繩索救援中主保及地錨系統(tǒng)特定狀態(tài)的安全分析

摘要：主保系統(tǒng)一直都是最流行的雙繩救援系統(tǒng)，而地錨系統(tǒng)是其他系統(tǒng)的末端。采用地錨系統(tǒng)連接主保系統(tǒng)是針對(duì)用于河灘、沼澤等山水交界泥地救援的常見(jiàn)手段。不管是單純的繩索救援還是水域救援中引導(dǎo)舟艇，在該方法中，保護(hù)系統(tǒng)的形態(tài)決定了系統(tǒng)的安全與否。文章就一種采用埋地式錨固系統(tǒng)搭配擠壓式止墜器（EN353-2標(biāo)準(zhǔn)）做保護(hù)的特殊情況指出其致命隱患。

關(guān)鍵詞：繩索救援;主保系統(tǒng);地錨系統(tǒng);隱患

1? 主保系統(tǒng)

主保系統(tǒng)也叫主備系統(tǒng)，是最常見(jiàn)的一種雙繩系統(tǒng)（圖1）形式，它由一根主繩和一根保護(hù)繩構(gòu)成[1]。其主繩受力，保護(hù)繩根據(jù)情況可能受力，但會(huì)盡量保持緊張或略受力狀態(tài)防止主繩突然斷裂產(chǎn)生沖墜。這種系統(tǒng)發(fā)展至今有兩種主要形式：平臺(tái)操作和末端操作。平臺(tái)操作就是繩索的上下由系統(tǒng)一端的操作手來(lái)控制，保護(hù)繩上也有一個(gè)止墜器，朝向末端設(shè)置。由操作手在救援中適時(shí)調(diào)整，確保止墜器時(shí)刻處于最佳工況。末端操作就是平臺(tái)上只是1個(gè)單一的錨固系統(tǒng)，所有操作都在先鋒身上，止墜器連接先鋒或擔(dān)架，朝向平臺(tái)設(shè)置，跟掛接救援是一個(gè)道理。

2? 地錨系統(tǒng)

地錨系統(tǒng)誕生于大航海時(shí)代，是一種利用插入土地的錨樁來(lái)做固定點(diǎn)，將繩索捆綁在上面，末端連接船體的工具。

2.1? 類別

國(guó)內(nèi)外消防救援機(jī)構(gòu)主要使用兩類地錨：一類是傳統(tǒng)地錨系統(tǒng)（圖2），也叫“斜樁錨”。

它利用“三長(zhǎng)兩短”或“三長(zhǎng)”（圖3）將5或3根錨釬以60°左右打入地面，然后收緊錨釬至相互產(chǎn)生均等張力，再在末端設(shè)置扁帶形成錨點(diǎn)。之所以存在“傳統(tǒng)”和“傳統(tǒng)改”兩種形態(tài)，實(shí)際上就是一個(gè)是用2根短錨釬在2根長(zhǎng)錨釬間旋轉(zhuǎn)、擰緊，再把短錨釬打入地面固定，而另一個(gè)則直接利用收緊扁帶或成套系統(tǒng)（如JAG）進(jìn)行收緊。二者器材略有差異，但效果完全相同?！皞鹘y(tǒng)改”的設(shè)置速度要快一些，缺點(diǎn)是制作成本高，這是由于成套系統(tǒng)本身昂貴;第二類是埋入式地錨，即錨釬埋進(jìn)泥土，僅露出頭，通常3根一組形成系統(tǒng)。這種地錨是2020年繩命國(guó)際繩索救援技術(shù)大賽后針對(duì)山岳救援推出的新器材，目前僅中美兩國(guó)消防少量配備。

美國(guó)的埋入式地錨也叫“赫利地錨”（圖4），由華盛頓特區(qū)消防局消防員赫利發(fā)明，加州山地公司于2021年購(gòu)買了其專利并量產(chǎn)。

中國(guó)的埋入式地錨為“Titan-Ti埋入式地錨系統(tǒng)”（圖5），由HX救援科技研發(fā)，在2020年的繩命國(guó)際繩索救援技術(shù)邀請(qǐng)賽前進(jìn)行了展示。

該地錨系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于只要滿足末端形成掛點(diǎn)，繩結(jié)的形式、繩索的穿繞方式、鋼釬的間距、繩索的長(zhǎng)短均可由救援人員自定，靈活性較強(qiáng)[2]。

2.2? 應(yīng)用領(lǐng)域

盡管在工業(yè)、城市、森林等戶外環(huán)境的高空山地救援中，地錨應(yīng)用較少，但在河灘、冰川（高山）、沙丘等現(xiàn)場(chǎng)難以找到結(jié)實(shí)樹(shù)干、巖石或類似大西北的風(fēng)干樹(shù)木等無(wú)法承重的苛刻環(huán)境中，地錨仍是山地救援的重要組成部分。按照“兩點(diǎn)論”：?jiǎn)我坏牡劐^并不能直接用于救援，因此必須采用多根，即成組方式搭建，也就是“地錨系統(tǒng)”。本文通過(guò)測(cè)試并對(duì)比兩種主流地錨系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，向消防救援隊(duì)伍、社會(huì)應(yīng)急救援力量和承擔(dān)應(yīng)急救援任務(wù)的人員提供技術(shù)參考。

2.3? 優(yōu)缺點(diǎn)

這里筆者以倫敦警局的測(cè)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)性介紹傳統(tǒng)兩類地錨系統(tǒng)的特點(diǎn)。之前介紹過(guò)傳統(tǒng)型地錨系統(tǒng)的一般形態(tài)（圖2）。該系統(tǒng)最早在2014年首屆全國(guó)消防高空山地水域救援技術(shù)研討班上作為重慶消防總隊(duì)的教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)展示，全程耗時(shí)40分鐘，在設(shè)置時(shí)間上，傳統(tǒng)改優(yōu)勢(shì)明顯[3]。但無(wú)論是哪種形態(tài)，錨釬與地面的角度和錨釬間的張力仍是影響錨固系統(tǒng)的關(guān)鍵。如我們把3根較長(zhǎng)的錨釬分別命名為ABC，若AB均為60°而C為80°，當(dāng)錨釬受力后（設(shè)A為綜合點(diǎn)），則C與AB將受力不均。又如，ABC的打擊角度相同，但第二步收緊時(shí)卻出現(xiàn)AB或BC張力不同，則也會(huì)出現(xiàn)剛才的情形，即ABC受力不均，影響系統(tǒng)強(qiáng)度。導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的根源就是AB與BC間采用了兩次操作，因此誤差無(wú)法避免，甚至可能出現(xiàn)在AB制作完后，由于BC和AB的誤差較大，不得不拔出BC重新制作的極端情形，其原因仍是張力的調(diào)節(jié)非?？简?yàn)操作人員的經(jīng)驗(yàn)和手法，這對(duì)于普通消防員來(lái)說(shuō)也是很大的挑戰(zhàn)[4]。鑒于此，美國(guó)消防員赫利改良了這種模式，以垂直打入的方式設(shè)計(jì)出赫利地錨，它將3根相同的鋼釬打入預(yù)制孔板中，各孔打入1根，不考慮角度，全程設(shè)置時(shí)間約為4min，效率極高。盡管如此，傳統(tǒng)改和赫利地錨仍采用生鐵或鋼制，均未能從材質(zhì)和操作人數(shù)上取得突破，二者均超過(guò)20公斤且需要雙人配合。最后是HX地錨。通過(guò)實(shí)測(cè)（圖5），單人完成1組“三角站”，即：錨釬成60°～80°打入，后穿繩索成環(huán)，末端以卷結(jié)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，然后兩兩拉出制作三股單結(jié)成3個(gè)掛點(diǎn)，共耗時(shí)9min。該數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)改地錨快，雖低于赫利地錨，但其毛重不到5公斤，僅需單人操作且設(shè)置長(zhǎng)短兩種規(guī)格，適應(yīng)60和90公分兩種深度，從土壤適應(yīng)性、自重和操作人數(shù)上相對(duì)于歐美同類器材優(yōu)勢(shì)明顯。實(shí)戰(zhàn)中，如向上救援，單個(gè)操作手可獨(dú)立設(shè)置地錨，等于首次接觸傷員時(shí)可采取雙先鋒戰(zhàn)術(shù)，在后期傷員的固定和拉升階段優(yōu)勢(shì)很大。

3? 上述兩種系統(tǒng)在消防救援隊(duì)伍的應(yīng)用情況

2013年首屆全國(guó)消防部隊(duì)高空山地救援技術(shù)研討會(huì)之后，從消防救援隊(duì)伍在訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)中的情況來(lái)看：擔(dān)負(fù)山岳救援任務(wù)較多的消防救援站和社會(huì)應(yīng)急救援隊(duì)基本摒棄使用傳統(tǒng)地錨，這是由于自制的傳統(tǒng)地錨在材料工藝和操作技術(shù)上均落后，無(wú)法滿足操作端實(shí)戰(zhàn)設(shè)置要求;大多數(shù)消防站雖未配備埋入式地錨，但通過(guò)近幾次繩命國(guó)際山地救援大賽的影響，基本認(rèn)可埋入式地錨系統(tǒng)的實(shí)戰(zhàn)水平。綜上所述，未來(lái)使用埋入式地錨系統(tǒng)加主保系統(tǒng)將成為一種常見(jiàn)繩索救援搭配手段。

4? 特定狀態(tài)下的致命隱患

本文以四個(gè)問(wèn)題來(lái)詮釋所謂的“特殊情況”及其致命隱患點(diǎn)。

4.1? “無(wú)防慌亂功能下降器”

用于救援的下降器具備兩大特點(diǎn)：一是滿足“突然死亡原則”，也就是救援過(guò)程中的任一時(shí)刻，當(dāng)所有的救援人員的雙手脫離繩索救援系統(tǒng)的任一部位，現(xiàn)場(chǎng)救援、被困人員均處于“安全狀態(tài)”?？梢岳斫鉃?，不管是拉升還是下降過(guò)程中，救援人員雙手脫離了所操作的下降器或上升器，被困人員或救援人員均無(wú)危險(xiǎn)，即“自動(dòng)制停功能”;第二個(gè)是“防慌亂功能”。它主要針對(duì)下降器，是指在任何時(shí)刻，操作下降器的救援人員因某個(gè)原因誤將下降器拉至下降狀態(tài)的極限，下降器將自動(dòng)鎖死，防止高速下降或墜落。那么“無(wú)防慌亂功能下降器”就是指不具備這個(gè)鎖死功能的下降器，比如RIG、LOV系列、GRIGRI等。在受力狀態(tài)下，這類下降器的操作手柄拉到底會(huì)出現(xiàn)一直下降直至墜地或滑脫下降器的風(fēng)險(xiǎn)（圖6）。

4.2? “無(wú)防慌亂功能下降器”推行的原因

這要追溯到歐美標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)差異。和美標(biāo)1983不同，歐標(biāo)在繩索救援、工業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材方面沒(méi)有嚴(yán)格的界限，也就是任何器材，只要滿足相關(guān)“標(biāo)準(zhǔn)”，即可用于救援。那至于這個(gè)所謂的標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)動(dòng)還是救援或是工業(yè)，這個(gè)需要用戶依靠自身需求去界定。等于說(shuō)歐標(biāo)給予用戶的是建議，其選擇權(quán)在用戶自身，當(dāng)然，承擔(dān)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)也在用戶自身。美標(biāo)1983則不存在所謂運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槊帧跋谰仍美K索救援器材標(biāo)準(zhǔn)”決定它的框架內(nèi)只允許存在“救援類”標(biāo)準(zhǔn)。至于美標(biāo)體系中的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)則是UIAA、職業(yè)健康規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)等通用標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容，只要是1983框架內(nèi)出現(xiàn)的，必然是救援類標(biāo)準(zhǔn)。絕大多數(shù)繩索救援，尤其是輕型的繩索（器材）都是歐標(biāo)體系。在這一體系中，既然“標(biāo)準(zhǔn)”沒(méi)有嚴(yán)格禁止某些“易出錯(cuò)”的器材參與救援，那么自然會(huì)存在這樣的市場(chǎng)需求，因而“無(wú)防慌亂功能下降器”在救援現(xiàn)場(chǎng)屬“合法器材”。

4.3?; “無(wú)防慌亂功能下降器”的優(yōu)勢(shì)

筆者并不推薦使用這類下降器，因?yàn)樵趯?shí)戰(zhàn)當(dāng)中，即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的救援人員也容易受到干擾或出現(xiàn)慌亂，慌亂本身作為人的一種固有屬性，其產(chǎn)生具備不確定性。但近年來(lái)很多救援人員習(xí)慣使用這類下降器大致有兩個(gè)原因：一是輕巧，便于攜帶、操作;二是隨著繩索類救援賽事在全球消防救援界的推廣，這類器材在速攀項(xiàng)目中優(yōu)勢(shì)極大，深受消防救援人員喜歡。在2019年消防局在紹興市舉辦的國(guó)際消防救援業(yè)務(wù)賽事中，我國(guó)消防員憑借一對(duì)無(wú)防慌亂功能下降器在50m速攀賽中奪魁。

4.4? 美標(biāo)對(duì)“無(wú)防慌亂功能下降器”的規(guī)定

本文所指的美標(biāo)就是NFPA1983標(biāo)準(zhǔn)。早期的1983標(biāo)準(zhǔn)和歐標(biāo)差異很大，隨著近年來(lái)歐標(biāo)器材通過(guò)各類競(jìng)賽宣傳的影響，后期的1983也參考、修訂了相關(guān)內(nèi)容，比如在最新版的NFPA1983中對(duì)逃生型下降器以800公斤力作為靜態(tài)拉力標(biāo)準(zhǔn)，這一數(shù)值與EN15151相同，不難看出，1983也在逐步適應(yīng)工業(yè)類器材，在其第8章中規(guī)定了各種下降器的測(cè)試細(xì)則。以17版的1983標(biāo)準(zhǔn)在8.6.8中對(duì)下降器的下滑測(cè)試描述為例，該方法的最低靜態(tài)測(cè)試強(qiáng)度為500公斤力，按25mm/min的速率進(jìn)行拉伸，即一頭固定在錨點(diǎn)上，另一頭也就是器材端（操作桿已鎖死）被強(qiáng)制向相反方向緩慢拉伸約30s，然后在1min內(nèi)拉力降低至0。與之對(duì)應(yīng)的有多個(gè)歐標(biāo)，其中EN15151較為接近，雖然二者在該項(xiàng)的測(cè)試力度不同，比如15151用的是200公斤力，較1983則小很多。而15151通過(guò)80公斤力在墜落系數(shù)為1.2的前提下來(lái)測(cè)試下降器的動(dòng)態(tài)滑動(dòng)，1983卻沒(méi)有這樣的測(cè)試方法，即只通過(guò)大負(fù)荷的靜態(tài)拉升代替了動(dòng)態(tài)拉升，二者的差異屬于典型的思維方式的差異，并非物理學(xué)的差異。可以這樣理解，1983習(xí)慣用較大的強(qiáng)度來(lái)確保器材的安全性，也就是“硬碰硬”，而歐標(biāo)則以合適的強(qiáng)度搭配人體能接受的能量反饋來(lái)確保器材的安全性，也就是“吸能緩沖”，并不能說(shuō)二者誰(shuí)差誰(shuí)好，這只是一種意識(shí)形態(tài)的差異，或者說(shuō)歐美繩索救援文化的差異[5]。綜上所述，美標(biāo)不僅對(duì)防慌亂與否未作要求，甚至對(duì)工業(yè)領(lǐng)域和絕大多數(shù)繩索救援體系強(qiáng)制要求的“自動(dòng)制停功能”都未作要求。這一點(diǎn)，歐標(biāo)更詳盡一些，比如上面提及的15151標(biāo)準(zhǔn)的第6類就描述了一種可用于救援但卻沒(méi)有防慌亂功能的下降器，而該標(biāo)準(zhǔn)的第8類則描述了具備防慌亂功能的下降器。另一層原因是美標(biāo)本來(lái)就是無(wú)防慌亂功能下降器的創(chuàng)始，直至今日，絕大多數(shù)美國(guó)消防站都仍用這類下降器，很多傳統(tǒng)美式繩索救援器材結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)粗獷皮實(shí)，本身連自動(dòng)制停都不具備，全靠大量運(yùn)用抓結(jié)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)等功能，更不要說(shuō)防慌亂功能。

4.5? “無(wú)防慌亂功能下降器”存在的隱患

事實(shí)上，本文并不指責(zé)這類下降器存在問(wèn)題，但無(wú)防慌亂功能下降器也并不像想象中的那么完美，主要問(wèn)題仍是在特定狀態(tài)下的安全性。

（1）特定狀態(tài)

通過(guò)實(shí)測(cè)，我們找到所謂的“特定狀態(tài)”：埋入式錨固系統(tǒng)端操作下放和保護(hù)、保護(hù)繩在末端連接先鋒及擔(dān)架且保護(hù)繩采用的是擠壓式止墜器（圖7）。在此狀態(tài)下，本文以實(shí)測(cè)進(jìn)行了一次建模：通過(guò)設(shè)置一組PF（墜落物重量）分別在20、40、60Kgf時(shí)，止墜器（以短繩代替吸收勢(shì)能帶后，通過(guò)抓繩器“咬死”繩索視為吸收勢(shì)能帶工作）的工作狀態(tài)。測(cè)試速度為2m/s，也就是EN12841C對(duì)下降器下降速度的最大測(cè)試值。

（2）致命隱患

在上述速度下，擠壓式止墜器在主、保護(hù)繩間隔1米時(shí)并未啟動(dòng)，僅在4～50cm的范圍內(nèi)啟動(dòng)。當(dāng)下降速度在2m/s以內(nèi)時(shí)，按這個(gè)速度墜到地面毫無(wú)疑問(wèn)對(duì)先鋒或傷員都是致命的，尤其是傷員。這是由于止墜器的形式?jīng)Q定了安全。談到止墜器這種常見(jiàn)器材不得不提及早起的一種“擠壓式止墜器”。它是通過(guò)墜落時(shí)，由于重力作用致使抓繩器與保護(hù)繩垂直，將繩索擠壓從而停止下滑。這種原理類似早期大多數(shù)不依靠“反齒”的抓繩器。雖有很多不同廠家生產(chǎn)的款型，但結(jié)構(gòu)、使用方法、工作原理基本一致，都是在抓繩器被拉至“垂直狀態(tài)”時(shí)，也就是發(fā)生墜落時(shí)，內(nèi)部的2塊受力金屬塊將繩索擠壓為“Z字狀”，從而防止其繼續(xù)滑動(dòng)。

5? 原因分析

無(wú)論是“平臺(tái)操作”還是“末端操作”，也無(wú)論主、保護(hù)繩之間的距離和角度，一旦主繩任意點(diǎn)斷裂，根據(jù)地心引力，重物都會(huì)迅速倒向保護(hù)繩一側(cè)并使之受力，此時(shí)系統(tǒng)一端位于保護(hù)繩上的止墜器自然會(huì)抓緊、分段釋放。但有一種情況，即主繩未斷裂而出現(xiàn)迅速墜落狀態(tài)，此時(shí)，主、保護(hù)繩之間的距離和角度會(huì)有一定變化，比如吸收勢(shì)能帶被拉緊但未展開(kāi)、先鋒保護(hù)繩之間的角度變小等。在此過(guò)程中，吸收勢(shì)能帶可能在速度和角度的高速變化中形成一種動(dòng)態(tài)平衡，正是這種動(dòng)態(tài)平衡，讓擠壓式止墜器產(chǎn)生了“致命墜落”，它既使止墜器不會(huì)展開(kāi)，又讓先鋒的下滑速度達(dá)到一個(gè)危險(xiǎn)值（比如接近EN12841C的測(cè)試速度2m/s）。這個(gè)值可能在短距離即便墜地也無(wú)法對(duì)先鋒造成致命傷，但對(duì)傷員則完全不同。如果傷員是懸掛狀態(tài)（圖8），可能僅僅是受傷。但如果傷員躺進(jìn)擔(dān)架，則這個(gè)速度足以致命，因?yàn)槁竦厥藉^固系統(tǒng)的晃動(dòng)程度很高，主、保護(hù)繩之間的距離很難把控。所以很多時(shí)候，習(xí)慣了飛輪式止墜器的消防救援人員往往忽略了擠壓式止墜器在很多普通消防站和專職消防隊(duì)仍大量存在且將其作為保護(hù)繩的必用器材。正是這種形式造成了上述致命隱患的出現(xiàn)。

本文基于繩索救援行動(dòng)中最為常見(jiàn)的雙繩系統(tǒng)，即“主保系統(tǒng)”和近年來(lái)產(chǎn)生于水域救援的埋入式錨固系統(tǒng)的基礎(chǔ)形態(tài)，對(duì)錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性和主保系統(tǒng)中保護(hù)繩的制動(dòng)原理進(jìn)行分析。通過(guò)簡(jiǎn)易的建模和賦特殊值，分析出保護(hù)繩末端在采用早期擠壓式止墜器可能在無(wú)防慌亂下降器和錨固系統(tǒng)的共同作用下出現(xiàn)致命沖墜隱患的結(jié)論。該結(jié)論同時(shí)表明了雙繩救援系統(tǒng)中的主繩和保護(hù)繩在采用不同端操作亦出現(xiàn)安全隱患的情況，供消防救援隊(duì)伍在繩索救援訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)中參考、改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳禹，劉偉，林靜.雙繩系統(tǒng)在我國(guó)消防繩索救援技術(shù)中的基本應(yīng)用[J].2015年度滅火與應(yīng)急救援技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)，2015.

[2]楊汝彬.消防繩索救援技術(shù)中的繩結(jié)應(yīng)用研究[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018（10）：63-68.

[3]林靜，劉偉，鐘濤.快速建模在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中的綜合應(yīng)用[J].2017年度滅火與應(yīng)急救援技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，631-633.

[4]鐘濤，林靜.利用能量守恒定律解決倍力拉升角度問(wèn)題[J].今日消防，2021（06）：42-43.

[5]林靜.關(guān)于開(kāi)展歐美高空和山地救援技術(shù)培訓(xùn)的啟示[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018（04）：85-88.

Analysis of safety on MB system

based on picket anchor for rope rescue

Lin Jing

（Fire Dept of Chongqing city，Chongqing 400000）

Abstract：MB system’s been boxed-office with rescuers as one of the TTRS clan.Some are based on Underground picket anchor system that has been often applied for rope rescue or guiding a rubber during a swift rescue.This paper mainly discusses a special and fetal problem could occur when using a belay device that’s sanctioned by EN 353 -2.

Keywords：rope rescue;main and belay;picket anchor system;fetal problem