多功能消防救援靴的功能與設計探究

宓樂壯 劉晉軍 蔣金佐 吳琦鳴 王紫崴

摘要：消防救援隊伍作為國家綜合性應急力量，救援任務復雜多變。面對高層建筑、地下車庫、大跨度廠房、危化品倉庫等需要應急救援的突出情況。如何提高消防指戰員火災撲救和搶險救援能力、提升消防救援隊伍戰斗力，是當前我們迫切需要解決的問題。其中，個人防護裝備又是進一步提升消防救援隊伍整體滅火救援能力、保障群眾生命財產安全的基礎。基于此，文章對“多功能消防救援靴的功能與設計探究”進行分析。

關鍵詞：多功能;救援靴;感應裝置

中圖分類號：TU998.13? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）08-0021-03

1? 項目研究的發展趨勢

應急管理部在《2019年安全生產應急救援工作要點》中提出“要加強安全生產應急救援隊伍和基地建設，推進法規標注職能體系建設，強化應急準備，提升應急救援能力，著眼應對重特大、復雜生產安全事故需要，加快推進應急救援關鍵裝備輕型化、智能化、模塊化建設。”

從當前情況看，我國的裝備的發展重點更注重于增加裝備的種類、提高裝備的性能、改良裝備的特點等。我國救援裝備對于智能化、精細化、多樣化等方向還有待提高，這也是當前發展救援裝備的核心。

作為一名基層消防員，筆者所在的消防救援站，每年會處置上百起火災事故，其中難免會有犧牲的火災案例。筆者常常思考：我們能否設計一種裝備，能夠有效的保護消防指戰員，讓救援工作實現智能化，從而降低消防指戰員的自身傷亡，提高處置災害救援事故的能力，并極大保護消防指戰員的生命安全。為此，筆者在本文中對多功能消防救援靴的功能與設計進行探究。

在高層建筑、地下車庫、大跨度廠房、危化品倉庫等事故現場，大部分都是我們消防指戰員去救援，在這些大型的災害下，消防指戰員的安全問題需要得到保障。當今趨勢下，沒有及時運用新型科技對單兵裝備進行有效的創新，使得消防救援隊伍在大型災害救援工作中實戰能力下降，自身危險性增加。因此，對于消防指戰員而言，多功能消防救援靴的應用顯得尤為迫切。

隨著救援需求的增加，對救援裝備產生了直接的影響，從長遠來看，救援裝備必定會朝著智能化、精細化、多樣化等方向發展，使其更好地服務于消防指戰員。

2? 項目研究的背景

通過查閱資料可知，在我國消防救援隊伍所配備的搶險救援裝備中，國外產品占主導地位：

美國進口滅火防護靴，靴幫材料采用頭層防水阻燃皮革，配有同皮質拉環，便于消防指戰員能夠迅速套穿;從靴外底起至靴口最低處的高度不應低于355mm，靴底為特殊的雙重密度阻燃橡膠材料，能夠在長時間的穿著下減緩疲勞，靴底具有良好的防滑、耐熱、耐油、耐酸堿性能;芳綸縫合技術，使整靴更加結實耐熱;同時，結合消防員的職業特性，采用舒適的針織防水內襯以及抗菌防臭緩沖鞋墊，腳踝處加強墊保護。

進口哈維克消防員滅火防護靴，靴幫和鞋底均為手工硫化橡膠，適用于建筑火災救援、普通火災救援、海事火災救援等，高性能抗電絕緣鞋外底，隔熱性能3級，具有防寒性能、表面防滑性能、防燃油侵蝕鞋外底、鞋跟吸能性能、防穿刺穿透性能、腳趾防護性能、隔絕熱接觸性能。襯里材料采用高品質超舒適的梭織全棉帆布;靴幫材料是具備優異隔熱性的多層防火阻燃橡膠材料;靴底為全鋼夾層，環氧樹脂包覆的全鋼夾層，具備抗腐蝕性能。

另外，耐克生產的一款自動系鞋帶的運動鞋，它最大的亮點是無需用戶彎腰系鞋帶，除此之外，球鞋內置的傳感器甚至還能實時根據運動情況來自動調整松緊度，要實現這一功能，離不開三個關鍵因素：電池、馬達和傳感器。它的工作原理很簡單，當用戶穿上球鞋時，壓力傳感器會驅動馬達，馬達便會收緊鞋帶到最合適腳型的松緊度。

某公司推出的一款產品，擁有自動收縮和開啟功能，控溫系統可改變鞋內溫度，通過手機App控制，運動數據、卡路里消耗等數據都可以通過鞋底部的傳感器同步到App中。與此同時，傳感器還可以實時檢測鞋底的磨損程度。

根據上述資料不難發現，雙重密度阻燃橡膠材料的應用大幅度提升了消防救援靴的防滑、耐熱、耐油、耐酸堿性能。而電子器件的應用使消防救援靴更加舒適，同時賦予了消防救援靴更多的保護能力。

3? 項目研究的意義

消防救援人員作為應急救援的主要力量，其自身安全尤為重要。在電子技術高速發展的今天，消防救援靴智能化有很大的發展空間，當前消防救援靴只具備基本的防護能力，功能相對單一，難以在救援過程中很好的協助救援人員完成任務。如：2019年3月21日江蘇省鹽城市響水縣天嘉宜化工有限公司發生特別重大爆炸事故。救援過程中，有不少消防指戰員因踏入化學廢水而導致足部受到不同程度的損傷，如果在消防救援靴的底部安裝危化品感應裝置，便能夠有效的感知周圍環境，及時排除風險。

4? 項目研究的主要內容

本項目基于消防救援人員在處置各類突發災害時所遇到的問題及事故展開研究，所設計出的多功能消防救援靴，對一線消防救援人員的足部安全保障有著重要的現實意義。

4.1? 設計理念

（1）產品設計中突出以人為本的理念

筆者的思路是解決“裝備—人—裝備”中存在的問題，其研究的出發點是通過電子技術手段把研究項目變為實體產品，使產品更適合消防救援隊伍，為廣大消防指戰員的安全提供保障。通過對消防救援靴的改進和增加功能來提高消防隊員的安全，將定位技術、障礙感應、應急照明與消防救援靴相結合，具有廣闊的應用前景。

該智能化消防救援靴靴筒處有定位器，方便拆卸，設計合理。靴側面設有障礙感應器，便于感應障礙物。靴正前方有應急照明燈，體積小、亮度強、光色好。當消防救援隊員穿戴智能消防救援靴后，后臺能夠實時掌握各個消防隊員的位置信息，提高處置各類災害事故的能力，保障消防隊員的生命安全。

（2）產品設計過程中運用多種研究理論

本項目在設計過程中，通過文獻分析法、調查問卷法、案例分析法、實地調研法等方法，全方位、多角度的了解國內外消防救援靴現狀，進一步梳理其相關功能，全面、正確的了解所研究的問題，進而對消防救援靴的功能拓展提供更有效的幫助。

（3）產品設計中的科技理念

本項目研究的消防救援靴運用科技手段，在消防救援靴靴筒處設有定位器，靴側面設有危化品感應器與壓力感應器，靴正前方有應急照明燈。

4.2? 功能需求

（1）定位裝置：例如，在2019年四川涼山森林火災，因風向突變造成27名森林消防指戰員和3名地方干部群眾犧牲。火場救援的現場具有極強的危險性，火災蔓延迅速、時間長、消防指戰員撲滅難度大，因此很容易對消防指戰員造成傷害。消防救援人員在救援過程中，在濃煙條件下，以及對地形的不熟悉，可能會導致救援人員迷失。而本項目設想的消防救援靴在靴筒處設有定位裝置和用于存儲數據的存儲裝置，依托智能化的遠程定位系統，在后臺實時顯示人員位置，便于指揮救援人員脫離險境。

（2）危化品感應裝置：在一些重特大危化品火災中，由于現場情況復雜，救援人員難免會踩到化學廢水，從而導致足部受到不同程度的損傷。本項目設想的消防救援靴在靴子底部裝有危化品感應裝置，它是通過光感實現危化品感應的作用，光控元件與光學元件是光感傳感器的主要部件，當光纖發生強弱變化時，光控元件就會根據光纖的強弱進行感應，利用電子技術和光學原理之間的融合，實現二者之間的契合，通過光感傳感器，讓電子設備進行運轉，這樣就能夠有效感知周圍環境，及時排除風險。

（3）壓力感應裝置：在一些重特大火災或者森林火災中，會面臨救援難度大、時間跨度長、危險系數高的情況。當消防員穿上救援靴時壓力傳感器會驅動馬達，馬達便會收縮靴筒，從而達到最舒適的松緊度。本項目設想的消防救援靴能夠使長時間奮戰在一線的消防指戰員始終保持穿著舒適性，為靈活應對急難險重任務提供了保障。

（4）應急照明：消防救援人員在滅火救援行動中，經常需要深入視線較差的環境進行救援，而本項目設想的消防救援靴能在救援人員處于惡劣環境時，手動或后臺輔助開啟應急照明燈，對消防員搜救被困人員具有重要的現實意義，極大提升救援人員搜尋被困者的效率。

5? 項目研究的重點和難點

5.1? 本項目研究的重點

（1）如何利用電子技術和大數據平臺，有效保證救援靴整體性能的可靠性。為滿足整體性能的可靠性，我們考慮將消防救援靴安裝的定位裝置、危化品感應裝置與物聯網技術相結合，實時了解每名消防指戰員在平時演習和訓練中的情況，進而有效了解多功能消防救援靴的可行性。

（2）在面對惡劣環境時，如何確保多功能消防救援靴性能的正常使用。比如，在撲救森林火災的過程中，消防指戰員在惡劣、危險情況下，我們會將消防救援靴安裝壓力感應裝置、應急照明裝置，即使到了夜間也可以看清腳下的情況，并且在長時間的滅火過程中讓消防指戰員的腿部、腳部始終保持舒適感。

5.2? 本項目研究的難點

本項目面臨的難點在于尚未實現技術突破。多功能消防救援靴整合以往消防靴的各類優勢，同時將科技元素融入其中，但有部分技術（光電子技術與多功能消防救援靴的融合）暫未實現突破。

6? 項目研究的主要觀點和創新點

6.1? 主要理念

現階段消防救援人員所穿的消防救援靴只具備最基本的防護能力，如耐腐蝕、防水、防滑、防穿刺、防腐蝕等，并未涉及更進一步的功能。在電子技術高速發展的今天，消防救援裝備也在發生巨變。本項目所研究的多功能消防救援靴不僅大幅度提升了防護能力，還在原有功能上添加了定位器、危化品感應裝置、壓力傳感器、應急照明等功能，有效解決在出警過程中足部所遇到的安全問題，使現代消防體系走向職業化、專業化。

6.2? 創新點

多功能消防救援靴在靴筒處有定位器;靴底部裝有危化品感應裝置，通過光感原理感應化工類物質;靴正前方有應急照明燈，體積小、亮度強、光色好;消防員通過靴底的壓力傳感器自動調節舒適度，保障消防員足部的舒適性。

產品參數如下：

（1）產品重量：小于3kg。重量相對較輕，方便救援人員攜帶。

（2）阻燃性能：FV-1級。在一段時間內阻止火焰燒過靴面進入靴子內部，對救援人員起到重要的保護作用。

（3）抗刺穿性能：不小于1100N。能夠有效防止尖銳物體刺入靴子內部，保護消防救援人員的足部安全。

（4）電絕緣性能：不小于5000V。漏電電流小于3mA，

當救援人員處于高壓環境時，短時間內可保護其免受電擊傷害。

（5）動作靈活：有利于完成走、跑、跳、蹲、爬等動作。

（6）快速穿戴：小于10s。依托壓力傳感器的功能自動調節舒適度，能夠實現消防救援靴的快速穿戴。

（7）定位模式：北斗定位模塊（尺寸：20.2×21.4×

2.6mm，重量：10g，定位精度：10m，GPS靈敏度：tracking-165dBm，溫度范圍：-40℃～+80℃）。

7? 結語

消防救援隊伍作為國家綜合性應急力量，救援任務復雜多變。面對高層建筑、地下車庫、大跨度廠房、危化品倉庫等需要應急救援處置的突出情況，如何提升滅火救援的效率，保證消防指戰員的生命安全，是亟待解決的問題，文中筆者提出了一種理念，設計出一種多功能消防救援靴的雛形，希望能對提升消防指戰員的滅火指揮能力、完善消防救援裝備智能化、精細化、多樣化等有所幫助，從而保障消防指戰員的生命安全。

參考文獻：

[1]林建琴.防護靴舒適性檢測系統研究[D].上海：東華大學，2015.

[2]林穎.特種消防救援裝備的研發與應用[J].中國急救復蘇與災害醫學雜志，2018（03）：270-271.

[3]李德亮.消防員個人防護裝備產品3C認證分析[J].消防技術與產品，2018，31（06）：71-75.

[4]趙富森.我國消防員個人防護裝備產業和技術狀況及未來發展方向[J].中國個體防護裝備，2013（03）：12-16.

[5]周凱.一種新型消防員搶險救援防護靴的研制[A].2014中國消防協會科學技術年會論文集[C].北京：中國消防協會，2014：3.

Research on multifunctional fire

rescue boot's purpose and design

Mi Lezhuang，Liu Jinjun，Jiang Jinzuo，Wu Qiming，

Wang Ziwei

China Fire and Rescue Institute

Abstract：Fire Rescue Department， as a comprehensive national? emergency team， need to carry out many complex and arduous rescue tasks. Facing these tasks of high-rise buildings， underground parking， long-span factories， dangerous chemicals warehouses and so on，i t is necessary to improve the rescue ability of fire fighters and enhance their comprehensive capacity within a short time. Among these， individual protective equipment serves as the basis of enhancing the overall firefighting and rescue ability and ensure the safety of people's lives and property. Therefore， this paper gives an analysis to the purpose and design of multifunctional fire rescue boots.

Keywords：multifunction;rescue boots;induction system