地震建筑倒塌救援力量部署研究

◎ 鄭添添

地震建筑倒塌救援力量部署研究

◎ 鄭添添

本文參閱大量地震倒塌建筑救援資料，結(jié)消防部隊在汶川、玉樹和云南地震救援的經(jīng)驗總結(jié)，從空間和時間上分析研究了當(dāng)前地震建筑倒塌救援的可行性，利用數(shù)學(xué)概率的方法對力量部署進行量化，提出地震倒塌救援力量的部署方案，以及高效科學(xué)的力量部署的組織和注意事項。

消防 地震 倒塌建筑 力量部署

在汶川地震、青海玉樹地震、云南地震救援中消防部隊不僅承擔(dān)著地震火災(zāi)事故的救援工作，同時也肩負(fù)著各類災(zāi)害救援事故的處理。在現(xiàn)今地震預(yù)警水平低、救援工作壓力大、警力不足的情況下，最短時間內(nèi)搶救出被困人員是地震救援工作能否取得實效的重要體現(xiàn)。

1 地震建筑倒塌救援可行性探析

1.1 被困人員生存空間分析

根據(jù)建筑物倒塌形式所形成的救援空間來看，被困人員生存空間[1]分為傾斜支撐型倒塌空間、懸臂型倒塌空間、V型倒塌空間、夾層型倒塌空間。

1.1.1 傾斜支撐型倒塌空間

圖1 傾斜支撐型倒塌空間

傾斜支撐型倒塌空間是指建筑物的某一側(cè)支撐墻體發(fā)生倒塌破壞或上層地板某一連接處由于地震拉扯作用發(fā)生斷裂，從而使得上層樓板傾斜倒塌下來，形成的倒塌空間。如圖1所示，該類空間由于較好墻體和地面的支撐，以及樓板的遮擋，在發(fā)生地震時，被困人員只要位于空間內(nèi)就可能存活下來。

1.1.2 懸臂型倒塌空間

懸臂型倒塌空間是指由于地震拉扯作用，使得建筑物的一側(cè)墻體完全垮塌，而建筑物的地板或天花板卻與建筑物另一側(cè)較完好的墻體自由懸掛著，如圖2所示。這種情況被困人員具有存活可能性，但在余震下可能發(fā)生再次垮塌的危險。

圖2 懸臂型倒塌空間

圖3 V型倒塌空間

1.1.3 V型倒塌空間

V型倒塌空間是上層樓板中部不堪重負(fù)而發(fā)生斷裂、坍落的現(xiàn)象，斷裂的樓板依靠建筑物兩邊較完好的墻體支撐形成V字型結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生生存空間，如圖3所示。在發(fā)生倒塌時，樓層上的人員一般會隨著坍落物一起向樓板中部滑落，并容易出現(xiàn)擠壓現(xiàn)象，而處在下層中部人員的存活率較小，只有在靠近支撐墻的地方才有機會存活下來。

1.1.4 夾層型倒塌空間

夾層型倒塌空間是由于地震外力作用破壞了各樓層的垂直支撐墻體，使得各樓層發(fā)生坍塌現(xiàn)象，但由于建筑物各樓層中存在一些較大且結(jié)實的家具和其他支撐物的作用下，在坍塌樓板之間形成多個生存空間，如圖4。倒塌時處于樓板上的人員的存活，主要看上部倒塌物體的質(zhì)量以及空間支撐物的支撐能力，在該空間救援中，要盡量減少作業(yè)面上同時存在的救援人數(shù)，并做好空間支撐保護。

1.2 被困人員幸存率分析

幸存率的分析是對以往救援案例中被困人員的幸存率與救援時間關(guān)系的分析，有針對性的指導(dǎo)救援工作的開展，以達(dá)到在最佳救援時間內(nèi)能夠拯救更多的被困人員。根據(jù)國內(nèi)外歷次大地震搶救生命的事實證明，對于被困人員的救援越是快速及時，救出救活的可能性越大。受困人員的狀態(tài)主要與受困時間、建筑倒塌類

型、房屋損壞的程度等因素有關(guān)。隨著時間的延長被困人員的救活率會迅速下降，根據(jù)相關(guān)專家調(diào)查統(tǒng)計[2]：唐山地震后，地震半小時救出被埋壓人員的存活率為99.3%，第一天內(nèi)將被埋壓人員救出的存活率下降為81%，第二天的救出存活率則為52.6%；第三天為36.8%；第四天為18.9%；第五天為7.4%，以此類推下去再往后的存活率越低，救活的希望越小。根據(jù)圖5圖形的走向，將其每點連接起來就得到如圖的紅線走勢，呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)形式，函數(shù)方程可設(shè)為y=AeBx的關(guān)系，根據(jù)各點統(tǒng)計數(shù)據(jù)帶入計算就能算出A=98.8；B=－0.0086；所以其幸存率與救援時間的關(guān)系大體為y=98.8e0.0086x，如圖5所示。

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汶川地震中，都江堰某大型公共場所地震后72h內(nèi)被挖出埋壓人員366人，現(xiàn)場幸存87人，幸存率為23.77%。其中在第一、二、三個24h幸存率分別為37.5%、7.04%、1.27%，第一個24h組明顯高于第二個和第三個，見表1所示[3]。

從圖6中對都江堰某大型公共場所震后幸存率分析可見，震后24小時以后存活率下降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于唐山地震，呈指數(shù)形式下降。

人員的存活率除了受救援時間的影響以外，房屋的損壞程度也對存活率具有重要影響，見表2[4]。

地震救援時間緊迫，在救援的12小時以后，救援幸存率將逐漸降低，在超過24小時后，將出現(xiàn)急速下降的趨勢，所以救援人員必須把握最佳救援時間，將所有力量完全投入在最初救援的幾小時里，另外，救災(zāi)過程中存在的很多復(fù)雜和不穩(wěn)定的因素，所以救援必須把握一定的靈活性。

圖4 夾層型倒塌空間

圖5 唐山地震幸存率與救援時間的關(guān)系

圖6 都江堰某地震后幸存率與救援時間關(guān)系

2 部署力量的優(yōu)化分配

在救援行動開始之前，首先對救援現(xiàn)場情況科學(xué)的分析，再根據(jù)現(xiàn)場實際救援任務(wù)情況合理的部署救援力量。在一個大的救援區(qū)域中同時具有多個救援隊伍的存在時，在救援之前合理部署救援力量是對提高救援效率具有重要作用。

2.1 消防救援力量的優(yōu)化分配

假如如圖7所示，面對這樣多個區(qū)域的救援行動，在力量部署上，首先評估每個區(qū)域的工作量，工作量較小的區(qū)域可將多個區(qū)域分配給同一支救援分隊進行救援，工作量較大的區(qū)域則可能需要多支救援分隊的參與負(fù)責(zé)。在分配救援任務(wù)前，首先要將各個區(qū)域任務(wù)量進行再細(xì)分，每個子區(qū)域的任務(wù)量都不能大于各分隊單獨可完成工作量。

表1 都江堰大型公共場所地震后72h內(nèi)救援人數(shù)

表2 人員損傷與房屋損壞程度的關(guān)系

首先，根據(jù)現(xiàn)場救援力量情況，將救援人員合理均勻的分配成各個救援小分隊，同時考慮救援受困人員數(shù)量、救援難度以及各個區(qū)域開展救援所需要的時間，將整個承擔(dān)的救援區(qū)域科學(xué)合理的劃分成多個小的救援區(qū)域，分配給各個救援分隊。

其次，在分配救援區(qū)域時，當(dāng)一個救援分隊同時承擔(dān)多個救援區(qū)域時，要考慮到救援的連貫性，盡量將救援相鄰區(qū)域同時分配給同一個救援分隊，避免長距離轉(zhuǎn)移耽誤救援時機。

（2）受困人員密度分配原則

首先，根據(jù)地震發(fā)生的時間、城市建設(shè)規(guī)劃以及人員日常工作情況等信息，將所承擔(dān)的救援區(qū)域進行人員密度情況劃分，隨后根據(jù)偵查所得信息，利用數(shù)學(xué)概率的方法對救援區(qū)域的被困人員概率進行計算，標(biāo)示出各個區(qū)域被困人員的概率，然后根據(jù)人員密度和存在被困人員的概率情況，有針對性的派遣救援分隊開展救援行動。

圖7 消防部隊單獨救援圖

圖8 聯(lián)合救援力量部署圖

（3）根據(jù)建筑物情況分配原則

消防部隊處置倒塌建筑救援任務(wù)，就是清理倒塌建筑救出被困人員的工作，同時倒塌建筑倒塌的情況也直接影響著被困人員的情況，所以在部署力量中根據(jù)倒塌建筑情況來部署是非常必要的。

首先，將救援區(qū)域內(nèi)的建筑進行分類[5]，區(qū)分為：住宅區(qū)、辦公區(qū)、娛樂區(qū)三類，隨后再根據(jù)建筑倒塌情況將倒塌建筑分為：基本完好、輕微損壞、中等破壞、嚴(yán)重?fù)p壞、毀滅五類，根據(jù)建筑物使用性質(zhì)分為：弱勢人群區(qū)和普通人群區(qū)兩類

在開展救援中按照先弱勢人群區(qū)救援后普通人群區(qū)救援；先好的建筑結(jié)構(gòu)的救援后壞的建筑結(jié)構(gòu)的救援；根據(jù)地震發(fā)生時段，先人員多的建筑救援后人員少的建筑救援的原則開展救援。

2.2 聯(lián)合救援力量的優(yōu)化分配

假如如圖8所示，面對這樣多個救援區(qū)域的救援，并且在該救援區(qū)域中同時存在多個救援力量，在開展救援行動前，科學(xué)合理劃分救援區(qū)域是非常重要的，除了在劃分救援區(qū)域可以按照上面的單駐地救援的三種劃分原則劃分，同時還要考慮到多駐地救援的不同之處，即：救援力量都屬于同一種救援力量、救援力量不屬于同一種救援力量兩種情況，根據(jù)不同的情況優(yōu)化部署不同的救援力量。

2.2.1 同種救援力量的部署

同種救援力量部署的原則是指統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一行動、裝備技術(shù)互補的原則，消防部隊作為專業(yè)的應(yīng)急救援力量，具有豐富的處置經(jīng)驗和處置能力。在地震倒塌建筑區(qū)域救援是，同一區(qū)域出現(xiàn)多支消防救援力量時，除了按照單駐地救援方式開展救援，還要建立統(tǒng)一指揮機制，將多支救援力量合并使用，由于各地區(qū)救援力量所攜帶的救援裝備的不同，在開展救援時，應(yīng)該做好裝備技術(shù)的互補，以追求快速開展救援工作。

2.2.2 不同救援力量的部署

不同救援力量的部署是指在同一個救援區(qū)域中同時存在多種不同性質(zhì)的救援力量，如何做好不同種救援力量的配合將直接影響著救援工作的效率。

（1） 統(tǒng)一指揮。地震救援工作是聚集全社會所有力量的一場戰(zhàn)役，作為一場戰(zhàn)役就離不開統(tǒng)一的指揮工作，只有進行統(tǒng)一的指揮， “勁往一處使，力往一處拉”才能保證救援工作科學(xué)合理的開展。所以當(dāng)同一區(qū)域存在多支救援隊伍時，首先建立災(zāi)害現(xiàn)場救援指揮部，并根據(jù)現(xiàn)場救援需要下設(shè)多種救援小組，以便在指揮救援上能夠做到統(tǒng)一指揮。

（2）合理分工。消防部隊作為應(yīng)急救援專業(yè)隊伍，其在救援經(jīng)驗和救援裝備器材方面比其他救援隊伍更具有優(yōu)勢，但由于消防部隊存在人員較少的問題，很難單獨承擔(dān)全面的救援任務(wù)。當(dāng)在同一救援區(qū)域存在多支救援隊伍的時候，應(yīng)該充分發(fā)揮消防部隊專業(yè)優(yōu)勢，設(shè)立救援搜救小組、救援破拆小組、救援技術(shù)指導(dǎo)小組，以便對倒塌建筑結(jié)構(gòu)、建筑倒塌薄弱環(huán)節(jié)、人員被困情況以及如何開展救援行動進行標(biāo)注，并且能夠引導(dǎo)其他救援力量正確的開展救援活動。

（3）嚴(yán)密配合。在開展地震救援中，所有編制的救援隊伍都同時承擔(dān)著地震救援任務(wù)，但其各編制的救援隊伍有著各自的救援特點，消防部隊?wèi)?yīng)該承擔(dān)對地震倒塌建筑進行搜救定位后，充分發(fā)揮其他救援力量的人員和裝備器材的優(yōu)勢，對影響救援的建筑構(gòu)件進行破拆清障，并在救援被困人員時應(yīng)該在醫(yī)務(wù)人員的協(xié)助下進行從而有效的保證救援人員存活率。

3 結(jié)論

地震倒塌建筑消防救援是一個龐大的救援課題研究，也是現(xiàn)在消防部隊?wèi)?yīng)急救援中所遇見的一個難題，本文通過對建筑倒塌救援可行性進行分析，并利用數(shù)學(xué)方法對力量部署如何優(yōu)化進行討論，期望能給救援工作提供些參考。

作者單位：中國人民武裝警察部隊學(xué)院

[1] 陳維鋒，王云基，顧建華，彭晉川.地震災(zāi)害搜索救援—理論與方法[M].地震出版社.2008.7

[2] 《唐山地震始末》編寫組，瞬間與十年——唐山地震始末[M]，北京：地震出版社，1986

[3] 汶川特大地震北川應(yīng)急救援典型案例. 2009.5.7

[4] 顧建華、王云基、陳維鋒、彭晉川、唐華、郝清源，救援行動有關(guān)的部署與建筑物評估及標(biāo)記研究[J]，國際地震動態(tài)，2003（3）

[5] 鄭春生，地震救援行動中實用技術(shù)的應(yīng)用探討[J]，消防科學(xué)與技術(shù)第29卷第9 期，2010