消防無(wú)人機(jī)在大跨度、大空間救援場(chǎng)景下的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用探討

摘要：

近年來(lái)，各類大跨度、大空間結(jié)構(gòu)建筑滅火救援案例數(shù)量呈現(xiàn)日漸上升的趨勢(shì)。該類型建筑因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在長(zhǎng)時(shí)間高溫情況下，極易發(fā)生坍塌，進(jìn)而造成人員及財(cái)產(chǎn)的重大損失。無(wú)人機(jī)是無(wú)人駕駛飛行器（Unmanned Aerial Vehicle）的簡(jiǎn)稱，它的核心技術(shù)是無(wú)線電遙控技術(shù)，結(jié)合其自備的程序管控裝置，可執(zhí)行特定場(chǎng)景下的非載人飛行任務(wù)。將無(wú)人機(jī)技術(shù)與大跨度、大空間結(jié)構(gòu)建筑類型災(zāi)害消防滅火救援任務(wù)深入結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步探討消防無(wú)人機(jī)在大跨度、大空間建筑類型災(zāi)害救援當(dāng)中的應(yīng)用方式，探索和拓展消防無(wú)人機(jī)在大跨度、大空間建筑類型災(zāi)害救援中的應(yīng)用途徑，以充分發(fā)揮消防無(wú)人機(jī)滅火救援的重要作用。

關(guān)鍵詞：

大跨度大空間；消防無(wú)人機(jī)；滅火救援；實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用

一、大跨度、大空間建筑的火災(zāi)特點(diǎn)

（一）極易發(fā)生坍塌

大跨度、大空間建筑的整體或局部垮塌是大跨度、大空間建筑火災(zāi)的主要特征，同時(shí)也是危及消防救援人員生命安全的最大因素。早期的大型空間結(jié)構(gòu)大多是以輕鋼柱或鋼筋混凝土柱為主要承載構(gòu)件，如果不進(jìn)行防火保護(hù)，在密閉空間中劇烈燃燒溫度達(dá)到一定程度超過(guò)15分鐘就會(huì)坍塌，坍塌形式多為屋頂整體或局部坍塌[1]。近年來(lái)，大跨度、大空間建筑改進(jìn)了承載材料，大多采用鋼結(jié)構(gòu)，這些材料在常溫下的硬度比較高，但在300℃以后，強(qiáng)度就會(huì)大幅度降低，到了500℃左右，強(qiáng)度就會(huì)降低一半，到了600℃左右，強(qiáng)度基本為0，容易發(fā)生“斜面形”坍塌。

（二）易造成人員傷亡

由于大跨度、大空間結(jié)構(gòu)中易燃物質(zhì)種類繁多，火災(zāi)負(fù)荷較大，建筑物及裝修材料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒、有害氣體，燃燒過(guò)程中也會(huì)消耗大量的氧氣，對(duì)人員的安全造成不利影響。很多廠房或生產(chǎn)區(qū)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型生產(chǎn)廠房都與撤離地點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)被困人員很難逃脫。鋼結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)速度很快，內(nèi)部溫度過(guò)高時(shí)房頂就會(huì)崩塌，一旦發(fā)生倒塌，內(nèi)部救援人員很容易被掩埋，造成大量的人員傷亡。

（三）火勢(shì)蔓延迅速

針對(duì)大跨度、大空間的建筑來(lái)說(shuō)，其構(gòu)件發(fā)生故障倒塌的可能性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較大，鋼結(jié)構(gòu)建筑坍塌的潛在危險(xiǎn)比較多，在火災(zāi)的狀態(tài)下，鋼結(jié)構(gòu)受到破壞，由于空間比較大，結(jié)構(gòu)被破壞之后，火焰失去阻力，其會(huì)更快在建筑內(nèi)部蔓延[2]。許多大跨度、大空間建筑由于功能需要，內(nèi)部的易燃物品比較多，內(nèi)部交通條件復(fù)雜，救援容易受到干擾和影響，建筑物的面積比較大，對(duì)于供水線路的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，建筑內(nèi)部自身的供水系統(tǒng)往往無(wú)法有效滿足滅火需求，這樣就進(jìn)一步加劇了火勢(shì)蔓延的速度。

二、消防無(wú)人機(jī)在大跨度、大空間結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)中的救援應(yīng)用

一般情況下，無(wú)人機(jī)在其應(yīng)用程序系統(tǒng)方面可以大致劃分為以下三個(gè)子系統(tǒng)：地面管控子系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)飛行控制子系統(tǒng)及信息采集子系統(tǒng)。根據(jù)其體型大小、精密程度和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，無(wú)人機(jī)可簡(jiǎn)單劃分為軍用無(wú)人機(jī)及民用無(wú)人機(jī)[3]。目前，在消防救援領(lǐng)域當(dāng)中，我們應(yīng)用的無(wú)人機(jī)基本都屬于民用型小型無(wú)人機(jī)。應(yīng)用此類型無(wú)人機(jī)執(zhí)行特定消防救援任務(wù)，具有造價(jià)成本低、靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、對(duì)作業(yè)環(huán)境條件要求低、部署速度快等優(yōu)勢(shì)。消防無(wú)人機(jī)在消防救援的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中與無(wú)線電遙感技術(shù)緊密相關(guān)，主要包括無(wú)線電通信、定位、遙感傳感、遙感應(yīng)用等，可執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)偵察、實(shí)施滅火戰(zhàn)術(shù)和開(kāi)展輔助救援等消防救援作戰(zhàn)任務(wù)。

（一）借助消防無(wú)人機(jī)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)偵察

由于大跨度、大空間建筑的多樣化因素，可能造成的災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)變化也十分多樣，極容易出現(xiàn)二次災(zāi)害的情況。要想合理避免災(zāi)情出現(xiàn)惡化，節(jié)省最寶貴的救援時(shí)間，我們更應(yīng)當(dāng)加快對(duì)大跨度、大空間建筑內(nèi)外部環(huán)境變化的實(shí)時(shí)和直觀情況的掌握。無(wú)人機(jī)具備的最基本功能是實(shí)施拍攝偵察。我們?cè)谶M(jìn)行滅火救援期間，可以借助消防無(wú)人機(jī)對(duì)大跨度、大空間建筑內(nèi)外部環(huán)境變化的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)提供給前方指揮部做好輔助指揮調(diào)度。應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要可從以下幾個(gè)方面著手。

1.應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)開(kāi)展可視環(huán)境偵察，直觀展示人眼可觀測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。借助搭載變焦高清鏡頭的方式，控制無(wú)人機(jī)在不同懸停高度與不同拍攝角度進(jìn)行調(diào)整，能夠從不同角度直觀展示整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的細(xì)節(jié)。同時(shí)，借助無(wú)人機(jī)配套的測(cè)量高度、長(zhǎng)度及智能制圖工具，我們可以實(shí)施簡(jiǎn)單的應(yīng)急測(cè)繪操作，制作實(shí)時(shí)二維正射圖、災(zāi)前災(zāi)后對(duì)比圖和力量部署圖，為輔助現(xiàn)場(chǎng)指揮員決策指揮提供較為直觀的全局化可視技術(shù)支撐[4]。把現(xiàn)場(chǎng)偵察到的圖像接入消防4G單兵圖傳設(shè)備，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶蠓街笓]中心，后方指揮員按照回傳數(shù)據(jù)可充分了解現(xiàn)場(chǎng)基本情況，并采取更加合理高效的應(yīng)對(duì)指揮措施。

2.應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)開(kāi)展非可視環(huán)境偵察，直觀展示人眼不可見(jiàn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。我們可以通過(guò)在消防無(wú)人機(jī)上搭載夜視相機(jī)來(lái)偵察夜間和其他光線不明的環(huán)境；可以應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)搭載熱成像儀，探測(cè)能見(jiàn)度較低或掩蓋物覆蓋的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)鎖定高溫點(diǎn)位，定點(diǎn)實(shí)施處置，避免已撲滅的和不易察覺(jué)的高溫點(diǎn)位發(fā)生復(fù)燃。

3.應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)進(jìn)行遙感偵察，直觀展示全局環(huán)境。在無(wú)人機(jī)中安裝合適的遙感相機(jī)，再根據(jù)對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航拍的實(shí)際情況，持續(xù)性借助相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件獲取現(xiàn)場(chǎng)具體情況；多樣化借助信息化技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景進(jìn)行三維建模，構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的虛擬場(chǎng)景，對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行真實(shí)的模擬，在模型上添加火災(zāi)特效[5]，并根據(jù)GPS定位信息，定位火災(zāi)發(fā)生位置，結(jié)合GIS強(qiáng)大的空間分析功能和高效的算法，在較短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出最短路徑和最佳路徑，通過(guò)分析火災(zāi)發(fā)生地周邊的環(huán)境進(jìn)行消防車配比，指定多條路徑供消防救援指揮員選擇。消防救援指揮員可根據(jù)火災(zāi)地的地形和環(huán)境選擇最短路徑以及消防車停車位置，根據(jù)停車位置的面積大小以及消防車進(jìn)出的難易程度科學(xué)分配出警車輛，合理分配應(yīng)急資源，從而更加高效地對(duì)火災(zāi)具體情況與損失進(jìn)行評(píng)估。要重點(diǎn)掌握災(zāi)情發(fā)展趨勢(shì)，給災(zāi)后重建工作提供技術(shù)支撐，通過(guò)可視化的“上帝視角”，給各項(xiàng)工作的開(kāi)展提供必要保障。

（二）運(yùn)用消防無(wú)人機(jī)實(shí)施滅火戰(zhàn)術(shù)

按照傳統(tǒng)的滅火技戰(zhàn)術(shù)裝備作戰(zhàn)，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用到大跨度、大空間滅火領(lǐng)域并不能收到較好的成效，無(wú)人機(jī)不但不能單獨(dú)攜帶充足的滅火劑，也不能實(shí)施長(zhǎng)期持續(xù)性的滅火劑噴射工作。需要拓展應(yīng)用思路，發(fā)揚(yáng)長(zhǎng)處，全面應(yīng)用無(wú)人機(jī)的典型優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)技戰(zhàn)術(shù)裝備在滅火戰(zhàn)斗中的缺點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[6]。

1．掛載滅火彈進(jìn)行滅火。在地面人員操作下，將無(wú)人機(jī)作為載體，攜帶滅火彈，通過(guò)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)控制滅火彈，快速進(jìn)行高空投放或發(fā)射滅火彈，直擊火源深處，準(zhǔn)確命中火場(chǎng)著火點(diǎn)。目前，市面上已有相關(guān)成熟的無(wú)人機(jī)智能滅火系統(tǒng)，只要將滅火彈安裝到無(wú)人機(jī)載具上，系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測(cè)到滅火彈的識(shí)別碼和地面操控系統(tǒng)的匹配程度，符合一致就能夠順利運(yùn)行。滅火彈在獲得授權(quán)后一直待命，在操作人員操控至預(yù)定火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，就可以借助瞄準(zhǔn)發(fā)控系統(tǒng)進(jìn)行瞄準(zhǔn)，再發(fā)出發(fā)射指令，滅火彈就能夠飛行到目標(biāo)位置，引爆滅火彈，滅火劑飛散將火撲滅。消防無(wú)人機(jī)掛載智能滅火彈是新型的遠(yuǎn)距滅火裝置，一定條件下可適用于大空間、大跨度建筑火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)或消防救援人員難以近距離接觸以及存在巨大不可預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)的大型災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，極大限度保護(hù)消防救援人員及受災(zāi)人員生命安全，高效快速控制災(zāi)情。

2.掛載水帶和水箱進(jìn)行滅火。一般而言，運(yùn)用無(wú)人機(jī)掛載水帶和水箱進(jìn)行滅火的優(yōu)勢(shì)在于可機(jī)動(dòng)抵達(dá)不便于滅火救援力量部署和位置較高的作業(yè)點(diǎn)，可形成一定時(shí)間內(nèi)的持續(xù)性滅火劑噴射作業(yè)。缺點(diǎn)是無(wú)人機(jī)在動(dòng)力方面的制約，無(wú)法形成長(zhǎng)時(shí)間和大口徑水帶或大容量水箱的掛載作戰(zhàn)。同時(shí)，在大跨度、大空間建筑類型火災(zāi)中，對(duì)滅火力量部署的高度需求沒(méi)有高層建筑類型火災(zāi)的需求大，應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)掛載水帶進(jìn)行大跨度、大空間建筑類型火災(zāi)滅火的實(shí)戰(zhàn)案例基本沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)。

（三）運(yùn)用消防無(wú)人機(jī)開(kāi)展輔助救援作業(yè)

可以在無(wú)人機(jī)的掛載模塊上搭載照明、廣播、氣體檢測(cè)、通信基站等不同功能的輔助裝置，為滅火救援作戰(zhàn)提供強(qiáng)大的輔助支撐[7]。

1.夜間照明。災(zāi)害事故并沒(méi)有規(guī)律的出現(xiàn)時(shí)間，要是在光源不充足的夜間發(fā)生，無(wú)法達(dá)到充分的救援行動(dòng)實(shí)施條件，我們可應(yīng)用消防無(wú)人機(jī)輔助進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高空照明。通常為了解決續(xù)航時(shí)長(zhǎng)受限的問(wèn)題，我們一般選用在系留型無(wú)人機(jī)上掛載照明模塊，如此一來(lái)便可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高空照明，為夜間救援行動(dòng)的正常開(kāi)展提供必要的照明條件。

2.空中喊話。通過(guò)在消防無(wú)人機(jī)上搭載廣播模塊，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一些不可達(dá)或難以到達(dá)、較遠(yuǎn)距離、較大區(qū)域范圍的喊話功能，以安撫被困人員，避免出現(xiàn)慌亂情況，提醒其注意自身安全，引導(dǎo)被困人員積極配合開(kāi)展自救，同時(shí)可協(xié)助災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)維持秩序和進(jìn)行安全疏散。

3.有毒氣體探測(cè)。通過(guò)掛載有毒氣體檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)和判斷災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)是否存在有毒氣體及種類。

4.通信保障。在目前的消防滅火救援作戰(zhàn)任務(wù)當(dāng)中，依托運(yùn)營(yíng)商公共網(wǎng)絡(luò)建立通信指揮體系是一個(gè)重要方面。然而，在大型的災(zāi)害事故當(dāng)中，如到場(chǎng)人員較多，運(yùn)營(yíng)商公共網(wǎng)絡(luò)往往出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞等情況，這種情況下，我們主要依托消防指揮信息專網(wǎng)來(lái)構(gòu)建消防指揮通信體系。目前，在一些實(shí)戰(zhàn)案例當(dāng)中，我們已經(jīng)通過(guò)在消防無(wú)人機(jī)上掛載各類寬窄帶通信基站，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)災(zāi)害區(qū)域的圖像和語(yǔ)音通信覆蓋，構(gòu)建了比較穩(wěn)定的消防滅火救援通信指揮體系。要是現(xiàn)場(chǎng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)條件，還可以通過(guò)車載移動(dòng)設(shè)備，為無(wú)人機(jī)臨時(shí)搭建更加平穩(wěn)、可靠的通信基站，保障現(xiàn)場(chǎng)指揮員能夠更加合理地調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)力量部署，增強(qiáng)整個(gè)火場(chǎng)的滅火救援能力。

（四）消防無(wú)人機(jī)實(shí)戰(zhàn)化運(yùn)用的遠(yuǎn)期構(gòu)想

就目前而言，消防無(wú)人機(jī)在滅火救援實(shí)戰(zhàn)化中的運(yùn)用還處于起步階段，消防無(wú)人機(jī)的實(shí)戰(zhàn)化調(diào)派機(jī)制、作戰(zhàn)流程規(guī)范、無(wú)人機(jī)駕駛員培養(yǎng)、無(wú)人機(jī)應(yīng)用研究等方面還有待進(jìn)一步完善。消防無(wú)人機(jī)的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用作為航空應(yīng)急救援的一個(gè)重要組成部分，其相應(yīng)的救援處理能力、技術(shù)裝備能力、制度等各個(gè)流程都還存在著許多風(fēng)險(xiǎn)和需要改進(jìn)的地方。因此，為了能夠持續(xù)處理好各種典型的災(zāi)害事故，消防無(wú)人機(jī)還需要承受大量的高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境考驗(yàn)。在改裝民用無(wú)人機(jī)平臺(tái)時(shí)，消防專用無(wú)人機(jī)平臺(tái)能夠發(fā)揮的作用更多。因此，必須持續(xù)性開(kāi)發(fā)多樣化的消防專用無(wú)人機(jī)設(shè)備與多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)。例如，對(duì)大型車輛事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救援期間，現(xiàn)場(chǎng)潛藏著許多重大危險(xiǎn)源，搭載具有協(xié)同作戰(zhàn)能力的消防無(wú)人機(jī)設(shè)備不僅能夠處理好外圍廣播的疏散任務(wù)，進(jìn)一步提升消防無(wú)人機(jī)的智能化水平，還可以有效關(guān)聯(lián)無(wú)人機(jī)與人工智能、GIS地理信息系統(tǒng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等，通過(guò)無(wú)人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)播報(bào)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)情況，利用各種信息化技術(shù)協(xié)助指揮員進(jìn)行決策。同時(shí)，合理應(yīng)用固態(tài)電池、石墨烯電池等新型電池技術(shù)、小型核聚變裝置等先進(jìn)的能源技術(shù)，主動(dòng)結(jié)合先進(jìn)動(dòng)力源設(shè)備和無(wú)人機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的目的[8]。除此之外，只要設(shè)置好信號(hào)中繼站，利用增強(qiáng)信號(hào)抗干擾能力與量子通信技術(shù)等方式，進(jìn)一步對(duì)無(wú)人機(jī)的遙控距離進(jìn)行延伸，通過(guò)遠(yuǎn)程可操作的消防無(wú)人機(jī)應(yīng)用管理平臺(tái)，實(shí)施跨區(qū)域無(wú)人機(jī)救援行動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大跨度、大空間建筑火災(zāi)具有火災(zāi)荷載大、蔓延途徑多、火勢(shì)蔓延快、燃燒猛烈、濃煙高溫聚集、建筑易倒塌等特點(diǎn)，處置難度大，技術(shù)要求高，消防無(wú)人機(jī)在處置此種類型災(zāi)害時(shí)可以從現(xiàn)場(chǎng)偵察、滅火戰(zhàn)術(shù)、輔助救援等方面實(shí)施作業(yè)。除此之外，還要結(jié)合實(shí)戰(zhàn)需求和未來(lái)高新技術(shù)的引入，加強(qiáng)消防無(wú)人機(jī)救援業(yè)務(wù)的研究和拓展，進(jìn)一步提升消防無(wú)人機(jī)的救援能力和滅火救援實(shí)戰(zhàn)效能。

參考文獻(xiàn)

[1]楊超杰，洪嬴政，段建威．大跨度、大空間廠房火災(zāi)撲救案例分析[J]．中國(guó)應(yīng)急救援，2021（04）：66-69．

[2]白天龍，董淑量.大跨度、大空間建筑火災(zāi)撲救難點(diǎn)及要?jiǎng)t分析[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2016（12）：4.

[3]鄭孝成.警用無(wú)人機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2019.

[4]蔡久輝.無(wú)人機(jī)在滅火救援工作中的應(yīng)用分析[J].消防界（電子版），2022，8（20）：54-56.

[5]胡軍權(quán).無(wú)人機(jī)在滅火救援工作中的應(yīng)用分析[J].冶金管理，2022（13）：110-112.

[6]唐新宇.無(wú)人機(jī)在消防滅火救援行動(dòng)中的應(yīng)用初探[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)，2021（09）：10.

[7]楊嘯天.無(wú)人機(jī)在消防滅火救援中的運(yùn)用[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（全文版）工程技術(shù)，2021（10）：2.

[8]徐超.淺議無(wú)人機(jī)在消防滅火救援行動(dòng)中的應(yīng)用[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2016（08）：2.

作者簡(jiǎn)介：

張志輝（1986- ），男，漢族，湖南湘鄉(xiāng)人，工學(xué)學(xué)士，中級(jí)專業(yè)技術(shù)職務(wù)，研究方向：消防應(yīng)急通信。