舉高噴射消防車滅火應(yīng)用技術(shù)研究

姜連瑞，黃龍凱，曹 鏐，劉 靜

(1.武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000；2.沈陽市消防支隊，遼寧 沈陽 110021；3.曲靖市消防支隊，云南 曲靖 655000)

舉高噴射消防車滅火應(yīng)用技術(shù)研究

姜連瑞1，黃龍凱2，曹 鏐3，劉 靜1

(1.武警學(xué)院 消防指揮系，河北 廊坊 065000；2.沈陽市消防支隊，遼寧 沈陽 110021；3.曲靖市消防支隊，云南 曲靖 655000)

隨著舉高噴射消防車在公安消防部隊大量配備，如何最大限度地發(fā)揮其作戰(zhàn)效能，已經(jīng)成為一個迫在眉睫的問題。從研究舉高噴射消防車結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合舉高噴射消防車在滅火中使用現(xiàn)狀分析，找出其在滅火中存在的問題。通過定量分析，提出舉高噴射消防車在火場撲救中偵察、破拆、排煙、滅火等應(yīng)用技術(shù)，拓展舉高噴射消防車使用范圍和應(yīng)用功能，對指導(dǎo)公安消防部隊用舉高噴射消防車撲救火災(zāi)具有現(xiàn)實意義。

消防；裝備；舉高噴射消防車；滅火；應(yīng)用

目前，公安消防部隊配備了大量新裝備，有些裝備沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作戰(zhàn)效能，原因之一是生產(chǎn)者與使用者脫節(jié)，基本的功能發(fā)揮不夠，原因之二是使用者沒有充分拓展其潛在的應(yīng)用功能，舉高噴射消防車的使用就是這樣典型的例子，現(xiàn)在我們以其為例進行研究。

1 舉高噴射消防車性能概述

舉高噴射消防車作為消防部隊的主戰(zhàn)車輛之一，為消防部隊撲救高層建筑火災(zāi)、石油化工裝置區(qū)火災(zāi)以及油罐區(qū)火災(zāi)等提供了新的技術(shù)手段，對提高消防部隊滅火救援能力發(fā)揮了重要的作用。

舉高噴射消防車與其他消防車相比具有滅火高度高、戰(zhàn)斗幅度范圍大的優(yōu)點。舉高噴射消防車有無液壓支腿、無帶水泵系統(tǒng)、無帶水液罐等不同結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用具有廣泛性，國內(nèi)外對其設(shè)計亦更加深入、細(xì)致、具體，控制技術(shù)集成化、智能化，圖形顯示數(shù)字化，破拆、成像等技術(shù)也在研發(fā)應(yīng)用中[1-3]。

2 舉高噴射消防車的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

通過對舉高噴射消防車結(jié)構(gòu)和性能研究，結(jié)合大量實戰(zhàn)案例分析，發(fā)現(xiàn)舉高噴射消防車在撲救高層建筑、石油化工火災(zāi)中可以發(fā)揮更好的作用。但由于有的指戰(zhàn)員對舉高噴射消防車性能缺乏了解，在應(yīng)用其撲救各類火災(zāi)時，沒能充分發(fā)揮其最大效能[4]。

2.1 舉高噴射消防車在實戰(zhàn)中應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，舉高噴射消防車在各類火災(zāi)的撲救中應(yīng)用越來越廣，隨之而來也暴露出一些問題。

2.1.1 在高層建筑火災(zāi)的撲救中，舉高噴射消防車到達現(xiàn)場后，由于其舉升高度達不到著火區(qū)域、大樓上空有電線和其它阻擋物或場地設(shè)置不適宜等各種原因，致使舉高噴射消防車無法靠近起火部位進行滅火。

2.1.2 舉高噴射消防車的戰(zhàn)術(shù)性能沒能完全發(fā)揮出來。在部分地區(qū)，由于一些指揮員對舉高噴射消防車的性能了解不夠，不能充分發(fā)揮其戰(zhàn)術(shù)性能，從而延誤戰(zhàn)機，甚至造成了嚴(yán)重的后果。例如，舉高噴射消防車應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同噴射方式來應(yīng)對不同的火災(zāi)現(xiàn)場；利用舉高噴射消防車的高壓水流和機械臂可以進行破拆排煙等等。

2.1.3 與其他消防車輛在火場的編成不合理。在大型火災(zāi)現(xiàn)場，各種類型的消防車輛較多，但很多時候供水車輛沒能與舉高噴射消防車合理編成形成戰(zhàn)斗力，導(dǎo)致火場滅火效率下降。

2.2 作業(yè)限制條件分析

建筑火災(zāi)現(xiàn)場情況復(fù)雜，周圍的消防通道常常被占用，加之舉高噴射消防車作業(yè)條件要求高，所以其到場作戰(zhàn)時，由于沒有作業(yè)空間導(dǎo)致無法實施作業(yè)等現(xiàn)象。通過對多起建筑火災(zāi)案例分析，結(jié)合消防部隊配備各類舉高噴射消防車的性能特點，舉高噴射消防車進行舉高滅火作業(yè)時應(yīng)滿足以下條件。

2.2.1 舉高作業(yè)場地必須為硬質(zhì)，地面所能承受荷載應(yīng)滿足相應(yīng)車輛的工作要求，如場地下方設(shè)有地下室，則其地下室與地面之間應(yīng)按車輛的荷載要求設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

2.2.2 舉高作業(yè)場地應(yīng)設(shè)置在建筑工程用地范圍之內(nèi)，避開市政管線、道路、綠化帶，安全作業(yè)范圍內(nèi)不得有高壓電線，支腿下面應(yīng)避開化糞池、暖氣、水管、煤氣、電纜等暗溝和不堅固的地下建筑物[5]。

2.2.3 舉高作業(yè)地面應(yīng)平整，作業(yè)范圍內(nèi)不應(yīng)有較大的高度差，車輛舉升過程中在保持穩(wěn)定的情況下能夠迅速展開支撐角，作業(yè)場地上空及其與舉高面之間的場地上空及周圍不宜有架空管線、路燈、高大的樹木、地下及人防工程車庫出入口等障礙物。

2.2.4 建筑周圍環(huán)形消防車道應(yīng)滿足車輛的通行要求，坡度不應(yīng)超過10%，為防止積水也不可小于0.5%，消防車道盡頭應(yīng)設(shè)有回車道式回車場，回車場面積一般不小于15 m×15 m，大型車輛的回車場地不應(yīng)小于18 m×18 m[6]。

3 舉高噴射消防車的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

3.1 類型火災(zāi)撲救技術(shù)

3.1.1 高層建筑火災(zāi)

通過對遼寧沈陽“2·3”皇朝萬鑫酒店、上?！?1·15”靜安區(qū)膠州路公寓、新疆烏魯木齊“1·2”德匯國際廣場等高層火災(zāi)案例進行分析，可以發(fā)現(xiàn)高層建筑火災(zāi)具有火勢和煙霧蔓延速度快、人員密度大，疏散途徑少、登高途徑少，戰(zhàn)斗展開困難等特點。

3.1.1.1 并排阻截法。在高層建筑火災(zāi)中，內(nèi)外夾攻是行之有效的戰(zhàn)術(shù)，為了配合內(nèi)攻，一般要在外部組織舉高噴射消防車壓制火勢。在皇朝萬鑫大廈火災(zāi)撲救案例中，指揮部部署3輛舉高噴射消防車在B座南側(cè)，利用水炮強行壓制火勢，對內(nèi)攻人員進行掩護。研究影像資料發(fā)現(xiàn)，3輛舉高噴射消防車呈并排布置，且舉升高度一致，這樣布置是舉高噴射消防車的一種典型戰(zhàn)法，即平行堵截法。高層建筑火災(zāi)，一旦火勢突破建筑外殼就會很快進入發(fā)展階段，此時必須根據(jù)火場具體情況和車輛情況，選擇適合的高度將舉高噴射消防車并排布置，形成一道防線，阻斷上、下層之間火勢蔓延，壓制下層火勢，使上層火勢形單影只，為內(nèi)部被困人員提供保護，為消防員內(nèi)攻近戰(zhàn)創(chuàng)造條件。

3.1.1.2 梯次阻截法。2010年11月15日14時15分，位于上海市靜安區(qū)膠州路728號正在進行改造的高層公寓發(fā)生火災(zāi)。上海市應(yīng)急聯(lián)動中心接到報警后迅速調(diào)集消防力量趕赴現(xiàn)場，經(jīng)全力撲救，火勢于18時30分基本被撲滅，營救疏散居民160余人，保護了東西兩側(cè)的居民樓。通過分析此火災(zāi)案例，得出另一種舉高噴射消防車應(yīng)用戰(zhàn)法，縱向堵截法。在大樓外部，火場指揮部組織到場的舉高噴射消防車分別在余姚路、膠州路及南側(cè)建筑工地?？浚⒔M織配套供水，在起火大樓外部將舉高噴射消防車縱向配置編組戰(zhàn)斗。

經(jīng)過對32～72 m各類型舉高噴射消防車技術(shù)參數(shù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：其射程一般在65～95 m，炮頭的上下擺動范圍一般在70°～90°、水平擺角一般在125°～150°，車的水平回轉(zhuǎn)角度均為360°。在應(yīng)用縱向堵截法時，炮頭與著火建筑的距離與霧化角的關(guān)系如表1所示，滅火時應(yīng)從上至下全面壓制打擊火勢，同時冷卻鋼管腳手架，防止其局部或整體倒塌造成次生災(zāi)害。

表1 舉高噴射消防車水炮使用技術(shù)參數(shù)

3.1.2 石油化工裝置火災(zāi)

通過對上?！?·23”浦東新區(qū)中石化分公司煉油廠、廣東惠州“7·11”大亞灣中海油惠州煉化分公司、山東東營“6·16”墾利石化總廠等火災(zāi)案例的研究分析，可以歸納出石油化工裝置火災(zāi)具有：爆炸危險性大、燃燒面積大、燃燒速度快、易形成立體火災(zāi)、作戰(zhàn)難度大、參戰(zhàn)力量多等特點。

3.1.2.1 俯視噴射法。舉高噴射消防車、大功率水罐車編成，從火場的局部戰(zhàn)況分析：舉高噴射消防車在遠(yuǎn)距離高空射水壓制火勢，大功率水罐車用車載炮打擊火勢，普通水罐車出水槍陣地和移動炮控制裝置下部火勢和地面流淌火；從火場全局綜合分析：這是一種立體圍殲戰(zhàn)術(shù)，在四周全部布置力量，高噴炮、車載炮、移動炮從高到低層層布防，相互配合，全方位壓制打擊火勢。

3.1.2.2 聯(lián)用噴射法。舉高噴射消防車撲救石化裝置火災(zāi)另一項新技術(shù)，即多劑聯(lián)用舉高噴射。此項技術(shù)的突出特點是在臂架頂端復(fù)合炮上安裝有兩個獨立的噴射口，使舉高噴射消防車能夠舉高噴射水、干粉和泡沫滅火劑，起到一車多能的效果。此項技術(shù)的應(yīng)用需注意以下幾點：

3.1.2.2.1 遠(yuǎn)程噴射干粉。外圍高壓霧狀水流能夠降低火場風(fēng)勢、氣流、熱輻射等對干粉微粒的沖擊，對干粉滅火劑起到保護作用，使干粉滅火劑射程達到60 m以上，很大程度上保證了干粉滅火劑噴射的準(zhǔn)確性，提高滅火效率。

3.1.2.2.2 集中滅火劑快速噴射。同時將干粉滅火劑(大多是A、B、C類) 和高壓霧狀水流連續(xù)噴射到燃燒的固體及易燃可燃液體上方，既能充分發(fā)揮干粉滅火劑快速高效滅火的優(yōu)勢，又能夠有效冷卻燃燒表面，防止靜電積聚和復(fù)燃。

3.1.2.2.3 滅火劑噴射順序。舉高噴射消防車多劑聯(lián)用技術(shù)能夠?qū)⒏煞蹨缁饎┑目焖俑咝У臏缁鹛攸c與水、泡沫滅火劑良好的冷卻、覆蓋、防靜電積聚和防復(fù)燃功能結(jié)合起來，具有了復(fù)合性、連續(xù)性、遠(yuǎn)程性、舉高性、高效性和智能化等特點[7]。

為了彌補干粉滅火劑缺點，干粉噴射結(jié)束后，可以連續(xù)噴射大流量的水或泡沫滅火劑，消滅余火、防止復(fù)燃，將固體、液體火災(zāi)徹底撲滅。實驗證明，泡沫、干粉聯(lián)用的時間間隔是當(dāng)泡沫將火災(zāi)燃燒面積控制在70%以上，再同時噴射干粉滅火劑，此時的滅火效果最佳。泡沫、干粉聯(lián)用的最佳滅火劑供給強度為：泡沫混合液供給強度為5 L·min-1·m-2，干粉供給強度為3 kg·min-1·m-2[8]。

3.1.3 油罐火災(zāi)

撲救油罐火災(zāi)時采取冷卻措施是為了防止油罐爆炸、沸溢、噴濺或罐壁變形坍塌，同時通過冷卻降低高溫對泡沫的破壞，油面溫度小于98 ℃時，泡沫才能達到良好的滅火效果，溫度超過147 ℃時對泡沫破壞較大[9]。因此，就是要將火場溫度控制在147 ℃以下才能發(fā)揮泡沫滅火劑的窒息作用，由此看來，前期利用舉高噴射消防車對罐頂上方火勢進行壓制降溫至關(guān)重要。

對于利用舉高噴射消防車撲救油罐火災(zāi)，首先我們應(yīng)掌握每臺舉高噴射消防車控制的著火區(qū)域面積，可用下式計算：

(1)

式中,A——水炮的控制面積，m2；

ql——高噴炮出口流量，L·s-1；

q——供泡沫強度，L·s-1·m-2；

β——發(fā)泡倍數(shù)。

假設(shè)噴射泡沫流量為48L·s-1，泡沫供給強度為1.0L·s-1·m-2，發(fā)泡倍數(shù)為6.25，代入式(1)可求得控火面積：

目前我國常見的拱頂罐約為500～5 000m3，浮頂罐容積約為5 000～100 000m3，我們可根據(jù)儲油罐罐徑的不同，估算出油罐發(fā)生火災(zāi)時的著火面積，這樣就可以做到有目的的調(diào)配舉高噴射消防車參與滅火作戰(zhàn)[10]。

3.2 破拆技術(shù)

3.2.1 水力破拆

水力破拆，是考慮在建筑外部玻璃沒有被破壞的情況下，內(nèi)部發(fā)生陰燃或明火未突破外殼的火場，在到場力量形成足夠優(yōu)勢需發(fā)動總攻時，可利用高噴炮的強大沖擊力對玻璃幕墻進行破拆。

我國普通居民樓中常用的玻璃主要是一種單層4mm住宅玻璃，其機械破壞應(yīng)力為85kPa。假設(shè)利用高噴炮對玻璃進行破拆，就需要計算出水流的沖擊力。以出口流量80L·s-1，口徑64mm的水炮為例計算，出口水射流速度V0，即

通過總流伯努利推導(dǎo)公式：

(2)

式中,P——玻璃所能承受的最大壓應(yīng)力，Pa；

ρ——流體密度，kg·m-3；

V——沖碎玻璃瞬間水流速度，m·s-1。

可計算出高壓水流擊碎玻璃時臨界速度Vt，即

在不考慮風(fēng)速的情況下，水射流微團只受空氣阻力和重力(一般不考慮浮力和哥氏力)作用，采用空氣阻力與速度平方成正比的空氣阻力公式[10-13]，即

(3)

式中,F——水射流微團受到的空氣阻力，N；

V——水射流速度，m·s-1；

k——空氣阻力系數(shù)。

圖1 水炮破拆玻璃示意圖

如圖1所示，我們在射流斷面上取微元dx，設(shè)微元截面周長為S，微元截面面積A。由于射流在水平方向只受阻力作用，可利用牛頓第二定律公式：

(4)

(5)

已知當(dāng)t=0時，V=V0，將等式兩邊進行積分，得：

(6)

將ρ=1 000 kg·m-3、A=0.003 2 m2、S=0.2 m、k=0.3、V0=25 m·s-1代入，得：

(7)

(8)

當(dāng)Vt=13 m·s-1時，代入式(8)可求得：x≈33.5 m，即：若想利用此種型號的高噴炮將玻璃擊碎，水炮距玻璃最遠(yuǎn)不得超過33.5m。

根據(jù)不同型號的高噴炮和所需破拆的玻璃，我們可求出相應(yīng)的出口射流速度和玻璃的機械破壞應(yīng)力，用以上方法進而可計算出水力破拆時水炮距目標(biāo)的最遠(yuǎn)距離，便于指揮員掌握車輛?？课恢茫瑸闇缁鹱鲬?zhàn)提供技術(shù)支持。

3.2.2 機械破拆

機械破拆，是考慮在舉高噴射消防車小臂的頂端安裝一種可彈射的破壞箭，以液壓缸為驅(qū)動力，分設(shè)四個油缸，分別控制壓縮彈簧、旋轉(zhuǎn)破壞箭、控制破拆動作和鎖止破壞箭動作，用以破壞掉高層建筑的玻璃窗、涂灰泥墻和膠合板等，使滅火劑打進建筑內(nèi)部進行滅火。

破拆器應(yīng)在舉高噴射消防車上的安全工作范圍內(nèi)工作，并使破拆器與破拆對象間距保持在450mm～650mm，破壞箭要正對破拆對象。破拆前，應(yīng)使整車處于正常工作狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)消防炮，使水炮朝向臂的上方或下方，防止作業(yè)時水炮和破拆箭相互干涉，在滿足破拆間距的前提下，使破壞箭與破拆對象保持一定間隔，以保證破拆效果，該破拆裝置只用于破拆易碎的玻璃幕墻(原則上要求玻璃厚度不應(yīng)超過12mm)和膠合板等，不得向堅硬物體發(fā)射，要避免破壞箭對人，車輛行駛過程中應(yīng)鎖止破壞箭[12]。

3.3 排煙技術(shù)

在建筑火災(zāi)中煙氣對被困人員威脅大，破拆排煙是建筑火災(zāi)中常用的戰(zhàn)術(shù)方法之一。舉高噴射消防車由于其水炮具有霧化噴射的功能，因此在火場中可用于對舉高高度范圍內(nèi)的建筑進行排煙。

3.3.1 控制霧化角度和流量。舉高噴射消防車水炮的高壓噴霧排煙效果要好于開花水霧，高壓水霧可以極大地增加與顆粒、粉塵等有害物質(zhì)接觸的水膜表面積，充分吸附有害物質(zhì)顆粒，使其凝聚、增重進而沉降。利用這一特點可以對有人員受困的窗口進行噴霧排煙，為被困人員創(chuàng)造生存條件。

3.3.2 選擇合適的排煙口。在利用舉高噴射消防車的噴霧進行排煙時要考慮火場整體排煙戰(zhàn)術(shù)，在確定好排煙口和排煙路徑后，可以利用舉高噴射消防車噴霧對建筑中的部分排煙窗口進行噴霧防煙以促進整體排煙效果。在未確定排煙口和排煙路徑時不能盲目破拆進行噴霧排煙。

4 結(jié)論

本文通過對舉高噴射消防車主要結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能的分析，利用力學(xué)原理對舉高噴射消防車破拆技術(shù)進行理論計算，結(jié)合消防部隊滅火作戰(zhàn)實際，得到以下結(jié)論：

4.1 根據(jù)舉高噴射消防車在滅火作戰(zhàn)中的實際應(yīng)用情況，提出舉高噴射消防車在不同類型火場的應(yīng)用條件和舉高噴射消防車的作業(yè)限制條件。

4.2 發(fā)現(xiàn)了舉高噴射消防車在不同火場時的滅火方法：高層建筑火災(zāi)，應(yīng)選用平行堵截法或縱向堵截法；石油化工裝置火災(zāi)，要充分發(fā)揮舉高噴射消防車高度優(yōu)勢，采取俯視噴射法和多劑聯(lián)用噴射的立體圍殲戰(zhàn)術(shù)；利用炮口流量計算單車的控制面積，合理調(diào)派車輛。

4.3 利用力學(xué)原理拓展不同型號高噴炮對不同質(zhì)地玻璃進行水力破拆時的計算公式，并計算出了流量80L·s-1，口徑64mm的水炮破拆玻璃時的最遠(yuǎn)距離為33.5m。

4.4 根據(jù)不同舉高噴射消防車的結(jié)構(gòu)性能，分析總結(jié)了利用舉高噴射消防車進行機械破拆和排煙的關(guān)鍵技術(shù)。

[1] 公安部消防局.舉高消防車構(gòu)造與使用維護[M].北京:群眾出版社,2010.

[2] 李越,李晶.消防部隊車輛類型的發(fā)展趨勢[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2011,(1):11-14.

[3] 李進興.消防技術(shù)裝備[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2005.

[4] 姚明,田志堅.舉高消防車介紹[J].商用汽車雜志,2005,(7):76-79.

[5] 王一帆,于忠誠.高層建筑防火設(shè)計審核中對消防登高面和作業(yè)場地應(yīng)把握的要點[J].房材與應(yīng)用,2005,(3):62-64.

[6] 龔志華,張銘銘.高層建筑消防登高面、作業(yè)場地以及消防車道的設(shè)計思考[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2008,(10):15-17.

[7] 商靠定.滅火救援典型戰(zhàn)例研究[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2012.

[8] 張全靈.石油化工火災(zāi)處置難點與多劑聯(lián)用舉高噴射消防車功能特點分析[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2012,(10):26-27.

[9] 公安部政治部.滅火戰(zhàn)術(shù)[M].北京:群眾出版社,2012.

[10] 李本利.火場供水[M].北京:中國人民公安大學(xué)出版社,2007.

[11]MarioffHi-FogCo．WaterMistFireSuppressionSystemGeneralTheoryofOperation[P].HomepageofMarioffHi-FogCo,2004.

[12]PhirexAustraliaCo．FogexWaterFogFireProtectionSystem[P]．HomepageofPhirexAustraliaCo,2004.

[13] 閔永林,陳曉陽,陳池,等.考慮俯仰角的消防水炮射流軌跡理論模型[J].機械工程學(xué)報，2011，(11):134-138.

(責(zé)任編輯 陳 華)

A Research on Fire-fighting Techniques for Aerial Tower

JIANG Lian-rui1, HUANG Long-kai2, CAO Liu3, LIU Jing1

(1.DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China;2.ShenyangMunicipalFireBrigade,LiaoningProvince110021,China;3.QujingMunicipalFireBrigade,YunnanProvince655000,China)

With the wide application of an aerial tower in all types of fires, the applicable research of high spray fire trucks is of an importance. This paper, starting with the structure of an aerial tower truck, summarizes the technical performance of an aerial tower in fire operation based on the analysis of present situation. By using the method of a theoretical calculation, the paper also explores the application technology of an aerial tower on fire fighting, the smoke extraction, the forcible entry and reconnaissance etc., which has practical significance on the fire fighting operation with an aerial tower.

fire; fire equipment; aerial tower; fire fighting; application

2015-03-12

姜連瑞(1963— )，男，吉林榆樹人，教授； 黃龍凱(1989— )，男，遼寧沈陽人； 曹鏐(1989— )，男，云南昆明人； 劉靜(1978— )，女，遼寧沈陽人，副教授。

TU998.131

A

1008-2077(2015)04-0032-05