长沙靖港古镇传统木构古建新型防火规划设计

冯瑞丹 高玥 季岚＊

（武汉轻工大学，湖北 武汉 430023）

传统木构古建作为见证百年历史文化的物质载体，在城市化的进程中遭受淡化，存在年久失修或缺乏管理、结构木料干燥和脆弱极易燃烧等问题，木构古建防火在全世界均是一个亟需解决的问题。传统木构古建在我国分布很广，且不同区域有不同类型，南方以徽派建筑最为有名，分布极广；
北方传统木构古建类型更是多样，明清宫殿建筑、四合院民居风格都是其中典型代表。这些传统木构古建保留了多种多样的文化内涵，具有珍贵的文化历史价值，是全人类文化瑰宝[1]，但世界各国传统木构古建却屡遭火灾侵袭，造成无法挽回的损失，当前研究集中于技术和规范领域 （图1）。蒙慧玲[2]等（2014）为了解决宗教古建消防安全问题，对寺内消防技术进行升级改造，为自动喷水灭火的主动式消防研究领域提供了新思路；
王新钢[3]等（2016）研制的水性膨胀型防火涂料以水为介质，无刺激味、无毒无害，可对木质古建进行二次装饰；
李鸿飞[4]等（2020）对传统村落木结构建筑的古代传统防火措施进行总结，认为古代防火理念与现代防火技术体系不谋而合，可将两者结合，使防火更完善与高效。在当前传统木构古建防火规划研究中，研究者普遍认为目前传统木结构建筑深受火灾威胁，基本从传统防火方式和现代防火方式两个方面独立阐述，无法兼顾到既保护传统木构古建外貌又有效提供消防防护。因此，传统木构古建的消防安全亟需专项综合性研究和推广规划策略，文章通过研究不同主体的消防措施并提出设计策略，最终以设计案例呈现，以长沙靖港古镇为设计范围，给传统木构古建提供不同视角的研究方向。

图1 世界上被火灾破坏的传统建筑

目前学术界关于木构古建防火主要集中于消防技术、古建筑灾后修复、发展策略等方面，这类研究均与木构古建防火相关问题息息相关。已有文献从技术视角进行分析，提出木构古建防火的原则、方法和途径。黄浦恩[5]（2017）对靖港古镇的研究发现古镇中公共空间和商业空间有相对应的问题，公共空间的占用造成消防通道的堵塞，商业空间和居住空间的重叠导致人货混装，两者都有严重的消防风险。

自2019 年日本琉球首里城和法国巴黎圣母院事件以来，世界各国对传统木构古建的保护愈发重视。欧洲CIB（国际建筑研究与文献委员会）W014 工作委员会将木构古建消防安全工程方法指导文件确定为高度优先计划；
美国NFPA（国家防火委员会）发布NFPA914《历史建筑消防规范》和NFPA909《文化财产（包括博物馆、图书馆和历史财产）保护规范》明确为木构古建提供消防规范；
日本于1897 年颁布《古社寺保存法》和2003 年颁布《文化财产火灾预防相关对策调查研究报告》，为世界各国古建消防提供范例。国内木构古建防火领域研究更为丰富，1984 年颁布《古建筑消防管理规则》规定消防安全主体；
2003 年中外专家学者于北京开展“中国文物古迹保护准则研讨会”，提及木构古建防火重要性；
2004 年在北京召开《古建筑消防管理研讨会》协调会，对木构古建消防具体管理规则进行研讨。现行的《建筑设计防火规范》于2021 年提出修订（征求意见稿），明确要求木构古建应设自动喷水灭火设备，设备需要照顾木构古建的建筑整体风格。防火规划设计策略应从被动防火的传统防火方式和主动防火的现代防火方式结合形式入手。

以上研究对本文有一定启发意义，但忽略了技术和方法结合对具体空间消防总体规划合理性和高效性的促进作用，并通常没有形成木构古建防火系统性的保护方案。国内外对传统木构古建的消防规范法规定义较为完整，但未给出相应合适的木构古建消防规划设计路径，大而泛的古建消防规范无法适用各类传统木构古建。目前国内传统木构古建研究基本从两个角度展开：一是传统防火方式。例如，太平缸、马头墙和火巷等。二是现代防火方式。例如，防火涂料、耐火等级高的替代材料和自动消防系统等。目前国内外传统防火方式总结较为全面，现代防火方式也在不断发展，但没有将两者联系起来进行系统规划。单纯使用传统消防方式效率低，仅使用一般性现代消防方式会破坏木构古建审美和结构，因此，有必要结合具体空间综合性和系统性来考虑保护方式，补足该视角下的研究缺陷。在合理区域范围内规划传统消防和现代消防方式，结合两者优势的合理设计规划才能尽可能不破坏建筑结构和外观，又最大效率地保护传统木构古建，营造古镇居民良好的乡村人居环境[6]。

现代生活居住需求对传统木构古建增加了许多消防风险，例如，木构古建群中的违规搭建、废弃木构古建、居民用电乱搭乱接等现象极易引起火灾，进而导致传统木构古建和人员的损失（图2）。

图2 靖港古镇火巷中的违规搭建和废弃的传统木构古建

2.1 耐火等级差，火灾危险大

我国传统木构古建一般使用的材料为砖木结构，以木架构为主、砖混为辅。其建筑材料一般使用杉木、楠木等油质木材，表面饰以清漆，经长时间使用木材里面的水分流失，极易燃烧。由于木架构结构特殊，使其在漂亮的外观下相当于一个充满燃烧物的“火室”。木架构内部空间空旷，木架构连接处形成各种大小空隙，通风条件优，极易形成爆燃。潘崇根[7]等（2018）提出使用阻燃剂可最大程度减少对传统木构古建的危害。使用类木耐火复合材料替代承重木构件和阻燃剂定时涂刷维护，可有效防火又不破坏原有古建木构美感，但在一定程度上影响木构古建结构“原真性”。

2.2 防火分隔和防火间距问题

传统木构古建群中的民居由数条大街小巷分隔而成，其实这就是木构古建聚落规划时留的防火间距，兼做居民步行通道。木构古建群一般都是连片分布，在营造城市建筑时就注意设置建筑之间的安全距离，采用火巷、马头墙和山墙等围合结构，形成了由市坊、街道组成的传统防火分区，可以在一定程度上起到防火作用，不至于形成“火烧连营”的情况。但伴随着居民的日常生活生产，违规搭建和杂物堆积的情况难以避免，传统自然式防火被破坏，自然式防火效果不断减弱。《建筑设计防火规范》GB 50016-2018 表11.0.10 中详细描述民用木结构建筑之间及其与其他民用建筑的防火间距，而根据矢量数据和现场勘察发现靖港古镇大部分建筑之间的距离达不到GB 50016-2018 要求（图3）。刘勇[8]等（2014）提出需要独立规划现代消防通道并开发传统消防方式再利用的观点。古先人使用的消防手段与传统木构古建风格完美融合，又可一定程度上遏制火灾破坏，且长期实践行之有效，再结合现代消防通道的规划，减少建筑之间防火分隔与间隔过近带来的负面影响。

图3 《建筑设计防火规范》中防火间隔规范与矢量数据和现场勘察数据

2.3 消防管理及消防设施存在不足

传统木构古建作为特殊建筑需要保护原貌，因此普遍存在古建结构陈旧、内部材料松散、内部装饰材料组成的易燃物较多等防火难点。有的传统木构古建仍作为居民日常居住或者旅游开发使用，古建中需要用电用火，极易引发火灾。为保持传统木构古建古朴风格，极少有古镇改建现代消防通道、增设消防站或自动消防报警设备，因此导致消防人员不足、消防设施欠缺、防火灭火效率低下。贺煜华[9]（2008）提出以自然式和主动式防火互补关系，营造不易起火的环境，加强人员管理，减少火灾发生。做到在不破坏传统木构古建原有风格前提下，降低建筑遭受火灾的危险，提出传统木构古建新式消防防火规划设计策略。

基于火灾对传统木构古建的相关影响，就包括诱发因素、木构古建消防现状和防火相关策略的调研，本文提出了传统木构古建三级式消防防火规划设计策略，分为自然式防火、被动式防火、主动式防火。三者的结合既有利于传统木构古建消防规划的整体性、和谐性和耐用性，又能使消防策略与木构古建外观和功能和谐共存。自然式防火即利用管理技术与周遭环境来防火(古代防火方式时至今日仍然起着不可替代的作用)，例如鸱尾、太平缸、火巷、望火楼等；
被动式防火指非自动形式启动灭火任务，以此来阻止或熄灭火情，例如，防火涂料、防焰材料、耐火结构、避雷设施等；
主动式防火是使用可自我感知火情并处理的消防设备，例如自动消防喷水头、火源感应系统和消防机器人等。三级式消防防火规划设计是基于传统木构古建聚合而产生的，因此适合于大范围的木构古建群，理论上只需根据实际情况进行规划设计调整，就可适用于不同木构古建群的消防规划设计。

3.1 自然式防火策略

传统防火策略的出现是基于传统木构古建聚落，古匠人已意识到“兵贵神速”在防火中的重要性。北宋《营造法式》提出建筑防火专门规定尺寸标准，例如其规定防火墙厚度需达5m 等，这些充满古先人智慧的发明至今仍在使用，并且起到基础性作用，今天的自然式防火也是延续了古代的自然式防火，经过维护和创新，自然式防火将一直保护古建筑减少火灾的破坏（图4）。

图4 自然式防火措施

3.1.1 相邻木建设置山墙 山墙是作用于建筑之间用于隔离火场的特殊墙体，并且经过近百年来的发展，山墙的功能属性与美观属性同等重要。除山墙还有马头墙，又称封火墙、风火墙、防火墙等，其功能都是通过不可燃烧的砖石材料形成隔离空间，起到防风防火、切断相邻火源的传播以及阻止火势蔓延的作用，但山墙未经维护有的已丧失消防功能，需及时对其进行定期维修。山墙为新型防火规划起到初期阻碍火源传播作用，具有阻传性、分隔性和装饰性。经历史发展，山墙已内化为传统木构古建的建筑特征之一，在现代消防火灾初期有着明显阻碍火势发展的重要作用。

3.1.2 间隔木建设置火巷 火巷指传统木构古建之间为了防止火灾蔓延而设计的两屋之间的巷子，又被称作“背弄”“避弄”“夹道”等，平时可当居民日常通行道路，战时也可用做疏散居民的紧急通道。火巷充分利用原有街道和使用空间，在物理层面分离空气和空间，以此有效遏制火势成片肆意蔓延，时至今日火巷依然是传统木构古建中不可或缺的一部分。但火巷在违章搭建之下丧失了消防防火功能，需对其进行疏通和规划符合标准的现代消防通道，现代的“火巷”也就是消防通道需要能通行消防车辆和满足全时段无障碍疏散功能。火巷为新型防火规划起到疏散居民和隔离火场的功能，具有灵活性、日常性和切断性。经历史打磨，火巷已内化为传统木构古建的特征之一，在现代消防中根据需求增加符合现代消防要求的消防通道已成为传统古镇消防规划中急需解决的问题之一。

3.1.3 木建院内设置太平缸 太平缸是指传统木构古建庭院中设置的水缸，用于存水救火，以保太平之意。太平缸平时可以用来养花养鱼，且可以装饰雕刻，独立为一个观赏用小景，虽然风格不同于古朴典雅的建筑，粗犷并实用的太平缸在整体环境中也不会显得格格不入。太平缸的出现体现了古代劳动人民无穷智慧，是实用与美观相互交融的产物。但太平缸在如今更多成为观赏文物丧失了防火功能，需管理人员重启其储水功能，在现代消防中将成为最稳定的储水点，与市政消防水源相辅相成，市政消防水源如无法工作的情况下太平缸里储备水源将立即可以用于灭火。太平缸为新型防火规划提供最近灭火水源，具有便利性、及时性和美观性。经历史沉淀，太平缸已内化为传统木构古建的建筑特征之一。

3.2 被动式防火策略

传统木构古建在材料科学发展迅速的当下，可不受传统木材料限制，通过使用非易燃材料来替换传统木材，或使用耐火涂料形式来限制火源扩散。在《左传·襄公九年》记载“火所未至，撤小屋，涂大屋”，使用涂泥抹灰来增加建筑耐火强度，这是最早的被动式防火方式，起到了本质性作用（图5）。

图5 被动式防火

3.2.1 表层防火涂料涂刷 通过在传统木构古建表面覆盖防火材料制作的涂料，以此阻隔火与木材接触，实现防火目的。防火涂料可以分为膨胀耐火涂料和成膜防火涂料[10]，前者适合大面积使用，后者适合小范围内使用。在防火涂料中水性防火涂料无危害，且可以保护木构古建表面，但目前的防火涂料需要定期涂刷。防火涂料为新型防火规划提供外部阻燃功能，具有隐秘性、时效性和保护性。经时代发展，防火涂料已成为不破坏建筑外观的特殊材料之一。

3.2.2 结构件防焰材料更新 在传统木构古建中木架构是易燃物，包括内部门窗和结构连接件，不过在现代材料科学中可以使用外观类似木材，内部却是防焰等级高的材料，以此阻止火源传播，减少过火面积。防焰材料耐高温但一旦破坏外部涂层也会燃烧，其为新型防火规划提供表层隔火功能，具有隔焰性、耐温性和固定性。目前磷—氮水性阻燃剂防焰效果较好、老化前后效果变化较小且安全性较高，有很好的应用前景。经时代变迁，防焰材料已成为木构古建内部更新装饰材料之一。

3.2.3 木架构耐火材料替换 传统木构古建中有使用硬木材料的木架构，以提高木构古建主体结构的坚固程度，延长建筑使用时间。将硬木经过浸水处理和表面清漆处理，提高木材耐火等级。现代材料中有将竹木材料和水性耐火材料结合，制成耐火等级高的现代木材替代品。耐火材料目前还未能还原木材的质感，但基本做到外观与真实木材接近，耐火材料为新型防火规划提供传统木构古建框架结构的可替代材料，具有耐用性、可替代性和还原性。经时代进步，耐火材料已成为木构古建结构的可替代材料之一。

3.3 主动式防火策略

在科技发展迅速的今天，高科技智能防火系统的出现极大地改变了传统滞后的处理方式，通过系统监控和研判可以自动触发灭火程序，实现报警自动化、接警智能化、出警预案化，大大缩短中间处理环节，节约人力和消防资源，提高消防灭火效率。《周礼·天官》中提到打更人使用摇木铎提醒防火，这是最早的主动式防火策略，只是需要人工，如今科技进步使机器替代人工，起到了原则性作用。

3.3.1 分级设置主动式三级消防站 传统木构古建群设主动式三级消防站，分别是主消防站（负责整个古建群落消防管控和协调）、移动式消防站（负责重点传统木构古建保护）、轻骑兵消防站（负责消防巡逻和突击队）。主消防站设置消防监控系统，可通过系统研判调动消防战力，且可以手动开启任意区域的自动消防喷淋设备。移动式消防站会根据木构古建的特点设置不同的消防装备，地点设置在木构古建周围。轻骑兵消防站会根据区域分布设置，安排不同时间段进行巡逻，发生火灾时担任突击队角色。主动式三级消防站可弥补被动式和自然式防火在宏观层面的被动性和低效性，在新型防火规划中起协调作用，是主动式防火的核心（图6）。

图6 靖港木构古建新型防火三级规划消防站框架图

3.3.2 内部消防自动监控报警和喷淋系统 传统木构古建内设火灾自动报警系统、古建泡沫喷淋系统、简易水喷淋系统和室内消防感应监控系统。一旦室内发生火灾，监控系统会迅速自动启动喷淋设备，并将报警信号集中到主消防站，第一时间调动消防战力投入到起火点，提高灭火效率。消防自动监控报警和喷淋系统从消防行为层面上增加自我判断能力，可与自然式和被动式防火相互补充，体现了其自判性、高效性和自动性，在新型防火规划中起监控和快速反应作用（图7）。

图7 靖港木构古建新型防火三级规划室内自动灭火系统和消防报警系统

3.3.3 常驻室内消防智能机器人 传统木构古建作为特殊建筑类型，因其木质框架结构，会产生一些狭小空间，此时消防机器人可以进入到狭小空间中找到起火点，且由于是自动感应，消防智能机器人反应速度是瞬时的。通过机器人得到第一手起火情报，可帮助主消防站制定灭火计划，提高消防效率和安全性。消防智能机器人旨在以技术手段增加传统木构古建消防功能维度，体现其自身灵活性和快速性，在新型防火规划中起第一现场灭火、探查和救援等作用（图8）。

图8 靖港木构古建新型防火三级规划室内消防机器人和微型消防站

4.1 靖港古镇概况

靖港古镇位于长沙市望城区西北方向，东临湘江，与铜官古镇隔江而望，南临老沩水，西与格塘接壤，北面毗邻乔口镇。靖港原名芦江，又名沩港，系沩水入湘江口。位于湖南省长沙市湘江下游西岸，距离长沙城区约为30km，属望城区所辖乡镇。

靖港古镇作为保持传统木构古建较为完好的古镇之一，存在不同程度的消防安全问题亟需解决。其一，古镇缺少专门消防通道。湖南长沙靖港古镇是存在上百年的古镇，在新中国成立后的数次维修中将道路扩宽，但缺少一条专用消防通道。其二，没有古镇对口消防站，而是需要距离50Km 外的消防站来执行。其三，靖港古镇中传统木构古建都尽可能保护了原始风貌，自然式防火不足以满足现行防火需求。其四，传统木构古建经长时间破坏，内部木材早已干燥开裂，极易受明火点燃引起大火。

4.2 靖港古镇新型防火系统规划设计

靖港古镇新型防火方案结合现代科技加持的主动式防火、被动式防火和传统实用的自然式防火，从宏观到微观的角度，将消防规划立体层次分三级设置[11]：一是整体性。古镇消防系统是从消防通道的重新规划开始，其次是规划古镇消防站作为中心指挥场所，再次是移动模块化消防站，最后到轻骑消防部队和室内消防系统，配合组成整体古镇防火规划。二是快速性。古镇消防系统的联网就是为了快速反应，第一时间得到准确的火场信息，瞬时反应，快速灭火，保护传统木构古建。三是科技性。消防系统将火警传感器和灭火机器人联网，将第一时间发现火情并马上扑灭，如有扩大风险将启动室内灭火装置，如整个传统木构古建火情难以控制时，则通过其消防系统联网，消防队员准备好相应装备，快速到达火场（图9）。

图9 靖港古镇三级消防规划图

随着时代的打磨和沉淀，将传统和现代的多维度防火方式综合运用，构建糅合自然式、被动式和主动式的三级防火系统。自然式防火以传统方式适应现代防火需求，按照不同类型的传统木构古建设置太平缸、火巷和山墙等，并在使用过程中担负维护责任。被动式防火将传统的涂泥抹灰和现代耐火材料、防火涂料多维度使用，将危险等级高的木构件以复合耐火材料替代并涂抹防火涂料。主动式防火设置三级主动消防设施，以全面监控和及时灭火为主要目的。三级传统木构古建设计规划以多层次复合维度为设计策略，以期提高传统木构古建消防防火、灭火、保护和监控的契合性，拓宽木构古建防火的设计思路（图10）。

图10 靖港古镇三级消防示意图

以文献综述和案例分析为设计研究方法，通过将传统木构古建三级式消防防火规划设计策略应用于湖南长沙靖港古镇消防设计实践之中，提高木构古建防火效率，保护古镇文化免受火灾影响，让后代能有机会了解自己家乡优秀的在地建筑文化。分别从古镇居民生命健康安全和传统木构古建现状保护为出发点，以现有场地展开设计，总结出靖港古镇现状问题，以技术手段和传统路径让自然式、被动式和主动式防火互补互联，单纯的主动式防火和木构古建形态不够和谐，孤立的被动式防火不够有效，独立的自然式防火又不够便捷，三者多维度契合于现有场地的合理规划是传统木构古建新型防火规划设计创新性特征。

随着社会的发展，传统木构古建防火规划越来越不适应现代防火需求。在新时代防火与传统木构古建保护的背景下，本文以长沙靖港古镇为原始基地，从三个角度着手消防防火规划，整合古代与现代、整体与局部、主动与被动的一系列消防防火手段，建立立体的防火三级策略。通过分级规划来划分靖港古镇内部消防重点，以主动式防火为主、自然式防火为辅、被动式防火为补充，三者的结合体现整体性、快速性和科技性。综上所述，本文创新提出传统木构古建新型防火规划，并以靖港古镇为蓝图设计规划，在不破坏内部古建筑原有风格特色的情况下，预防并减少传统木构古建在火灾破坏下的损失，这样才能更有效地保护木构古建，使传统优秀木建文化得到更好保留。传统木构古建新型防火规划将以点带面、以整体思维面对其不同类型木构古建对差异化消防规划的需求，解决当前问题的同时更以发展观点看待未来防火需求，以期更具适用性与推广性。

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