袁沙沙，韓騰奔，晏 風，相 坤，周欣鑫，王志偉

（1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；2.中國礦業(yè)大學（北京），北京 100083）

0 引言

西南民族村寨的代表性建筑為竹樓和吊腳樓等，絕大多數以木質結構為主，建筑通常不實施阻燃和防護處理，房屋防火性能差，火災風險高。與普通單體木結構建筑不同的是，西南民族村寨受地形地勢所限，一般依山就勢而建，房屋鱗次櫛比，連成片狀，建筑密度大，而建筑防火間距嚴重不足。加之村寨地處偏遠，水源缺乏、交通不便，一旦發(fā)生火災，可借助風勢迅速蔓延，形成“火燒連營”的局面，撲救難度極大。據統(tǒng)計［1］，自 2000 年以來，貴州東南州農村村寨共發(fā)生火災 3 590 起，死亡 192 人，受傷 105 人，受災 21 132 戶，受災群眾達 102 862 人，燒毀房屋建筑面積 198.4 萬m2。西南民族村寨火災不僅嚴重威脅少數民族群眾生命財產安全，影響民族經濟發(fā)展，而且還會對原生民族文化、原始自然生態(tài)和原貌歷史遺存造成毀滅性破壞。

火災科學中，通常將建筑、空間或區(qū)域內部所有可燃物完全燃燒釋放出的總熱量值定義為火災荷載，火災荷載決定了火災持續(xù)時間的長短和室內溫度的變化幅度，是預測火災規(guī)模與火災發(fā)展趨勢的基礎。火災荷載通常分為固定火災荷載、活動火災荷載和臨時性火災荷載。固定火災荷載是指由建筑構件和內部裝修形成的、基本位置固定不變的可燃材料形成的火災荷載，如門窗、地板；活動火災荷載是指為了建筑功能的正常使用而另外布置的，位置和數量可變性較大的可燃物形成的火災荷載，如家具；臨時性火災荷載是指被使用人員臨時放置在建筑內并短暫停留的可燃物，具有較大隨機性和不確定性，通常不予計算。

我國對于火災荷載的調查工作始于 20 世紀 90 年代，中國科學技術大學通過實地調查和文獻調研獲得了合肥、煙臺、天津地區(qū)賓館的火災荷載密度均值為330.29 MJ/m2，學校宿舍的火災荷載密度均值為 543.22 MJ/m2；張明振等［2］以杭州市 4 種不同類型公交車為調研對象，得到公交車前部、中部、尾部區(qū)域的平均火災荷載密度分別為 494.6 、250.35、569.84 MJ/m2；王中翔［3］調查了在廊坊、長治、鄭州及天津 4 個城市的快餐店、服裝店等 117 家零售類商業(yè)店鋪火災荷載情況，調查得到的所有店鋪火災荷載密度平均值為 1 230 MJ/m2。目前，我國各大科研機構和學者已經對很多常見場景的火災荷載密度進行了調查，涵蓋的場景多、范圍廣，主要調查對象集中于人群流動頻率較高的公共場所，而對于地處偏僻的西南民族村寨火災荷載調查研究相對缺乏。

劉慶等［4］以黑龍江、內蒙古、河南、江西、山東 5 省市部分農村為代表，進行了小范圍的火災荷載的調查統(tǒng)計，計算了室內平均火災荷載密度，但其調查范圍主要集中于北方農村，房屋建筑風格、材質結構及排列分布等與西南民族村寨建筑存在較大差異，因此不能為西南民族村寨火災荷載調查研究提供充分參考價值；韓嘉興［5］采用實地調查研究方法對北京市 12 個區(qū)域，共計 77 座古建筑進行火災荷載調查研究，統(tǒng)計古建筑的結構形式與內部可燃物分布情況，分析得出古建筑固定火災荷載和活動火災荷載平均值分別為 2 638.3 MJ/m2和 182.98 MJ/m2。古建筑雖然以木結構為主，通常為成組、成群分布，和西南民族村寨有相似之處。但由于古建筑通常有較大尺寸的梁、板、柱、枋、墻等結構，導致其固定火災荷載遠超普通民居；加之古建筑通常年代久遠，木材高度劣化，其燃燒性能發(fā)生極大改變，因此和西南民族村寨差異較大。

在國家鄉(xiāng)村經濟振興的戰(zhàn)略背景下，西南民族村寨建筑的消防安全問題形勢嚴峻。火災荷載的調查分析是認識其火災風險的重要基礎，是人們掌握火災的發(fā)生、發(fā)展、蔓延規(guī)律并采取有效消防措施的重要前提。對此，筆者選取貴州省榕江縣寨蒿鎮(zhèn)高郝村為研究對象，實地調查了西南民族村寨建筑的火災荷載，分別計算了每棟建筑的燃燒總熱值及單位面積的火災荷載密度，填補了目前我國關于西南民族村寨建筑火災荷載調查的空白，同時也能為建筑防火設計進一步發(fā)展提出合理化建議。

1 調查及計算方法

1.1 火災荷載的調查方法

本次調查選用直接調查法。直接調查法是在調查對象范圍內，對于所有可燃物進行逐一、詳細統(tǒng)計的方法。在做建筑火災荷載調查前，應熟悉其建筑設計圖紙、裝修圖紙、制定調查表格、確定調查人員、數據采集的區(qū)域等。為了使調查過程有序進行，一般應預先編制建筑可燃物記錄表（見圖 1），調查內容主要包括調查時間、建筑物的名稱、調查人員基本信息、建筑類型、建筑地址、建筑規(guī)模及裝修狀態(tài)等；其次測量房間尺寸，確定墻壁、地板和門窗等材料的類型，并且記錄在調查表格的固定火災荷載部分；然后識別和劃分每個空間內的所有可燃物，記錄在調查表格的活動火災荷載部分。至于質量測量方法的選用，對于小型可燃物，可以采用直接稱量方法；對于固定尺寸較大的大型可燃物，可以采用間接測量方法，即通過測量物體的長度尺寸計算出體積，其次利用平均密度估算物體質量。

圖1 建筑可燃物調查記錄表

在進行火災荷載調查時，應保證設備的可靠性。常用的調查設備包括數碼相機、電子秤、卷尺、測距儀等。數碼相機用于采集調查建筑內可燃物的布置方式，對建筑內活動火災載荷進行影像存檔，實時記錄其狀態(tài)；電子秤用于可燃物的稱重；卷尺可應用于測量部分物品的尺寸，如書本堆積的厚度、桌椅的尺寸等；當需測量尺寸較大時，可用測距儀進行測量，如門窗或建筑高度的測量。

本次調查地點選為貴州省榕江縣寨蒿鎮(zhèn)高郝村，火災荷載調查對象選取當地有代表性的相鄰 4 間房屋建筑，分別標記為 1、2、3、4 號房，其外部構造及現場的空間分布和現場工程測量圖分別如圖 2、3 所示。

圖2 西南民族村寨建筑分布情況

圖3 現場工程測量圖（單位：mm）

1.2 火災荷載密度的計算

火災荷載是指涉火空間內所有可燃物燃燒時所產生的總熱量。由于火災燃燒中的不確定性，為了簡化工作量和計算量，火災實驗中通常對建筑物和可燃物進行以下基本假設：

1）可燃物在建筑物內呈均勻分布；

2）所有可燃物均參與燃燒過程，并燃盡。

火災荷載密度在數值上表現為涉火空間內所有可燃物完全燃燒所釋放熱量與該涉火空間面積之比，即該涉火空間單位面積上可燃物的發(fā)熱量。公式表述如式（1）所示。

式中：q為燃燒空間內火災載荷密度，MJ/m2；M為燃燒空間內單個可燃物的質量，kg；Δhc為可燃物的熱值，MJ/kg；At為燃燒空間總面積，m2。

2 火災荷載調查結果

2.1 活動火災荷載調查結果

一般情況下，家具、家電等可燃物的數量和重量決定了活動火災荷載的大小，因此活動火災荷載調查的主要范圍是日常家具、家電等可燃物的重量和材質。由于可燃物的分布情況在受限空間內對活動火災荷載影響不大，因此本文不考慮可燃物的分布情況。采用直接稱重法或間接測量法對涉及到的可燃物的重量進行統(tǒng)計，可燃物總熱值等于可燃物重量與其燃燒熱值的乘積，室內常見材料燃燒熱值具體取值如表 1 所示。

表1 室內常見材料燃燒熱值

由于村寨內住宅數量較大，因此采用抽樣調查方法，抽取 24 戶住宅進行活動火災荷載現場實地調查，將調查結果匯總如表 2 所示。

表2 西南民族村寨住宅樣本活動火災荷載密度統(tǒng)計

根據抽樣調查和計算，西南民族村寨住宅樣本活動火災荷載密度統(tǒng)計如表 2 所示。其中最大值為 418.89 MJ/m2，最小值為 348.43 MJ/m2，平均值為 381.77 MJ/m2，標準差為 19.76 MJ/m2。調查住宅樣本的活動火災荷載密度分布散點圖如圖 4 所示，根據圖中數據分布情況和計算得到的標準差可知，西南民族村寨住宅的活動火災荷載密度分布離散程度小且都接近平均值。結合當地實際經濟發(fā)展水平和人文因素等分析可知，由于西南民族村寨地處偏僻，經濟發(fā)展緩慢，部分地區(qū)仍然尚未脫貧，居民收入微薄、購買力相對不足且貧富差距較小。因此居民住宅中一般只存在如衣服、被褥、床柜、桌椅等日常生活用品和電視、電磁爐等少數家用電器，而且家家戶戶相似度極大。這種由于經濟文化因素導致的社會現象恰好也印證了本文得到的數據的可靠性。因此，為了減少部分冗雜的工作量，在后續(xù)調查中便選取活動火災荷載的平均值 381.77 MJ/m2進行計算。

圖4 調查住宅樣本的活動火災荷載密度分布散點圖

2.2 固定火災荷載調查結果

通過相關建筑圖紙參考和實地調查，以 3 號房為例，固定火災荷載調查結果如表 3 所示，并將 1～4 號房的固定火災荷載調查結果匯總如表 4 所示。

表3 3 號房火災荷載調查結果

表4 1～4號房固定火災荷載調查結果匯總

3 結果分析

3.1 火災荷載與占據空間關系

將以上調查得到的活動火災荷載和固定火災荷載數據進行匯總，得到如下數據統(tǒng)計表（見表 5）。本文中將建筑占地面積和建筑高度的乘積定義為占據空間，占據空間的數值可以大致反應建筑占地面積和高度兩個維度的大小及整個建筑體積大小。將占據空間數值及總火災荷載數值繪制成散點圖（見圖 5），可以發(fā)現占據空間和總火災荷載呈正相關關系。應用 SPSS 軟件對這兩組數據進行回歸分析，結果表明占據空間和總火災荷載之間近似呈一元線性回歸分布，回歸方程為y=217.59x+3 500.3。利用相關系數r檢驗線性相關關系的密切程度，所得R2=0.999 5，表示線性關系好，可見該一元線性回歸方程對所得結果的擬合程度較高。此結果也符合人們的常識，空間占據越大的建筑，可燃物的數量越多，總火災荷載越大。

表5 1～4 號房火災荷載數據統(tǒng)計表

圖5 占據空間和總火災荷載分布散點圖

3.2 西南民族村寨火災荷載和其他建筑比較

中國建筑科學研究院從 20 世紀 90 年代便開始在全國各地展開火災荷載的調查研究工作，以住宅、商場、賓館、醫(yī)院、學校、影院、KTV 等建筑為主要調查對象，詳細了解建筑內可燃物數量、種類和分布狀態(tài)，各種調查場所的調查量均在百次以上，最終得到不同功能典型建筑的火災荷載密度［6］（見表 6）。

表6 國內典型建筑火災荷載密度表

國外從 20 世紀 30 年代便開展了大量的建筑物火災荷載的調查，由于建筑形式、風俗習慣、生活習慣、經濟水平、氣候條件、材料種類等與我國存在較大差異，因此火災荷載值有一定差別，具體統(tǒng)計如表 7 所示。

表7 國外各國典型建筑火災荷載平均值統(tǒng)計

從上述數據中不難發(fā)現，國內住宅火災荷載密度平均值為 564.99 MJ/m2，在美國、日本和英國，這項數值分別為 792、585、780 MJ/m2，略大于國內。而在本次火災荷載調查中，1～4 號建筑的火災荷載密度分別為 1 109.99、1 464.72、1 520.74、1 056.76 MJ/m2，這些數值比國內外住宅火災荷載平均值高出 1～2 倍，同時也遠超其他功能類型建筑?？梢?，西南民族村寨建筑火災的危險程度遠遠大于普通建筑，存在極大的火災隱患。

4 結論

1）對于活動火災荷載密度，所隨機抽取的 24 戶西南民族村寨住宅，其中最大值為 418.89 MJ/m2，最小值為 348.43 MJ/m2，平均值為 381.77 MJ/m2，標準差為 19.76 MJ/m2。西南民族村寨住宅的活動火災荷載密度分布離散程度小且都接近平均值。

2）西南民族村寨建筑占據空間和總火災荷載之間近似呈一元線性回歸分布，回歸方程為y=217.59x+3 500.3。利用相關系數r檢驗線性相關關系的密切程度，所得r2= 0.995，表示線性關系好。

3）西南民族村寨建筑火災荷載平均密度比國內外相同及不同類型建筑高出 1～2 倍，因此西南民族村寨建筑火災的危險程度遠遠大于普通建筑和公共建筑，存在極大的火災隱患。Q