多旋翼無人機在高層建筑消防滅火中的應用

曹兵

CAO Bing

（重慶國飛通用航空設備制造有限公司）

(Chongqing Guofei General Aviation Equipment Manufacturing Co.,Ltd.)

1 引言

2017年當地時間6月14日凌晨00:54左右，英國首都倫敦一幢27層的公寓樓（倫敦西部格倫費爾大樓）突發慘烈大火。據英國警方公布的數據，共有71人在該次高層居民樓火災中確認死亡或被推定死亡。英國首相稱其為“國家災難”。

英國警方23日說：倫敦西部格倫費爾大樓內有400至600名住戶，火災緣于4層一家住戶的冰箱起火，起火原因并非人為。倫敦高樓大火牽動世人之心，同時也給國人一些警示，高層火災如何撲滅？如何逃生、如何施救?

倫敦高樓大火后，國家主席習近平主席主持了“倫敦火災警示中國”的會議，明確指出要加強我國城市公共安全、消防安全工作。隨后公安部連續召開3次高層建筑消防工作會議，討論如何加強高層建筑消防滅火的科技水平。并提出運用現代人工智能（AI）技術“快速推近微型消防站建設”的建議。會后，北京消防市政在8月份率先投資近13億元采購無人機等高端消防設備建立快速反應消防站。由此可以看出“高層建筑消防滅火多旋翼無人機”從維護人民群眾安全角度上來看是急需的。

2 我國高層火災防控難度世界第一

高層建筑是指超過一定層數或高度的建筑物。高層建筑的起點高度或層數，各國規定不一。在我國，根據《民用建筑設計通則》（GB 50352-2005）的規定，住宅建筑依層數劃分為：一層至三層為低層住宅，四層至六層為多層住宅，七層至九層為中高層住宅，十層及十層以上為高層住宅。建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。

超高層建筑面臨了一個世界公認的難題：高層建筑消防滅火及人員逃生問題。

高層建筑最突出的隱患是隨著高層住宅和辦公建筑的高度不斷延伸，火災已經成為其重大的災害，往往是一層受災殃及整體建筑。有統計數據表明，目前我國這樣的高層建筑約有35萬幢，樓高百米以上的超高層有6000多幢，統計資料表明：近10年，全國共發生高層建筑火災3萬多起，死亡數百人，直接財產損失超過15億元。

圖1 高層建筑消防滅火缺陷

目前，高層建筑消防滅火所面對的困境（參見圖1）主要體現在以下幾方面：

1）人員密度大，逃生困難

例如上海環球金融中心是位于中國上海陸家嘴的一棟摩天大樓，2008年8月29日竣工。是中國目前第二高樓、世界第三高樓、世界最高的平頂式大樓，樓高492m，地上101層。中心內共有企業1000多家，員工5萬多名，每天訪客高達10萬。類似這樣的現代化高樓大廈，作為城市的標志性建筑，在我國各大中城市都有。一旦發生火災，電梯停用，其人員逃生將十分困難。

2）消防救援困難

目前我國消防隊配備的舉高車大都在50m以下，多數消防水槍、水炮的噴射高度也只有50多m。可以說，50m以上特別是超過100m的樓層發生火災，除利用建筑內部消防設施外，幾乎沒有有效的外攻手段。

3）玻璃幕墻破拆困難

由于高層建筑外立面多采用鋼化玻璃幕墻，而現有強臂破拆車最大工作高度僅18m，超出這一高度就無能為力了。

4）消防員負重登樓救援不能超過20層

內攻滅火時，消防員負重登樓超過20層，就無法有效開展救援行動。

3 解決高層建筑消防滅火的有效途徑

針對我國高層建筑數量多、樓層高、人員密集、火災隱患多，以及缺乏有效消防救援手段的困境，“高層建筑消防滅火多旋翼無人機”應運而生。利用多旋翼無人機所具備的“垂直起落、空中懸停”飛行特性，從空中由外向里，對高層建筑發生火災的房間玻璃實施強行破窗及向著火房間內噴射滅火干粉，能迅速撲滅火災，這樣就為解決以往長期困擾人們的高層建筑消防滅火這一世界性難題提供了一個嶄新的思路和方法。

高層建筑消防滅火多旋翼無人機凝聚了集成化設計、智能化識別、精確化制導等一系列高科技關鍵技術，具備靈活機動、操作便捷、精準破窗、高效滅火等多重優勢，并且反應迅速，成本較低。

4 消防滅火多旋翼無人機的工作流程

眾所周知，航空業界的人工智能（AI）指的就是無人機。無人機（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）全稱是無人駕駛飛行器，它是一種機上不搭載駕駛員的動力航空飛行器，利用空氣動力為飛行器提供所需的升力，能夠帶有效載荷進行全自動飛行或無線引導飛行；既能一次性使用，也能進行回收或自動著陸，以便進行多次重復使用。機上無人是無人機的主要特點，正是這一特點，使得利用無人機完成任務時，不必考慮機上駕駛員的生命安全問題，更不必考慮任務的危險性。這不僅大大放寬了對無人機的設計和使用要求，而且使得無人機比有人機更加適合執行那些存在著各類危險、人無法承受或企及的任務。

高層建筑消防滅火多旋翼無人機是利用無線電遙控設備和自備程序控制的不載人直升機，具有垂直起降、空中懸停、低空飛行和原地回轉等獨特飛行技能，加上它與身俱備的突出優勢：能勝任惡劣、高危環境下的各種危險工作；結構簡單、體積小、操控容易；配置靈活、使用方便，生產和使用成本低，經濟性好等。因此在高層建筑消防滅火中大有用武之地。

針對城市人員和建筑物密集的情況，以及不允許使用“滅火彈”的規定，高層建筑消防滅火多旋翼無人機以無刷直流電動機作為動力裝置，一般采用4軸8旋翼結構形式，為了運輸方便，旋翼可折疊。一旦有高層建筑發生火災，消防滅火多旋翼無人機由消防車搭載運送到達火災現場附近，隨即無人機旋翼展開，搭載數十千克的滅火干粉、玻璃破拆槍和自救裝備發射裝置垂直起飛，直接飛到火災樓層外面，作為空中懸停平臺，遙控對準目標，首先用玻璃破拆槍發射高速沖擊彈，擊碎高層建筑上起火房間的玻璃窗，然后向室內噴灑滅火干粉，有效撲滅火焰，在一分鐘內滅火面積可達100m3。如果室內還有被困人員，破窗后無人機第一時間要即刻向室內被困人員拋射裝有防毒面具的自救裝備筒，以便讓被困人員能從自救裝備筒中取出防毒面具戴上，防止或減少受到火災現場濃煙的毒害，及時逃生出來。