造成严重的损失。因此在 “预防为主，防消结合”的指导思想下，选择合适的火灾报警技术，实现早期报警一直是古建筑防火工作的重中之重。

设备选型

       古建筑中火灾报警设备的选型，不仅要满足有关消防技术的标准和规范，还要综合考虑建筑物的结构、形状、空间、用途和维护管理等因素，根据不同场所的特点进行合理的设备选型。古建筑历史悠久，建筑内部梁架及闷顶存有大量尘土，遇大风天气闷顶内及大殿内尘土随风飘荡，直接影响传统点式火灾探测器的稳定工作。同时，点式火灾探测器明装在彩画下方，显得零乱且不便于管理，影响历史风貌。空气采样火灾报警设备作为一种极早期预警技术，采用主动吸气式采样方式，通过对空气中烟雾颗粒或热释粒子进行微处理，从而实现对火情有效探测，解决了传统点式火灾探测器在探测空间高度、环境气流、早期探测等方面存在的局限性，适用于古建筑高大空间早期探测火灾的需要。同时，前端采样点不易被肉眼发现，最大限度减少报警设备对古建筑的干预。

       下面将通过在古建筑高大空间使用吸气式空气采样火灾报警设备在文物古建筑的实例，探讨析如何兼顾保存文物古建筑原貌和满足现代消防规范要求。

设计方案

       某木制古建筑为建立在白色须弥座上的工字型建筑，南北长48.6米，东西宽45.4米。殿内中部为工字廊。工字廊南北长12.3米，东西宽7.5米。闷顶为清代格栅结构，天花板为原状彩画，闷顶距地面高为11.7米，闷顶内净高3.5米。原古建筑闷顶下为4套红外对射火灾探测器，高度为10米。闷顶内无火灾报警设备，无法在火灾初期探测火情且存在盲区。为满足早期火灾探测需求，需要加装空气采样火灾报警系统。

       防火分区划分及空气采样火灾报警主机安装  根据国家现行规范对防火分区的要求，建筑共分为前殿、工字廊、后殿三个火灾防护区域。为尽快核实火情，确认火灾发生位置，前殿、后殿再细分为闷顶上、下两个报警区域。考虑到闷顶内部空间较大，采样管敷设距离较长，为保证探测效果，在建筑内共安装3台四管式空气采样报警主机进行探测。

       报警主机首先利用吸气泵，通过分布在前、后殿闷顶内及闷顶下百余个采样点，连续主动抽取空气，获取样品。然后，空气样品在过滤器实时清洗过滤灰尘颗粒后，送至激光探测腔分析。最后，激光探测腔利用激光散射方式发现过滤后空气中的异常烟雾颗粒，经计算后判断是否发生火情，进而发出报警控制信号。报警信号利用模块光电转换后，通过光纤传回消防控制室。主机采用220V供电。考虑古建筑对于用电安全等方面的特殊要求，因此选择将主机安装在建筑室外不对外开放的区域。前、后殿主机各安装室外专用机柜统一管理。报警机柜用托架支起，底部距离地面300毫米，并做好室外防雨措施。报警主机严格遵守“最小干预”原则，入户空气采样管通过椽档进入闷顶。因为建筑较高，采样管室外垂直敷设距离较长，易被风吹破裂，在管路中部采用支架固定绑好。

       空气采样管路敷设及采样点设计  空气采样管选用内径为20毫米的PVC空气采样管，管路采用“彐”字形敷设。主管道采用管卡连接，拐角处采用圆弧形弯头连接，减少空气阻力。闷顶内为标准管道采样方式，将探测闷顶内的管路固定在椽子上，减少对古建筑破坏程度。管道上提前预制好光滑的采样孔，避免因为孔口毛刺导致灰尘积聚，影响探测效果。闷顶下采用毛细管采样方式，沿采样管壁伸出毛细管到闷顶下部，毛细管的末端作为采样点。考虑到彩画具有历史、艺术等综合价值，因此不直接在彩画上打洞开孔，提前准备一块仿制彩画板，做好孔洞，将毛细管穿入，用于监测闷顶下实时情况。开孔位置选择为不宜被游客看到的位置，减少消防设施对古建筑风貌的破坏。毛细管长度尽可能接近，最长一根为2米。每根采样管的末端安装金属采样头，避免使用过程中灰尘堵住采样孔。采样孔间距最大不超过5米，距离端墙不小于1米。采样孔孔径为5毫米，吸气泵通过采样点将检测气体吸入到激光腔内进行探测。在采样管的末端安装末端帽，平衡不同采样点的探测灵敏度，同时为每年进行消防设施电检测时使用。

闷顶内空气采样管路敷设

       系统运行情况及维护保养  火灾自动报警系统采用光纤通讯线组网，实现远程监测、信息管理和分析计算等功能，提高了报警系统抗雷电电磁脉冲干扰的能力。根据火灾烟雾的浓度，系统分为警告、预警、火警、严重火警4个报警状态，值守人员可根据不同情况采取相应的应急预案。出现火情时配有图形显示终端，以更直观的方式显示火灾发生的准确位置，有助于值守人员快速核实火情，为扑灭火灾争取“黄金时间”。系统具有自学习功能，可以根据季节和自然风力造成环境空气灰尘浓度的不同，调整合适的报警阈值和灵敏度。每条报警回路采用环形链路，任一报警点故障或断开均不会影响整个网络回传报警信息。

       在使用过程中，经常会出现灰尘堵住采样孔，导致系统显示低气流故障的情况，需要定期进行维护和清扫。一般情况下每三个月到半年会安排一次空气采样管路的反吹，每一年会进入闷顶使用专用毛刷对采样孔进行清理。为防止反吹时插拔管口导致空气采样管路破裂，需在报警主机处安装“三通”阀门，并使用专用设备进行清理。

       古建筑是国家珍贵的历史文化遗产。其防火工作具有特殊性，生搬硬套现行防火规范可能会违背文物保护的原则，破坏建筑的结构、外观和文化价值。因空气采样火灾报警技术的特点，适用于古建筑非封闭高大空间流速高、灰尘多的环境下、室内天花板为彩画和圆木雕刻的建筑、空间高度在1.5米以上的建筑闷顶内。通过实例证明，空气采样火灾报警技术在古建筑高大空间中使用既能满足（现行规范要求）消防安全要求，又能兼顾文物价值保护。在颐和园、故宫等大批文物古建筑的火灾报警系统改造中已采用了此种技术，建议各级文保单位宜根据自身情况合理选择火灾探测方式。  

        （作者单位：故宫博物院）

       本文刊登于2020年6月26日《中国文物报》第8版