超短波通信系統(tǒng)在消防滅火救援現(xiàn)場通信保障應(yīng)用分析

公安部沈陽消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹峰 隋虎林

超短波通信系統(tǒng)在消防滅火救援現(xiàn)場通信保障應(yīng)用分析

公安部沈陽消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹峰 隋虎林

消防通信是消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，是消防部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的技術(shù)體現(xiàn)，也是消防部隊(duì)的神經(jīng)中樞。超短波通信系統(tǒng)是當(dāng)前消防部隊(duì)使用最廣泛的應(yīng)急通信系統(tǒng)。本文根據(jù)超短波通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對當(dāng)前消防超短波通信系統(tǒng)在超高層建筑環(huán)境下的應(yīng)急通信問題進(jìn)行了歸納和總結(jié)，有針對性地提出了相應(yīng)的解決方案，探討了火災(zāi)時(shí)如何快速組建超高層建筑的消防無線通信網(wǎng)。

超高層建筑；超短波；消防通信

1 引言

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我們的生存活動場所有了很大的改變：從傳統(tǒng)普通底層建筑，逐步向超高層建筑、大型城市綜合體、地下等建筑形式發(fā)展。在當(dāng)前，大規(guī)模城市化的發(fā)展，人口數(shù)量的持續(xù)增加，經(jīng)濟(jì)的逐步增長，促進(jìn)了我國超高層建筑的建設(shè)熱潮。從香港環(huán)球貿(mào)易廣場，到天津中國117大廈，深圳平安國際金融中心，廣州塔，再到現(xiàn)在的上海環(huán)球金融中心等，這些超高層建筑的高度已從之前的400米，逐步向600米，800米甚至1000米以上發(fā)展。我國《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352—2005規(guī)定：建筑高度超過100米(國際慣例為150米)時(shí)，無論是住宅，還是公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑能夠代表一個(gè)國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，也被人們稱為一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑，摩天大樓雖然能夠解決城市用地緊張的局面，與此同時(shí)也給城市的消防安全保障帶來了越來越多的難題。

在當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，我們的社會已經(jīng)進(jìn)入了多信息化時(shí)代。隨著持續(xù)加快的城市化進(jìn)程，城市人口呈現(xiàn)快速增長，城市的規(guī)模也在迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致火災(zāi)因素也越來也多，因此現(xiàn)代城市火災(zāi)呈現(xiàn)出復(fù)雜化、立體化、多樣化的特點(diǎn)。消防部隊(duì)在執(zhí)行滅火救援任務(wù)過程中，尤其是在超高層建筑環(huán)境下面臨很多應(yīng)急通信難題，例如，信號的屏蔽、遮擋、繞射等，這些難題嚴(yán)重影響了消防通信指揮?，F(xiàn)階段，消防部隊(duì)所使用的無線通信設(shè)備中，超短波通信設(shè)備具有很多優(yōu)良的性能和特點(diǎn)，如操作簡單，使用方便，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)迅速，使用機(jī)動性很強(qiáng)等，因此其通信保障能力具有迅速、準(zhǔn)確、不間斷的特點(diǎn)，對于現(xiàn)代消防部隊(duì)?wèi)?yīng)急通信來說，是非常適合的一種通信保障技術(shù)和手段。因此，開展消防超短波無線通信技術(shù)研究，加強(qiáng)消防超短波無線通信建設(shè)意義重大。

2 消防超短波通信指揮系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

消防通信作為消防部隊(duì)的神經(jīng)中樞，是滅火救援行動中獲取現(xiàn)場信息、調(diào)度指揮和科學(xué)決策主要途徑和技術(shù)手段，因此是消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分。從我國目前的消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)現(xiàn)狀來看，消防通信問題已經(jīng)嚴(yán)重影響消防部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，消防應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)亟需發(fā)展。同時(shí)，由于城市的現(xiàn)代化建設(shè)非常迅速，復(fù)雜建筑、高層超高層建筑逐步增多，火災(zāi)因素更加復(fù)雜，尤其是重特大惡性火災(zāi)事故發(fā)生概率呈逐年上升趨勢，該類火災(zāi)現(xiàn)場建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無線信號受到各種干擾和屏蔽，因此給消防通信指揮工作提出了更高的要求。

超短波通信又稱“甚高頻通信(VHF)”，即是利用超短波頻段(頻率為30MHz-300MHz)的無線電波傳送信息的無線電通信，波長范圍為10米-1米。由于特高頻(UHF)中低頻頻段300MHz-1000MHz其傳播特點(diǎn)、應(yīng)用范圍與VHF大致相同，因此廣義的超短波頻段范圍包括UHF低端部分頻段和VHF全部頻段。我國的消防部隊(duì)目前應(yīng)用的主要頻段為340MHz-400MHz的特高頻，其中包括無線語音通信設(shè)備使用的350MHz頻段，無線圖像傳輸設(shè)備使用的340MHz頻段等。超短波頻率的資源是非常有限的，其通信質(zhì)量在有些場合也不是非常穩(wěn)定，但其有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，即它在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施和中繼基站，這是其他頻段所無法做到的。同時(shí)，超短波通信設(shè)備成本低廉、機(jī)動性強(qiáng)、體積較小，在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下能夠快速展開等，因此在當(dāng)前的消防應(yīng)急通信中發(fā)揮著非常重要的作用。

2013年，用于森林消防的2個(gè)數(shù)字超短波信息系統(tǒng)主基站分別在泰順縣林業(yè)局和老鷹巖建成并正式投入使用，共配有6臺數(shù)字短波對講機(jī)、3臺車載臺，數(shù)字無線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)全縣覆蓋。數(shù)字超短波信息系統(tǒng)采用先進(jìn)的TDMA(時(shí)分多址)技術(shù)，以超短波的通信為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代有線、無線通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、短波通信技術(shù)，在救援現(xiàn)場就能夠?qū)崿F(xiàn)從撲救人員、班組、隊(duì)到前線指揮部所需的語音、數(shù)據(jù)、短信、文件、圖像、GPS等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，還可以與GSM、IP網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等通信方式進(jìn)行綜合組網(wǎng)，使用方式非常靈活多變。這標(biāo)志著森林消防在硬件設(shè)施上邁上了一個(gè)新臺階，通信系統(tǒng)的“同步傳輸、數(shù)話同傳”將大大提升森林消防的社會應(yīng)急聯(lián)動處理水平和能力。

綜合來看，我國在消防超短波通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多，配備的裝備也逐漸豐富，在應(yīng)對當(dāng)前的消防救援行動中，發(fā)揮著越來越大的作用。但從我國的整體情況來看，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度不同，消防通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)也呈現(xiàn)出東部強(qiáng)于西部的特點(diǎn)。同時(shí)，我們需要借鑒國內(nèi)外在該領(lǐng)域的相關(guān)研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn), 使我們的消防超短波通信系統(tǒng)更好的服務(wù)于我國的現(xiàn)代消防事業(yè)。

3 當(dāng)前高層建筑消防通信存在的問題

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，垂直方向通信距離遠(yuǎn)，通信效果不夠理想

高層建筑主要包括鋼筋混凝土體系（框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)），鋼結(jié)構(gòu)體系（鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架－支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架－砼剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架－砼核心筒結(jié)構(gòu)、框－筒結(jié)構(gòu)、桁架－筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)）等。內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對非常復(fù)雜，起火因素多，本身建筑面積大，功能復(fù)雜，因此通信信號很難到達(dá)每個(gè)區(qū)域，同時(shí)在樓層較高的地點(diǎn)，距離地面指揮人員距離遠(yuǎn)，繞射多，通信效果不夠理想。同時(shí)，在該類復(fù)雜建筑的滅火救援現(xiàn)場，無論是移動、聯(lián)通、電信等運(yùn)營商的小型專網(wǎng)，還是消防部隊(duì)的通信專網(wǎng)，由于諸多方面的原因，高層建筑內(nèi)部的信號覆蓋問題都沒有考慮。對高層建筑來說其通信設(shè)施相對比較匱乏，有的建筑內(nèi)部雖然配備了一些簡單的消防通信設(shè)施，但是在發(fā)生大型火災(zāi)時(shí)，無法滿足滅火戰(zhàn)斗的需要。

3.2 高層建筑無線信號屏蔽現(xiàn)象嚴(yán)重，影響滅火救援通信指揮

高層、超高層建筑中的消防通道、電梯間等處，由于金屬常閉防火門、電梯設(shè)備的空間狹小等因素影響，導(dǎo)致地面指揮人員與參與救援的消防隊(duì)員的通信聯(lián)絡(luò)嚴(yán)重受阻，部分場所的還會出現(xiàn)屏蔽現(xiàn)象；加之火場溫度高，發(fā)煙量大，現(xiàn)場的能見度非常低，各種噪聲干擾嚴(yán)重，這些因素也進(jìn)一步增加了火災(zāi)現(xiàn)場的通信聯(lián)絡(luò)效果，給現(xiàn)場的通信指揮帶來了諸多不便。一旦參與救援的消防隊(duì)員不能夠及時(shí)得到指揮命令，其行動也無法按照命令進(jìn)行執(zhí)行，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也會相應(yīng)擴(kuò)大，增加了火災(zāi)撲救的代價(jià)。

3.3 針對高層建筑的消防應(yīng)急通信組網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備不足

當(dāng)前，我國城市消防救援現(xiàn)場的應(yīng)急通信方式采用的都是常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)，如模擬集群和數(shù)字集群等。當(dāng)超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因其內(nèi)部空間的密閉性和鋼結(jié)構(gòu)的屏蔽作用，使得超短波通信信號難以全面覆蓋，尤其是在消防通道和電梯間內(nèi)。各級消防指戰(zhàn)員以及官兵缺乏在該類復(fù)雜條件下通信組網(wǎng)技術(shù)知識的掌握，在消防救援現(xiàn)場，由于通信網(wǎng)絡(luò)不暢，現(xiàn)場的指揮和救援就會非?；靵y，滅火指揮部也形同虛設(shè)，不能合理地安排滅火救援力量。因此，需要加大對高層建筑消防應(yīng)急通信裝備的技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)新型通信裝備，針對高層建筑的特點(diǎn)，使得信號覆蓋范圍更大，強(qiáng)度更好，同時(shí)還要提高裝備使用人員的技術(shù)能力，合理利用資源。

4 應(yīng)對策略及解決方法

4.1 借鑒國內(nèi)外其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，加大對通信裝備的研究

目前，西方發(fā)達(dá)國家在軍事領(lǐng)域研制開發(fā)了多種短波通信系統(tǒng)，如美國海軍的高頻特混編隊(duì)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和短波艦/岸網(wǎng)絡(luò)，Collins公司的HF MESSEN-GER網(wǎng)絡(luò)，澳大利亞的LONGFISH網(wǎng)絡(luò)，美國Globe Wireless公司的全球電子郵件系統(tǒng)等。對于上述的短波網(wǎng)絡(luò)都是屬于短波接入體制，其具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即屬于網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)控制為主，其他節(jié)點(diǎn)控制為輔，但是兩個(gè)移動節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信，所有移動節(jié)點(diǎn)之間的信息交互，都由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度分配完成。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)就是太過于依賴中心節(jié)點(diǎn)，一旦中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)通信系統(tǒng)都將處于癱瘓之中，因此為了克服該缺陷，國外又相繼開展了短波自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)研究。

在短波/超短波通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，我國的研究單位和科技人員也開展了很多應(yīng)用研究，與國外類似，尤其是在軍事領(lǐng)域，其應(yīng)用更為廣泛，相反，在民用領(lǐng)域的應(yīng)用相對比較有限。我國幅員遼闊，地形和地質(zhì)情況非常復(fù)雜，因此各種自然災(zāi)害相對多發(fā)，如地震、洪澇、冰凍等。在復(fù)雜的地理環(huán)境中發(fā)生自然災(zāi)害，傳統(tǒng)的通信基站非常脆弱，容易遭到破壞，因此在救援過程中無法發(fā)揮其作用。短波/超短波通信系統(tǒng)具有架設(shè)靈活、成本低廉等特點(diǎn)，在災(zāi)害現(xiàn)場能夠快速建立通訊網(wǎng)絡(luò)，因此必將在今后的應(yīng)急通信中逐步得到更加廣泛的應(yīng)用。目前我國消防部隊(duì)的短波/超短波主要是點(diǎn)對點(diǎn)通信，尤其是在應(yīng)急通信領(lǐng)域，點(diǎn)對點(diǎn)通信可以及時(shí)有效的將災(zāi)區(qū)信息反饋給指揮所。但是點(diǎn)對點(diǎn)的通信也有它的局限性，如傳輸速率低，網(wǎng)絡(luò)帶寬較小等，不能適應(yīng)當(dāng)今社會對應(yīng)急通信的需求，因此，開展基于民用的短波通信，使其具備網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬、高傳輸速率等特點(diǎn)，是今后我國短波應(yīng)急通信的主要發(fā)展趨勢。

4.2 提高認(rèn)識，發(fā)展多種形式的通信聯(lián)絡(luò)手段

近幾年，黨和國家各級領(lǐng)導(dǎo)高度重視我國消防通信系統(tǒng)的建設(shè)，也得到了一定的發(fā)展，但針對高層建筑的應(yīng)急通信裝備建設(shè)還有諸多不足，無法滿足高層、超高層建筑火災(zāi)形勢的需要，這也是當(dāng)高層、超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的原因之一。因此要想減少高層建筑火災(zāi)的損失，就要使得消防通信指揮的各級指揮員和消防官兵在開展高層建筑火災(zāi)救援時(shí)，能夠及時(shí)獲取指揮信息，做出最合理的救援行動。

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為通信技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)更好的機(jī)遇。目前，消防領(lǐng)域出現(xiàn)了大量新型通信裝備，如，消防3G專網(wǎng)基站、消防Mesh通信中繼等。尤其是，泄露電纜在超高層中的應(yīng)用需要引起我們的重視。泄露電纜可以在一根電纜中同時(shí)進(jìn)行3G（包括：WCMDA、cdma2000、TD-SCDMA三種制式）、350M超短波、2.4Gwifi等無線通信，特別是一些特殊的區(qū)域（如，超高層建筑內(nèi)的消防通道、電梯間等）無線電臺還不能進(jìn)行有效覆蓋時(shí)，泄露電纜與現(xiàn)有通信裝備的結(jié)合應(yīng)用將成為火場通信的一個(gè)重要補(bǔ)充。

4.3 提高組織指揮能力，積極開展通信裝備技術(shù)訓(xùn)練

當(dāng)代社會，消防應(yīng)急救援指揮是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尤其是對于高層復(fù)雜建筑來說，更是一個(gè)多層次、全方位、多因素相互作用的指揮體系，只有我們真正做到科學(xué)合理的組織指揮，才能充分發(fā)揮消防部隊(duì)的救援力量。目前，我國的消防部門頒發(fā)了《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，作為國家強(qiáng)制性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從法規(guī)上明確了消防部隊(duì)通信指揮系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)。同時(shí)，我們要進(jìn)一步加大針對應(yīng)急通信裝備的使用訓(xùn)練，有些消防部隊(duì)對通信裝備的使用訓(xùn)練不夠重視，導(dǎo)致在真正參與應(yīng)急救援的過程中，通信裝備的使用出現(xiàn)各種問題，嚴(yán)重影響了救援效率，因此我們要重視通信裝備使用人員的技術(shù)培訓(xùn)工作。從近年來發(fā)生的一些大型火災(zāi)來看，在最后的戰(zhàn)評總結(jié)中，很多戰(zhàn)例都會提及到救援現(xiàn)場的通信不夠暢通，因此，筆者認(rèn)為開展必要的模擬火災(zāi)現(xiàn)場通信的訓(xùn)練，通過開展接近于實(shí)戰(zhàn)的模擬訓(xùn)練，對于提高消防官兵的操作熟練程度，減少不當(dāng)?shù)氖褂梅椒?，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝備的不足，掌握裝備的操作技巧，提升應(yīng)急通信水平具有重要的作用。

5 結(jié)論

高層/超高層建筑的消防應(yīng)急通信問題，對更好地開展滅火救援行動具有十分重要的意義。我們今后要加大對超短波通信的技術(shù)攻關(guān)和裝備研發(fā)，發(fā)展多種形式的通信聯(lián)絡(luò)手段，使之能夠更好的為高層滅火救援通信指揮提供服務(wù)。同時(shí)，要加大對相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，熟練掌握設(shè)備操作，熟悉設(shè)備性能，通過實(shí)戰(zhàn)，找出設(shè)備的不足，以便為今后的技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)，為高層建筑滅火救援提供強(qiáng)有力的保障。

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[5]GB 50313-2013,消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]http://gov.zjly.gov.cn/dfzbWz/66204.htm.

該論文為公安部消防局重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目《復(fù)雜建筑環(huán)境消防通信應(yīng)用技術(shù)研究》析出論文，項(xiàng)目編號：2013XFGG03。

劉濛（1979—），公安部沈陽消防研究所，Shenyang Fire Research Institute，助理研究員，從事消防通信技術(shù)及通信裝備研究工作。