消防直升機在城市滅火救援中的發展與應用

李乾煒

引言

隨著經濟發展，我國國內高層、超高層建筑數量與日俱增。據相關部門最新數據顯示，中國目前擁有超過150m 的建筑2581 座，超過200m 的建筑861 座，300m 以上的建筑99 座，超高層建筑數量位居全球第一。建筑高度增長帶來的消防安全問題也不容小覷，由于使用性質復雜、火災荷載大且高層建筑發生火災時受“煙囪效應”影響，火勢蔓延速度極快，在無法使用消防電梯的情況下，消防救援人員只能攜帶裝備器材徒步攀登到起火樓層，滅火救援和人員疏散的難度大大增加。僅2021 年一年，全國共接報高層、超高層建筑火災4057 起，死亡168 人。高層、超高層建筑發生火災時的滅火救援和人員疏散難，目前仍是消防救援領域需要研究解決的重點問題。

國內外消防直升機發展現狀

自20 世紀中后期，隨著航空飛機的廣泛應用，航空技術被運用到防滅火工作中，相比于傳統固定翼飛機，直升機由于具有垂直起降、轉彎靈活、空中懸停等特有的性能和優勢，迅速引起各國消防部門的重視。美國、俄羅斯、日本等國走在了前列，率先將消防直升機應用到城市消防救援任務當中。

（一）組織機構

1.美國于1956 年頒布了《全國搜索救援計劃》，1979 年成立了聯邦緊急事務管理局（FEMA），代表國家層面組織調度、協調、指揮航空應急救援資源。另外美國還擁有一定數量的民間和企業化的救援組織力量，比如著名的民間非營利組織空中巡邏隊（CAP）。

2.俄羅斯于1994 年成立了具有軍事性質的緊急情況部，在全國設有8 個區域指揮中心和直接管轄的包括航空救援隊在內的8支專業救援隊伍，實行職業化、專業化、軍事化的垂直管理體制。航空救援隊在包括處置切爾諾貝利核泄漏等重大災害事故中發揮了不可替代的作用。

3.日本是一個自然災害多發的國家，具有一套完善的災害應對體系。1966 年東京消防廳組建了第一支消防航空隊，在東京利川市和東京江東航空中心設有兩個消防航空基地，裝配7 臺消防直升機，主要擔負著發生災害時的醫療救助、空中滅火、情報搜集和轉運傷者等任務，隨后橫濱、川崎、千葉、大阪、神戶等市先后組建了各自的消防航空隊。日本還在36 個道、縣設立民間飛行機構，裝備防災直升機，自衛廳和自衛隊還建立了烈度5 級以上地震出動參與應對機制。

4.受民用直升機產業發展較慢的影響，我國直升機在滅火救援領域的應用尚處于起步階段，消防直升機在配備數量上遠低于發達國家。目前配備的消防直升機主要用于森林消防領域，參與城市火災撲救和災害救援直升機多依賴于警方和軍方力量。比如2014 年4 月，上海公安局警務航空隊配備了我國首家城市消防救援直升機。2010年“11·15”特大火災中共有3 架警用直升機參與救援任務（圖1），但由于警用直升機除滅火救援外，還用于空中巡邏、交通疏導、緝私禁毒等多種任務，無論從機種選型、裝備配備還是人員培訓上，都不能與國外專門用于城市滅火救援的專業航空消防隊相提并論，作用發揮不是十分明顯。

圖1 2010年上海“11·15”火災中建筑呈立體燃燒態勢

（二）選用機型及參數

2018 年4 月，應急管理部掛牌成立，整合了公安消防部隊和武警森林部隊的人員和職能，組建了國家綜合性消防救援隊伍，隨著“全災種、大應急”理念的提出，國家空勤救援隊作為4 種綜合性消防救援專業隊伍類型之一，被列上建設議程，除計劃在北京、上海、廣州3 地組建國家級空勤救援大隊之外，全國經濟較為發達的城市比如青島市，也購置了2 架消防直升機投入到滅火救援執勤任務中。與一般直升機主要用于交通運輸、信息勘察、醫療救助等功能相比，消防直升機需要搭載水箱、水炮、滅火吊桶等裝置設備，因而對起飛重量、搭載能力、動力等都有較為嚴格的要求。

1.美國西科斯基公司研制的S-64（Skycrane）“空中吊車”大型起重直升機，于1964 年開始投產使用，該機型裝載兩臺T-73-P-1 渦輪軸發動機，單臺起飛功率 4500 軸馬力，駕駛艙后部使用了可卸吊艙，具有較強的懸吊和裝載能力，全機空重8724kg，最大起飛重量19050kg，多用于攜帶裝有滅火劑的吊桶撲救森林火災（圖2）。

圖2 S-64（Skycrane）“空中吊車”

2.俄羅斯一直致力于消防直升機的研究，目前已生產出了包括安薩特（Ansat）、卡-32（Ka-32）、米-17（Mi-17）、米-26T（Mi-26T）在內的多款輕型、中型、重型單旋翼和共軸雙旋翼消防直升機型（圖3，圖4），其中卡莫夫設計局設計制造的卡-32 消防直升機是全世界投入使用最多的機型之一。該機型專為高層建筑滅火設計，搭載有效射程為50m的消防水炮，噴射的高壓水和滅火劑能夠擊碎一般建筑物玻璃進入室內，實現滅火的目的。另外由于卡-32 直升機取消了功率消耗較大的尾部螺旋槳，采用共軸雙旋翼分布模式，飛機具有質量輕、功率大、穩定性強、機動性能好、爬升速度快等優點，方便懸停在江河湖泊上方取水，外部吊架可輕易吊升5～15t 的消防用水頻繁往來起火地點。

圖3 安薩特（Ansat）

圖4 米-26T（Mi-26T）

3.日本以S-64 機型直升機為平臺進行改良，生產出了新型S-64 滅火型直升機，是一種既可以用于森林滅火，又可以撲救城市高層建筑火災和實現人員救援的多用途消防直升機。該機型配備了一個容量為9500L 的水箱和一個容量290L 的輔助滅火劑儲箱，機身下部設有取水吸管，理論吸水時間為45～60s，滅火劑投放流量可在4L/s 與33L/s之間調節，當遇有強烈火災時，可在3s 內將全部滅火劑投放出來。在機身左前下方位置，正前向安裝一座長5m、出口直徑50mm 的固定式航空水炮，每分鐘可射水或滅火劑1100L，射程達55m，可持續噴射8min。

4. 法國國營航宇工業公司于1974 年研發設計AS332“超美洲豹”運輸直升機（圖5），日本將此機型改造為滅火直升機，該機安裝一個容量為1200L 的水箱，在直升機兩側，各設有一支口徑18mm，流量10L/s，射水距離40m 的航空水槍，在機體下面兩側設有口徑為65mm 的給水配管，供直升機在地面時補水使用。2001 年，日本東京消防廳對AS332 消防直升機進行了升級，在機身下部搭載了一套名為Air Attacker 的可拆卸滅火裝置，可容納2700Kg滅火用水，可以通過放水口進行投放滅火。

圖5 AS332“超美洲豹”

5.目前我國消防直升機應用還處于起步成長階段，一些國際主要直升機制造商，如美國西科斯基公司、貝爾公司和歐洲直升機公司、阿古斯塔-韋斯特蘭公司等正在積極制定推銷產品轉包生產、參與研發、全面合作等多種形式的對華戰略，以此爭奪中國直升機航空消防市場。在消防直升機國內自主生產方面，由航空工業集團自主研制的AC313 城市消防型直升機可以搭載Simplex 公司生產的水箱和水炮系統，最大載水量可達4t，射程40m，并在2017 年天津直升機博覽會上完成了首飛；哈爾濱飛機工業集團研制的H425型消防救援直升機可在45s 內通過懸停吸水泵充滿水箱，水炮有效射程34m，但兩款機型都尚未正式批量生產和交付消防部門配備使用。目前國內正式配備消防救援直升機的上海公安局警務航空隊和青島市消防救援支隊，均購買改裝俄羅斯卡-32 直升機型（圖6，圖7）。

圖6 上海公安局配備的Ka-32警用消防直升機

圖7 青島消防救援支隊配備的Ka-32消防直升機

表1 卡-32消防直升機主要性能參數

消防直升機滅火原理

目前世界上生產直升機滅火設備的主要廠家有加拿大SEI 公司、美國SIMPLEX 公司、法國的ZODIAC 公司以及俄羅斯的莫斯科航空研究所，按照應用類型，常用的直升機滅火設備主要有滅火吊桶、內置式水箱、消防水炮三大類。

（一）滅火吊桶滅火

滅火吊桶主要靠掛吊在機腹下部的儲水吊桶，配合控制盒和機上的放水開關釋放滅火水或滅火劑進行滅火。但由于直升機灑下的水被房屋屋面阻擋，不能直接到達室內火源部位，且在吊桶一次性釋放荷載后，對飛機飛行穩定性會造成一定影響，因此使用滅火吊桶方式滅火一般被用于撲救森林火災或地面火災。

（二）內置水箱滅火

內置式水箱滅火原理與滅火吊桶類似，是通過將儲水水箱直接安裝在機體內部，在機腹下部增設放水口進行滅火。由于儲水水箱安裝在直升機內部，不會對直升機氣動性能產生影響，滅火作業更為安全穩定。但由于儲水水箱設置在機體內部需要占用較大空間，多被用于中型和重型直升機型，具有一定的局限性。

（三）消防水炮滅火

消防水炮是通過發電機、離心泵、外置水箱等機構，將滅火水和滅火溶劑通過噴射方式，直接到達火源部位進行滅火或控制火勢，炮身一般可以在前后90°，向下45°內轉動。滅火時飛行員可根據火源位置，操縱炮身進行滅火，不需要調整直升機角度，安全性、操控性和靈活性都得到大大增強，是最適用于城市建筑火災撲救的滅火方式。但由于炮身、發電機、離心泵、水箱等安裝在機體外部，一定程度上也會對直升機的氣動性產生影響（圖8）。

圖8 國產AC313城市消防型直升機正在進行水炮滅火演示

消防直升機在城市滅火救援中發揮的作用

（一）空中滅火

在城市建筑物發生火災時，通過消防直升機裝載的滅火吊桶、消防水箱向起火部位灑水或滅火劑，起到直接滅火或短時間內降溫壓制火勢的目的，配合地面消防救援力量行動；利用直升機配備的消防水炮，直接通過窗戶、孔洞向建筑內部噴射滅火劑，直達起火點達到滅火的目的。

（二）力量輸送

通過消防直升機搭載消防救援人員和滅火救援設備，到達目標建筑后通過直升機頂層降落或索降裝置，將滅火救援力量投放到火災現場，展開滅火救援行動，可以大大節省滅火救援的時間及救援人員的體力，適用于無法乘坐消防電梯或攀爬樓梯內攻的滅火救援現場。

（三）偵察指揮

發生大規模火災事故時，火場偵察員或指揮員利用直升機圖傳對火場全貌進行偵察，或直接乘坐直升機在空中對滅火救援任務進行現場指揮，可以實時全面掌握現場信息，做出正確判斷并合理調用地面滅火救援力量，提升滅火救援行動效率，減少不必要的損耗和傷亡。

（四）醫療救護

通過直升機降落屋頂停機坪或通過電動絞車，疏散轉移高層建筑頂層的被困群眾，并可以搭載醫護人員和醫療設備，對重癥傷員進行快速醫治和及時轉運，從而大大提高火場中人員疏散效率，提升受傷人員的生存率。

對我國消防直升機發展應用的建議

消防直升機在城市滅火救援中具有不可替代的優勢，有著廣闊的發展前景，但建立完善的城市消防救援體系是一項系統復雜的工程，需要政府、應急、消防、公安、民航等多部門協作聯動。此外，利用消防直升機實施滅火救援，對消防救援人員的專業技能也提出了更高的要求，需要長遠規劃、全面布局，制定整體的發展戰略。對此，筆者提出以下幾點建議：

（一）建立聯動應急救援體系

隨著應急管理部的成立，將過去多支救援隊伍進行整合，在“全災種、大應急”的理念下，依托全國幾個經濟較為發達城市，建立直升機航空救援基地，配備專業消防救援直升機和人員，以點帶面形成空中應急救援網絡。同時推動政府部門出臺相關法律法規、標準規范，聯合公安、空管、工信等部門和民間航空單位，搭建聯勤聯動、信息共享的應急救援平臺，共同建立我國系統高效的空中應急救援體系。

（二）探索加強專業隊伍建設

在目前消防救援隊伍中，直升機飛行人員、飛行保障和地面調度等方面的專業人員十分缺乏，雖然從短時間內看，全國難以大量配備消防直升機，但應在滅火救援戰術戰法、應急預案、設備研發等方面依托中國消防救援學院和地方高校進行研究；在培訓基地建設上，可采取先依托地方航校培訓，逐步建立培訓基地的方式，培訓出一批符合消防救援工作需要的直升機飛行專業隊伍，并建立科學嚴謹的招錄、考核、評價、淘汰體系，形成長效專業人員培養機制。

（三）完善高層建筑配套設施

雖然《建筑設計防火規范》中規定，“建筑高度大于100米且標準層建筑面積大于2000m2的公共建筑，宜在屋頂設置直升機停機坪或供直升機救助的設置”，但并未做強制規定。目前城市中部分非新建超高層建筑，未設置消防直升機停機坪或消防設施無法滿足消防直升機的停靠和作業要求。建議對現有符合要求的建筑進行改造，增加屋頂直升機停機坪，并加強對新建建筑直升機停機坪的驗收和管理，并在城市發展規劃中統籌規劃建設消防直升機著落、補水點，為直升機應用于城市滅火救援任務提供保障。