中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室纪杰团队：探寻古建筑里的防火奥秘

来源：人民日报

清晨，皖南村落的马头墙从晨雾里显出了轮廓。那些墙脊像被一双巧手捏过，有的昂然翘首，如骏马扬鬃；有的低眉敛目，层层叠叠挤在巷弄尽头，引得游客纷纷驻足拍照。

马头墙在游客看来是镜头里的诗意，对于中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室纪杰团队而言，却是古人藏在砖瓦间的防火智慧。

纪杰是中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室副主任。自承担国家重点研发计划项目“文物建筑火灾蔓延机理与评估预警关键技术研究”以来，纪杰团队调研了近百家文保单位，除了开展科学研究，还系统梳理了中国古人的防火智慧，再把这些内容编纂成科普读物，借助科普进校园活动，激发更多青少年对优秀传统文化和消防科技的兴趣。

“古建像一本厚重的书，我们要做的就是读懂古人的防火智慧”

晨曦初露，皖南村落一片寂静，纪杰已带着团队来到一处院落大门前。“这两扇木质大门上铺满了水磨方砖，中间打孔，用铁钉固定，避免发生火灾时火焰直接炙烤木头。从某种程度上看，这类‘防火门’的性能不输于现代防火门。”纪杰说。

这样的实地勘察，是纪杰团队的日常工作。他们发现，古人的防火智慧就在皖南村落的砖砖瓦瓦中：窄窄的防火巷将成片建筑分隔成一个个独立的“防火分区”，紧急时还可以作为疏散通道；天井里的水缸总蓄满水，是常备的火灾应急水源；阁楼木楼板下加设细沙层，上覆方砖，一旦起火，火焰烧穿木板，细沙和方砖落下就能灭火……

其中，最具代表性的就是马头墙。纪杰抬手比画着墙脊与屋顶的高度差说：“这种五叠式马头墙比两侧民居屋顶高出1到2米，可以很好地阻断木质屋顶横向蔓延的火焰。”

皖南民居始建于北宋，团队经调研发现，南宋时期，我国已拥有防隅军兵、潜火军兵等专职消防队伍，孕育出体系完备的“古代消防应急处置流程”：望火楼铺兵在观察到火情后，白天用信号旗、晚上用灯笼向官兵们发出警报，标明起火位置；同时，马兵飞奔传信给厢主等官员，以便领兵开展协同救援。“这套‘报警—调度—处置’流程和现代处理火情的流程高度相似，古人用比较原始的工具就实现了高效联动。”纪杰介绍。

几年间，纪杰团队的足迹遍布安徽、云南、西藏、陕西等10余个省份。从皖南徽派民居到西藏布达拉宫，从甘肃敦煌莫高窟到北京故宫，团队调研了大量文保单位。“每一处都是古人防火智慧的‘活化石’。古建像一本厚重的书，我们要做的就是读懂古人的防火智慧。”纪杰说。

“让青少年既了解历史，增强文化自信，又掌握防火的技能”

“故宫的屋脊兽、藻井都跟防火有关？”“古人灭火时还有人专门负责在边上拆房子？”安徽省淮南实验中学山南第一中学报告厅内，纪杰将古人的防火智慧娓娓道来。台下，同学们听得格外认真。“原来苏东坡不仅会写诗，还懂防火！”听了讲座后，七年级学生蒋灵犀兴奋地说，“以后去故宫玩，我要给爸爸妈妈讲金水河的防火秘密。”

这是纪杰团队开展科普进校园活动的其中一站，讲座内容大多源自团队编纂的科普读物——《火团团大冒险：探寻火的奥秘与中国古人防火智慧》。

“古建背后蕴藏的防火智慧，有些现在还在发挥作用。游客参观时往往只欣赏到古建的美，却忽略了背后的信息。”几年前，纪杰团队在掌握大量资料的基础上，萌生了编纂科普图书的想法，“通过讲故事，让青少年既了解历史，增强文化自信，又掌握防火的技能，强化科学认知。”

为了编好这本书，纪杰团队耗时大半年讨论框架，决定从“时空”和“人物”两条线索展开：“时空线”聚焦不同朝代的防火智慧，唐朝长安的更夫、宋朝汴京的望火楼和清朝消防队火班都被囊括其中；“人物线”则通过设计卡通形象“火团团”以及它的4段冒险旅程，带领读者探索中国古人的防火智慧。

为了增加可读性，团队计划用大篇幅的漫画来呈现知识点，但如何才能找到一位懂火灾科学的漫画师？纪杰指着书中一幅房屋着火的漫画说，“就拿这幅图来说，交给普通的漫画师来画，火焰大概会画成从窗户两侧的空隙里冒出来，但古代房屋的窗户大多是木制的、纸糊的，火会率先烧破窗户纸蹿出来。”

由于一直找不到合适人选，书的进度一度被搁置。后来，团队偶然得知当时实验室的一位火灾学博士涂然喜欢画漫画。他对火灾学的了解和深厚的绘画功底，既能保证绘画的科学性，也能让轰燃、回燃、火三角等科学概念跃然纸上。“纪杰老师特别重视将枯燥的科学知识变为有趣的直观呈现，在团队的反复打磨下，故事、漫画、人物、知识点都变得越来越有趣，最终实现了科学性与趣味性的统一。”涂然说。

2024年1月，图书正式出版，不久便成为青少年科普畅销书。此后，纪杰团队还积极开展公益科普讲座、图书捐赠、阅读分享会及实验展演等活动，向大中小学、社区及基层消防和文保单位捐赠图书6000余套。

“用现代科技，为古建‘活化石’筑起安全屏障”

“嘀——”安徽省黟县宏村的消防监控室弹出报警提示，显示“栖木居”区域风险超过安全阈值。值班人员立即前往现场确认，发现“栖木居”附近客流量激增，同时一商户在疏散通道堆积货物。工作人员立即协助商户搬走货物，并加强巡视，及时消除了安全隐患。

我国文物建筑多为木结构，火灾风险较高，这个“早发现、早处置”的场景，得益于纪杰团队研发的文物建筑火灾风险动态评估系统，也是团队围绕国家重点研发计划项目的研究成果。2020年承担该项目后，纪杰团队在基础研究和技术研发方面同时发力，用科技守护文物安全。

团队首先聚焦“木结构文物建筑怎么烧起来”这个关键问题，在实验室模拟了温度、湿度、风速等不同环境下木材的引燃、燃烧、火蔓延过程。通过自主研制的木结构燃烧、火蔓延实验平台，团队建立了多因素影响下木材引燃及燃烧模型、木构件燃烧突变及火蔓延加速数理模型等。随后，团队还在安徽黄山开展了皖南二层木结构民居全尺寸火灾实验，对上述理论模型进行了验证。

基于这些研究，纪杰团队研发了适用于文物建筑的火灾风险动态评估系统。通过实时监测和计算，快速实现对文物建筑的火灾风险分析，一旦发现超过阈值立即报警，并提出针对性整改建议。

“文物建筑周围存在水汽、沙尘、烟雾等容易引发误报的干扰源，普通的早期火灾探测器误报率很高，如何提升探测器的适用性和抗干扰性至关重要。”团队成员、中国科学技术大学火灾安全全国重点实验室副教授丁龙介绍。针对这个问题，团队研制了适用于文物建筑的抗干扰双光电、图像型火灾探测系统，采用感烟、感温和视频图像多类型探测器数据融合算法，能在火灾早期快速、精准地识别火情。

目前，团队研发的技术装备已在北京故宫、西藏布达拉宫、安徽宏村等7处世界文化遗产和全国重点文物保护单位展开应用。同时，技术装备也服务于国家文物局《文物博物馆单位消防演练工作指引》编制等。

“文物建筑是不可再生的文化遗产，我们的目标是用现代科技，为古建‘活化石’筑起安全屏障，让它们带着古人的智慧，更好地走向未来。”纪杰说。

马头墙有什么用途

徽派建筑以白墙黛瓦著称，兼具美学与科学设计的马头墙是其中代表。

马头墙的历史可追溯至明代中后期。当时徽州聚族而居，房屋密集、屋舍连片，由于建筑多为木质结构，火灾容易快速蔓延。为减少火患，人们在长期防火实践中逐步形成一种特殊的建筑构造形式：在两栋房屋之间将山墙加高，墙头显著高出屋顶，可有效阻断火势在相邻住户间蔓延，起到封火墙的作用，同时还兼具了防风效果。

工匠在修砌时，通常会将墙顶建造成随屋顶变化的阶梯状，高低起伏、层层叠落。每一层的端头多加上微微上翘的装饰，远远看去，就像是一匹匹昂首站立的骏马。它不仅造型美观，更以卓越的防火功能成为徽派建筑的特色，展现着中国古人的智慧、审美与匠心。

（记者李俊杰整理）