繩索救援中主保及地錨系統特定狀態的安全分析

摘要：主保系統一直都是最流行的雙繩救援系統，而地錨系統是其他系統的末端。采用地錨系統連接主保系統是針對用于河灘、沼澤等山水交界泥地救援的常見手段。不管是單純的繩索救援還是水域救援中引導舟艇，在該方法中，保護系統的形態決定了系統的安全與否。文章就一種采用埋地式錨固系統搭配擠壓式止墜器（EN353-2標準）做保護的特殊情況指出其致命隱患。

關鍵詞：繩索救援;主保系統;地錨系統;隱患

1? 主保系統

主保系統也叫主備系統，是最常見的一種雙繩系統（圖1）形式，它由一根主繩和一根保護繩構成[1]。其主繩受力，保護繩根據情況可能受力，但會盡量保持緊張或略受力狀態防止主繩突然斷裂產生沖墜。這種系統發展至今有兩種主要形式：平臺操作和末端操作。平臺操作就是繩索的上下由系統一端的操作手來控制，保護繩上也有一個止墜器，朝向末端設置。由操作手在救援中適時調整，確保止墜器時刻處于最佳工況。末端操作就是平臺上只是1個單一的錨固系統，所有操作都在先鋒身上，止墜器連接先鋒或擔架，朝向平臺設置，跟掛接救援是一個道理。

2? 地錨系統

地錨系統誕生于大航海時代，是一種利用插入土地的錨樁來做固定點，將繩索捆綁在上面，末端連接船體的工具。

2.1? 類別

國內外消防救援機構主要使用兩類地錨：一類是傳統地錨系統（圖2），也叫“斜樁錨”。

它利用“三長兩短”或“三長”（圖3）將5或3根錨釬以60°左右打入地面，然后收緊錨釬至相互產生均等張力，再在末端設置扁帶形成錨點。之所以存在“傳統”和“傳統改”兩種形態，實際上就是一個是用2根短錨釬在2根長錨釬間旋轉、擰緊，再把短錨釬打入地面固定，而另一個則直接利用收緊扁帶或成套系統（如JAG）進行收緊。二者器材略有差異，但效果完全相同。“傳統改”的設置速度要快一些，缺點是制作成本高，這是由于成套系統本身昂貴;第二類是埋入式地錨，即錨釬埋進泥土，僅露出頭，通常3根一組形成系統。這種地錨是2020年繩命國際繩索救援技術大賽后針對山岳救援推出的新器材，目前僅中美兩國消防少量配備。

美國的埋入式地錨也叫“赫利地錨”（圖4），由華盛頓特區消防局消防員赫利發明，加州山地公司于2021年購買了其專利并量產。

中國的埋入式地錨為“Titan-Ti埋入式地錨系統”（圖5），由HX救援科技研發，在2020年的繩命國際繩索救援技術邀請賽前進行了展示。

該地錨系統的優勢在于只要滿足末端形成掛點，繩結的形式、繩索的穿繞方式、鋼釬的間距、繩索的長短均可由救援人員自定，靈活性較強[2]。

2.2? 應用領域

盡管在工業、城市、森林等戶外環境的高空山地救援中，地錨應用較少，但在河灘、冰川（高山）、沙丘等現場難以找到結實樹干、巖石或類似大西北的風干樹木等無法承重的苛刻環境中，地錨仍是山地救援的重要組成部分。按照“兩點論”：單一的地錨并不能直接用于救援，因此必須采用多根，即成組方式搭建，也就是“地錨系統”。本文通過測試并對比兩種主流地錨系統的相關參數，向消防救援隊伍、社會應急救援力量和承擔應急救援任務的人員提供技術參考。

2.3? 優缺點

這里筆者以倫敦警局的測試數據為基礎，系統性介紹傳統兩類地錨系統的特點。之前介紹過傳統型地錨系統的一般形態（圖2）。該系統最早在2014年首屆全國消防高空山地水域救援技術研討班上作為重慶消防總隊的教學項目進行過展示，全程耗時40分鐘，在設置時間上，傳統改優勢明顯[3]。但無論是哪種形態，錨釬與地面的角度和錨釬間的張力仍是影響錨固系統的關鍵。如我們把3根較長的錨釬分別命名為ABC，若AB均為60°而C為80°，當錨釬受力后（設A為綜合點），則C與AB將受力不均。又如，ABC的打擊角度相同，但第二步收緊時卻出現AB或BC張力不同，則也會出現剛才的情形，即ABC受力不均，影響系統強度。導致這個結果的根源就是AB與BC間采用了兩次操作，因此誤差無法避免，甚至可能出現在AB制作完后，由于BC和AB的誤差較大，不得不拔出BC重新制作的極端情形，其原因仍是張力的調節非?？简灢僮魅藛T的經驗和手法，這對于普通消防員來說也是很大的挑戰[4]。鑒于此，美國消防員赫利改良了這種模式，以垂直打入的方式設計出赫利地錨，它將3根相同的鋼釬打入預制孔板中，各孔打入1根，不考慮角度，全程設置時間約為4min，效率極高。盡管如此，傳統改和赫利地錨仍采用生鐵或鋼制，均未能從材質和操作人數上取得突破，二者均超過20公斤且需要雙人配合。最后是HX地錨。通過實測（圖5），單人完成1組“三角站”，即：錨釬成60°～80°打入，后穿繩索成環，末端以卷結調節長度，然后兩兩拉出制作三股單結成3個掛點，共耗時9min。該數據比傳統改地錨快，雖低于赫利地錨，但其毛重不到5公斤，僅需單人操作且設置長短兩種規格，適應60和90公分兩種深度，從土壤適應性、自重和操作人數上相對于歐美同類器材優勢明顯。實戰中，如向上救援，單個操作手可獨立設置地錨，等于首次接觸傷員時可采取雙先鋒戰術，在后期傷員的固定和拉升階段優勢很大。

3? 上述兩種系統在消防救援隊伍的應用情況

2013年首屆全國消防部隊高空山地救援技術研討會之后，從消防救援隊伍在訓練和實戰中的情況來看：擔負山岳救援任務較多的消防救援站和社會應急救援隊基本摒棄使用傳統地錨，這是由于自制的傳統地錨在材料工藝和操作技術上均落后，無法滿足操作端實戰設置要求;大多數消防站雖未配備埋入式地錨，但通過近幾次繩命國際山地救援大賽的影響，基本認可埋入式地錨系統的實戰水平。綜上所述，未來使用埋入式地錨系統加主保系統將成為一種常見繩索救援搭配手段。

4? 特定狀態下的致命隱患

本文以四個問題來詮釋所謂的“特殊情況”及其致命隱患點。

4.1? “無防慌亂功能下降器”

用于救援的下降器具備兩大特點：一是滿足“突然死亡原則”，也就是救援過程中的任一時刻，當所有的救援人員的雙手脫離繩索救援系統的任一部位，現場救援、被困人員均處于“安全狀態”?？梢岳斫鉃?，不管是拉升還是下降過程中，救援人員雙手脫離了所操作的下降器或上升器，被困人員或救援人員均無危險，即“自動制停功能”;第二個是“防慌亂功能”。它主要針對下降器，是指在任何時刻，操作下降器的救援人員因某個原因誤將下降器拉至下降狀態的極限，下降器將自動鎖死，防止高速下降或墜落。那么“無防慌亂功能下降器”就是指不具備這個鎖死功能的下降器，比如RIG、LOV系列、GRIGRI等。在受力狀態下，這類下降器的操作手柄拉到底會出現一直下降直至墜地或滑脫下降器的風險（圖6）。

4.2? “無防慌亂功能下降器”推行的原因

這要追溯到歐美標準的認識差異。和美標1983不同，歐標在繩索救援、工業、運動器材方面沒有嚴格的界限，也就是任何器材，只要滿足相關“標準”，即可用于救援。那至于這個所謂的標準是運動還是救援或是工業，這個需要用戶依靠自身需求去界定。等于說歐標給予用戶的是建議，其選擇權在用戶自身，當然，承擔相應的風險也在用戶自身。美標1983則不存在所謂運動標準，因為名字“消防救援用繩索救援器材標準”決定它的框架內只允許存在“救援類”標準。至于美標體系中的運動標準則是UIAA、職業健康規定、標準化委員會等通用標準相關內容，只要是1983框架內出現的，必然是救援類標準。絕大多數繩索救援，尤其是輕型的繩索（器材）都是歐標體系。在這一體系中，既然“標準”沒有嚴格禁止某些“易出錯”的器材參與救援，那么自然會存在這樣的市場需求，因而“無防慌亂功能下降器”在救援現場屬“合法器材”。

4.3?; “無防慌亂功能下降器”的優勢

筆者并不推薦使用這類下降器，因為在實戰當中，即便是經驗豐富的救援人員也容易受到干擾或出現慌亂，慌亂本身作為人的一種固有屬性，其產生具備不確定性。但近年來很多救援人員習慣使用這類下降器大致有兩個原因：一是輕巧，便于攜帶、操作;二是隨著繩索類救援賽事在全球消防救援界的推廣，這類器材在速攀項目中優勢極大，深受消防救援人員喜歡。在2019年消防局在紹興市舉辦的國際消防救援業務賽事中，我國消防員憑借一對無防慌亂功能下降器在50m速攀賽中奪魁。

4.4? 美標對“無防慌亂功能下降器”的規定

本文所指的美標就是NFPA1983標準。早期的1983標準和歐標差異很大，隨著近年來歐標器材通過各類競賽宣傳的影響，后期的1983也參考、修訂了相關內容，比如在最新版的NFPA1983中對逃生型下降器以800公斤力作為靜態拉力標準，這一數值與EN15151相同，不難看出，1983也在逐步適應工業類器材，在其第8章中規定了各種下降器的測試細則。以17版的1983標準在8.6.8中對下降器的下滑測試描述為例，該方法的最低靜態測試強度為500公斤力，按25mm/min的速率進行拉伸，即一頭固定在錨點上，另一頭也就是器材端（操作桿已鎖死）被強制向相反方向緩慢拉伸約30s，然后在1min內拉力降低至0。與之對應的有多個歐標，其中EN15151較為接近，雖然二者在該項的測試力度不同，比如15151用的是200公斤力，較1983則小很多。而15151通過80公斤力在墜落系數為1.2的前提下來測試下降器的動態滑動，1983卻沒有這樣的測試方法，即只通過大負荷的靜態拉升代替了動態拉升，二者的差異屬于典型的思維方式的差異，并非物理學的差異。可以這樣理解，1983習慣用較大的強度來確保器材的安全性，也就是“硬碰硬”，而歐標則以合適的強度搭配人體能接受的能量反饋來確保器材的安全性，也就是“吸能緩沖”，并不能說二者誰差誰好，這只是一種意識形態的差異，或者說歐美繩索救援文化的差異[5]。綜上所述，美標不僅對防慌亂與否未作要求，甚至對工業領域和絕大多數繩索救援體系強制要求的“自動制停功能”都未作要求。這一點，歐標更詳盡一些，比如上面提及的15151標準的第6類就描述了一種可用于救援但卻沒有防慌亂功能的下降器，而該標準的第8類則描述了具備防慌亂功能的下降器。另一層原因是美標本來就是無防慌亂功能下降器的創始，直至今日，絕大多數美國消防站都仍用這類下降器，很多傳統美式繩索救援器材結構簡單、設計粗獷皮實，本身連自動制停都不具備，全靠大量運用抓結實現制動等功能，更不要說防慌亂功能。

4.5? “無防慌亂功能下降器”存在的隱患

事實上，本文并不指責這類下降器存在問題，但無防慌亂功能下降器也并不像想象中的那么完美，主要問題仍是在特定狀態下的安全性。

（1）特定狀態

通過實測，我們找到所謂的“特定狀態”：埋入式錨固系統端操作下放和保護、保護繩在末端連接先鋒及擔架且保護繩采用的是擠壓式止墜器（圖7）。在此狀態下，本文以實測進行了一次建模：通過設置一組PF（墜落物重量）分別在20、40、60Kgf時，止墜器（以短繩代替吸收勢能帶后，通過抓繩器“咬死”繩索視為吸收勢能帶工作）的工作狀態。測試速度為2m/s，也就是EN12841C對下降器下降速度的最大測試值。

（2）致命隱患

在上述速度下，擠壓式止墜器在主、保護繩間隔1米時并未啟動，僅在4～50cm的范圍內啟動。當下降速度在2m/s以內時，按這個速度墜到地面毫無疑問對先鋒或傷員都是致命的，尤其是傷員。這是由于止墜器的形式決定了安全。談到止墜器這種常見器材不得不提及早起的一種“擠壓式止墜器”。它是通過墜落時，由于重力作用致使抓繩器與保護繩垂直，將繩索擠壓從而停止下滑。這種原理類似早期大多數不依靠“反齒”的抓繩器。雖有很多不同廠家生產的款型，但結構、使用方法、工作原理基本一致，都是在抓繩器被拉至“垂直狀態”時，也就是發生墜落時，內部的2塊受力金屬塊將繩索擠壓為“Z字狀”，從而防止其繼續滑動。

5? 原因分析

無論是“平臺操作”還是“末端操作”，也無論主、保護繩之間的距離和角度，一旦主繩任意點斷裂，根據地心引力，重物都會迅速倒向保護繩一側并使之受力，此時系統一端位于保護繩上的止墜器自然會抓緊、分段釋放。但有一種情況，即主繩未斷裂而出現迅速墜落狀態，此時，主、保護繩之間的距離和角度會有一定變化，比如吸收勢能帶被拉緊但未展開、先鋒保護繩之間的角度變小等。在此過程中，吸收勢能帶可能在速度和角度的高速變化中形成一種動態平衡，正是這種動態平衡，讓擠壓式止墜器產生了“致命墜落”，它既使止墜器不會展開，又讓先鋒的下滑速度達到一個危險值（比如接近EN12841C的測試速度2m/s）。這個值可能在短距離即便墜地也無法對先鋒造成致命傷，但對傷員則完全不同。如果傷員是懸掛狀態（圖8），可能僅僅是受傷。但如果傷員躺進擔架，則這個速度足以致命，因為埋地式錨固系統的晃動程度很高，主、保護繩之間的距離很難把控。所以很多時候，習慣了飛輪式止墜器的消防救援人員往往忽略了擠壓式止墜器在很多普通消防站和專職消防隊仍大量存在且將其作為保護繩的必用器材。正是這種形式造成了上述致命隱患的出現。

本文基于繩索救援行動中最為常見的雙繩系統，即“主保系統”和近年來產生于水域救援的埋入式錨固系統的基礎形態，對錨固系統的穩定性和主保系統中保護繩的制動原理進行分析。通過簡易的建模和賦特殊值，分析出保護繩末端在采用早期擠壓式止墜器可能在無防慌亂下降器和錨固系統的共同作用下出現致命沖墜隱患的結論。該結論同時表明了雙繩救援系統中的主繩和保護繩在采用不同端操作亦出現安全隱患的情況，供消防救援隊伍在繩索救援訓練和實戰中參考、改進。

參考文獻：

[1]陳禹，劉偉，林靜.雙繩系統在我國消防繩索救援技術中的基本應用[J].2015年度滅火與應急救援技術學術研討會，2015.

[2]楊汝彬.消防繩索救援技術中的繩結應用研究[J].消防技術與產品信息，2018（10）：63-68.

[3]林靜，劉偉，鐘濤.快速建模在消防戰訓工作中的綜合應用[J].2017年度滅火與應急救援技術學術研討會論文集，631-633.

[4]鐘濤，林靜.利用能量守恒定律解決倍力拉升角度問題[J].今日消防，2021（06）：42-43.

[5]林靜.關于開展歐美高空和山地救援技術培訓的啟示[J].消防技術與產品信息，2018（04）：85-88.

Analysis of safety on MB system

based on picket anchor for rope rescue

Lin Jing

（Fire Dept of Chongqing city，Chongqing 400000）

Abstract：MB system’s been boxed-office with rescuers as one of the TTRS clan.Some are based on Underground picket anchor system that has been often applied for rope rescue or guiding a rubber during a swift rescue.This paper mainly discusses a special and fetal problem could occur when using a belay device that’s sanctioned by EN 353 -2.

Keywords：rope rescue;main and belay;picket anchor system;fetal problem