面向高層建筑的消防無人機應用探討

劉永軍 劉卓斌 王大勇

摘? ?要：高層建筑火災撲救是世界性難題，現有滅火裝備及戰術在應對高層建筑特別是高度大于50m的建筑火災存在諸多困境。本文通過對國內高層建筑火災撲救的難點分析，總結和歸納了大載荷工業無人機在高層建筑火災撲救應用上的突出優勢，詳細探討了無人機滅火裝備使用的火災場景和可以運用的滅火戰術，用于滅火的難點，對今后無人機高層建筑滅火裝備研制和使用具有一定的指導意義。

關鍵詞：無人機? 消防裝備? 高層建筑? 火災

1? 引言

伴隨我國城市化進程越來越快，人口集中和密集程度越來越高，城市的建筑群規模和高度也在不斷刷新紀錄，目前僅300m以上的高樓多達64座，100m以上的高樓有2000余棟，如加上石油、電力等行業的工業建筑則更多。但與之配套的應急救援設備的發展相對緩慢，

特別是針對高增建筑著火情況下的滅火裝備，基本上還是傳統的云梯+消防車模式，滅火效果很差，火情往往無法得到控制，給人民的生命財產帶來極大損害，同時火災救援的武警官兵戰士的生命安全也同樣無法保障。

2019.4.15法國巴黎圣母院火災，高層極難撲救，文物損失殆盡（見圖1）。2010年11月15日，上海靜安膠州路一幢28層公寓樓發生特別重大火災事故，共造成53人死亡，70人受傷。社會影響極大（見圖2）。

據權威數據統計，2017年全國共接報火災28.1萬起，亡1390人，傷881人，直接財產損失36億元，共接警118.9萬起，出動人員1311.5萬人次、出動車輛224.8萬輛次;2018年全國共接報火災23.7萬起，亡1407人，傷798人，直接財產損失36.75億元，接警出動115.7萬起，出動消防救援人員1273.2萬人次，出動消防車輛219.3萬輛次;截至2019年6月，傷亡624人，火災發生次數14.64萬起，直接財產損失15.7億元，統計情況如圖3。

其中高層火災一旦發生，危害性極大，發生次數不超10%，損失卻超30%（見圖4）。

2? 高層火災的撲救痛點

雖然近年來人類科技的發展迅速，但是高層建筑火災的救援還一直是世界性難題，未有突破。高層建筑火災具有“一快兩難”的特點。即火勢蔓延速度快，人員疏散困難，火災撲救困難，這就要求滅火救援人員能夠準確迅速，科學施救，最大限度挽救人員生命和降低財產損失。

傳統的云梯+消防車模式存在著實際使用過程中的痛點：（1）百米數量級高層消防車，價格動輒千萬以上、配置數量有限;（2）實際可操作性差，高空作業穩定性不足，晃動極大，人員站不穩，高壓水槍難以控制;（3）同時設備使用和維護的成本巨大，橋梁橋洞路面通過性差，很多建筑物的消防回轉通道也難以滿足。（4）準備時間和展開時間也較長。經常出現火災現場“進不去”“展不開”“夠不著”的問題。因此，在消防車平臺上集成大載荷無人機將消防滅火設備或者消防介質輸送到更高高度是高層滅火的剛性需求。

3? 消防無人機在高層火災的應用

3.1 輔助滅火救援

突破傳統的火災救援模式，使用無人機對火情檢測，生命探測、應急出動、救援設備拋投等眾多領域就行輔助滅火。通過空中視角給滅火方案制定提供最真實的依據。

當災害發生時，使用無人機進行災情偵查。一是可以無視地形和環境，做到機動靈活開展偵查，特別是一些急難險重的災害現場，偵查小組無法開展偵查的情況下，無人機能夠迅速展開偵查。二是通過無人機偵查能夠有效提升偵查的效率，第一時間查明災害事故的關鍵因素，以便指揮員作出正確決策。三是能夠有效規避人員傷亡，既能避免人進入有毒、易燃易爆等危險環境中，又能全面、細致掌握現場情況。四是集成偵檢模塊進行檢測。比如集成可燃氣體探測儀和有毒氣體探測儀，對易燃易爆、化學事故災害現場的相關氣體濃度進行遠程檢測，從而得到危險部位的關鍵信息。

3.2 直接滅火

研發大載重的滅火飛行平臺，通過搭載滅火消防栓等設備，對高層火情實施有效控制和撲滅。在高層滅火實施過程中，以安全作業為核心，采用多傳感器數據融合，以適應多作業模式和極端復雜環境，開展消防滅火無人機系統研究，保障高層建筑人民生命財產安全，擁有巨大的社會效益。

高層建筑火災撲救作業急需大載重消防滅火無人機，百公斤級以上，一次能撲滅200平方面積以上的火災，具有較大的應用空間。火災初期：滅火無人機控制高層火情，將火災撲滅在初期，迅速代替滅火救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現場;火災中期：多機組合滅火戰術、與舉高類消防車協同作戰，采用預先的戰術方法撲滅中期火災。

如我院某型消防無人機是針對高層建筑滅火救援，研發的大載荷八旋翼電動無人直升機，利用和改進現代滅火技術，采用高效滅火藥劑撲救高層建筑火災的一種全新滅火裝備（見圖5）。

應用場景設定為直接撲救500m以下設有外窗的室內空間火災和建筑外墻（保溫層和裝飾物）火災，具有使用范圍廣，全方位作業，展開迅速，操作簡便的優勢。

3.3 滅火戰術

無人機針對高層建筑滅火戰術方法可分為單機單架次，單機多架次，雙機組合，多機組合滅火戰術及與舉高類消防車協同作戰戰術方法。利用無人機裝備可以貫徹先控制后消滅的戰術原則和內攻為主，內外夾擊，以圍為主，圍移結合的高層建筑滅火戰術方法，實現快速滅火。

首先，在起火區域下方和下方墻體的平臺出噴灑專用滅火藥劑，防止火勢向下蔓延。其次，沿起火區域左右側，分別由下至上噴灑專用滅火藥劑，防止火勢向兩側蔓延。最后無人機在保持于建筑物足夠安全距離，且無人機產生的氣流不會對火場煙氣產生擾動的狀態下，對燃燒區域直接噴射滅火。

（1）組合方式實施滅火：為了保證噴灑滅火藥劑能夠持續進行，在進行燃燒區域下部和兩側滅火行動時，可采用系留無人機帶高壓液體滅火裝置，在實施燃燒區域上部噴灑或滅火時，為了避免高壓液體管受高溫作用，則保持無人機的機動性，可采用儲壓液體滅火裝置進行機動噴灑作業（見圖6）。

（2）內攻為主，內外夾擊，以圍為主，圍移結合：無人機高層建筑滅火裝備是高層建筑室內空域進行滅火的一種全新手段，其突出的優點是快速展開，靈活機動，與消防隊員內攻結合，與舉高類消防車協同，可以迅速、有效控制和撲滅高層建筑火災。

（3）無人機可配置三種滅火載荷：儲壓干粉滅火裝置的優點是可以迅速控制火勢，滅火效率高，缺點是有人員的空間不能使用，受風力影響大;系留高壓液體滅火裝置的優點是可持續不間斷滅火，噴射距離遠，即可直接噴射滅火，也可開火噴涂外墻專用滅火藥劑，缺點是受風力影響較大，儲壓水泵滅火裝置優點是機動靈活，可以在有人員空間進行滅火，缺點是滅火效率沒有儲壓干粉滅火裝置高。

作業方式可有以下幾種：

（1）單機單架次作業，可根據火場情況，在確定室內區域無生命情況下，選擇儲壓干粉滅火裝置對火勢進行快速壓制和滅火，對于火勢較大，多個房間起火或外保溫層火災可選擇系留高壓液體滅火裝置進行持續不間斷滅火，對于樓層較高或起火區域與裝備車輛存在較大水平間距的可選擇儲壓滅火裝置滅火，對有可能室內存在人員的不得選用儲壓干粉滅火裝置作業。

（2）單機多架次作業。可根據火場情況，立足發揮無人機三種滅火裝置的優勢，系統的有針對性的選擇不同滅火裝置進行往返升空，多架次滅火作業，最大限度的發揮裝備的整體效果。

（3）雙機組合作業。兩款無人機高層建組滅火裝備參加同一火災區域撲救，應進行合理分工，可分為分區作業，分片作業，分工作業，交叉作業四種方式。分區作業時當建筑兩個及以上側面發生火災時，兩架無人機高層建組滅火裝備應停放在不同的建筑側面各自獨立實施作業。分片作業是當建筑的一個側面發生火災時，兩架無人機高層建筑滅火裝備應停放在同意建筑側面相互間距的部位，分片獨立對建組上方區域實施滅火作業，防止相互干擾;分工作業是對于檢測外保溫層火災。兩架無人機高層建筑滅火裝備應當個負責燃燒區域一側的火勢控制，交叉作業是指當建筑的一個側面發生火災時，兩部無人機高層建筑滅火裝備對同一區域火災進行輪番起飛作業。

4? 無人機用于滅火的難點

4.1 滅火新模式與傳統滅火模式的磨合

傳統的高層建筑采用消防車+云梯模式，高層建筑每50m設計避難層，以利于高層消防救援，采用大載荷消防無人機新方式的滅火模式，將帶來消防隊員培訓，消防部門和設備配置，消防滅火戰術制定等一系列的改變。甚至建筑標準規則也需要與新的滅火模式進行相配合的改變。

4.2 無人機技術

作為一款消防應急救援產品，需要考慮到貼合消防救援這一特殊用戶的使用方便性和火災救援這一特殊應用場景的緊急性，產品的可靠性和實用性。

消防無人機產品在大載重這一實用性要求下，技術上還需要充分考慮到模塊化，安全化，智能化以保證能1min內滅火現場展開，1min內二次裝載，作業一次能實際撲滅百平方以上火災，不產生次生災害。

4.3 行業標準

高層建筑消防無人機是橫跨無人機和消防裝備行業的一款產品，其產品銷售或者使用，是在最終取得消防行業認證或者相關消防檢測單位出備的產品許可證為基礎，另建立一套行業或者企業級的高層建筑消防無人機產品配套和作業流程也是關鍵，需要政府應急管理部門、無人機企業、院所與行業監管部門共同努力探討。

參考文獻

[1] 吳瑞波，程興遠，王征，等.淺議多旋翼無人機在城市消防滅火救援中的應用[J].現代制造技術與裝備，2019（16）：15.

[2] 陳鑌，秦正楠.八旋翼消防預警無人機設計與實現[J].佳木斯大學學報：自然科學版，2019（3）：424-427.

[3] 崔彥琛，吳立志，朱紅偉，等.無人機在消防通信中的應用研究[J].消防科學與技術，2019（4）.