無人機(jī)在高層建筑消防滅火救援中的應(yīng)用研究

摘" 要：高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，現(xiàn)有裝備存在高度夠不著、受地理環(huán)境影響展不開、高空作業(yè)環(huán)境打不準(zhǔn)等不利因素，容易貽誤滅火救援戰(zhàn)機(jī)。無人機(jī)作為新興技術(shù)，在高層建筑火災(zāi)火情偵測、滅火救援、應(yīng)急疏散等方面具有顯著優(yōu)勢?；诖?，[A1]"梳理無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)中的應(yīng)用，分析無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)滅火救援中存在的問題，以期為無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)中的廣泛應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)"" 高層建筑"" 消防滅火救援"" 消防安全管理

中圖分類號：TU998.1

Research on the Application of DronesUAV in Firefighting and Rescue in High-Rrise Buildings

ZHAO Chengcheng

School of Architectural Engineering， ， Hubei Industrial Polytechnic， ，Shiyan， ，Hubei Province， 442000 China

Abstract： ：After a fire breaks out in a high-rise building， ， existing equipment faces disadvantages such as being unable to reach the height， being affected by the geographical environment， and inaccurate high-altitude operation environmentinsufficient height， inability to deploy due to geographical constraints， and difficulty in accurately performing tasks at high altitudes，， which can easily delay the "opportunity for firefighting and rescue aircraftoperations. As an emerging technology，， dronesUAV haves significant advantages in high-rise building aspects such as fire detection，， firefighting and rescue，， and emergency evacuation ， and other aspectsin high-rise building fires. Based on this， this paper summarizesby combing through the application of dronesUAV in high-rise building fires， analyzing analyzes the problems of drones in firefightingexisting in the fire extinguishing and rescue of high-rise building fires by UAV， it is expected to provide a reference for the widespread application of drones in high-rise building fires.

Key Wwords： ：DronesUnmanned Aerial Vehicle; High-rise buildings; Firefighting and rescue; ；Fire safety management

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)水平的快速提升，高層建筑的體量不斷增大、功能愈加復(fù)雜。據(jù)國家消防救援局統(tǒng)計(jì)，全國的高層建筑火災(zāi)呈逐年上升趨勢，與其他各類建筑火災(zāi)相比，傷亡風(fēng)險(xiǎn)較高、財(cái)產(chǎn)損失更大。特別是早期的高層建筑，消防、電路、水路等設(shè)備老化，火災(zāi)隱患更多。傳統(tǒng)的消防救援技術(shù)難以應(yīng)對高層建筑火災(zāi)這樣的世界性救援難題，促使業(yè)內(nèi)不斷開展新型救援技術(shù)與裝備的研發(fā)和應(yīng)用。近年來，無人機(jī)憑借其靈活度高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)[[1]]，在消防救援領(lǐng)域中逐漸顯露頭角，對解決高層建筑消防滅火救援難題、促進(jìn)“智慧消防”進(jìn)一步發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

1" 高層建筑消防滅火救援現(xiàn)狀及存在的問題

1.1" 高層建筑火災(zāi)的特點(diǎn)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市人口密度的增加，使人們對高層建筑的功能要求不斷提高。此類建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、人員密集度高、易燃可燃材料多，加之各功能分區(qū)的業(yè)主及管理者不同，造成消防安全管理水平參差不齊、火災(zāi)隱患較大。研究發(fā)現(xiàn)，一座高度為 100 m 的建筑（約30 層），在無阻擋的情況下，煙氣順豎向管井?dāng)U散至頂層只需要 30 s[[2]]，在短時(shí)間內(nèi)即可引燃整棟建筑，使以樓梯為主要疏散通道的高層建筑內(nèi)部人員疏散難度增大、時(shí)長增加。人員在恐慌、趨光、從眾、沖動(dòng)等心理特征下，難以冷靜應(yīng)對形勢并做出逃離決策[[3]]。隨著火勢的持續(xù)，煙氣濃度不斷增大，使高層建筑火災(zāi)的防控和應(yīng)對工作面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

1.2" 高層建筑傳統(tǒng)消防救援存在的問題

1.2.1" 消防設(shè)備設(shè)施限制多

[A2]"消防設(shè)備設(shè)施主要分為疏散避難、火災(zāi)預(yù)防、主動(dòng)滅火、消防救援四大類。一些高層建筑存在消防設(shè)備設(shè)施配備不齊全、功能不完整、質(zhì)量不合格、維護(hù)不到位等情況，比如常見的疏散通道被堵塞或侵占、安全指示標(biāo)志不明確、滅火設(shè)備因缺乏保養(yǎng)而無法正常使用，都可能影響起火高層建筑內(nèi)部逃生和滅火的效率。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，很難內(nèi)攻滅火救援。目前，撲滅高層建筑火災(zāi)使用的移動(dòng)消防裝備主要是舉高消防車，其舉高能力一般在60 m以下，更高的舉高消防車造價(jià)非常昂貴，難以大范圍列裝[[4]]。同時(shí)，受周邊場地環(huán)境限制，消防云梯車的實(shí)際作業(yè)高度并不能達(dá)到理論值，消防供水能力也不足，增加了高層建筑外部滅火救援的難度。

1.2.2" 消防救援人員風(fēng)險(xiǎn)高

[A3]"如果高層建筑火災(zāi)發(fā)生位置位于消防云梯車工作范圍之外，則難以從外部直接撲滅。傳統(tǒng)的消防救援措施就是消防員進(jìn)入起火建筑內(nèi)部，開展人員疏散和滅火行動(dòng)。建筑內(nèi)的高溫濃煙環(huán)境，很大程度影響了消防員的行動(dòng)和視野。同時(shí)，火災(zāi)可能導(dǎo)致?；沸孤a(chǎn)生有毒煙霧和氣體，甚至引發(fā)二次爆炸。如果梁柱等承重構(gòu)件因炙烤或沖擊導(dǎo)致?lián)p傷，則極易發(fā)生坍塌。此外，救援設(shè)備故障、信息獲取不暢、現(xiàn)場指揮能力不足等，都可能將消防員置于危險(xiǎn)境地。

1.2.3" 精準(zhǔn)火情偵察困難多

火災(zāi)中，快速精準(zhǔn)地掌握事故現(xiàn)場和被困人員等信息，對于制訂[A5]"有效的滅火救援計(jì)劃至關(guān)重要。傳統(tǒng)消防主要依靠報(bào)警系統(tǒng)和人工勘[A6]"查進(jìn)行火情偵察。建筑在高溫炙烤下，可能會(huì)導(dǎo)致報(bào)警系統(tǒng)溫度過高、傳感器靈敏度下降等問題，造成報(bào)警系統(tǒng)失效甚至破壞的情況。而火災(zāi)現(xiàn)場能見度較低、火情變化迅速，消防員身負(fù)救援偵測設(shè)備，行動(dòng)受到一定限制，無法準(zhǔn)確獲取實(shí)時(shí)全面的火情信息。在面對高層建筑火災(zāi)這樣的復(fù)雜場景時(shí)，傳統(tǒng)火情偵察存在諸多局限。

1.2.4" 指揮決策調(diào)度難度大

面對瞬息萬變的高層建筑火災(zāi)，指揮員需要根據(jù)具體情況迅速做出決策，以便盡快盡早安排部署消防員遏制火情疏散人員。然而，由于高層建筑起火后內(nèi)部情況復(fù)雜，建筑物自身的遮蔽和火區(qū)高溫的影響也會(huì)干擾傳統(tǒng)通信設(shè)備的效果，使指揮員不能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取火情信息。傳統(tǒng)指揮方法對火災(zāi)態(tài)勢研判和輔助決策手段不足，無法對策略及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。此外，被困人員面對火災(zāi)時(shí)慌忙求生，極容易出現(xiàn)秩序混亂、通道阻塞、盲目逃竄的情況，進(jìn)一步增加了現(xiàn)場指揮的難度。

2" 無人機(jī)在高層建筑消防救援中的優(yōu)勢

近年來，無人機(jī)在消防救援行動(dòng)中的應(yīng)用日益廣泛，提高了救援效率，降低了救援風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)新了救援機(jī)制，能有效地解決高層建筑[A8]"傳統(tǒng)消防救援難的問題，展現(xiàn)出巨大潛力。

2.1" 提高救援效率

高層建筑火災(zāi)受限于傳統(tǒng)云梯高度和水槍射程，一直是消防工作的難點(diǎn)。目前，我國自主研發(fā)的消防滅火無人機(jī)可以到達(dá)千米滅火高度，不受地面條件和樓層高度的限制，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)備的空白。接警后，無人機(jī)可以先于消防車抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，第一時(shí)間收集相關(guān)信息，為消防指揮中心提供決策依據(jù)。不同 階段和部位的高層建筑火災(zāi)處置方法不同，建議根據(jù)實(shí)際火災(zāi)情形選擇科學(xué)的滅火手段及應(yīng)用參數(shù)[[5]]?；馂?zāi)的早期發(fā)現(xiàn)與控制至關(guān)重要，極有可能盡早將火災(zāi)消滅，是減少火災(zāi)損失和避免人員傷亡的關(guān)鍵。無人機(jī)快速到達(dá)高度較高的起火樓層，不懼高溫濃煙和有毒氣體，精準(zhǔn)探測火源，準(zhǔn)確定位被困人員，對不同類型的火災(zāi)適應(yīng)性較強(qiáng)。還能攜帶各類滅火救援裝備，為消防員和被困人員提供幫助，進(jìn)一步提高消防救援效率。

2.2" 降低救援風(fēng)險(xiǎn)

高層建筑火災(zāi)救援中，消防員和被困人員面臨著高溫火焰、濃煙毒氣、意外爆炸、建筑坍塌、失足墜落等高危風(fēng)險(xiǎn)。消防用無人機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，能夠承受200～1 000 ℃[A9]"的高溫，代替消防員進(jìn)入火場，大大減小了救援人員直面風(fēng)險(xiǎn)的可能。面對高層建筑火災(zāi)的復(fù)雜性和危害性，無人機(jī)上搭載的偵察、照明、喊話等設(shè)備，更是為消防員提供了強(qiáng)有力的輔助。這樣能夠確保消防滅火救援處置方案的科學(xué)性與合理性，進(jìn)而降低消防救援人員的傷亡率，提高滅火救援行動(dòng)的成功率[[6]]。

2.3" 創(chuàng)新救援機(jī)制

無人機(jī)技術(shù)在高層建筑消防滅火中的應(yīng)用，促進(jìn)了傳統(tǒng)消防救援模式的改革創(chuàng)新。無人機(jī)通過與5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等其他技術(shù)的融合，將自動(dòng)化技術(shù)與智能化技術(shù)有機(jī)連接，有效實(shí)現(xiàn)無人機(jī)部分任務(wù)的自主執(zhí)行，顯著提高了高層建筑火災(zāi)現(xiàn)場偵察、指揮調(diào)度、滅火救援的效率。無人機(jī)在作[A10]"業(yè)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場情況搭載的各類輔助設(shè)備，也為高效工作提供了有力支持。同時(shí)，無人機(jī)還能與其他無人化裝備協(xié)同工作，揚(yáng)長補(bǔ)短提高效率。

3" 無人機(jī)在高層建筑消防救援中的應(yīng)用

3.1" 無人機(jī)偵察與火情監(jiān)測

無人機(jī)可搭載多種設(shè)備，并能根據(jù)救援需要更換輔助設(shè)備。高清攝像頭能夠提供清晰的火災(zāi)現(xiàn)場圖像，并通過圖傳技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸至地面指揮中心。紅外夜視儀即使在濃煙環(huán)繞、夜間照明不足等情況下，也可以偵察到火源、被困人員等。熱成像儀則能夠監(jiān)測火場溫度變化情況，為滅火方案的制訂[A11]"提供依據(jù)。通過對無人機(jī)外業(yè)所獲數(shù)據(jù)的處理加工，可以生成起火建筑的三維實(shí)景模型[[7]]，直觀展現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場情況，幫助指揮人員分析火災(zāi)成因、科學(xué)制訂滅火救援方案、評估火災(zāi)損失。

3.2" 無人機(jī)輔助疏散與救援

無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)疏散與救援中也具有顯著優(yōu)勢。無人機(jī)搭載照明設(shè)備，可以改善現(xiàn)場光照條件，為消防員和被困人員提供必要照明，保障安全。無人機(jī)搭載語音廣播功能，可以在高空進(jìn)行“喊話”，有效[A12]"地開展指揮疏散工作，特別是對突發(fā)情況警示、被困人員逃生指引有顯著效果。為防止高層建筑局部出現(xiàn)信號中斷或通[A13]"信困難的情況，可以將無人機(jī)作為通信中繼平臺(tái)，保持救援中的信息暢通。無人機(jī)還可以攜帶空中安全繩、救生繩等，幫助被困人員逃生。同時(shí)，無人機(jī)支持物資補(bǔ)給，提高后勤保障效能。

3.3" 無人機(jī)滅火技術(shù)

當(dāng)普通消防車面對高層建筑火災(zāi)束手無策時(shí)，無人機(jī)可以攜帶裝有一定量滅火劑和驅(qū)動(dòng)氣體的滅火裝置，飛至起火部位上空并對準(zhǔn)起火點(diǎn)，在遠(yuǎn)程控制下開啟裝置，迫使驅(qū)動(dòng)氣體將滅火劑噴出，在物理和化學(xué)雙重作用下，快速控制火勢，整個(gè)過程避免消防救援人員直接暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中，確保了人員安全。當(dāng)無人機(jī)因建筑物阻隔無法直接撲滅火源時(shí)，就需要攜帶裝填了滅火劑的滅火彈，通過精準(zhǔn)發(fā)射達(dá)到破窗和滅火的目的。無人機(jī)還可以搭載消防水帶進(jìn)行高空噴水滅火作業(yè)。

3.4" 無人機(jī)與其他救援設(shè)備的協(xié)同作業(yè)

為解決無人機(jī)在高層建筑消防救援方面存在的載荷能力有限、續(xù)航時(shí)間短、抗風(fēng)能力差問題，業(yè)界將無人機(jī)與其他設(shè)備組合進(jìn)行聯(lián)合救援，以提高其適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力。例如：無人機(jī)與救援機(jī)器人通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和指令傳遞，實(shí)現(xiàn)空地協(xié)同作業(yè)。消防無人機(jī)通過系留線纜與消防車進(jìn)行連接，消防車可以不間斷[A14]"地為無人機(jī)提供電力和滅火劑的供應(yīng)。同時(shí)，消防車上配備多種先進(jìn)的軟硬件設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)、直觀[A15]"地監(jiān)測無人機(jī)及消防車情況，輔助指揮中心處理各類問題。

4" 無人機(jī)技術(shù)在高層建筑消防救援中的挑戰(zhàn)

雖然無人機(jī)在高層建筑消防救援中具有顯著優(yōu)勢，但仍處于發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用還需要進(jìn)一步提升。無人機(jī)的續(xù)航和載荷能力不足問題，現(xiàn)階段仍然十分突出。即使出動(dòng)了系留無人機(jī)高層滅火消防車，面對較大火勢時(shí)，也難以避免出現(xiàn)需要起降更換電池和滅火劑的情況。況且此類消防車造價(jià)較高，尚未在國內(nèi)全面普及。其次，無人機(jī)在進(jìn)行高層建筑滅火作業(yè)[A16]"時(shí)，受風(fēng)力、氣壓、光照因素的影響，可能出現(xiàn)行不穩(wěn)定的情況，進(jìn)而影響拍攝效果、定位精度和投擲準(zhǔn)確性。因此，提高無人機(jī)制造技術(shù)與水平，是無人機(jī)在高層建筑消防救援中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

5" 結(jié)語

在現(xiàn)階段高層建筑火災(zāi)消防救援中，積極推廣應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)，可以為指揮中心科學(xué)制訂[A17]"救援方案提供有效信息和技術(shù)支持，能夠明顯降低救援風(fēng)險(xiǎn)、提高救援效率。當(dāng)然，無人機(jī)在消防救援中也面臨技術(shù)、人才等方面的問題。解決這些問題，還需要相關(guān)政策、法律法規(guī)、技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)等多方面的支持，才能進(jìn)一步完善無人機(jī)技術(shù)，讓其在火災(zāi)救援中發(fā)揮最大的效益。

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