無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)撲救中的應(yīng)用研究

摘要：

在高層建筑火災(zāi)撲救中，無人機(jī)以其明顯的優(yōu)勢成為一種重點(diǎn)使用的設(shè)備。本文對無人機(jī)在火災(zāi)撲救應(yīng)用中的優(yōu)勢進(jìn)行分析，提出應(yīng)用中需要注意的問題，以期為無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)撲救中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；高層建筑；火災(zāi)撲救

作者簡介：

周星宇（2000— ），男，漢族，江蘇南通人，本科，初級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)，研究方向：滅火救援。

引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，生產(chǎn)生活和城市發(fā)展的需求促使高層建筑迅速增加。從城市發(fā)展的角度看，這些高層建筑在緩解人口與土地矛盾方面發(fā)揮了積極的作用，同時(shí)也增加了高層建筑的消防安全風(fēng)險(xiǎn)。在開展高層建筑火災(zāi)撲救行動(dòng)中，傳統(tǒng)的滅火手段往往難以迅速、有效地控制火情，導(dǎo)致?lián)渚裙ぷ鲝?fù)雜且耗時(shí)長。近年來，無人機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于消防和其他公共服務(wù)領(lǐng)域，這為解決高層建筑火災(zāi)撲救難題，提升撲救效率和效果提供了新的技術(shù)方向和路徑。

一、無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)撲救應(yīng)用中的優(yōu)勢

（一）響應(yīng)速度快

無人機(jī)的高機(jī)動(dòng)性和靈活性使其能快速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場的高空區(qū)域，特別是在火災(zāi)蔓延方向和速度不確定的情況下，可以快速作出響應(yīng)。一方面，無人機(jī)可以攜帶熱成像儀和高清攝像頭等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測火災(zāi)蔓延情況。消防指揮人員可以通過無人機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)了解火勢擴(kuò)展方向，從而提前部署救援力量。另一方面，無人機(jī)可以快速偵察建筑的不同高度和區(qū)域，尤其是那些常規(guī)消防設(shè)備難以觸及的高層，幫助救援人員更早發(fā)現(xiàn)火源，防止火勢迅速擴(kuò)散，提高撲滅火源的效率。

（二）代替人工作業(yè)

在高層建筑火災(zāi)撲救行動(dòng)中，進(jìn)入火場作業(yè)的消防員往往面臨極大風(fēng)險(xiǎn)，而無人機(jī)可以代替部分人工作業(yè)，顯著提升撲救的安全性和效率。首先，無人機(jī)可以通過搭載的熱成像儀、高清攝像頭等設(shè)備，在人員不直接進(jìn)入火場的情況下獲取實(shí)時(shí)火情數(shù)據(jù)，幫助指揮中心準(zhǔn)確判斷火災(zāi)狀況，減少消防員的暴露風(fēng)險(xiǎn)。其次，無人機(jī)可以替代消防員進(jìn)入高溫、有毒煙霧等惡劣、高危環(huán)境，進(jìn)行火源定位與火勢評(píng)估。尤其是在火災(zāi)發(fā)生初期或火勢蔓延階段，火場內(nèi)情況復(fù)雜且危險(xiǎn)性極高，無人機(jī)的介入能在保證救援效率的同時(shí)，確保消防員安全。再次，無人機(jī)能攜帶輕型滅火設(shè)備或滅火彈，在消防員無法迅速抵達(dá)或無法使用傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行作業(yè)的區(qū)域，執(zhí)行初步滅火任務(wù)。通過無人機(jī)的遠(yuǎn)程滅火操作，可在初期撲滅部分火源，從而減輕消防員的后續(xù)工作壓力，減少其直接進(jìn)入火場的風(fēng)險(xiǎn)。最后，無人機(jī)可以在消防員無法及時(shí)抵達(dá)的情況下，將緊急救援物資（如呼吸器、防護(hù)面罩等）迅速送達(dá)高層被困人員，代替人力完成部分救援任務(wù)，為后續(xù)救援贏得寶貴時(shí)間。

（三）復(fù)雜火場應(yīng)對能力強(qiáng)

高層建筑的火場通常比低層建筑更復(fù)雜，而無人機(jī)在應(yīng)對這些復(fù)雜性方面有較多優(yōu)勢。首先，無人機(jī)能利用其靈活的飛行能力，輕松進(jìn)入建筑內(nèi)部復(fù)雜區(qū)域，提供對火場的全方位監(jiān)控，幫助消防員制定合理的滅火和救援計(jì)劃。其次，當(dāng)建筑的供水、供電系統(tǒng)在火災(zāi)中受損時(shí)，無人機(jī)能繼續(xù)提供火場信息，避免依賴傳統(tǒng)設(shè)備的局限性。最后，無人機(jī)的遠(yuǎn)程操控功能能幫助指揮人員快速評(píng)估火場爆炸、坍塌或氣體泄漏等次生災(zāi)害的發(fā)生情況，進(jìn)而制定更科學(xué)的撲救方案。

（四）擴(kuò)大覆蓋范圍

傳統(tǒng)滅火設(shè)備（如云梯車）難以抵達(dá)高層建筑的頂部或深處，而無人機(jī)具備的飛行能力能解決這一難題。無人機(jī)可以飛到高層建筑的任意高度，快速抵達(dá)火源附近，提供火情信息，甚至直接執(zhí)行滅火任務(wù)。特別是在火災(zāi)初期，使用攜帶的滅火設(shè)備或滅火彈進(jìn)行初步撲滅，防止火勢進(jìn)一步蔓延。此外，無人機(jī)可以在消防員難以進(jìn)入的垂直通道或其他難以接近的區(qū)域，進(jìn)行有效的滅火支援。尤其是在外部設(shè)備無法到達(dá)的情況下，無人機(jī)能迅速響應(yīng)，成為撲救行動(dòng)的有效補(bǔ)充。

二、無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)中的應(yīng)用

（一）偵察及搜索

在火災(zāi)初期，無人機(jī)可以預(yù)設(shè)飛行路徑，繞過煙霧濃重或火焰阻擋的區(qū)域，抵達(dá)高層建筑的頂部或外部的危險(xiǎn)區(qū)域。通過熱成像，操控員可以穿透煙霧，清晰地看到火源和高溫區(qū)域，進(jìn)而協(xié)助消防指揮中心制定撲救策略。同時(shí)，無人機(jī)的激光雷達(dá)LiDAR等多傳感器設(shè)備，可以生成三維建筑模型，幫助消防員快速了解建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是被煙霧或火焰封堵的區(qū)域。通過偵察獲取的數(shù)據(jù)會(huì)支持指揮系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新火勢蔓延動(dòng)態(tài)，輔助相關(guān)撲救決策的制定。

（二）信息傳輸

在高層火災(zāi)救援中，無人機(jī)可以作為臨時(shí)的通信中繼站，保持指揮中心與前線救援人員的通信暢通。即使建筑物內(nèi)的通信系統(tǒng)受損，無人機(jī)也可以借助其飛行高度和覆蓋范圍，確保消防隊(duì)和指揮部之間保持良好的數(shù)據(jù)傳輸和語音通信。此外，操作員可以將無人機(jī)部署到通信盲區(qū)或信號(hào)覆蓋不到的地方，作為移動(dòng)通信基站，確保火災(zāi)撲救過程中信息傳遞的連續(xù)性。在撲救中，可以通過無人機(jī)搭載無線信號(hào)增強(qiáng)裝置的方式，快速建立通信鏈路，保障前后方的高效協(xié)作。

（三）疏散提示

在火災(zāi)撲救中，無人機(jī)可以在建筑外部或室內(nèi)的疏散通道區(qū)域飛行，并利用裝載的揚(yáng)聲器和顯示設(shè)備提供清晰的語音和視覺提示，指導(dǎo)被困者進(jìn)行逃生。當(dāng)指揮中心發(fā)現(xiàn)某條逃生路線被封鎖時(shí)，操作員也可以通過無人機(jī)快速廣播新的疏散路線，并調(diào)整無人機(jī)的飛行路線，引導(dǎo)被困者向安全方向移動(dòng)。此外，無人機(jī)搭載的傳感器可以監(jiān)測通道內(nèi)的溫度和煙霧擴(kuò)散情況，并將相關(guān)信息反饋給地面指揮中心。指揮中心可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，更新疏散方案，確保提示信息的有效性。

（四）人員搜索

在搜索被困人員過程中，無人機(jī)可以從建筑外部或內(nèi)部進(jìn)行飛行巡邏，使用熱成像儀快速掃描區(qū)域，捕捉人體發(fā)出的熱量，即使在濃煙遮擋的環(huán)境下，依然可準(zhǔn)確識(shí)別被困者的位置。其中，AI圖像識(shí)別技術(shù)可以實(shí)時(shí)分析視頻流，當(dāng)檢測到疑似人員的輪廓時(shí)，自動(dòng)標(biāo)記并反饋給指揮中心。此外，無人機(jī)還具有自動(dòng)巡航和實(shí)時(shí)反饋功能。操作員可以設(shè)定無人機(jī)沿著建筑外墻或樓層內(nèi)部按既定路徑飛行，在沒有人工干預(yù)的情況下，對整個(gè)建筑的不同區(qū)域進(jìn)行連續(xù)搜索，并將搜索的信息反饋給指揮中心，協(xié)助派遣救援隊(duì)到達(dá)具體位置進(jìn)行搜救。

（五）火場照明

在撲救過程中，操作員可以通過遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，控制無人機(jī)飛到指定區(qū)域，為救援人員提供定向照明或在外部建筑表面提供廣泛的泛光照明。無人機(jī)能懸停在空中，靈活調(diào)整角度和亮度，確保照明與地面行動(dòng)相配合。在夜間作業(yè)時(shí)，無人機(jī)可以與夜視設(shè)備結(jié)合，增強(qiáng)對黑暗區(qū)域的監(jiān)控效果。此外，操作員可以根據(jù)現(xiàn)場情況，隨時(shí)調(diào)整無人機(jī)的位置和照明模式，滿足作業(yè)中不同的照明需求。

（六）火災(zāi)控制

在火災(zāi)撲救中，無人機(jī)可以搭載滅火彈等輕型滅火設(shè)備，通過預(yù)定的飛行路徑抵達(dá)高層火源上方，并進(jìn)行精準(zhǔn)投放。借助此種方法，在火勢較小或火情剛剛擴(kuò)散時(shí)，操作員可以通過無人機(jī)進(jìn)行局部滅火，防止火源擴(kuò)大。在消防員無法及時(shí)到達(dá)的區(qū)域，無人機(jī)也可以提供先期滅火支持，為地面救援贏得時(shí)間。同時(shí)，部分無人機(jī)還配備小型滅火噴灑裝置，能夠通過噴灑干粉或泡沫進(jìn)行滅火操作，可以較好地控制難以觸及區(qū)域的火勢。

（七）物資投放

在火災(zāi)撲救中，操作員可以遠(yuǎn)程設(shè)定無人機(jī)的飛行路徑，將特定物資精確投遞到被困人員所在的陽臺(tái)、窗戶或屋頂。此外，無人機(jī)還可以在狹窄空間中靈活飛行，避開煙霧和火焰，將物資直接送達(dá)。這種高效的物資運(yùn)送方式能在救援隊(duì)伍到達(dá)前，為被困者提供重要支持。

三、高層建筑火災(zāi)撲救中無人機(jī)應(yīng)用需要注意的問題

（一）關(guān)注無人機(jī)荷載

在應(yīng)用無人機(jī)時(shí)，需關(guān)注其荷載。載荷能力不足可能會(huì)影響任務(wù)的進(jìn)展。無人機(jī)載荷有限，特別是多旋翼無人機(jī)，當(dāng)搭載熱成像設(shè)備、照明燈、滅火裝置等任務(wù)設(shè)備時(shí)，可能會(huì)超出其承載能力，從而限制其執(zhí)行多種任務(wù)。一次任務(wù)中通常只能選擇一種或少量設(shè)備，這也使得無人機(jī)的荷載面臨較大的挑戰(zhàn)。對于此種情況，應(yīng)根據(jù)任務(wù)需求，選擇載荷能力較強(qiáng)的無人機(jī)型號(hào)或使用混合動(dòng)力無人機(jī)來支持多樣性的任務(wù)。此外，可以考慮任務(wù)分配策略，利用多臺(tái)無人機(jī)分別執(zhí)行特定任務(wù)，如一臺(tái)負(fù)責(zé)偵察，另一臺(tái)負(fù)責(zé)滅火。同時(shí)，載荷增加可能會(huì)影響飛行時(shí)間和續(xù)航能力。載荷越大，無人機(jī)的電池消耗越快，飛行時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少，這可能導(dǎo)致無人機(jī)在關(guān)鍵任務(wù)中因電池耗盡而中斷工作，影響救援進(jìn)度。因此，在撲救中，可以使用高容量電池的無人機(jī)或在任務(wù)中輪換多架無人機(jī)來延長持續(xù)作業(yè)時(shí)間。此外，還可以減少非必要的載荷，并合理配置任務(wù)設(shè)備，優(yōu)化無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間。

（二）注意飛行條件方面的限制

高層火災(zāi)撲救中的飛行環(huán)境復(fù)雜多變，高溫、煙霧、強(qiáng)風(fēng)等因素都會(huì)影響無人機(jī)的飛行性能和穩(wěn)定性。這些惡劣條件可能削弱無人機(jī)的執(zhí)行能力，甚至造成設(shè)備損壞。因此，在應(yīng)用無人機(jī)時(shí)，要對其飛行條件進(jìn)行監(jiān)測。一方面，注意高溫和煙霧對無人機(jī)的影響。通常情況下，高層建筑火災(zāi)現(xiàn)場的溫度極高，尤其是靠近火源的區(qū)域，高溫可能導(dǎo)致無人機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備過熱，影響飛行控制和數(shù)據(jù)傳輸。此外，濃密的煙霧不僅影響無人機(jī)的攝像頭視野，還可能損傷敏感電子元件。對此，要選擇具備更高耐熱性的無人機(jī)設(shè)備或進(jìn)行專門的防火隔熱改造。在任務(wù)執(zhí)行中，要注意避免無人機(jī)長時(shí)間接近高溫區(qū)域，同時(shí)利用熱成像和紅外技術(shù)穿透煙霧，提升作業(yè)安全性和效率。另一方面，注意強(qiáng)風(fēng)環(huán)境可能影響飛行的穩(wěn)定性。在高層建筑火災(zāi)中，尤其是建筑外部或開放區(qū)域，強(qiáng)風(fēng)可能導(dǎo)致無人機(jī)難以保持穩(wěn)定飛行，增加任務(wù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)力過大會(huì)削弱無人機(jī)的精準(zhǔn)控制，導(dǎo)致設(shè)備無法正確投放或無法完成任務(wù)。對于此種情況，應(yīng)選用具備六旋翼或八旋翼的無人機(jī)等抗風(fēng)能力較強(qiáng)的無人機(jī)型號(hào)。同時(shí)，操作員應(yīng)根據(jù)實(shí)時(shí)風(fēng)速，調(diào)整飛行高度和路線，盡量在建筑物的相對屏蔽區(qū)域操作無人機(jī)。

（三）進(jìn)行規(guī)范操作

在高層建筑火災(zāi)撲救中，特別是在狹窄空間、動(dòng)態(tài)變化的火場中，無人機(jī)的操作難度較大，如操作不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)失控、數(shù)據(jù)丟失或任務(wù)失敗。因此，要進(jìn)行規(guī)范操作。首先，注意復(fù)雜環(huán)境中的精準(zhǔn)操控。高層建筑火場環(huán)境復(fù)雜，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能封閉或狹窄，傳統(tǒng)遙控設(shè)備在建筑內(nèi)部操作無人機(jī)時(shí)會(huì)受到信號(hào)干擾或遮擋，導(dǎo)致無人機(jī)反應(yīng)遲鈍或操作不準(zhǔn)確。在這種情況下，通常要使用具有較強(qiáng)抗干擾和自動(dòng)避障功能的無人機(jī)。這要求操作員應(yīng)掌握在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行精細(xì)操控的技巧，并掌握自動(dòng)飛行模式（如自動(dòng)懸停、自動(dòng)返航）的實(shí)際操作。此外，防范長時(shí)間遠(yuǎn)程操控可能出現(xiàn)的疲勞。無人機(jī)在執(zhí)行火場偵察或監(jiān)控時(shí)，操作員需要長時(shí)間保持高度集中進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。長時(shí)間的操作會(huì)導(dǎo)致操作員的注意力下降，增加失誤風(fēng)險(xiǎn)。因此，在撲救中，應(yīng)配備自動(dòng)化程度較高的無人機(jī)，減少對操作員的持續(xù)操作要求。例如，使用自動(dòng)巡航、預(yù)設(shè)飛行路徑或自動(dòng)懸停功能，讓無人機(jī)在部分任務(wù)中自主飛行，從而減輕操作員的操作負(fù)擔(dān)。

結(jié)語

高層建筑火災(zāi)撲救是具有較高難度的消防救援任務(wù)。這類火災(zāi)蔓延速度快、人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)高，火場情況更復(fù)雜。在應(yīng)對這些挑戰(zhàn)時(shí)，無人機(jī)表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在響應(yīng)速度快、可代替人工作業(yè)、應(yīng)對復(fù)雜火場能力強(qiáng)以及可擴(kuò)大覆蓋范圍。目前，在高層火災(zāi)撲救中，無人機(jī)在偵察、搜索、信息傳輸、疏散提示、人員搜索、火場照明、火災(zāi)控制、物資投放等方面得到了較好的應(yīng)用。然而，考慮到無人機(jī)的應(yīng)用方法和場景，在實(shí)際火災(zāi)撲救中，應(yīng)關(guān)注無人機(jī)的荷載以及飛行方面的限制性條件，并確保操作員能規(guī)范、科學(xué)地進(jìn)行操作。

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