電動汽車停車場消防安全立體防控技術的探索

摘要：我國的電動汽車正快速走向世界，其出口運輸方式主要以海運為主，在待渡電動汽車停車場中，停放大量電動汽車的消防安全已成為多方關注的重點。根據國內外電動汽車及鋰電池火災的研究發現，現行港口設計標準沒有針對電動汽車停車場的技術規定。同時，國內外研究認為，傳統消防技術手段不能夠有效處置電動汽車停車場火災，消防救援部門在處理電動汽車火災時大量使用消防用水。基于對電動汽車停車場消防安全需求的深入分析，明確了電動汽車停車場的消防安全防控目標，創新性地提出了電動汽車停車場消防安全立體防控概念，并從多個方面進行了深入研究和探索，形成了一整套完善的電動汽車停車場消防安全立體防控技術體系。

關鍵詞：電動汽車；停車場；消防安全；防控技術

中圖分類號：D035.36" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）11-0001-06

隨著電動汽車技術的快速發展，電動汽車的安全問題，尤其是火災風險，已成為公眾和專業人士關注的焦點。本文以深汕特別合作區某電動汽車待渡停車場為研究對象，探索電動汽車停車場消防安全的立體防控技術。鑒于電動汽車火災的特殊性，如快速蔓延、難以預測和控制，以及對環境和人員的潛在危害，傳統的消防技術和策略已不足以應對這些挑戰。因此，本文提出了一個創新的消防安全立體防控概念，通過綜合運用無人機技術、機器人技術、自動探測定位技術和先進材料技術，構建一個全方位的防火、控火和滅火技術體系。這一體系不僅能夠提高對電動汽車火災的監測和響應速度，還能有效控制火勢，減少損失，保護人員安全。通過對現有技術和策略的深入分析和研究，旨在為電動汽車停車場的消防安全提供科學、有效的解決方案，以應對這一新興領域的挑戰。

1 電動汽車火災處置研究概述

電動汽車火災起數與存量電動汽車數量有一定的比例關系，按照2022年3月的數據測算，我國2022年電動汽車的年起火率約為2.88/104。國外有學者綜合各種數據研究后發現，年平均電動汽車火災發生率約為2.44/104[1]，與我國的統計數據相似度較高。

1.1" 電動汽車火災基本理論研究概述

2022年，為深入研究電動汽車火災機理、滅火措施，清華合肥公共安全研究院聯合海南省消防救援總隊、安徽省消防救援總隊等單位，在合肥市開展了全尺寸電動汽車燃燒試驗[2]。試驗收集了電池艙、車內前后排各區域在電池熱失控各階段的溫度變化、電池爆炸的沖擊力以及燃燒產生的煙氣成分、毒性等相關數據。實驗結果表明，全氟己酮滅火劑能夠有效減緩電池熱失控的速度，滅火毯能夠有效阻止火災向四周蔓延。這些發現對于提升電動汽車火災的應急救援效率和安全性具有重要意義，為消防救援部門在處理電動汽車火災時提供了科學的依據和有效的救援策略。

2014年，美國消防協會（NFPA）發布了《電動汽車應急救援指南》，該指南為消防救援部門提供了全面的指導。這份指南詳細闡述了在面對電動汽車火災時的撲救原則、救援人員個人防護裝備的選擇、滅火劑的種類及其使用說明。它還涵蓋了交通事故救援和水淹事故救援的相關程序，特別是在電動汽車火災撲救中，強調了大量持續的水是最佳選擇，以及在不同情況下應采取的主動式滅火或控制式滅火策略。此外，指南中也提到了在交通事故救援中需要注意的高壓電系統的危害，以及電池系統可能出現的燃爆風險。

中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室進行了全尺寸電動汽車火災特性試驗研究，試驗表明滅火毯能夠在火災前期抑制電動汽車火災，壓縮空氣泡沫滅火效果比細水霧更好；黃曉家等[3]在深圳進行了電動汽車庫火災蔓延與演變特征試驗研究，試驗結果指出按傳統車庫設置的各種水系滅火系統能夠抑制火災蔓延，但無法真正撲滅電動汽車火災。

國內多個省市的消防救援部門從滅火救援的實際操作角度，開展了以下幾個方面的研究與探索：

第一，防御性措施的提出：消防救援隊伍從多個維度提出了防御性措施，以確保現場處置的安全。這些措施包括但不限于現場的安全防護、火災應對措施以及規范的處置流程。通過這些措施，旨在最大限度減少火災現場的人員傷亡，提高滅火救援的效率和安全性。

第二，安全防護與應對措施：在處理電動汽車火災事故時，首要任務是做好安全防護，參與救援的人員要全程配戴空氣呼吸器，從上風向實施救援行動。消防救援人員需要不斷監測現場的有毒和有害氣體，根據實際情況及時調整滅火策略，并指導周圍居民撤離。同時，他們還應該使用熱成像儀等設備，對事故車輛的電池區域的溫度進行持續監控，以便根據情況靈活調整救援行動。

第三，多部門協同合作：電動汽車火災的處置需要消防、電力、汽車廠商等多個部門的協同合作。消防救援隊伍正努力建立健全信息共享和應急響應機制，確保火災發生后能夠迅速集結各方力量，形成合力，高效處置。通過這些措施，消防救援隊伍展現了在電動汽車火災撲救領域的專業性和前瞻性，為保護人民生命財產安全提供了堅實的保障。

1.2" 電動汽車火災處置技術概述

邵嘯峰[4]在論文中指出泡沫和水聯用可以有效撲滅鋰電池組火災；張磊[5]在論文中指出撲救鋰電池電動汽車火災時，要及時撲滅明火，避免火災快速蔓延，聯合多種滅火劑使用降低熱失控反應速率，持續噴水降低鋰電池溫度，避免鋰電池火災發生復燃；曹麗英等[6]指出鋰電池燃燒產生的煙氣成分復雜，毒害性強，對消防人員身體具有傷害性，應大力加強消防人員的安全防護；代旭日等[7]指出處置電動汽車火災不需要另行研制專用消防員個人防護裝備。由于電動汽車火災處置時間較長，應準備充足的備用空氣呼吸器氣瓶，確保消防員及時更換。消防員應著全套個人防護裝備，配戴空氣呼吸器直到徹底完成火災處置工作。統計表明，撲滅電動汽車火災需要１h，甚至更長時間。

結合實驗和實際消防救援行動發現，電動汽車火災撲救主要存在以下難點[8]：

第一，電動汽車火災燃燒速度快：多數情況下，電動汽車火災在消防隊到達現場之前就已經發展成全車火災。這種快速的火勢蔓延不僅對車輛本身造成嚴重損害，更可能導致人員傷亡。例如，2023年8月1日，浙江義烏機場路一輛電動汽車起火，導致駕駛員死亡[9]。案例表明，電動汽車火災的快速蔓延和燃燒對車內人員的安全構成了嚴重威脅，使得消防救援人員在抵達現場時，車輛往往已經處于猛烈燃燒狀態，這不僅增加了滅火的難度，也增加了救援人員的安全風險。

第二，動力電池包的滅火難題：動力電池包本身防護嚴密，水或泡沫等滅火劑很難從外部進入電池包，其安裝位置在電動汽車底盤下，距地面一般不超過15cm，兩側有車體外殼和裙板遮擋，滅火劑難以直接到達電池包位置進行滅火和降溫冷卻。

第三，電池內部化學反應的獨立性：鋰離子電池在發生熱失控時，其內部化學反應能夠自行分解產生氧氣和熱量，這意味著一旦一塊電池發生故障，可能會觸發連鎖反應，導致其他電池也發生故障。這種內部化學反應的獨立性若使用傳統滅火方法（如水和滅火器）難以撲滅電動汽車的火災，因為沒有有效的手段來阻斷電池內部的化學反應。

第四，電動汽車火災救援的多重風險：首先，火災可能會導致觸電風險，因為電池包中電芯的燃燒對電池包的影響是局部的，過程中電池包仍能持續對車機系統供電。其次，電池包容易反復復燃，即使暫時被撲滅，也可能因為內部化學反應未完全停止而再次起火。此外，還存在電池包爆炸的可能性，因為電池內部壓力的積聚可能導致電池破裂。最后，電池包熱失控時會釋放有毒氣體，如氟化氫、氯化氫、氰化氫等，這些氣體對救援人員的健康構成嚴重威脅。因此，在處理電動汽車火災時，救援人員必須采取特別的安全措施，以防止這些潛在的危險。

2 電動汽車停車場消防安全目標設定

2.1" 某電動汽車待渡停車場概況

某電動汽車待渡停車場位于深汕特別合作區內，岸線總長641m，擁有2個5萬t級（水工結構10萬t級）多用途泊位和1個工作船泊位（水工結構5萬t級），碼頭前沿水深-14.4m，堆場面積為46萬m2；年設計吞吐量為450萬t（集裝箱20萬標箱）。目前，小漠國際物流港為國內某大型電動汽車企業專門開設了電動汽車出海滾裝碼頭，其待渡電動汽車停車場設計停放電動汽車6000～10000輛。停車場的平面圖見圖1。

2.2" 待渡電動汽車停車場消防安全特點

第一，停放車輛數量巨大。電動汽車待渡停車場具備存放大量電動汽車的能力，部分國內港口的滾裝碼頭能夠一次性存放數千輛電動汽車，其中，最大的滾裝汽車碼頭設置了能夠容納3萬輛電動汽車的停車場。這種大量密集停放的電動汽車一旦發生火災，火勢可能會迅速在相鄰電動汽車之間擴散，形成火燒連營的災難。

第二，電動汽車停放周期長。電動汽車在滾裝碼頭的存放時間一般在一周至六周之間，甚至可能停放時間更長，這增加了電動汽車發生火災的風險。

第三，緊密排列，救援難度大。由于采用緊湊的存放方式，車輛之間的間隔較小，左右間距約0.5m，前后間距約0.7m，一旦發生火災，火勢不僅傳播迅速，還給救援人員的靠近處置和滅火工作帶來困難。

第四，消防設施易因銹蝕失去功能。在我國南方沿海，高濕、高溫、高鹽、高紫外線的大氣環境特征，形成了腐蝕金屬構件的絕佳條件，對鋼鐵構件腐蝕尤其嚴重。船舶碼頭消防設施，比如消火栓、供水管網、消防供電槽盒橋架、滅火器，都是鋼鐵制品，極其容易銹蝕損毀。海洋大氣環境下，對鋼的腐蝕率為128μm/a，而在一般城市環境下鋼的腐蝕率為25μm/a。換句話說，船舶碼頭大氣環境下，對鋼鐵制造的消防設施的腐蝕速率是一般城市環境下的5倍以上。金屬腐蝕造成的消防設施管網滲漏、連接松脫、閥門開關損毀均會對消防設施造成嚴重破壞，甚至使消防設施失去功能。

第五，未配置足夠數量的消防水帶和水槍。船舶碼頭占地面積大，碼頭建設面積在百萬平方米左右，室外消火栓按120m間距設計，但一般不在碼頭堆場或船舶停靠區域設置水帶水槍。當待渡停車場發生電動汽車火災時，現場管理人員或義務消防隊員需要從倉庫或鄰近建筑中拿取消防水帶和水槍，再組織滅火行動，若未能將小火撲滅在初起階段，可能導致小火蔓延，進而引發重大的財產損失。

第六，雷電可能引起電動汽車火災。深圳地區屬于雷電高發區，年平均雷暴日達63.1天，最高年份達103天。比如深圳市氣象臺2024年8月18日7時24分在深汕海域、深汕特別合作區發布雷電預警和暴雨黃色預警信號，全區進入暴雨戒備狀態。對于處于沿海開闊地帶的船舶碼頭，雷電是主要的自然災害之一。當碼頭的防雷設施出現問題時，雖然概率較小，也是有可能對待渡停車場中停放的電動汽車造成危害的。

第七，堆場外來車輛碰撞是較大安全隱患。年吞吐量近千萬噸的港口，每天進出港區的車輛成百上千，以大型貨車為主，在繁忙的碼頭出現車輛事故的概率較高，當司機誤操作、車輛機械故障、調度指揮失當的時候就會發生外來車輛與待渡車輛碰撞的事故，引發車輛火災。

2.3" 電動汽車停車場的消防安全目標

電動汽車與傳統汽車在結構上存在革命性的差異，發生的火災也屬于不同性質的火災類型。電動汽車火災屬于C類（電氣火災）或D類（金屬火災）加A類（固體材料火災），而傳統汽車火災主要是A類加B類（液體火災）。不同的火災種類導致這兩種類型的汽車的火災防控重點截然不同，解決電動汽車停放場所的消防安全的技術路徑，相較于傳統汽車停車場的消防安全措施，完全不同，這與電動汽車火災特點及其處置方法密切相關。

電動汽車火災難以預測、發展快速、缺乏有效滅火手段、控火需消耗大量水資源、產生的燃燒物對人和環境有毒害作用。采用傳統的火災防控手段難以達到實時監測、快速控制、及時滅火的目的。對于停放大量電動汽車的待渡停車場而言，由于車輛集中擺放，間距緊湊，若其中一輛電動汽車發生火災，很可能引發連鎖反應，導致多車受損，甚至會釀成大規模火災事故[10]。

港口建設標準中未有針對電動汽車待渡停車場的專門條款，其總平面布局、消防設施設置、車輛停放密度等方面均不能滿足電動汽車火災防控的需求。國內外研究機構雖然在鋰電池火災滅火劑領域持續開展研究，但目前仍沒有可以量產的具有明確滅火效果的滅火劑面世[11-12]。因此，基于現有的消防技術手段，任何部門和個人均不能保證既能迅速撲滅電動汽車火災，又能確保著火車輛在滅火后仍具有商業價值。不應苛求電動汽車待渡停車場火災防控的效果，而應制訂切合電動汽車火災特點和待渡停車場實際情況的消防安全目標。

本文提出以下電動汽車待渡停車場消防安全目標：綜合采取多重措施，快速定位起火車輛并滅火，將火災控制在起火車輛垂直投影范圍內。

3 電動汽車停車場消防安全立體防控技術探討

基于電動汽車待渡停車場的消防安全目標，本文綜合分析了國內外學術機構和研究機構在電動汽車火災領域的實驗研究和理論探索，提出以前沿科技為主要手段，整合無人機技術[13]、機器人（AGV）技術[14]、自動探測定位技術、先進材料技術，建立立體防火控火滅火的技術體系。即從空中利用紅外全景雷達監測，無人機控火；地面層調派消防救援人員，使用可移動防火分隔板組隔離起火車輛，利用水基與高倍泡沫滅火劑進行人工滅火；在車底利用AGV機器人自動巡查，發現火源，可自動向上噴液滅火。電動汽車火災立體防控概念圖見圖2。

3.1" 使用紅外全景雷達360°實時監測電動汽車煙火

紅外全景雷達通過紅外熱成像技術和圖像拼接技術[15]，實時生成360°全景紅外圖像，實現了廣域的全天候實時監控，已應用在機場、港口、油田以及邊界等領域，在森林火災監測方向已經有較好的應用案例。

當前主流的紅外全景雷達對大小為1m2的目標探測范圍可高達數千米。將此類設備架設于港區瞭望塔、觀景涼臺等位置，利用原有的建筑、電力和網絡等基礎設施，可對附近港區進行大范圍火情監測和預警。

紅外全景雷達采用紅外圖像并利用紅外熱像儀的感熱特性，結合火災監測復合傳感器進行電動汽車火災監測，能夠對煙霧、CO2濃度變化、隱形火等進行預警，及時發現并預報火警。利用紅外全景雷達技術組建電動汽車待渡停車場火災監控預警系統，由前端監測設備、基站、傳輸網絡、后端監控管理平臺及中控大屏組成。

3.2" 無人機抵近確認火警，控制明火

港口綜合指揮中心收到紅外全景雷達反饋的火災警報后，發出指令遠程啟動無人機起飛至警報坐標點，視頻確認煙火情況；火災確定后，港口綜合指揮中心發指令給控火無人機，飛至著火車輛處，噴射滅火劑控火防止火災蔓延[16]。

滅火無人機要具有以下基本性能：滯空時間不低于30min，抗風能力不低于6級；自帶作業箱容積不小于50L；隨機配置多種噴灑頭，可以噴灑霧狀、開花狀及直流水；內置RTK定位功能，定位精度不低于1cm，噴頭具有自動尋找并定位火源的功能。

3.3" AGV自動巡查滅火機器人24h監測待渡車輛

平時自主巡查待渡停車場，智能算法確保路線合理，不留死角，實時反饋信息；在收到港口綜合指揮中心發出的火災處置指令時，行駛至疑似著火車輛下部，通過視頻確認火災情況。同時，港口綜合指揮中心派出滅火AGV駛向疑似著火車輛位置。火災確認后，滅火AGV加速駛向著火車輛，攜帶鋰電池專用滅火劑，自車輛底盤下方向上噴液滅火。

3.4" 消防救援人員分隔包圍，全淹沒滅火，控制蔓延

消防人員駕駛電動汽車專用消防救援車，攜帶移動電動汽車火災分隔板組，行駛至著火車輛處，組合成“U”形或“口”形防火分隔，從碼頭消火栓向消防車供滅火用水，消防員鋪設水帶，連接高位泡沫發生器，將泡沫噴射至防火分隔圍擋內，對著火車輛全淹沒覆蓋，與滅火AGV共同撲滅電動汽車火災。

移動電動汽車火災分隔板組圍護結構，應具有耐火、輕便、快速組合、便于攜行且有一定水密性，基本指標如下：第一，耐火：非燃材料，耐火極限不低于0.5h。消防人員到達現場后，消防水槍或消防泡沫槍噴射滅火劑，撲打明火的同時對防火圍板進行冷卻，其耐火極限不受設計時長的限制，理論上是可以保持圍護狀態直至火災被撲滅。第二，輕便：單位面積重量輕，防火圍板的重量不大于10kg/m2，便于攜帶組裝。第三，易于組合：模塊化設計，采用快速插槽連接。第四，水密性：接口處加裝耐火密封材料。第五，圍護結構尺寸：高：1200mm，阻止火焰水平蔓延，又不遮擋消防員視線；寬：2200mm，車寬+2倍操作空間；長：6000mm，車長+2倍操作空間。電動汽車火災分隔板組設計圖，見圖5。

4 結束語

本文以深汕特別合作區某電動汽車待渡停車場為例，對電動汽車停車場的消防安全立體防控進行探索，并初步設計了滅火AGV和電動汽車分隔板組。得出以下結論：①單一模式的防火或滅火措施，對電動汽車停車場的消防安全只能發揮有限作用，傳統的消防設施，如自動噴水滅火系統或自動火災報警系統，難以有效應對電動汽車這一新能源產品火災帶來的挑戰。應加大對電動汽車火災預警技術與方法的探索，充分利用現有新技術手段，勇于在消防救援和防火實踐中嘗試與創新，逐步構建一套適應新形勢的消防安全防控體系。②鋰離子電池火災與常規的ABCD類火災均有較大區別，火災處置技術上仍不夠完善，用于撲救鋰離子電池火災的專用滅火劑研發進展緩慢，這給消防救援部門在處理電動汽車火災時帶來了困難。

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