長沙靖港古鎮傳統木構古建新型防火規劃設計

馮瑞丹 高玥 季嵐＊

（武漢輕工大學，湖北 武漢 430023）

傳統木構古建作為見證百年歷史文化的物質載體，在城市化的進程中遭受淡化，存在年久失修或缺乏管理、結構木料干燥和脆弱極易燃燒等問題，木構古建防火在全世界均是一個亟需解決的問題。傳統木構古建在我國分布很廣，且不同區域有不同類型，南方以徽派建筑最為有名，分布極廣；北方傳統木構古建類型更是多樣，明清宮殿建筑、四合院民居風格都是其中典型代表。這些傳統木構古建保留了多種多樣的文化內涵，具有珍貴的文化歷史價值，是全人類文化瑰寶[1]，但世界各國傳統木構古建卻屢遭火災侵襲，造成無法挽回的損失，當前研究集中于技術和規范領域 （圖1）。蒙慧玲[2]等（2014）為了解決宗教古建消防安全問題，對寺內消防技術進行升級改造，為自動噴水滅火的主動式消防研究領域提供了新思路；王新鋼[3]等（2016）研制的水性膨脹型防火涂料以水為介質，無刺激味、無毒無害，可對木質古建進行二次裝飾；李鴻飛[4]等（2020）對傳統村落木結構建筑的古代傳統防火措施進行總結，認為古代防火理念與現代防火技術體系不謀而合，可將兩者結合，使防火更完善與高效。在當前傳統木構古建防火規劃研究中，研究者普遍認為目前傳統木結構建筑深受火災威脅，基本從傳統防火方式和現代防火方式兩個方面獨立闡述，無法兼顧到既保護傳統木構古建外貌又有效提供消防防護。因此，傳統木構古建的消防安全亟需專項綜合性研究和推廣規劃策略，文章通過研究不同主體的消防措施并提出設計策略，最終以設計案例呈現，以長沙靖港古鎮為設計范圍，給傳統木構古建提供不同視角的研究方向。

圖1 世界上被火災破壞的傳統建筑

1 傳統木構古建防火研究現狀

目前學術界關于木構古建防火主要集中于消防技術、古建筑災后修復、發展策略等方面，這類研究均與木構古建防火相關問題息息相關。已有文獻從技術視角進行分析，提出木構古建防火的原則、方法和途徑。黃浦恩[5]（2017）對靖港古鎮的研究發現古鎮中公共空間和商業空間有相對應的問題，公共空間的占用造成消防通道的堵塞，商業空間和居住空間的重疊導致人貨混裝，兩者都有嚴重的消防風險。

自2019 年日本琉球首里城和法國巴黎圣母院事件以來，世界各國對傳統木構古建的保護愈發重視。歐洲CIB（國際建筑研究與文獻委員會）W014 工作委員會將木構古建消防安全工程方法指導文件確定為高度優先計劃；美國NFPA（國家防火委員會）發布NFPA914《歷史建筑消防規范》和NFPA909《文化財產（包括博物館、圖書館和歷史財產）保護規范》明確為木構古建提供消防規范；日本于1897 年頒布《古社寺保存法》和2003 年頒布《文化財產火災預防相關對策調查研究報告》，為世界各國古建消防提供范例。國內木構古建防火領域研究更為豐富，1984 年頒布《古建筑消防管理規則》規定消防安全主體；2003 年中外專家學者于北京開展“中國文物古跡保護準則研討會”，提及木構古建防火重要性；2004 年在北京召開《古建筑消防管理研討會》協調會，對木構古建消防具體管理規則進行研討?，F行的《建筑設計防火規范》于2021 年提出修訂（征求意見稿），明確要求木構古建應設自動噴水滅火設備，設備需要照顧木構古建的建筑整體風格。防火規劃設計策略應從被動防火的傳統防火方式和主動防火的現代防火方式結合形式入手。

以上研究對本文有一定啟發意義，但忽略了技術和方法結合對具體空間消防總體規劃合理性和高效性的促進作用，并通常沒有形成木構古建防火系統性的保護方案。國內外對傳統木構古建的消防規范法規定義較為完整，但未給出相應合適的木構古建消防規劃設計路徑，大而泛的古建消防規范無法適用各類傳統木構古建。目前國內傳統木構古建研究基本從兩個角度展開：一是傳統防火方式。例如，太平缸、馬頭墻和火巷等。二是現代防火方式。例如，防火涂料、耐火等級高的替代材料和自動消防系統等。目前國內外傳統防火方式總結較為全面，現代防火方式也在不斷發展，但沒有將兩者聯系起來進行系統規劃。單純使用傳統消防方式效率低，僅使用一般性現代消防方式會破壞木構古建審美和結構，因此，有必要結合具體空間綜合性和系統性來考慮保護方式，補足該視角下的研究缺陷。在合理區域范圍內規劃傳統消防和現代消防方式，結合兩者優勢的合理設計規劃才能盡可能不破壞建筑結構和外觀，又最大效率地保護傳統木構古建，營造古鎮居民良好的鄉村人居環境[6]。

2 我國傳統木構古建潛在火災危險性因素分析

現代生活居住需求對傳統木構古建增加了許多消防風險，例如，木構古建群中的違規搭建、廢棄木構古建、居民用電亂搭亂接等現象極易引起火災，進而導致傳統木構古建和人員的損失（圖2）。

圖2 靖港古鎮火巷中的違規搭建和廢棄的傳統木構古建

2.1 耐火等級差，火災危險大

我國傳統木構古建一般使用的材料為磚木結構，以木架構為主、磚混為輔。其建筑材料一般使用杉木、楠木等油質木材，表面飾以清漆，經長時間使用木材里面的水分流失，極易燃燒。由于木架構結構特殊，使其在漂亮的外觀下相當于一個充滿燃燒物的“火室”。木架構內部空間空曠，木架構連接處形成各種大小空隙，通風條件優，極易形成爆燃。潘崇根[7]等（2018）提出使用阻燃劑可最大程度減少對傳統木構古建的危害。使用類木耐火復合材料替代承重木構件和阻燃劑定時涂刷維護，可有效防火又不破壞原有古建木構美感，但在一定程度上影響木構古建結構“原真性”。

2.2 防火分隔和防火間距問題

傳統木構古建群中的民居由數條大街小巷分隔而成，其實這就是木構古建聚落規劃時留的防火間距，兼做居民步行通道。木構古建群一般都是連片分布，在營造城市建筑時就注意設置建筑之間的安全距離，采用火巷、馬頭墻和山墻等圍合結構，形成了由市坊、街道組成的傳統防火分區，可以在一定程度上起到防火作用，不至于形成“火燒連營”的情況。但伴隨著居民的日常生活生產，違規搭建和雜物堆積的情況難以避免，傳統自然式防火被破壞，自然式防火效果不斷減弱?！督ㄖO計防火規范》GB 50016-2018 表11.0.10 中詳細描述民用木結構建筑之間及其與其他民用建筑的防火間距，而根據矢量數據和現場勘察發現靖港古鎮大部分建筑之間的距離達不到GB 50016-2018 要求（圖3）。劉勇[8]等（2014）提出需要獨立規劃現代消防通道并開發傳統消防方式再利用的觀點。古先人使用的消防手段與傳統木構古建風格完美融合，又可一定程度上遏制火災破壞，且長期實踐行之有效，再結合現代消防通道的規劃，減少建筑之間防火分隔與間隔過近帶來的負面影響。

圖3 《建筑設計防火規范》中防火間隔規范與矢量數據和現場勘察數據

2.3 消防管理及消防設施存在不足

傳統木構古建作為特殊建筑需要保護原貌，因此普遍存在古建結構陳舊、內部材料松散、內部裝飾材料組成的易燃物較多等防火難點。有的傳統木構古建仍作為居民日常居住或者旅游開發使用，古建中需要用電用火，極易引發火災。為保持傳統木構古建古樸風格，極少有古鎮改建現代消防通道、增設消防站或自動消防報警設備，因此導致消防人員不足、消防設施欠缺、防火滅火效率低下。賀煜華[9]（2008）提出以自然式和主動式防火互補關系，營造不易起火的環境，加強人員管理，減少火災發生。做到在不破壞傳統木構古建原有風格前提下，降低建筑遭受火災的危險，提出傳統木構古建新式消防防火規劃設計策略。

3 傳統木構古建三級式消防防火規劃設計路徑

基于火災對傳統木構古建的相關影響，就包括誘發因素、木構古建消防現狀和防火相關策略的調研，本文提出了傳統木構古建三級式消防防火規劃設計策略，分為自然式防火、被動式防火、主動式防火。三者的結合既有利于傳統木構古建消防規劃的整體性、和諧性和耐用性，又能使消防策略與木構古建外觀和功能和諧共存。自然式防火即利用管理技術與周遭環境來防火(古代防火方式時至今日仍然起著不可替代的作用)，例如鴟尾、太平缸、火巷、望火樓等；被動式防火指非自動形式啟動滅火任務，以此來阻止或熄滅火情，例如，防火涂料、防焰材料、耐火結構、避雷設施等；主動式防火是使用可自我感知火情并處理的消防設備，例如自動消防噴水頭、火源感應系統和消防機器人等。三級式消防防火規劃設計是基于傳統木構古建聚合而產生的，因此適合于大范圍的木構古建群，理論上只需根據實際情況進行規劃設計調整，就可適用于不同木構古建群的消防規劃設計。

3.1 自然式防火策略

傳統防火策略的出現是基于傳統木構古建聚落，古匠人已意識到“兵貴神速”在防火中的重要性。北宋《營造法式》提出建筑防火專門規定尺寸標準，例如其規定防火墻厚度需達5m 等，這些充滿古先人智慧的發明至今仍在使用，并且起到基礎性作用，今天的自然式防火也是延續了古代的自然式防火，經過維護和創新，自然式防火將一直保護古建筑減少火災的破壞（圖4）。

圖4 自然式防火措施

3.1.1 相鄰木建設置山墻 山墻是作用于建筑之間用于隔離火場的特殊墻體，并且經過近百年來的發展，山墻的功能屬性與美觀屬性同等重要。除山墻還有馬頭墻，又稱封火墻、風火墻、防火墻等，其功能都是通過不可燃燒的磚石材料形成隔離空間，起到防風防火、切斷相鄰火源的傳播以及阻止火勢蔓延的作用，但山墻未經維護有的已喪失消防功能，需及時對其進行定期維修。山墻為新型防火規劃起到初期阻礙火源傳播作用，具有阻傳性、分隔性和裝飾性。經歷史發展，山墻已內化為傳統木構古建的建筑特征之一，在現代消防火災初期有著明顯阻礙火勢發展的重要作用。

3.1.2 間隔木建設置火巷 火巷指傳統木構古建之間為了防止火災蔓延而設計的兩屋之間的巷子，又被稱作“背弄”“避弄”“夾道”等，平時可當居民日常通行道路，戰時也可用做疏散居民的緊急通道?；鹣锍浞掷迷薪值篮褪褂每臻g，在物理層面分離空氣和空間，以此有效遏制火勢成片肆意蔓延，時至今日火巷依然是傳統木構古建中不可或缺的一部分。但火巷在違章搭建之下喪失了消防防火功能，需對其進行疏通和規劃符合標準的現代消防通道，現代的“火巷”也就是消防通道需要能通行消防車輛和滿足全時段無障礙疏散功能?；鹣餅樾滦头阑鹨巹澠鸬绞枭⒕用窈透綦x火場的功能，具有靈活性、日常性和切斷性。經歷史打磨，火巷已內化為傳統木構古建的特征之一，在現代消防中根據需求增加符合現代消防要求的消防通道已成為傳統古鎮消防規劃中急需解決的問題之一。

3.1.3 木建院內設置太平缸 太平缸是指傳統木構古建庭院中設置的水缸，用于存水救火，以保太平之意。太平缸平時可以用來養花養魚，且可以裝飾雕刻，獨立為一個觀賞用小景，雖然風格不同于古樸典雅的建筑，粗獷并實用的太平缸在整體環境中也不會顯得格格不入。太平缸的出現體現了古代勞動人民無窮智慧，是實用與美觀相互交融的產物。但太平缸在如今更多成為觀賞文物喪失了防火功能，需管理人員重啟其儲水功能，在現代消防中將成為最穩定的儲水點，與市政消防水源相輔相成，市政消防水源如無法工作的情況下太平缸里儲備水源將立即可以用于滅火。太平缸為新型防火規劃提供最近滅火水源，具有便利性、及時性和美觀性。經歷史沉淀，太平缸已內化為傳統木構古建的建筑特征之一。

3.2 被動式防火策略

傳統木構古建在材料科學發展迅速的當下，可不受傳統木材料限制，通過使用非易燃材料來替換傳統木材，或使用耐火涂料形式來限制火源擴散。在《左傳·襄公九年》記載“火所未至，撤小屋，涂大屋”，使用涂泥抹灰來增加建筑耐火強度，這是最早的被動式防火方式，起到了本質性作用（圖5）。

圖5 被動式防火

3.2.1 表層防火涂料涂刷 通過在傳統木構古建表面覆蓋防火材料制作的涂料，以此阻隔火與木材接觸，實現防火目的。防火涂料可以分為膨脹耐火涂料和成膜防火涂料[10]，前者適合大面積使用，后者適合小范圍內使用。在防火涂料中水性防火涂料無危害，且可以保護木構古建表面，但目前的防火涂料需要定期涂刷。防火涂料為新型防火規劃提供外部阻燃功能，具有隱秘性、時效性和保護性。經時代發展，防火涂料已成為不破壞建筑外觀的特殊材料之一。

3.2.2 結構件防焰材料更新 在傳統木構古建中木架構是易燃物，包括內部門窗和結構連接件，不過在現代材料科學中可以使用外觀類似木材，內部卻是防焰等級高的材料，以此阻止火源傳播，減少過火面積。防焰材料耐高溫但一旦破壞外部涂層也會燃燒，其為新型防火規劃提供表層隔火功能，具有隔焰性、耐溫性和固定性。目前磷—氮水性阻燃劑防焰效果較好、老化前后效果變化較小且安全性較高，有很好的應用前景。經時代變遷，防焰材料已成為木構古建內部更新裝飾材料之一。

3.2.3 木架構耐火材料替換 傳統木構古建中有使用硬木材料的木架構，以提高木構古建主體結構的堅固程度，延長建筑使用時間。將硬木經過浸水處理和表面清漆處理，提高木材耐火等級?，F代材料中有將竹木材料和水性耐火材料結合，制成耐火等級高的現代木材替代品。耐火材料目前還未能還原木材的質感，但基本做到外觀與真實木材接近，耐火材料為新型防火規劃提供傳統木構古建框架結構的可替代材料，具有耐用性、可替代性和還原性。經時代進步，耐火材料已成為木構古建結構的可替代材料之一。

3.3 主動式防火策略

在科技發展迅速的今天，高科技智能防火系統的出現極大地改變了傳統滯后的處理方式，通過系統監控和研判可以自動觸發滅火程序，實現報警自動化、接警智能化、出警預案化，大大縮短中間處理環節，節約人力和消防資源，提高消防滅火效率?！吨芏Y·天官》中提到打更人使用搖木鐸提醒防火，這是最早的主動式防火策略，只是需要人工，如今科技進步使機器替代人工，起到了原則性作用。

3.3.1 分級設置主動式三級消防站 傳統木構古建群設主動式三級消防站，分別是主消防站（負責整個古建群落消防管控和協調）、移動式消防站（負責重點傳統木構古建保護）、輕騎兵消防站（負責消防巡邏和突擊隊）。主消防站設置消防監控系統，可通過系統研判調動消防戰力，且可以手動開啟任意區域的自動消防噴淋設備。移動式消防站會根據木構古建的特點設置不同的消防裝備，地點設置在木構古建周圍。輕騎兵消防站會根據區域分布設置，安排不同時間段進行巡邏，發生火災時擔任突擊隊角色。主動式三級消防站可彌補被動式和自然式防火在宏觀層面的被動性和低效性，在新型防火規劃中起協調作用，是主動式防火的核心（圖6）。

圖6 靖港木構古建新型防火三級規劃消防站框架圖

3.3.2 內部消防自動監控報警和噴淋系統 傳統木構古建內設火災自動報警系統、古建泡沫噴淋系統、簡易水噴淋系統和室內消防感應監控系統。一旦室內發生火災，監控系統會迅速自動啟動噴淋設備，并將報警信號集中到主消防站，第一時間調動消防戰力投入到起火點，提高滅火效率。消防自動監控報警和噴淋系統從消防行為層面上增加自我判斷能力，可與自然式和被動式防火相互補充，體現了其自判性、高效性和自動性，在新型防火規劃中起監控和快速反應作用（圖7）。

圖7 靖港木構古建新型防火三級規劃室內自動滅火系統和消防報警系統

3.3.3 常駐室內消防智能機器人 傳統木構古建作為特殊建筑類型，因其木質框架結構，會產生一些狹小空間，此時消防機器人可以進入到狹小空間中找到起火點，且由于是自動感應，消防智能機器人反應速度是瞬時的。通過機器人得到第一手起火情報，可幫助主消防站制定滅火計劃，提高消防效率和安全性。消防智能機器人旨在以技術手段增加傳統木構古建消防功能維度，體現其自身靈活性和快速性，在新型防火規劃中起第一現場滅火、探查和救援等作用（圖8）。

圖8 靖港木構古建新型防火三級規劃室內消防機器人和微型消防站

4 長沙靖港古鎮木構古建新型防火系統規劃設計

4.1 靖港古鎮概況

靖港古鎮位于長沙市望城區西北方向，東臨湘江，與銅官古鎮隔江而望，南臨老溈水，西與格塘接壤，北面毗鄰喬口鎮。靖港原名蘆江，又名溈港，系溈水入湘江口。位于湖南省長沙市湘江下游西岸，距離長沙城區約為30km，屬望城區所轄鄉鎮。

靖港古鎮作為保持傳統木構古建較為完好的古鎮之一，存在不同程度的消防安全問題亟需解決。其一，古鎮缺少專門消防通道。湖南長沙靖港古鎮是存在上百年的古鎮，在新中國成立后的數次維修中將道路擴寬，但缺少一條專用消防通道。其二，沒有古鎮對口消防站，而是需要距離50Km 外的消防站來執行。其三，靖港古鎮中傳統木構古建都盡可能保護了原始風貌，自然式防火不足以滿足現行防火需求。其四，傳統木構古建經長時間破壞，內部木材早已干燥開裂，極易受明火點燃引起大火。

4.2 靖港古鎮新型防火系統規劃設計

靖港古鎮新型防火方案結合現代科技加持的主動式防火、被動式防火和傳統實用的自然式防火，從宏觀到微觀的角度，將消防規劃立體層次分三級設置[11]：一是整體性。古鎮消防系統是從消防通道的重新規劃開始，其次是規劃古鎮消防站作為中心指揮場所，再次是移動模塊化消防站，最后到輕騎消防部隊和室內消防系統，配合組成整體古鎮防火規劃。二是快速性。古鎮消防系統的聯網就是為了快速反應，第一時間得到準確的火場信息，瞬時反應，快速滅火，保護傳統木構古建。三是科技性。消防系統將火警傳感器和滅火機器人聯網，將第一時間發現火情并馬上撲滅，如有擴大風險將啟動室內滅火裝置，如整個傳統木構古建火情難以控制時，則通過其消防系統聯網，消防隊員準備好相應裝備，快速到達火場（圖9）。

圖9 靖港古鎮三級消防規劃圖

隨著時代的打磨和沉淀，將傳統和現代的多維度防火方式綜合運用，構建糅合自然式、被動式和主動式的三級防火系統。自然式防火以傳統方式適應現代防火需求，按照不同類型的傳統木構古建設置太平缸、火巷和山墻等，并在使用過程中擔負維護責任。被動式防火將傳統的涂泥抹灰和現代耐火材料、防火涂料多維度使用，將危險等級高的木構件以復合耐火材料替代并涂抹防火涂料。主動式防火設置三級主動消防設施，以全面監控和及時滅火為主要目的。三級傳統木構古建設計規劃以多層次復合維度為設計策略，以期提高傳統木構古建消防防火、滅火、保護和監控的契合性，拓寬木構古建防火的設計思路（圖10）。

圖10 靖港古鎮三級消防示意圖

以文獻綜述和案例分析為設計研究方法，通過將傳統木構古建三級式消防防火規劃設計策略應用于湖南長沙靖港古鎮消防設計實踐之中，提高木構古建防火效率，保護古鎮文化免受火災影響，讓后代能有機會了解自己家鄉優秀的在地建筑文化。分別從古鎮居民生命健康安全和傳統木構古建現狀保護為出發點，以現有場地展開設計，總結出靖港古鎮現狀問題，以技術手段和傳統路徑讓自然式、被動式和主動式防火互補互聯，單純的主動式防火和木構古建形態不夠和諧，孤立的被動式防火不夠有效，獨立的自然式防火又不夠便捷，三者多維度契合于現有場地的合理規劃是傳統木構古建新型防火規劃設計創新性特征。

5 結論

隨著社會的發展，傳統木構古建防火規劃越來越不適應現代防火需求。在新時代防火與傳統木構古建保護的背景下，本文以長沙靖港古鎮為原始基地，從三個角度著手消防防火規劃，整合古代與現代、整體與局部、主動與被動的一系列消防防火手段，建立立體的防火三級策略。通過分級規劃來劃分靖港古鎮內部消防重點，以主動式防火為主、自然式防火為輔、被動式防火為補充，三者的結合體現整體性、快速性和科技性。綜上所述，本文創新提出傳統木構古建新型防火規劃，并以靖港古鎮為藍圖設計規劃，在不破壞內部古建筑原有風格特色的情況下，預防并減少傳統木構古建在火災破壞下的損失，這樣才能更有效地保護木構古建，使傳統優秀木建文化得到更好保留。傳統木構古建新型防火規劃將以點帶面、以整體思維面對其不同類型木構古建對差異化消防規劃的需求，解決當前問題的同時更以發展觀點看待未來防火需求，以期更具適用性與推廣性。