多自由度空間移動消防炮設計及其應用

李紹寧

天津市西青區消防救援支隊，天津 300380

我國城市化進程飛速發展，城市內部建筑密度逐漸增大，導致樓宇間實際間隔普遍較為狹小，火災事故發生后消防車通常無法有效靠近起火部位，并且由于傳統的消防炮只能固定設置于地面上，在一個平面內實施滅火，一旦燃燒部位處于消防炮的射水范圍之外，滅火劑通常無法直擊火點，處置現場的實際滅火效果也就只能屬于“隔靴搔癢”的范疇［1］。因此，如何在有限空間內快速建立滅火陣地，在滅火過程中保證移動消防炮的穩定，第一時間有效控制初起火勢的蔓延擴大，成為一線消防指戰員亟需解決的重要問題［2］。

一、多自由度空間移動消防炮設計思路

隨著我國消防事業的飛速發展，各級消防救援隊伍主動對標主力軍、國家隊標準，聚焦提升裝備實戰質效，不斷打破傳統路徑依賴，轉變傳統的思維方式和工作理念，結合新時期消防救援隊伍的實際需求針對性開展實用性滅火裝備研發工作［3］。由于滅火空間與滅火角度的局限，各類消防炮在處置災害事故過程中還普遍面臨操作層面的實際問題。例如，隨著我國石油化工產業體系的有效構筑，各石化園區儲油罐體量普遍增加，園區內部的消防安全隱患也隨之顯著增大，一旦發生火災事故，由于高噴消防車實際射程可能無法滿足實戰處置需要，仍然需要消防救援人員攜帶泡沫炮、泡沫管槍等裝備實施登罐作業，大大增加現場消防救援人員的處置難度。在油罐火災處置過程中傳統移動炮仍然存在諸多安全隱患，特別是在登罐作業處置過程中，由于傳統消防炮無法有效固定在罐壁上，供水壓力較小時會顯著影響消防炮自身的有效射程，而當供水壓力較大時，放置于罐壁之上的移動炮容易被高壓水流打飛，給現場參與滅火行動的消防救援人員帶來了極大的安全隱患。

因此，多自由度空間移動消防炮在設計過程中，摒棄了以往“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的改造模式，針對傳統消防炮使用過程中普遍存在的實際噴射角度只能局限于單一平面內、消防炮陣地選擇困難、供水壓力較大時消防炮容易被高壓水流打飛、滅火過程中有效射程不足且通常需要消防員近距離使用等問題，通過預設各類夾具協助消防救援人員在狹窄空間內迅速建立作戰陣地。該炮能夠根據燃燒產物的理化性質隨時更換更適應火場實際的噴射裝具，按照該理念設計的多自由度空間炮還可以普遍應用于油罐、大跨度大空間、地下有限空間等多種類別火災的實戰，切實提升滅火救援隊伍對大規模火災的處置效率。

二、多自由度空間移動消防炮夾具及噴射裝具

多自由度空間移動消防炮是通過各類預設夾具協助消防員在狹窄空間內迅速建立作戰陣地，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域周邊，如電線桿、管線、墻頭、窗臺、油罐區圍墻、石化裝置工字鋼架等可供滅火裝備固定的建筑構件之上，有效解決移動水炮只能設置在地面才能實施滅火作業的局限性。這樣，即使泡沫噴射裝置的出口壓力過高，在各類專用夾具的有效固定下也不會出現消防水槍、炮在高壓作用下脫離控制的情況，在實現對起火部位精準處置的前提下，最大限度地保證了滅火戰斗的高效開展［4］。各類型夾具主要部分采用7075 鋁合金材質，使用過程中具有耐腐蝕、耐磨損、強度高等特點，特別適用于制備各類機械強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構體。

（一）多自由度空間移動消防炮夾具類型

目前，多自由度空間移動消防炮夾具根據固定對象及實際應用的不同，共分為6個類型。

1. 鏈條夾具

鏈條夾具（850 mm×200 mm×175 mm）針對我國建筑多為方形柱的特點進行設計，能夠有效克服國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瓶頸。考慮到固定管線相對較細且極易導致鏈條滑落的問題，鏈條夾具上還相應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，實現對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、槽鋼等鋼制構建上，打破了國外固定夾具只能固定于工字鋼的限制，如圖2所示。

圖2 型鋼夾具的主要構造

3. 圍堰夾具

圍堰夾具（1 000 mm×160 mm×310 mm）是根據國內罐區圍堰的實際特點研發，可以保障將各類滅火器具固定在各類油罐罐壁甚至工業廠房、建筑墻頭、窗臺等部位。目前，國外尚無同類產品，如圖3所示。

4. 罐頂夾具

罐頂夾具（430 mm×85 mm×140 mm）根據國內萬噸級油罐罐頂浮盤邊緣的結構特點設計，如圖4 所示。它可以將各類滅火器具牢固固定在10 萬噸、15萬噸油罐的罐頂。滅火救援處置過程中消防救援人員登上罐頂后利用該夾具將移動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場參與處置消防救援人員自身的體能消耗，還能夠通過遠程遙控的方式保障現場處置人員的自身安全［5］。

圖4 罐頂夾具的主要構造

5. 平板夾具

平板夾具（450 mm×300 mm×70 mm）是我國自主研發的消防裝備。應用該夾具可以在立體空間中為現場參與火災處置的各級消防指戰員構筑一個滅火平臺，如圖5 所示。該夾具有效解決了傳統消防水炮只能放置在地面滅火的局限性，特別適用于對各種大流量移動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上，能夠保障各類滅火裝具通過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斗的高效展開。

圖5 平板夾具的主要構造

6. 快速固定安裝臺

快速固定安裝臺（385 mm×300 mm×130 mm）需要預先設置在轄區重點單位的重點部位，一旦毗鄰建筑發生火災，消防員能夠第一時間利用該裝置直接架設各類滅火器具實施有效處置。例如，在新建石油儲罐區時，可以將它預設澆筑在罐區內部多個重點部位，如圖6 所示。火災處置過程中，消防員到場后可以直接將多自由度空間移動消防炮直接固定在安裝臺上開展滅火行動。當現場火勢失控或熱輻射較為強烈時，一線處置人員可以快速撤離，最大限度降低火場傷亡事故的發生［6］。此外，該安裝臺可以根據處置現場的實際需要通過射釘槍在幾分鐘內實現快速安裝，滿足一線消防救援隊伍實戰需要。

圖6 快速固定安裝臺的主要構造

（二）多自由度空間移動消防炮噴射裝具類型

為有效保證該炮在火災現場的實際滅火效能，使其切實滿足各類燃燒物質引發的災情處置需要，按照由“體育競技型”向“實戰應用型”轉變的思路，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，多自由度空間移動消防炮炮體以30 L·s-1流量實施噴射的過程中，其有效射程能夠達到30 m，且該炮能夠直接連接市政消火栓，滅火過程中能夠實現360°無死角噴射，處置現場能夠快速降溫隔熱，短時間內即可實現對各類火災的有效控制。

圖7 多自由度空間移動消防炮工作壓力對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處置現場根據火災蔓延發展情況隨時調整噴射角度。當轄區主戰消防車未及時抵達處置現場時，可預先使用多自由度自擺炮構筑處置陣地對初起火災實施有效壓制。多自由度自擺炮整體質量較輕且攜帶方便，處置過程中便于靈活操作。實際應用過程中，應用該炮在30 L·s-1流量條件下能夠自動穩壓并保持最佳射流狀態，形成從水平到90°范圍內的發散射束，并可通過遠程遙控的方式以每秒3°的自擺速度實施自主噴射，如圖8 所示。僅2022 年，消防救援隊伍應用該炮先后成功處置“4·16”天津惠商有限公司和“8·19”天津西青道光達產業園火災，隊伍實戰打贏能力得到進一步錘煉和提升。

圖8 多自由度自擺炮的主要構造

3. 多自由度雙頭泡沫炮

目前，我國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、高倍泡沫發生器等組成，而中倍泡沫炮、高倍泡沫發生器體積較大，同時放置多具會占據消防車大量空間，只能取其一二放置于車上戰備，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重缺失，無法保障“低倍、中倍、高倍”泡沫同時噴射的滅火戰術實施。而在無法保證中倍、高倍泡沫滅火劑的前提下，由于低倍數泡沫滅火劑短時間內泡沫原液即與水分離，單純依靠低倍數泡沫無法形成對油品火災的有效壓制，短時間內火勢即可出現復燃現象，導致火災現場的實際滅火效果受裝備的影響而大打折扣。

為提升消防救援隊伍石油化工火災滅火效能，有必要根據石油化工火災處置的實戰需求，以實際消防戰術戰法為切入點，對現有不同種類的移動消防炮進行創新，使得同一炮座能夠同時安裝低倍、中倍、高倍泡沫滅火裝備，保證火災現場能夠發揮其滅火功效，最大程度地保證火災現場的處置效能不受器材裝備的限制。

在應用多自由度雙頭自擺泡沫炮的過程中，噴射裝置可以采取30°、60°、80°3 種噴射角度不間斷地實現自擺式出水，如圖9 所示。同時，可以根據火場實際需要隨時更換高、中、低倍泡沫噴射裝備，也可將設備通過預設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，又有效提高滅火效率。

圖9 多自由度雙頭泡沫炮

三、結束語

本文所述多自由度空間移動消防炮使用特制夾具，可快速創建立體滅火作戰平臺，從根本上改變了傳統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現場的建筑結構上，保證消防救援人員能夠在狹窄空間內快速建立作戰陣地，選擇最佳角度實施滅火，將平面作戰有效轉化為立體空間作戰。而且，多自由度空間移動消防炮能夠直接連接火場內部配置的消火栓，滅火過程中能夠360°無死角噴射，有效實現火災發生初期良好的降溫隔離作用。該裝置能有效緩解消防員長時間手持泡沫設備的體能消耗，實戰處置過程中可以根據火場實際需要替換水槍及高、中、低倍泡沫噴射裝備，并可通過遠程遙控的方式最大限度地保障消防救援人員的自身安全，有效提升了隊伍的實戰打贏能力。