高空滅火系統

針對一般高度的建筑物發生的火災，目前主要采用云梯或舉高車輛實施滅火的方法，但這些方法不能用在超高層建筑的中部或者頂部。針對超高層建筑發生的火災，一般根據高層建筑的結構特征和樓層高度，采用沿建筑外墻、樓梯間隙、消防電梯井、中庭、升降機等鋪設水帶的方法滅火。

然而這些方法效率低，耗費人力，而且在超高層建筑內鋪設水帶較難，消防員必須靠近火災現場，不僅讓其人身安全受到威脅，實施滅火的成功率和可靠性也受到極大影響。

因此，對于目前超高層建筑突發的火災，現有的滅火方法實施困難，甚至很多情況下都不可行。與之類似，陡峭山林突發的火災不僅危害大，而且滅火實施難度更大。普通的消防車輛、設備很難進入并應用于陡峭山林。現有的主要滅火方式是讓飛行器在空中滅火，但用于山林滅火的飛行器載重有限，需經常返航補充滅火介質，繼而錯過最佳滅火時機。

飛行器滅火的原理是，利用高空噴灑滅火介質覆蓋火場以隔離火源與空氣，進而實施滅火。這種方式適用于大面積、地勢平坦的山林滅火，而對于陡峭山林中的火災，很難對其實施。

還有一種配置了水箱的飛行器用于山林滅火，但這種飛行器單次攜帶的水量有限，需經常返航補水，不能連續供水滅火，延誤滅火時機。

城市高層建筑火災雖然可借用上述飛行器滅火，但高層建筑密集區不能滿足同時起降多臺飛行器的需求，不僅不能解決返航補水造成的時間延誤問題，還會給飛行器自身帶來安全隱患。

一、設計背景

在現有技術設備的基礎上，我提出了一種適用于超高層建筑和陡峭山林火災的高空滅火系統，利用旋翼式無人機結合消防設備、管道系統實施高空滅火，效率較高，滅火精準。

二、作業流程

適用于超高層建筑和陡峭山林的高空滅火系統實施過程如下。

1.配合高空衛星偵察收證，應用現有火災報警系統初步獲取火災信息，在現有組織架構下強化情報收集、路徑規劃等指揮控制能力，由指揮中心快速作出研判，發送出警命令。

2.根據火情，指揮中心協調調度足量的分支系統奔赴火災現場，根據需要就近接入消防栓水源或其他水源為消防車補充水量，聯結滅火介質、動力，通信指揮安排高空滅火分系統攜水帶升空至著火點高度后待命，并調好噴射的方位角和仰角。

3.水帶一端連接消防水泵，另一端被夾持在旋翼式飛行器上，由該旋翼式飛行器在最佳時機持續地對位于超高層建筑或陡峭山林內的著火點實施滅火，遇到障礙物或出現安全隱患時，可用多架飛行器進行橋接，確保管路通暢、安全，持續提供滅火介質。

4.由安裝在消防車上的水泵控制子系統啟動消防水泵，通過管道對無人機持續輸送滅火介質，精準懸停在火源位置的無人機噴水或泡沫進行滅火。若火源的高度超出噴射范圍，旋翼式飛行器攜帶干粉彈飛至火源位置，由裝載車駕駛室內的控制系統啟動干粉彈發射裝置，將干粉彈射向著火點。

5.火被撲滅后，旋翼式飛行器由飛控系統控制落回起飛平臺，完成滅火任務。

三、注意事項

1.高空滅火分系統采用單旋翼無人飛行器，既能提高執行任務時的安全性，又能減小直升機的尺寸，在不允許低空飛行的地方便于車載。能收納的主旋翼可進一步減小無人旋翼飛行器的外部尺寸。在惡劣天氣環境下，旋翼式飛行器采用熱像儀成像，控制系統采用自動控制加人工監控的模式進行控制。攜帶的視覺識別系統將圖像信息傳輸給控制系統，根據獲得的火源圖像信息，控制系統可自動或手動調整噴槍角度。

2.根據廠家公開的數據，采用中低壓泵單泵供水，使用2支Φ19mm水槍，垂直供水高度可達180米。經山東省消防總隊現場測試，國產主戰消防車單車垂直供水使用2支Φ19mm水槍，垂直供水高度可達205米。

3.當火源高度超過單輛消防車供水所能到達的高度時，可用同類車或功率相仿的車泵耦合供水，每輛消防車的水泵串行聯結水源并實施耦合供水。耦合供水是指供水車直接將水緩慢壓入前車的水泵進口處，壓力穩定后，前車加壓供水。耦合供水時，功率大的消防車在前，并在建筑物底層合適的位置設置泄壓分水器，以免水錘作用影響和破壞消防車水泵的性能。車輛之間的距離不宜超過40米。

根據2019年濟寧市高層建筑消防供水測試試驗數據，三輛車串聯單干線供水最高可對286米的高度實施高空滅火。

4.還有一種實施方式，即采用消防車與手抬泵接力供水。理論上，手抬泵接力供水可以無限串聯接力。車泵與手抬泵接力供水的關鍵是掌握好手抬泵接受供水的壓力和啟泵的時間。

手抬泵操作人員與消防車駕駛員應保持通信暢通，當水緩慢輸送至手抬泵處，操作員迅速啟動手抬泵，操縱油門調速，防止出現水擊作用。根據測試，增加一臺手抬機動消防泵可令垂直供水高度提高40米左右。

5.還可通過更換輕質滅火介質來提高滅火高度。即選用一臺配置水泵的壓縮空氣A類泡沫消防車，該消防車以壓縮空氣A類泡沫作為滅火介質。壓縮空氣A類泡沫系統采用機械方式將壓縮空氣與水和泡沫原液混合，產生高度氣泡化和高能量的機械泡沫，即壓縮空氣A類泡沫，其濕泡沫比重是0.2，干泡沫比重是0.06，說明在同樣壓力下該介質比水輸送得更遠。據山東省消防總隊高層消防演習測試結果，帶有渦輪增壓系統的壓縮空氣A類泡沫消防車向高層垂直供給泡沫時，單輛消防車供給高度可達395米，且對水帶的固定要求非常低。

6.在消防水泵或輕質滅火介質無法達到的供水高度，可采用干粉彈滅火方法。由旋翼式飛行器借助視覺識別系統偵測到著火點后，使用干粉彈對著火點實施滅火。

綜上所述，對不同的著火點高度，高空滅火系統都有相應的滅火方式。當著火點的高度低于290米時，采用單輛消防車、多輛消防車耦合供水以及消防車與手抬泵耦合供水方式。當著火點高度在290米至400米時，可用帶有渦輪增壓系統的壓縮空氣A類泡沫消防車提供進口、國產A類泡沫原液，并按照0.1%～1%多種混合比選擇，形成滿足不同需要的稀、干壓縮空氣泡沫進行滅火。對于高度超過400米的著火點，用旋翼式飛行器直接攜帶干粉彈對著火點進行滅火。

與現有技術相比，適用于超高層建筑和陡峭山林火災的高空滅火系統采用無人駕駛的可懸停的旋翼式飛行器，讓其升空至超高層建筑或陡峭山林上的著火點，由地面供水。

旋翼式飛行器在滅火過程中不需要返航補充水量，確保在最佳時機持續滅火;飛控子系統能讓旋翼式飛行器保持穩定的飛行姿態，為惡劣條件下實施可持續性滅火提供保證。

另外，為旋翼式飛行器配置視覺識別查證系統和紅外線熱成像觀測設備，確保高空滅火系統快速、準確地定位著火點，并及時對其進行處理及觀察處理后的效果。（指導老師：史茂君）

專家點評

史貝堯同學的“高空滅火系統”項目是一項從多角度進行思考后的創意作品。它綜合了現有先進的民用、軍用消防設備，以及地面與空中的多種滅火設施與技術，體現了作者對這個領域具有一定的信息收集能力與綜合運用信息的能力。

然而，就該作品的實用性而言，上網搜索“高空滅火系統”時，發現有多項與它相似或相近描述的專利項目（如森普萊克斯制造有限公司于2016年12月公開的“空中滅火系統”發明專利等），這些項目的實用性都比它強、性價比較它高。

因此，在進行發明創造時，我們不要盲目走入追求“高、大、全”的誤區，而要注重項目的實用性和性價比，這樣才能使其更具市場價值和開發前景。