超短波通信系統在消防滅火救援現場通信保障應用分析

公安部沈陽消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹峰 隋虎林

超短波通信系統在消防滅火救援現場通信保障應用分析

公安部沈陽消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹峰 隋虎林

消防通信是消防部隊現代化建設的重要組成部分，是消防部隊戰斗力的技術體現，也是消防部隊的神經中樞。超短波通信系統是當前消防部隊使用最廣泛的應急通信系統。本文根據超短波通信系統的特點，針對當前消防超短波通信系統在超高層建筑環境下的應急通信問題進行了歸納和總結，有針對性地提出了相應的解決方案，探討了火災時如何快速組建超高層建筑的消防無線通信網。

超高層建筑；超短波；消防通信

1 引言

隨著我國建筑行業的快速發展，我們的生存活動場所有了很大的改變：從傳統普通底層建筑，逐步向超高層建筑、大型城市綜合體、地下等建筑形式發展。在當前，大規模城市化的發展，人口數量的持續增加，經濟的逐步增長，促進了我國超高層建筑的建設熱潮。從香港環球貿易廣場，到天津中國117大廈，深圳平安國際金融中心，廣州塔，再到現在的上海環球金融中心等，這些超高層建筑的高度已從之前的400米，逐步向600米，800米甚至1000米以上發展。我國《民用建筑設計通則》GB50352—2005規定：建筑高度超過100米(國際慣例為150米)時，無論是住宅，還是公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑能夠代表一個國家和地區的經濟發展水平，也被人們稱為一個城市的標志性建筑，摩天大樓雖然能夠解決城市用地緊張的局面，與此同時也給城市的消防安全保障帶來了越來越多的難題。

在當前，科學技術的發展非常迅速，我們的社會已經進入了多信息化時代。隨著持續加快的城市化進程，城市人口呈現快速增長，城市的規模也在迅速擴大，導致火災因素也越來也多，因此現代城市火災呈現出復雜化、立體化、多樣化的特點。消防部隊在執行滅火救援任務過程中，尤其是在超高層建筑環境下面臨很多應急通信難題，例如，信號的屏蔽、遮擋、繞射等，這些難題嚴重影響了消防通信指揮。現階段，消防部隊所使用的無線通信設備中，超短波通信設備具有很多優良的性能和特點，如操作簡單，使用方便，網絡架設迅速，使用機動性很強等，因此其通信保障能力具有迅速、準確、不間斷的特點，對于現代消防部隊應急通信來說，是非常適合的一種通信保障技術和手段。因此，開展消防超短波無線通信技術研究，加強消防超短波無線通信建設意義重大。

2 消防超短波通信指揮系統建設現狀

消防通信作為消防部隊的神經中樞，是滅火救援行動中獲取現場信息、調度指揮和科學決策主要途徑和技術手段，因此是消防部隊現代化建設的重要組成部分。從我國目前的消防部隊現代化建設現狀來看，消防通信問題已經嚴重影響消防部隊的戰斗力，消防應急通信指揮系統的建設亟需發展。同時，由于城市的現代化建設非常迅速，復雜建筑、高層超高層建筑逐步增多，火災因素更加復雜，尤其是重特大惡性火災事故發生概率呈逐年上升趨勢，該類火災現場建筑結構復雜，無線信號受到各種干擾和屏蔽，因此給消防通信指揮工作提出了更高的要求。

超短波通信又稱“甚高頻通信(VHF)”，即是利用超短波頻段(頻率為30MHz-300MHz)的無線電波傳送信息的無線電通信，波長范圍為10米-1米。由于特高頻(UHF)中低頻頻段300MHz-1000MHz其傳播特點、應用范圍與VHF大致相同，因此廣義的超短波頻段范圍包括UHF低端部分頻段和VHF全部頻段。我國的消防部隊目前應用的主要頻段為340MHz-400MHz的特高頻，其中包括無線語音通信設備使用的350MHz頻段，無線圖像傳輸設備使用的340MHz頻段等。超短波頻率的資源是非常有限的，其通信質量在有些場合也不是非常穩定，但其有一個很重要的特點，即它在實現遠距離通信時可以不依賴于基礎設施和中繼基站，這是其他頻段所無法做到的。同時，超短波通信設備成本低廉、機動性強、體積較小，在復雜的現場環境下能夠快速展開等，因此在當前的消防應急通信中發揮著非常重要的作用。

2013年，用于森林消防的2個數字超短波信息系統主基站分別在泰順縣林業局和老鷹巖建成并正式投入使用，共配有6臺數字短波對講機、3臺車載臺，數字無線網絡通訊實現全縣覆蓋。數字超短波信息系統采用先進的TDMA(時分多址)技術，以超短波的通信為基礎，綜合運用計算機網絡技術、軟件技術，結合現代有線、無線通信技術、衛星通信技術、短波通信技術，在救援現場就能夠實現從撲救人員、班組、隊到前線指揮部所需的語音、數據、短信、文件、圖像、GPS等多種業務應用，還可以與GSM、IP網絡、衛星等通信方式進行綜合組網，使用方式非常靈活多變。這標志著森林消防在硬件設施上邁上了一個新臺階，通信系統的“同步傳輸、數話同傳”將大大提升森林消防的社會應急聯動處理水平和能力。

綜合來看，我國在消防超短波通信系統的應用越來越多，配備的裝備也逐漸豐富，在應對當前的消防救援行動中，發揮著越來越大的作用。但從我國的整體情況來看，由于經濟發展的程度不同，消防通信指揮系統的建設也呈現出東部強于西部的特點。同時，我們需要借鑒國內外在該領域的相關研究開發經驗, 使我們的消防超短波通信系統更好的服務于我國的現代消防事業。

3 當前高層建筑消防通信存在的問題

3.1 高層建筑結構復雜，垂直方向通信距離遠，通信效果不夠理想

高層建筑主要包括鋼筋混凝土體系（框架結構、剪力墻結構、框架－剪力墻結構、框筒結構、筒中筒結構），鋼結構體系（鋼框架結構、鋼框架－支撐結構、鋼框架－砼剪力墻結構、鋼框架－砼核心筒結構、框－筒結構、桁架－筒結構、筒中筒結構、束筒結構）等。內部結構相對非常復雜，起火因素多，本身建筑面積大，功能復雜，因此通信信號很難到達每個區域，同時在樓層較高的地點，距離地面指揮人員距離遠，繞射多，通信效果不夠理想。同時，在該類復雜建筑的滅火救援現場，無論是移動、聯通、電信等運營商的小型專網，還是消防部隊的通信專網，由于諸多方面的原因，高層建筑內部的信號覆蓋問題都沒有考慮。對高層建筑來說其通信設施相對比較匱乏，有的建筑內部雖然配備了一些簡單的消防通信設施，但是在發生大型火災時，無法滿足滅火戰斗的需要。

3.2 高層建筑無線信號屏蔽現象嚴重，影響滅火救援通信指揮

高層、超高層建筑中的消防通道、電梯間等處，由于金屬常閉防火門、電梯設備的空間狹小等因素影響，導致地面指揮人員與參與救援的消防隊員的通信聯絡嚴重受阻，部分場所的還會出現屏蔽現象；加之火場溫度高，發煙量大，現場的能見度非常低，各種噪聲干擾嚴重，這些因素也進一步增加了火災現場的通信聯絡效果，給現場的通信指揮帶來了諸多不便。一旦參與救援的消防隊員不能夠及時得到指揮命令，其行動也無法按照命令進行執行，人員傷亡和財產損失也會相應擴大，增加了火災撲救的代價。

3.3 針對高層建筑的消防應急通信組網技術和設備不足

當前，我國城市消防救援現場的應急通信方式采用的都是常規通信網絡，如模擬集群和數字集群等。當超高層建筑發生火災時，因其內部空間的密閉性和鋼結構的屏蔽作用，使得超短波通信信號難以全面覆蓋，尤其是在消防通道和電梯間內。各級消防指戰員以及官兵缺乏在該類復雜條件下通信組網技術知識的掌握，在消防救援現場，由于通信網絡不暢，現場的指揮和救援就會非常混亂，滅火指揮部也形同虛設，不能合理地安排滅火救援力量。因此，需要加大對高層建筑消防應急通信裝備的技術攻關，研發新型通信裝備，針對高層建筑的特點，使得信號覆蓋范圍更大，強度更好，同時還要提高裝備使用人員的技術能力，合理利用資源。

4 應對策略及解決方法

4.1 借鑒國內外其他行業的先進技術，加大對通信裝備的研究

目前，西方發達國家在軍事領域研制開發了多種短波通信系統，如美國海軍的高頻特混編隊內通信網絡和短波艦/岸網絡，Collins公司的HF MESSEN-GER網絡，澳大利亞的LONGFISH網絡，美國Globe Wireless公司的全球電子郵件系統等。對于上述的短波網絡都是屬于短波接入體制，其具有一個共同的特點，即屬于網絡中心節點控制為主，其他節點控制為輔，但是兩個移動節點之間不能直接通信，所有移動節點之間的信息交互，都由中心節點進行統一的調度分配完成。該系統的缺點就是太過于依賴中心節點，一旦中心節點出現故障，整個通信系統都將處于癱瘓之中，因此為了克服該缺陷，國外又相繼開展了短波自組織網絡技術的相關研究。

在短波/超短波通信網絡領域，我國的研究單位和科技人員也開展了很多應用研究，與國外類似，尤其是在軍事領域，其應用更為廣泛，相反，在民用領域的應用相對比較有限。我國幅員遼闊，地形和地質情況非常復雜，因此各種自然災害相對多發，如地震、洪澇、冰凍等。在復雜的地理環境中發生自然災害，傳統的通信基站非常脆弱，容易遭到破壞，因此在救援過程中無法發揮其作用。短波/超短波通信系統具有架設靈活、成本低廉等特點，在災害現場能夠快速建立通訊網絡，因此必將在今后的應急通信中逐步得到更加廣泛的應用。目前我國消防部隊的短波/超短波主要是點對點通信，尤其是在應急通信領域，點對點通信可以及時有效的將災區信息反饋給指揮所。但是點對點的通信也有它的局限性，如傳輸速率低，網絡帶寬較小等，不能適應當今社會對應急通信的需求，因此，開展基于民用的短波通信，使其具備網絡化、高帶寬、高傳輸速率等特點，是今后我國短波應急通信的主要發展趨勢。

4.2 提高認識，發展多種形式的通信聯絡手段

近幾年，黨和國家各級領導高度重視我國消防通信系統的建設，也得到了一定的發展，但針對高層建筑的應急通信裝備建設還有諸多不足，無法滿足高層、超高層建筑火災形勢的需要，這也是當高層、超高層建筑發生火災時，造成大量人員傷亡和財產損失的原因之一。因此要想減少高層建筑火災的損失，就要使得消防通信指揮的各級指揮員和消防官兵在開展高層建筑火災救援時，能夠及時獲取指揮信息，做出最合理的救援行動。

科學技術的快速發展，為通信技術的發展提供了一個更好的機遇。目前，消防領域出現了大量新型通信裝備，如，消防3G專網基站、消防Mesh通信中繼等。尤其是，泄露電纜在超高層中的應用需要引起我們的重視。泄露電纜可以在一根電纜中同時進行3G（包括：WCMDA、cdma2000、TD-SCDMA三種制式）、350M超短波、2.4Gwifi等無線通信，特別是一些特殊的區域（如，超高層建筑內的消防通道、電梯間等）無線電臺還不能進行有效覆蓋時，泄露電纜與現有通信裝備的結合應用將成為火場通信的一個重要補充。

4.3 提高組織指揮能力，積極開展通信裝備技術訓練

當代社會，消防應急救援指揮是一個復雜的系統工程，尤其是對于高層復雜建筑來說，更是一個多層次、全方位、多因素相互作用的指揮體系，只有我們真正做到科學合理的組織指揮，才能充分發揮消防部隊的救援力量。目前，我國的消防部門頒發了《消防通信指揮系統設計規范》，作為國家強制性的技術標準，從法規上明確了消防部隊通信指揮系統建設的目標和任務。同時，我們要進一步加大針對應急通信裝備的使用訓練，有些消防部隊對通信裝備的使用訓練不夠重視，導致在真正參與應急救援的過程中，通信裝備的使用出現各種問題，嚴重影響了救援效率，因此我們要重視通信裝備使用人員的技術培訓工作。從近年來發生的一些大型火災來看，在最后的戰評總結中，很多戰例都會提及到救援現場的通信不夠暢通，因此，筆者認為開展必要的模擬火災現場通信的訓練，通過開展接近于實戰的模擬訓練，對于提高消防官兵的操作熟練程度，減少不當的使用方法，及時發現裝備的不足，掌握裝備的操作技巧，提升應急通信水平具有重要的作用。

5 結論

高層/超高層建筑的消防應急通信問題，對更好地開展滅火救援行動具有十分重要的意義。我們今后要加大對超短波通信的技術攻關和裝備研發，發展多種形式的通信聯絡手段，使之能夠更好的為高層滅火救援通信指揮提供服務。同時，要加大對相關技術人員的技術培訓和指導，熟練掌握設備操作，熟悉設備性能，通過實戰，找出設備的不足，以便為今后的技術研發提供指導，為高層建筑滅火救援提供強有力的保障。

[1]馬寶磊,裴建國.地下建筑消防通信問題研究[J].武警學院學報,2009.12.

[2]裴建國,朱紅偉. 論消防通信裝備在使用中存在的問題及對[J].武警學院學報,2007.12.

[3]左衛.短波通信系統發展及關鍵技術綜述[J].通信技術,2014.8.

[4]林鵬程.淺析消防超短波通信系統建設的一些問題[J].計算機光盤軟件與應用,2014.5.

[5]GB 50313-2013,消防通信指揮系統設計規范[S].

[6]http://gov.zjly.gov.cn/dfzbWz/66204.htm.

該論文為公安部消防局重點攻關項目《復雜建筑環境消防通信應用技術研究》析出論文，項目編號：2013XFGG03。

劉濛（1979—），公安部沈陽消防研究所，Shenyang Fire Research Institute，助理研究員，從事消防通信技術及通信裝備研究工作。