消防安全新技術及發展趨勢

□李容

引言

隨著我國經濟社會的發展，城市化進程進一步加快，城市火災呈現出新的特點，主要表現在：現代城市人口、建筑、財富、生產經營場所的集中，導致了城市火災集中爆發。這些復雜的變化使城市的消防安全形勢更加嚴峻，迫切需要發展相適應的消防技術，消防科學技術是推進消防事業發展的重要動力和保障。發達國家消防事業的發展，很大程度上都是依靠科技創新，建立以現代科學技術為基礎的消防安全防災體系，其主要特征是知識成為火災防控的內在要素，科學技術在消防工作中發揮著重要作用，知識創新和科技成果轉化為現實的消防綜合能力。加強基層消防基礎建設，就是要堅持以人為本，牢固樹立和落實科學發展觀，全面深入實施科技強警戰略，找準消防科技的切入點、結合點和著力點，在火災預防、消防監督、滅火救援、部隊管理等工作的各個方面，積極推廣和應用先進的科學技術，加強消防安全技術研究，切實提高全社會預防和抗御火災的整體水平，為實現 “三提升、三降低”和消防事業持續快速發展目標提供技術支撐。

一、消防安全新技術

（一）新型滅火技術

1.球體滅火裝置

英國目前發明了一種滅火技術，它可在火災剛剛發生時就將其撲滅。該技術使用的滅火裝置是一些兩個薄層的空氣球體，里邊的球體由處于壓力狀態的惰性氣體填充。內球薄層是用熱阻較低的無孔塑料制成，而外球薄層則用質地較硬的塑料 （例如磷酸脂）制成，這種材料表面散布著許許多多的小孔。此滅火裝置的工作原理是：內球薄層受熱時收縮，并通過外層小孔放出惰性氣體，熄滅火焰。這種具有兩個薄層的空心滅火球可直接對著火焰噴射，也可散布在火場周圍。如果用不同塑料制成多層球體，就可使惰性氣體間隔釋放，若第一層球體釋放的惰性氣體未能將火焰撲滅，第二層球體將依次繼續噴出惰性氣體來熄滅火焰。該項技術發明者認為，這些球體可以注入滅火器內，也可散布在屋頂或閣樓等處，因為球體滅火裝置在這些地方還將起到意想不到的作用，即通過其隔熱特性，使屋內冬暖夏涼，溫度保持適中，可謂一物兩用。

2.投擲式滅火器。

投擲式滅火器為柔軟透明樹脂包裝的液體滅火劑，其滅火原理是：滅火液從被投擲到火源附近的樹脂內飛散而出，因水分蒸發而使燃燒物冷卻；滅火劑中含有的磷酸銨和主要滅火劑發生作用產生氨氣，氨氣可以形成燃燒連鎖反應的負觸媒。同時，此滅火劑所含的重碳酸鈉在遇熱后產生二氧化碳，阻斷了燃燒面同氧氣的接觸，抑制了燃燒的發生；滅火劑中還添加了硫酸鈉，可以使燃燒物的燃點升高，不易燃燒，發揮了防復燃效果。此種滅火器具有安全 （不爆炸）、環保 （液體無任何毒性）、保質期長 （自然存放5年）、使用簡便等特點，是一種可應用于精密儀器室、資料室、機艙、家庭等的有效滅火器。

3.固體火箭滅火彈

固體火箭滅火彈的主要用途是在消防員不能接近著火區的情況下，依靠火箭實施遠距離滅火，以及對高層建筑等局部著火區實施定向滅火。因此,該滅火彈適用于油田、煉油廠、化工廠、森林、草原、機場、火車、輪船、碼頭和高層建筑等場所。

美國LosAlamos國家實驗室發明的一種新型火箭推進劑 （BTATZ）是一種防爆的、無煙火的易燃固體材料，由于對沖擊不敏感，不能立即發生反應。該材料可迅速無焰分解并生成氮氣 （大約90%推進劑轉換成氮氣），可作為一種全新的無須盛裝的滅火劑。這種特性可使滅火系統簡化和重量減輕，通過真空包裝、粉末包裝或無包裝來實現。BTATZ推進劑可以安裝在易發生火災的區域，干艙起火啟動推進劑進行滅火。然而，由于該成分含有碳、氮以及氫，可能產生氰氫酸，因而具有一定的潛在毒性。

4.高科技脈沖滅火設備

瑞典消防科研部門研制的IFEX 3000型脈沖滅火設備，主要用水作滅火劑。滅火時通過向火場噴灑大量霧狀水滴，迅速吸熱,使火場溫度迅速下降，使火勢被控制和撲滅。此設備可在10 ms～50 ms內就可噴灑大量水霧，每升水噴出的水霧可以覆蓋200m2。

5.細水霧滅火技術

德國某公司研究出背負式脈沖氣壓噴霧水槍，這種水槍是利用高壓氣體的瞬間沖擊作用，將水霧化為粒徑在0.30mm以下的細水霧微滴，大大提高了水的滅火效能。由于其滅火效率高、機動性強，已被一些國家的消防部門采用。在此基礎上，推車式氣壓噴霧水槍以及供安裝到消防車和輕型直升飛機上使用的脈沖氣壓噴霧水炮也相繼被開發。

瑞典研制的一種超高壓細水霧切割滅火系統，其主要特點在于隔墻滅火 （可穿透鋼板、木板和玻璃等多種材質）、高效 （穿透6 mm鋼板用時6 s、擊穿鋼質防盜門用時3 s）、節水（熄滅大型集裝箱內30 L柴油火災僅消耗25 L水）及靈活操作性。

6.新型滅火劑

超細化和納米化粉體是現代工程技術發展的趨勢。超細干粉滅火作用機理主要體現在：有效抑制有焰燃燒；對表面燃燒具有強窒息作用；遮隔火焰熱輻射、冷卻被保護物。由于顆粒更加細小，超細干粉滅火劑單位容積滅火效率是哈龍滅火劑的2～3倍，是普通干粉滅火劑的6～10倍，是七氟丙烷滅火劑的10倍，是二氧化碳滅火劑的15倍以上。另外，超細干粉滅火劑對大氣臭氧層耗減潛能值 （ODP）和溫室效應潛能值 （GWP）均為零，對于人體皮膚和呼吸道無刺激，對保護物無腐蝕、無毒害，滅火后殘留物易清理，可以用來撲救A、B、C類火災和帶電設備火災。

氣溶膠滅火劑是一種能通過物理或化學作用生成氣溶膠滅火介質的混合藥劑，藥劑產生氣溶膠滅火介質時的溫度一般可分為冷氣溶膠和熱氣溶膠兩種。作為一種對環境無污染、無毒、無腐蝕、ODP值和GWP值及ALT值 （合成物在大氣中存留壽命）較低的滅火劑，氣溶膠滅火劑受到了國外一些著名公司的歡迎。

7.超音速滅火技術

航空航天技術是人類的高科技成果，將噴氣式飛機、導彈的高速氣動力技術應用于消防領域是科技工作者多年來的研究課題。超音速滅火技術是以航天技術的微型噴管噴射的燃氣為動力，以固體粉末作為主滅火劑的小型滅火器材，是用化學與物理相結合的方法對火焰活化鏈進行切割和抑制，可有效撲滅初起的A類和B類火災。其技術原理為：依據固體火箭發動機原理,將固體動力藥劑的化學能應用電加熱，并通過超音速燃氣發生器轉化為高速射流，充分開發利用超 （跨）音速燃氣流對火焰的切割作用；干粉滅火劑 （如重晶石干粉）在超音速氣流的沖擊、擠壓、撕裂作用下，部分被細化，在粗重的干粉粒子裹挾下被迅速擾動成氣相、固相共存的氣流霧團疾速射向火場，實現高速、高效、安全、可靠滅火。

（二）新型防火技術

低氧防火系統技術。低氧防火系統主要由空氣壓縮機、低氧防火氣體發生器、氧體積分數探測器、區域控制閥、送風管道、低氧防火系統控制柜等部分組成。其中，低氧防火氣體發生器及氧體積分數探測器是該系統的主要設備。通過采用膜法空氣分離技術和氧體積分數測定技術，將防護區的氧體積分數降低并始終維持在15.0%～16.8%，在此環境中大部分可燃物不能被點燃，但人員可以較長時間安全生存。在一般公共場所 （計算機房、普通博物館、檔案館、圖書館等）可將氧體積分數維持在15.0%～16.8%；對要求特級防火保護的人居公共設施 （國家級博物館、文物檔案館、電信移動樞紐等）可將氧體積分數維持在14.0%～15.0%；對于人員停留較短時間的重要場所 （如檔案館、資料庫等）可將氧體積分數維持在12.0%～14.0%。

（三）機器人技術

由于火災和特種災害事故現場的特殊危險性，機器人在現場滅火救援和災害處置行動中具有巨大的應用前景。研究一種實用的能夠替代消防救援人員進入有毒、有害、易坍塌、缺氧、濃煙、放射性等危險災害現場進行探測的消防救援機器人，以解決消防員人身安全、時間限制、數據采集量不足和不能實時反饋信息等問題，具有緊迫性和重要的現實意義。第一代和部分第二代消防救援機器人已經開始服役，但其結構和功能在不同的國家都各有特點和獨到之處。目前，工業發達國家正在加快開發不同功能的第二代實用型消防救援機器人，而第三代智能型消防救援機器人尚在探索之中，日本、美國和英國已開始進入預研和論證階段。目前，已有多種不同功能的消防機器人用于救災現場。

今后消防機器人的發展具有智能化、專業化和團隊化趨勢，通過與消防員的有效合作或獨立操作，實現對有毒有害化學品泄漏和易坍塌等災害現場的偵察和處置、易爆物品的搬運、障礙物的清除、遇難人員的搶救，以及對災害現場的滅火、封堵、洗消、破拆等作業。

（四）新材料技術

新型材料是指新出現或已在發展中的、具有傳統材料所不具備的優異性能和特殊功能的材料，如納米材料、新型功能材料、高性能結構材料和智能材料等。近年來在消防安全領域出現并獲得應用的新型材料，主要包括：新型阻燃和防火材料、形狀記憶合金材料、蓄光發光材料和金屬多孔材料等。

金屬多孔材料是近年開發出來的一種高科技新材料，具有獨特的性能，密度小、吸音性高、減震性好、能量吸收性強、傳熱性好且具有電磁屏蔽作用，其材質一般為青銅、鎳、鈦、不銹鋼、鋁及其合金。在消防領域，金屬多孔材料具有隔焰防爆、隔熱和防靜電的功能。金屬多孔材料的孔隙結構和巨大的比表面積可將壓力容器分成許多微小空間，遏制火焰傳播。同時，與容器進行快速熱交換，熱量被吸收和散失，容器內溫度和壓力值均降低而達不到爆炸極限，防止了爆炸的發生。國外已將其用于公共汽車、防彈高級轎車、油罐車和消防車等車輛的油箱中，以及液化石油氣儲罐中。多孔材料作為隔熱材料主要用于火箭發動機推力室噴注器控制面板的冷卻，在消防技術上也開始嘗試應用。例如，進入火場撲救特種火災以及搶險救援的消防機器人，其外殼可采用這種隔熱材料制造，以保護機器人的內部線路、器件不致受火場高溫的作用而破壞。

隨著材料制備技術 （如納米技術、超細化技術、微膠囊包裹技術、輻射固化技術以及表面改性技術）的更新，阻燃和防火材料將會得到進一步發展。德國科學家在廢舊紙張中提取的植物纖維素中，加入一些不可燃特殊礦物材料，按照特定的比例混合，制成了一種新型防火材料。這種新型防火材料使用簡便，可以通過噴涂的方式直接涂覆在被保護物體表面，并能立即發揮作用，可代替油庫中廣泛應用的石棉材料。

利用形狀記憶合金作為溫度傳感材料，可以在火災自動報警、自動噴淋等系統應用。例如，美國貝特爾哥倫布實驗室的工程技術人員采用TiONi合金作為自動灑水器的感溫探測元件，當達到預定溫度時，合金收縮，噴頭開始灑水；溫度降低后記憶合金恢復原形，閥門自動關閉停止噴水，以避免過多的水浸漬房間。

（五）現代通信技術

消防通信和網絡系統在預防火災、滅火救援指揮、警務調度、日常管理等方面發揮著重要的作用。高效準確的通信系統能夠在很大程度上提高消防部門的溝通效率，降低火災中的人員傷亡和財產損失。

1.藍牙技術

隨著藍牙技術的發展，已不僅局限于通信領域，在消防領域也已得到廣泛的應用，目前主要表現在： （1）火災預防。藍牙技術可在很大程度上避免傳統的有線火災自動報警系統造價高、抗干擾能力差、施工不便、誤報和線路老化等問題，不需要任何線纜就可以進行探測器間的連接。 （2）滅火救援。具備藍牙功能的全球衛星導航系統車載GPS可用于部分大型消防車，不僅可以進行導航還可作為通信設備。藍牙技術在某種程度上減少了對外界電磁信號的干擾，更加有利于滅火與救援。 （3）日常管理。由于藍牙技術具有無線傳輸的特點，可以通過藍牙適配器對辦公設備之間互聯，操作方便快捷，并且能實現對多個用戶的數據共享和傳輸，提高辦公效率。

2.VoIP技術

VoIP技術可用于建設消防系統內部的信息網絡。目前，全國消防部門依托公安各級網絡,已建成覆蓋總隊、支隊和大隊的多級層次結構IP通信網絡。通過以支隊為中心，以各大 （中）隊為末端節點，使用網守、語音網關等硬件組件進行專用IP數據網絡的平滑增值，將現有語音交換網絡和IP通信網絡通過中繼連接在一起，利用已有的IP網絡承載語音數據流，可以節約高昂的線路投資費用。

3.空間信息技術

空間信息技術主要包括GPS、GIS和RS等理論與技術，結合計算機技術和通信技術進行空間數據的采集、測量、分析、存儲、管理、顯示、傳播和應用等。空間信息技術在消防工作中的應用目前還處于初級階段，系統的建立和應用缺乏系統性和完整性，有的技術環節仍處于較落后的狀態，更多領域和功能有待開發。目前已應用的有119指揮系統。消防力量動態管理是集全球衛星定位技術 （GPS）、全球移動通信技術 （GSM）、 地理信息系統技術 （GIS）、綜合數據通信技術、計算機網絡技術等于一體，實現消防車輛的動態管理、調度、指揮的子系統。在這個系統中，主要使用了GPS的車輛導航、車輛跟蹤、車輛定位、車輛調度等技術。

二、消防安全技術發展趨勢

（一）智能控制技術

隨著經濟社會的快速發展，人流、物流急劇增加，高層建筑及賓館飯店、商場市場、歌舞廳等人員密集場所大量涌現。社會單位自身的治安防范需要與火災中人員安全逃生之間的矛盾越來越突出。一些單位在營業期間鎖閉安全出口、封堵疏散通道，一旦發生火災，極易導致群死群傷的慘劇。為兼顧安防與消防的要求，應積極推廣適用于建筑安全出口管理的安防控制報警與消防安全逃生的門鎖系統。安防與逃生門鎖系統主要有：1.與火災自動報警系統聯動的電子門禁系統，火災發生報警后或失電時，門禁系統可自動釋放或由消防控制中心控制；2.具有報警功能的推栓式外開門鎖系統，由室內一推鎖栓防火門即可開啟并報警；3.無報警功能的外推式門鎖系統。

建設城市火災自動報警網絡系統，是貫徹落實科學發展觀,利用現代科學技術，提升消防工作科技含量、有效防控火災的重要措施。城市火災自動報警信息系統主要有以下功能：一是對建筑消防設施進行遠程監控，實現消防設施監督管理由分散型向集約型的轉變，促進單位增強維護消防設施的自覺性，提高城市建筑消防設施的完好率；二是火災自動網絡報警,實現了火災報警方式由單一人工報警向網絡化自動報警的轉變，提高消防部隊快速反應和增強城市抗御火災的能力；三是GIS電子地理信息定位，實現火情偵察方式由人工詢問偵察向自動搜尋定位的轉變，有利于119指揮中心派車出動方案的生成；四是各種消防信息的監控和統計分析，實現消防監督模式由被動型向主動型的轉變，提高消防監督抽查的針對性和有效性。隨著有線寬帶和無線寬帶網的應用，城市火災自動報警信息系統將向視頻監控功能拓展。

簡易自動噴水滅火系統是指由系數K為80、115的快速響應型或系數K為80的標準響應型噴頭、管道以及供水設施組成的自動噴水滅火系統。2005年12月的一天，上海市盧灣區兩幢老式居民樓的廚房間先后發生火災，其中一幢居民樓安裝了簡易噴淋系統，火災初期簡易噴淋系統及時動作灑水，消防隊到場時火災基本被撲滅，沒有造成損失。而另一幢沒有安裝簡易噴淋系統的居民樓，火災發生后火勢迅速蔓延擴大，造成2人死亡。因此，安裝簡易噴淋系統對防控火災具有十分重要的意義。

為了早期發現火災并及時報警，最大限度地減少人員傷亡和財產損失，許多發達國家通過制定法律，在居民家庭和小型企業場所推廣安裝單點式火災探測報警器。據有關資料介紹，英國倫敦82%的居民家庭安裝了單點式火災探測報警器。在美國，一般的超市都銷售單點式火災探測器，每只售價為5～7美元。獨立式單點火災探測器具有無需布線、安裝保養方便、聲光同時報警的優點，不僅適合于新建建筑，也適合于現有建筑的火災探測和報警。

（二）納米消防技術

納米科技是指在納米尺度 （1 nm～100 nm）上研究物質 （包括原子分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉科學和技術，納米科技的迅猛發展將在21世紀促使幾乎所有工業領域產生一場革命性的變化，在城市消防安全領域也不例外。

阻燃技術一般是采用無機或有機阻燃劑對可燃基體材料進行處理。采用將阻燃劑 （氫氧化鋁、氫氧化鎂、氮系阻燃劑、磷系阻燃劑和硼系阻燃劑等）粒度超細化或制備聚合物 （聚氨酯、聚丙烯、尼龍6、聚苯乙烯和環氧樹脂等）／層狀無機物 （蒙脫土、膨潤土、雙氫氧化物和可膨脹氧化石墨等）納米復合材料兩種納米技術，可以在提高材料阻燃性能的同時有效改善力學性能、減少阻燃劑用量、降低燃燒產物毒性和腐蝕性、滿足工藝要求。由此實現的納米塑料能夠將無機物的剛性、尺寸穩定性和熱穩定性與聚合物的韌性、可加工性及介電性完美結合。

在涂層中引用納米材料，可以根據最終功能需求有效提高材料的阻燃性、隔熱性、抗氧化性、抗靜電性和耐磨性等。例如，將淺色導電材料納米氧化鈦 （TiO2）制成涂層用于飛機、導彈和衛星的非金屬制件表面以及印刷電路、靜電復印和導電紙等方面，可以防止甚至消除靜電引發火災。

將傳統的干粉滅火劑 （如NaHCO3、KHCO3和NH4H2PO4等）和泡沫滅火劑等超細化、納米化，或制備固體微粒氣溶膠滅火劑，可以明顯提高其滅火效率，并且延長有效貯存期。

制作火災探測器是納米材料最有前途的應用領域之一。目前，已實用化的氣體傳感器有SnO2膜制成的傳感器，可用作可燃性氣體泄漏報警器、濕度傳感器以及戰場化學劑的報警。納米火災探測器和報警器具有兩方面優勢，一是反應時間極短，可實現極早期報警；二是制作材料選擇性很高，可大幅度提高預測準確性。

（三）綠色消防技術。

將綠色技術概念與消防領域相結合，可引導出綠色消防技術這一新概念，即符合環境保護要求、對公眾健康和環境不會造成危害的消防技術。綠色消防技術主要包括兩個方面：新型清潔滅火技術和綠色阻燃技術。

哈龍滅火系統是具有不同程度滅火能力的低級烷烴鹵代化合物滅火系統總稱，具有滅火快、毒性低及不污染和損害物品等優點。但其致命缺點是在向大氣彌散過程中，產生的游離Cl#和Br#不斷消耗臭氧層，破壞人類的生存環境。因而，為保護臭氧層，尋找合適的哈龍替代技術勢在必行。目前，在國際上，哈龍替代物主要包括以下七類：鹵代烴類滅火劑、二氧化碳滅火劑、細水霧滅火技術、氣溶膠滅火技術、惰性氣體滅火劑、非揮發性哈龍替代物和泡沫滅火劑。

阻燃劑及阻燃材料本身在生產和使用過程中應無毒害性，具有良好的耐熱穩定性、耐老化性、耐光穩定性、無腐蝕性。同時，其燃燒產物應低煙和低毒。今后的綠色阻燃技術研究重點應是開發新型環境友好的低煙低毒無鹵產品，采用環境友好的化學反應，在工藝過程中使用無毒無害的原料、溶劑和催化劑，阻燃產品回收容易進行且具有環保性。如前所述，納米技術將在綠色阻燃技術的開拓中發揮重大作用。

三、結語

消防科技是一個龐大的實用領域，當前及今后消防安全技術呈現出多學科融合交叉特點，隨著各種高新技術的發展和融入，消防科技呈現出邊緣化、精細化、交叉化和高端化的發展趨勢，其發展空間巨大。未來國際消防技術對消防決策技術非常重視，從保護 （防火服）和救助 （醫療急救）等各方面保障生命安全，滅火和探測等主動防火技術占絕對優勢，整體發展偏向一體化和智能化，這為我國當前消防技術的發展提供了明確的方向。在我國，應借鑒國際消防技術發展趨勢，結合國家建設、政策、特色和需求，發展高新、專用和實用的消防技術。