滅火救援技術(shù)在城市火災(zāi)中的應(yīng)用研究

王領(lǐng) 姜騰飛 張浩 楊浩文

作者簡介：

王領(lǐng)（1981- ），男，布依族，貴州安順人，本科，中級專業(yè)技術(shù)十級，研究方向滅火救援。

摘要：

本文從探討城市消防的動態(tài)格局入手，詳細(xì)介紹從滅火器和軟管等傳統(tǒng)手段到機器人、人工智能和無人機（UAV）等尖端創(chuàng)新的演變，重點強調(diào)先進(jìn)技術(shù)在應(yīng)對城市火災(zāi)帶來的多方面挑戰(zhàn)中的關(guān)鍵作用。通過充分探討消防技術(shù)傳統(tǒng)和現(xiàn)代兩個方面內(nèi)容，特別是在疏散和人員搜救技術(shù)領(lǐng)域，研究探討人工智能、機器人和通信設(shè)備在人員搜救行動中的應(yīng)用，強調(diào)它們在消防和應(yīng)急響應(yīng)場景中對復(fù)雜城市環(huán)境的變革性影響。

關(guān)鍵詞：滅火救援技術(shù)；城市火災(zāi)；應(yīng)用

引言

城市火災(zāi)造成的危害不僅會對財產(chǎn)進(jìn)行直接破壞，而且危及人民群眾的生命安全，擾亂社區(qū)正常秩序。而消防科技和消防技術(shù)作為當(dāng)前城市火災(zāi)救援的重要手段，加大對先進(jìn)消防救援技術(shù)的投入力度，增強專業(yè)救援技術(shù)能力水平，不僅可以減輕城市火災(zāi)風(fēng)險，而且能夠有效提高城市消防的快速反應(yīng)能力，增強人員搜救行動的實戰(zhàn)效能[1]。總而言之，只有充分發(fā)揮消防科技和救援技術(shù)的協(xié)同作用，最大限度保護(hù)生命安全、減少城市地域的災(zāi)難性影響。

一、城市火災(zāi)特點

城市火災(zāi)具有鮮明的特征，放大了其復(fù)雜性和破壞潛力。這些事件的多方面性質(zhì)源于多種原因，包括電氣故障、結(jié)構(gòu)脆弱性和人為相關(guān)因素。城市地區(qū)的高人口密度加劇了挑戰(zhàn)，因為建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的靠近促進(jìn)了火勢的迅速蔓延。高層建筑在城市景觀中普遍存在，使得高層建筑的火災(zāi)控制尤為復(fù)雜。此外，城市環(huán)境中常見的各種可燃材料相互作用加劇了火災(zāi)的猛烈性。在自然風(fēng)和通風(fēng)系統(tǒng)等因素的推動下，火勢迅速蔓延，凸顯了采取有效應(yīng)對措施的緊迫性。城市景觀的復(fù)雜布局，狹窄而擁堵的街道，使消防工作和疏散程序進(jìn)一步復(fù)雜化。了解這些城市火災(zāi)特征對于制定全面的消防策略和技術(shù)至關(guān)重要，以應(yīng)對城市地域帶來的具體挑戰(zhàn)。它強調(diào)不僅需要先進(jìn)的消防設(shè)備，還需要戰(zhàn)略性的城市規(guī)劃和應(yīng)急響應(yīng)機制，以盡量減少這些復(fù)雜和動態(tài)事件對財產(chǎn)和群眾生活的影響[2]。

二、城市火災(zāi)中的滅火技術(shù)

（一）傳統(tǒng)滅火手段

幾十年來，傳統(tǒng)的滅火手段一直是應(yīng)急響應(yīng)的中堅力量，為現(xiàn)代戰(zhàn)略奠定了基礎(chǔ)。其中一種方法為使用滅火器，滅火器是各種建筑物中必不可少的手持設(shè)備。這些滅火器通常含有水、泡沫、粉末或氣體，其功效取決于它們設(shè)計用于滅火的類型。例如，水滅火器適用于木材和紙張等普通可燃物，而泡沫或粉末滅火器可能對易燃液體或電氣火災(zāi)更有效。消防水帶是另一種傳統(tǒng)工具，在城市消防中仍然至關(guān)重要。這些軟管連接到供水系統(tǒng)，并用于在安全距離內(nèi)撲滅火焰。軟管雖然有效，但其重量和持續(xù)供水要求等局限性促使了技術(shù)的進(jìn)步。此外，人工滅火工作還輔之以戰(zhàn)略性的分布在整個城市地區(qū)的消防栓，確保為應(yīng)急響應(yīng)人員提供隨時可用的水源。傳統(tǒng)方法延伸到使用滅火毯，特別適用于撲滅小火或包裹在人身上以在疏散時保護(hù)他們。此外，戰(zhàn)略性放置在某些環(huán)境中的沙桶可用于通過窒息和冷卻來抑制火焰。這些傳統(tǒng)手段雖然是基礎(chǔ)性的，但因其在處理不斷升級的城市火災(zāi)規(guī)模和復(fù)雜性方面的局限性而受到批評[3]。

雖然傳統(tǒng)的消防方法仍然必不可少，但當(dāng)代城市火災(zāi)需要更先進(jìn)和專業(yè)的工具。傳統(tǒng)手段在處理高層結(jié)構(gòu)、人口稠密和現(xiàn)代建筑材料方面的局限性促進(jìn)了尖端技術(shù)的發(fā)展。世界各地的消防部門都采用了紅外熱像儀等創(chuàng)新設(shè)備，使消防員能夠通過煙霧或墻壁探測隱藏的火焰和熱點。這些設(shè)備增強了態(tài)勢感知能力，將響應(yīng)者引導(dǎo)到最關(guān)鍵的區(qū)域并優(yōu)化他們的工作。材料科學(xué)的進(jìn)步導(dǎo)致了現(xiàn)代耐火建筑材料的誕生，降低了火災(zāi)的整體風(fēng)險和影響。此外，滅火系統(tǒng)，如自動噴水滅火系統(tǒng)，已成為城市基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分。當(dāng)檢測到火災(zāi)時，這些系統(tǒng)會自動釋放水或其他滅火劑，提供快速和有針對性的響應(yīng)，特別是在大型商業(yè)建筑或公共場所。無人駕駛飛行器（UAV），俗稱無人機，在城市消防中也占有一席之地。無人機配備了熱像儀和傳感器，可以評估火災(zāi)程度，識別熱點，并將實時數(shù)據(jù)傳輸給事故指揮員。該技術(shù)不僅提高了消防行動的整體效率，而且還通過從可能難以手動訪問的有利位置提供關(guān)鍵信息來確保人員安全[4]。

（二）先進(jìn)滅火技術(shù)

隨著城市景觀的演變和火災(zāi)隱患性質(zhì)的日益復(fù)雜，對先進(jìn)工具的需求呈指數(shù)級增長。消防技術(shù)的一個重大飛躍是機器人技術(shù)的發(fā)展。配備專用傳感器和工具的機器人可以精確導(dǎo)航危險環(huán)境，使它們能夠進(jìn)入對消防員來說可能過于危險的區(qū)域。這些遠(yuǎn)程或自主控制的機器人系統(tǒng)有助于早期火災(zāi)探測、監(jiān)視，甚至直接滅火。將人工智能（AI）集成到消防過程，進(jìn)一步提高了響應(yīng)機制的效率。人工智能算法可以實時分析大量數(shù)據(jù)，幫助預(yù)測火災(zāi)，優(yōu)化資源分配，并在緊急情況下做出更明智的決策。先進(jìn)消防技術(shù)的另一個關(guān)鍵方面是使用現(xiàn)代滅火劑。傳統(tǒng)方法依賴于水和泡沫，而先進(jìn)的技術(shù)則引入了環(huán)保和高效的替代品。例如，哈龍?zhí)娲泛蛪嚎s空氣泡沫系統(tǒng)等清潔劑已顯示出卓越的滅火能力。這些藥劑不僅可以撲滅火焰，還可以最大限度減少對財產(chǎn)和環(huán)境的附帶損害。對環(huán)保解決方案的關(guān)注與當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)相一致，同時保持消防場景所需的有效性[5]。

智能消防設(shè)備的出現(xiàn)徹底改變了應(yīng)急響應(yīng)人員處理城市火災(zāi)的方式。可穿戴技術(shù)，包括智能頭盔和防護(hù)服，為消防員提供有關(guān)生命體征、環(huán)境條件和團隊成員整體健康狀況的實時數(shù)據(jù)。這些信息增強了態(tài)勢感知能力，從而實現(xiàn)更有效協(xié)調(diào)和響應(yīng)。增強現(xiàn)實（AR）是消防員工具包的另一項創(chuàng)新功能，增強環(huán)境可視化、導(dǎo)航輔助和實時信息疊加。這些技術(shù)使消防員能夠在動態(tài)和高風(fēng)險的情況下做出明智決策。無人機（UAV）繼續(xù)在先進(jìn)的消防策略中發(fā)揮關(guān)鍵作用。除了用于數(shù)據(jù)收集外，配備專用工具（如供水系統(tǒng)或阻燃噴霧器）的無人機還可以為滅火提供有針對性的快速支持。無人機進(jìn)入難以到達(dá)區(qū)域的能力，加上它們的敏捷性，使它們在現(xiàn)代消防武器庫中不可或缺[6]。

將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備整合到消防系統(tǒng)中有助于實現(xiàn)更加互聯(lián)和響應(yīng)迅速的方法。放置在建筑物中的智能傳感器可以在火災(zāi)爆發(fā)早期階段檢測到火災(zāi)，觸發(fā)自動響應(yīng)，例如激活滅火系統(tǒng)或向緊急服務(wù)發(fā)出警報。這種積極主動的方法不僅最大限度減少了響應(yīng)時間，還有助于防止火災(zāi)升級。隨著城市化、高層建筑和人口稠密地區(qū)的挑戰(zhàn)，對先進(jìn)消防技術(shù)的需求變得越來越明顯。該領(lǐng)域正在進(jìn)行的研究和開發(fā)側(cè)重于創(chuàng)建自適應(yīng)和可擴展的解決方案。具有蜂群能力的消防無人機、能夠自主決策的先進(jìn)機器人以及由機器學(xué)習(xí)提供支持的預(yù)測分析是有望在不久的將來重新定義城市消防的尖端技術(shù)之一[7]。

三、城市火災(zāi)中的救援技術(shù)

（一）疏散與逃生

在城市火災(zāi)中，救援技術(shù)的有效性至關(guān)重要，在城市火災(zāi)中，快速而有組織的疏散程序可能意味著生與死的區(qū)別。疏散和逃生策略是城市火災(zāi)響應(yīng)的重要組成部分，需要先進(jìn)的技術(shù)來確保個人從潛在的危險情況中安全撤離。在這種情況下，救援技術(shù)的一個關(guān)鍵要素是智能建筑系統(tǒng)的開發(fā)。這些系統(tǒng)旨在與火災(zāi)警報器和其他緊急信號集成，自動引導(dǎo)居住者到最近和最安全的出口。先進(jìn)的傳感器可以檢測煙霧、熱量或其他火災(zāi)跡象的存在，觸發(fā)自動響應(yīng)，例如解鎖緊急出口、激活疏散路線以及通過照明通道或數(shù)字顯示屏為居住者提供實時指導(dǎo)。此外，通信技術(shù)的進(jìn)步在促進(jìn)有序疏散方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。配備多模式通信通道的緊急通知系統(tǒng)，包括短信、警報器和視覺顯示器，確保乘員在緊急情況下及時收到清晰的指示。與移動應(yīng)用程序和智能設(shè)備集成，可以考慮建筑物內(nèi)個人位置和狀況，從而實現(xiàn)個性化警報。這種精度水平在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)中尤為重要，在這些結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的警報系統(tǒng)可能無法為安全疏散提供足夠信息。無人機（UAV）的使用范圍不僅限于消防，還支持疏散期間的搜救行動。配備紅外熱像儀的無人機可以快速勘測大面積區(qū)域，識別需要幫助的人，定位安全的疏散路線，并向應(yīng)急響應(yīng)人員提供實時信息。在高層建筑中，傳統(tǒng)的疏散方法可能具有挑戰(zhàn)性，無人機在評估逃生路線的結(jié)構(gòu)完整性和引導(dǎo)個人安全方面變得非常寶貴。

在建筑設(shè)計領(lǐng)域，疏散技術(shù)被整合到建筑規(guī)劃過程中。防火樓梯間、避難區(qū)和自動防火門等功能有助于為居住者創(chuàng)造更安全的環(huán)境。配備先進(jìn)安全功能的電梯，如煙霧控制系統(tǒng)和防火材料，可以進(jìn)行編程，以協(xié)助疏散過程，特別是對于行動不便的人。仿真和建模技術(shù)有助于制定有效的疏散策略。虛擬現(xiàn)實（VR）模擬使應(yīng)急響應(yīng)人員能夠在受控環(huán)境中重現(xiàn)城市火災(zāi)場景并分析疏散計劃。這有助于識別潛在瓶頸、優(yōu)化逃生路線和完善應(yīng)急程序。此外，人群模擬模型有助于預(yù)測疏散期間的人類行為，從而預(yù)測挑戰(zhàn)并相應(yīng)制定疏散計劃。通過社交媒體和其他數(shù)字平臺進(jìn)行的社區(qū)參與在加強疏散工作方面也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。應(yīng)急響應(yīng)機構(gòu)利用這些渠道傳播實時信息，提供疏散路線的最新信息，并解決公眾的擔(dān)憂。這種雙向溝通培養(yǎng)了社區(qū)的復(fù)原力，并確保居民充分了解情況，并準(zhǔn)備好在城市火災(zāi)緊急情況下做出有效應(yīng)對[8]。

（二）人員搜救技術(shù)

先進(jìn)的技術(shù)徹底改變了搜索和救援行動，增強了應(yīng)急響應(yīng)人員的能力，并增加了成功的可能性。配備紅外熱像儀和傳感器的無人機（UAV）已成為定位和識別遇險人員不可或缺的工具。無人機可以快速勘測廣闊區(qū)域，為救援隊提供實時數(shù)據(jù)，并大大減少查明被困或受傷人員下落所需的時間，尤其是在能見度因煙霧或碎片而受到影響的情況下。人工智能（AI）的集成提高了人員搜救效率。人工智能算法可以處理來自各種來源的數(shù)據(jù)，包括無人機、傳感器和應(yīng)急通信系統(tǒng)，以識別人員存在的模式。這種能力有助于確定救援工作的優(yōu)先次序，確保將資源用于更有可能找到需要援助的個人和地區(qū)。此外，機器學(xué)習(xí)算法可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整和改進(jìn)其搜索模式，不斷完善和優(yōu)化未來事件的搜索策略。機器人技術(shù)已成為城市搜救行動的變革力量。機器人系統(tǒng)，包括遙控車輛（ROV）和自主地面機器人，可以進(jìn)入危險環(huán)境，例如倒塌的建筑物或結(jié)構(gòu)受損的區(qū)域，人員進(jìn)入這些區(qū)域可能很危險。這些機器配備了攝像頭、傳感器，有時還配備了機械臂，為救援隊提供了寶貴的視覺和觸覺信息，有助于識別幸存者并評估環(huán)境的結(jié)構(gòu)完整性。通信技術(shù)在協(xié)調(diào)人員搜救工作方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。雙向通信設(shè)備，包括無線電和專用通信系統(tǒng)，促進(jìn)了救援隊之間的實時信息交換。智能頭盔和隨身傳感器等可穿戴技術(shù)不僅可以提高救援人員的安全性，還可以提供生命體征和環(huán)境條件等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而提高整體態(tài)勢感知能力。電子定位設(shè)備和生物識別技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步完善了搜索和救援能力。個人佩戴的電子定位信標(biāo)發(fā)出的信號可以被救援隊檢測到，從而可以更快識別和提取。生物識別傳感器可以提供有關(guān)遇險人員的基本健康信息，使救援隊能夠根據(jù)每個人的具體需求確定干預(yù)措施的優(yōu)先級和定制。由虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)提供支持的訓(xùn)練模擬對搜救隊的準(zhǔn)備工作做出了重大貢獻(xiàn)。這些模擬重現(xiàn)了逼真的場景，使響應(yīng)者能夠在受控環(huán)境中練習(xí)和鍛煉他們的技能。

結(jié)語

總之，對城市火災(zāi)消防和救援技術(shù)的綜合探索揭示了創(chuàng)新與必要的變革格局。從智能建筑系統(tǒng)到無人機、人工智能和復(fù)雜的搜救工具，本文強調(diào)了技術(shù)在增強應(yīng)急響應(yīng)能力方面的關(guān)鍵作用。隨著城市化進(jìn)程的持續(xù)，這些技術(shù)的不斷完善和整合對于制定彈性和適應(yīng)性消防戰(zhàn)略至關(guān)重要。

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