多自由度空間移動(dòng)消防炮設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

李紹寧

天津市西青區(qū)消防救援支隊(duì)，天津 300380

我國(guó)城市化進(jìn)程飛速發(fā)展，城市內(nèi)部建筑密度逐漸增大，導(dǎo)致樓宇間實(shí)際間隔普遍較為狹小，火災(zāi)事故發(fā)生后消防車通常無(wú)法有效靠近起火部位，并且由于傳統(tǒng)的消防炮只能固定設(shè)置于地面上，在一個(gè)平面內(nèi)實(shí)施滅火，一旦燃燒部位處于消防炮的射水范圍之外，滅火劑通常無(wú)法直擊火點(diǎn)，處置現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際滅火效果也就只能屬于“隔靴搔癢”的范疇［1］。因此，如何在有限空間內(nèi)快速建立滅火陣地，在滅火過(guò)程中保證移動(dòng)消防炮的穩(wěn)定，第一時(shí)間有效控制初起火勢(shì)的蔓延擴(kuò)大，成為一線消防指戰(zhàn)員亟需解決的重要問(wèn)題［2］。

一、多自由度空間移動(dòng)消防炮設(shè)計(jì)思路

隨著我國(guó)消防事業(yè)的飛速發(fā)展，各級(jí)消防救援隊(duì)伍主動(dòng)對(duì)標(biāo)主力軍、國(guó)家隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)，聚焦提升裝備實(shí)戰(zhàn)質(zhì)效，不斷打破傳統(tǒng)路徑依賴，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的思維方式和工作理念，結(jié)合新時(shí)期消防救援隊(duì)伍的實(shí)際需求針對(duì)性開展實(shí)用性滅火裝備研發(fā)工作［3］。由于滅火空間與滅火角度的局限，各類消防炮在處置災(zāi)害事故過(guò)程中還普遍面臨操作層面的實(shí)際問(wèn)題。例如，隨著我國(guó)石油化工產(chǎn)業(yè)體系的有效構(gòu)筑，各石化園區(qū)儲(chǔ)油罐體量普遍增加，園區(qū)內(nèi)部的消防安全隱患也隨之顯著增大，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，由于高噴消防車實(shí)際射程可能無(wú)法滿足實(shí)戰(zhàn)處置需要，仍然需要消防救援人員攜帶泡沫炮、泡沫管槍等裝備實(shí)施登罐作業(yè)，大大增加現(xiàn)場(chǎng)消防救援人員的處置難度。在油罐火災(zāi)處置過(guò)程中傳統(tǒng)移動(dòng)炮仍然存在諸多安全隱患，特別是在登罐作業(yè)處置過(guò)程中，由于傳統(tǒng)消防炮無(wú)法有效固定在罐壁上，供水壓力較小時(shí)會(huì)顯著影響消防炮自身的有效射程，而當(dāng)供水壓力較大時(shí)，放置于罐壁之上的移動(dòng)炮容易被高壓水流打飛，給現(xiàn)場(chǎng)參與滅火行動(dòng)的消防救援人員帶來(lái)了極大的安全隱患。

因此，多自由度空間移動(dòng)消防炮在設(shè)計(jì)過(guò)程中，摒棄了以往“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的改造模式，針對(duì)傳統(tǒng)消防炮使用過(guò)程中普遍存在的實(shí)際噴射角度只能局限于單一平面內(nèi)、消防炮陣地選擇困難、供水壓力較大時(shí)消防炮容易被高壓水流打飛、滅火過(guò)程中有效射程不足且通常需要消防員近距離使用等問(wèn)題，通過(guò)預(yù)設(shè)各類夾具協(xié)助消防救援人員在狹窄空間內(nèi)迅速建立作戰(zhàn)陣地。該炮能夠根據(jù)燃燒產(chǎn)物的理化性質(zhì)隨時(shí)更換更適應(yīng)火場(chǎng)實(shí)際的噴射裝具，按照該理念設(shè)計(jì)的多自由度空間炮還可以普遍應(yīng)用于油罐、大跨度大空間、地下有限空間等多種類別火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)，切實(shí)提升滅火救援隊(duì)伍對(duì)大規(guī)?；馂?zāi)的處置效率。

二、多自由度空間移動(dòng)消防炮夾具及噴射裝具

多自由度空間移動(dòng)消防炮是通過(guò)各類預(yù)設(shè)夾具協(xié)助消防員在狹窄空間內(nèi)迅速建立作戰(zhàn)陣地，隨后將水炮、自擺炮、泡沫炮等裝備利用配套的多種夾具快速固定至起火區(qū)域周邊，如電線桿、管線、墻頭、窗臺(tái)、油罐區(qū)圍墻、石化裝置工字鋼架等可供滅火裝備固定的建筑構(gòu)件之上，有效解決移動(dòng)水炮只能設(shè)置在地面才能實(shí)施滅火作業(yè)的局限性。這樣，即使泡沫噴射裝置的出口壓力過(guò)高，在各類專用夾具的有效固定下也不會(huì)出現(xiàn)消防水槍、炮在高壓作用下脫離控制的情況，在實(shí)現(xiàn)對(duì)起火部位精準(zhǔn)處置的前提下，最大限度地保證了滅火戰(zhàn)斗的高效開展［4］。各類型夾具主要部分采用7075 鋁合金材質(zhì)，使用過(guò)程中具有耐腐蝕、耐磨損、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，特別適用于制備各類機(jī)械強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)體。

（一）多自由度空間移動(dòng)消防炮夾具類型

目前，多自由度空間移動(dòng)消防炮夾具根據(jù)固定對(duì)象及實(shí)際應(yīng)用的不同，共分為6個(gè)類型。

1. 鏈條夾具

鏈條夾具（850 mm×200 mm×175 mm）針對(duì)我國(guó)建筑多為方形柱的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效克服國(guó)外夾具只能將噴射裝置固定于樹木或水管等圓形物體之上的技術(shù)瓶頸?？紤]到固定管線相對(duì)較細(xì)且極易導(dǎo)致鏈條滑落的問(wèn)題，鏈條夾具上還相應(yīng)增加了具備防滑作用的外加橫桿配套使用，可以在垂直方向牢牢固定各類消防自擺炮，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類噴射裝置的全方位固定，如圖1所示。

圖1 鏈條夾具的主要構(gòu)造

2. 型鋼夾具

型鋼夾具（935 mm×95 mm×230 mm）可以將噴射裝具固定在直徑250 mm 以下的各類管線、工字鋼、角鋼、槽鋼等鋼制構(gòu)建上，打破了國(guó)外固定夾具只能固定于工字鋼的限制，如圖2所示。

圖2 型鋼夾具的主要構(gòu)造

3. 圍堰夾具

圍堰夾具（1 000 mm×160 mm×310 mm）是根據(jù)國(guó)內(nèi)罐區(qū)圍堰的實(shí)際特點(diǎn)研發(fā)，可以保障將各類滅火器具固定在各類油罐罐壁甚至工業(yè)廠房、建筑墻頭、窗臺(tái)等部位。目前，國(guó)外尚無(wú)同類產(chǎn)品，如圖3所示。

4. 罐頂夾具

罐頂夾具（430 mm×85 mm×140 mm）根據(jù)國(guó)內(nèi)萬(wàn)噸級(jí)油罐罐頂浮盤邊緣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，如圖4 所示。它可以將各類滅火器具牢固固定在10 萬(wàn)噸、15萬(wàn)噸油罐的罐頂。滅火救援處置過(guò)程中消防救援人員登上罐頂后利用該夾具將移動(dòng)遙控消防炮有效固定后即可快速撤離。這樣不但可以有效降低現(xiàn)場(chǎng)參與處置消防救援人員自身的體能消耗，還能夠通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式保障現(xiàn)場(chǎng)處置人員的自身安全［5］。

圖4 罐頂夾具的主要構(gòu)造

5. 平板夾具

平板夾具（450 mm×300 mm×70 mm）是我國(guó)自主研發(fā)的消防裝備。應(yīng)用該夾具可以在立體空間中為現(xiàn)場(chǎng)參與火災(zāi)處置的各級(jí)消防指戰(zhàn)員構(gòu)筑一個(gè)滅火平臺(tái)，如圖5 所示。該夾具有效解決了傳統(tǒng)消防水炮只能放置在地面滅火的局限性，特別適用于對(duì)各種大流量移動(dòng)遙控消防炮的有效固定，它在確保充足噴射壓力及滅火所需流量的基礎(chǔ)上，能夠保障各類滅火裝具通過(guò)任意角度完成滅火藥劑的噴射，最大限度地保證滅火救援戰(zhàn)斗的高效展開。

圖5 平板夾具的主要構(gòu)造

6. 快速固定安裝臺(tái)

快速固定安裝臺(tái)（385 mm×300 mm×130 mm）需要預(yù)先設(shè)置在轄區(qū)重點(diǎn)單位的重點(diǎn)部位，一旦毗鄰建筑發(fā)生火災(zāi)，消防員能夠第一時(shí)間利用該裝置直接架設(shè)各類滅火器具實(shí)施有效處置。例如，在新建石油儲(chǔ)罐區(qū)時(shí)，可以將它預(yù)設(shè)澆筑在罐區(qū)內(nèi)部多個(gè)重點(diǎn)部位，如圖6 所示。火災(zāi)處置過(guò)程中，消防員到場(chǎng)后可以直接將多自由度空間移動(dòng)消防炮直接固定在安裝臺(tái)上開展滅火行動(dòng)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)失控或熱輻射較為強(qiáng)烈時(shí)，一線處置人員可以快速撤離，最大限度降低火場(chǎng)傷亡事故的發(fā)生［6］。此外，該安裝臺(tái)可以根據(jù)處置現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要通過(guò)射釘槍在幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速安裝，滿足一線消防救援隊(duì)伍實(shí)戰(zhàn)需要。

圖6 快速固定安裝臺(tái)的主要構(gòu)造

（二）多自由度空間移動(dòng)消防炮噴射裝具類型

為有效保證該炮在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際滅火效能，使其切實(shí)滿足各類燃燒物質(zhì)引發(fā)的災(zāi)情處置需要，按照由“體育競(jìng)技型”向“實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用型”轉(zhuǎn)變的思路，該炮的噴射裝具分為以下3種類型：

1. 多自由度空間炮

如圖7 所示，在6 MPa 工作壓力條件下，多自由度空間移動(dòng)消防炮炮體以30 L·s-1流量實(shí)施噴射的過(guò)程中，其有效射程能夠達(dá)到30 m，且該炮能夠直接連接市政消火栓，滅火過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)360°無(wú)死角噴射，處置現(xiàn)場(chǎng)能夠快速降溫隔熱，短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類火災(zāi)的有效控制。

圖7 多自由度空間移動(dòng)消防炮工作壓力對(duì)其有效射程的影響曲線

2. 多自由度自擺炮

多自由度自擺炮可以在火災(zāi)處置現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)火災(zāi)蔓延發(fā)展情況隨時(shí)調(diào)整噴射角度。當(dāng)轄區(qū)主戰(zhàn)消防車未及時(shí)抵達(dá)處置現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可預(yù)先使用多自由度自擺炮構(gòu)筑處置陣地對(duì)初起火災(zāi)實(shí)施有效壓制。多自由度自擺炮整體質(zhì)量較輕且攜帶方便，處置過(guò)程中便于靈活操作。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)用該炮在30 L·s-1流量條件下能夠自動(dòng)穩(wěn)壓并保持最佳射流狀態(tài)，形成從水平到90°范圍內(nèi)的發(fā)散射束，并可通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式以每秒3°的自擺速度實(shí)施自主噴射，如圖8 所示。僅2022 年，消防救援隊(duì)伍應(yīng)用該炮先后成功處置“4·16”天津惠商有限公司和“8·19”天津西青道光達(dá)產(chǎn)業(yè)園火災(zāi)，隊(duì)伍實(shí)戰(zhàn)打贏能力得到進(jìn)一步錘煉和提升。

圖8 多自由度自擺炮的主要構(gòu)造

3. 多自由度雙頭泡沫炮

目前，我國(guó)消防救援站泡沫滅火裝備通常由水炮、中倍泡沫炮、低倍泡沫槍、中倍泡沫槍、高倍泡沫發(fā)生器等組成，而中倍泡沫炮、高倍泡沫發(fā)生器體積較大，同時(shí)放置多具會(huì)占據(jù)消防車大量空間，只能取其一二放置于車上戰(zhàn)備，不上車的裝備往往被束之高閣，這也使得消防車部分泡沫滅火功能嚴(yán)重缺失，無(wú)法保障“低倍、中倍、高倍”泡沫同時(shí)噴射的滅火戰(zhàn)術(shù)實(shí)施。而在無(wú)法保證中倍、高倍泡沫滅火劑的前提下，由于低倍數(shù)泡沫滅火劑短時(shí)間內(nèi)泡沫原液即與水分離，單純依靠低倍數(shù)泡沫無(wú)法形成對(duì)油品火災(zāi)的有效壓制，短時(shí)間內(nèi)火勢(shì)即可出現(xiàn)復(fù)燃現(xiàn)象，導(dǎo)致火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際滅火效果受裝備的影響而大打折扣。

為提升消防救援隊(duì)伍石油化工火災(zāi)滅火效能，有必要根據(jù)石油化工火災(zāi)處置的實(shí)戰(zhàn)需求，以實(shí)際消防戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法為切入點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有不同種類的移動(dòng)消防炮進(jìn)行創(chuàng)新，使得同一炮座能夠同時(shí)安裝低倍、中倍、高倍泡沫滅火裝備，保證火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)能夠發(fā)揮其滅火功效，最大程度地保證火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的處置效能不受器材裝備的限制。

在應(yīng)用多自由度雙頭自擺泡沫炮的過(guò)程中，噴射裝置可以采取30°、60°、80°3 種噴射角度不間斷地實(shí)現(xiàn)自擺式出水，如圖9 所示。同時(shí)，可以根據(jù)火場(chǎng)實(shí)際需要隨時(shí)更換高、中、低倍泡沫噴射裝備，也可將設(shè)備通過(guò)預(yù)設(shè)夾具近距離固定在起火油罐附近，使同一消防炮具備多種滅火功能，既化解了消防救援人員手持泡沫滅火裝備近距離滅火的危險(xiǎn)，又有效提高滅火效率。

圖9 多自由度雙頭泡沫炮

三、結(jié)束語(yǔ)

本文所述多自由度空間移動(dòng)消防炮使用特制夾具，可快速創(chuàng)建立體滅火作戰(zhàn)平臺(tái)，從根本上改變了傳統(tǒng)消防炮只能在地面上使用的局限性，可以將噴射裝備快速固定到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的建筑結(jié)構(gòu)上，保證消防救援人員能夠在狹窄空間內(nèi)快速建立作戰(zhàn)陣地，選擇最佳角度實(shí)施滅火，將平面作戰(zhàn)有效轉(zhuǎn)化為立體空間作戰(zhàn)。而且，多自由度空間移動(dòng)消防炮能夠直接連接火場(chǎng)內(nèi)部配置的消火栓，滅火過(guò)程中能夠360°無(wú)死角噴射，有效實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生初期良好的降溫隔離作用。該裝置能有效緩解消防員長(zhǎng)時(shí)間手持泡沫設(shè)備的體能消耗，實(shí)戰(zhàn)處置過(guò)程中可以根據(jù)火場(chǎng)實(shí)際需要替換水槍及高、中、低倍泡沫噴射裝備，并可通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式最大限度地保障消防救援人員的自身安全，有效提升了隊(duì)伍的實(shí)戰(zhàn)打贏能力。