中国消防第一人  -- 说说古建防火的刘彻理论

汉太初元年(公元前104年)，柏梁台发生大火之后，雄才大略的汉武帝当然需要听取意见，吸取教训。按张衡《西京赋》：“柏梁既灾，越巫陈方，建章是经，用厌火祥。”李善《文选》注引《汉书》曰：“柏梁灾，越俗有火灾，复起屋，必以大，用胜服之，于是作建章宫。”又引《汉武故事》曰：“以香柏为之，香闻数十里”。也就是说汉武帝故意相信越巫的专家意见，认为火灾发生后，要马上起建新宫殿，且必须把规模搞得更大，建筑材料选用香闻数十里的上等香柏木，这样才能克制火灾。另，宋李昉（925～996）《太平御览》一书，第一八八卷“鸱尾条”引《唐会要》曰：“汉柏梁殿灾后，越巫言：‘海中有鱼虬，尾似鸱，激浪即降雨。’遂作其象于尾，以厌火祥。时人或谓鸱吻”，为螭吻正式登上汉代宫殿的正脊埋下了伏笔。

图1.雄才大略的汉武帝，一不小心成了中国消防第一人。

也就是说，汉武帝从柏梁之灾得到了三点防火教训：建筑需高大；木材要香柏；厌胜靠鸱吻。第二点是无稽之谈，是汉武帝力图奢侈的一个借口，也是无法证实的历史逸闻。到隋代还经常烧香柏，唐代节俭，就没有烧香柏的习俗了。第三点是中国古代建筑防火“厌胜理论”的精髓，深入影响了2000多年的建筑理论，到现在人们仍然喜欢用风水理论来掩盖自己不懂防火理论的真相。中国古代的公共建筑，基本上都是在厌胜理论的指导下进行的，因此鸱吻及其衍生物在古建筑上无所不在，是民俗学和建筑理论的话题，消防工作者难以插手。

图2.鸱吻是古代建筑防火的厌胜之术，也可以说是消防文化的萌芽。

这里笔者需要分析的消防常识是第一点：为什么建筑高大有助于防火？按照火灾动力学原理，汉武帝的选择确实包含下列理论依据。

热薄型材料都在空中（木制建材的防火薄弱环节）

古代建筑的防火薄弱环节是哪里？雕梁画柱，柱子是热厚型材料，当然不容易点火，而雕梁就不同了。木材的形态改变之后（从厚柱子变成薄型装饰（wall finish）），点火特征也发生改变，本来圆不溜秋很难点火的柱子（比如福建寺院发生火灾，佛像的木疙瘩就是热厚型材料，传热异常缓慢），经过木匠的修饰之后，变成了热薄型材料，就很容易点火了。也就是说，容易点火的热薄型材料，往往集中在天花板（古代没有天花板，只有复杂的榫卯结构，相对柱子，很容易着火。另外，另一项厌胜产物是藻井，藻井的本身就是另热厚型材料薄型化，导致点火容易。）。所以，抬高天花板，有隔离可燃材料的效果，相当于增加了安全距离。对于照明用火可能没有帮助（天花板越高，照明效果越差，另外照明火头很小，对天花板影响很小），但对于取暖用火（火炉）的防火效果不错。所以，越巫的建议还是一定道理的。

羽流温度的衰减规律（火灾蔓延的失火规律）

那么，火焰靠什么来散布能量，点燃位于天花板附近的“雕梁”的呢？靠羽流。羽流是热源上方靠浮力上升的一种不稳定的流动形式，通常随着卷吸过程的增加而降低温度。一般说来，羽流温度的降低是高度的-5/3次方，也就是说，高度越高，羽流接触天花板的高温点的温度越低，而是不是线性衰减，而是按照-5/3次方的规律衰减。于是抬高天花板，就有隔离火源的效果了，因为羽流上升的卷吸过程大大降低了羽流中的能量密度，所以高天花板有助于防止火源点燃天花板的效果。

不过，有时高天花板导致羽流温度过低，会带来火检延误的毛病。本来一张纸就可以让天花板上的报警器动作，现在抬升天花板之后，一篓子废纸燃烧产生的能量都不足以让高处的报警器动作了，于是有灾难扩大化的倾向，这是保险公司非常关注的地方。汉武帝时代没有报警器，当然不必担心报警延误问题，所以抬高屋顶对他的建筑防灾有利，而不考虑现代保险公司所担心的报警延误、灾难扩大的问题。凡事有利必有弊，安全需要全面考量。

轰燃发生的温度条件（救火成功率的理论公式）

韩国崇礼门火灾事件，可以看作古代宫殿式建筑火灾的现代重复。为什么崇礼门火灾救不了？一般的说法是，当室内火灾达到轰燃状态，火灾就无法挽救了，因为消防水根本达不到所有的燃料表面，而室内火灾的强度导致所有的可燃物都被点燃，这时消防水灭了西面，还有东面，根本无法全面覆盖那些到处燃烧的室内火灾。

那么建筑高大，对于轰燃的发生有作用么？有，增加了轰燃条件发生的难度。根据火场发生轰燃所需能量的轰燃能量公式，室内火灾发生轰燃的能量条件取决于总表面积和通风因子，所以建筑越高大，达到轰燃条件所需要的能量密度越大，导致发生轰燃的时间推迟，人们更有可能来控制这一室内火灾。所以，建筑高大，有助于推迟轰燃的发生，提高人们扑灭室内火灾的可能性。

刘彻理论的现代应用

在这方面典型的案例是克拉玛依市发生的友谊馆大火，虽然舞台曾经发生短时间的轰燃，但是由于友谊馆整体空间巨大，当地的燃料密度不足以产生轰燃，所以还可以有不少人得以救出。大部分伤亡是因为踩踏和中毒，这是汉武帝所不能认识到的逃生常识。

那么，当时友谊馆是否发生了轰燃呢？舞台上曾经发生过轰燃，后来判刑的赵兰秀就是因此倒在舞台上，居然还被救活了，实在是当时能量密度不足的结果。其他地方就没有发生轰燃，这是因为天花板太高，缺乏足够的能量反馈到燃料表面，达到轰燃。如果友谊馆观众厅发生轰燃，那么是受害者烧伤的比例，就不是现在的10%，而是50%或更高了。

不过，剧场的可燃物，当然会经过阻燃，所以座椅只有很小一部分被烧毁，大部分仅仅是烧过表面织物而已。可是阻燃的基本原理是发生不完全的燃烧反应，导致阻燃材料的烟气毒性增加，结果是发生火场大面积中毒的关键了。事后的尸检表明（表1），首要的致死原因是烟气中毒（76%，接近80%的正常水平），这是现代人工材料大规模采取阻燃措施造成的必然结果。

 表1. 克拉玛依大火256例死者的死亡原因分布。

       原来，汉武帝时代的越巫，还真的是一位消防专家，他所提的消防建议，虽然有迎合刘彻的初衷，却是当时建筑条件下，防灾的一项切实可行选择。那么，汉武帝的纳谏，导致汉武帝成为中国古代第一位消防工程师，比西方欧洲的第一位消防工程师（即人类历史上第一次提出城市防火规划的罗马皇帝尼禄，这是《消防工程史》上的说法），要早了（104+64=）168年。

      历史上，汉武帝的最佳传人是魏明帝曹叡，在诸葛亮死后，大兴土木，发生多次宫殿火灾，多次重建的故事。他与高堂隆关于消防的对话，是中国消防史上少有的逸闻。

不过，汉武帝的消防认识似乎太简单了，需要有高深的火灾动力学原理和室内火灾常识来解释。为什么是越巫，而不是北方戎狄，来提供这项建议？南方湿气大，不容易失火，可是当气候变化的时候，南方居住密度高，火灾损失大。所以，中国的消防文化，还是南方保存得多一点。司马光的消防水缸文化，来自广州（南汉政权）的防火大桶。徽州的防火墙，来自广东惠州（何昕祖籍）的马头墙。消防文化，说到底还是地方地理条件造成的气候文化，至少在汉武帝时代，就需要从南方引进消防经验了。然而，没有火灾动力学常识，我们该如何透视其中的防灾原理呢？