淺談地震救援實訓設施設計

肖建峰 黃聞

摘要：通過對地震后不同受損建筑物的震害特征以及受損建筑物生存空間分布等情況進行分析，從實戰實訓的角度出發，提出地震救援實訓設施的設計原則和功能需求，為地震實訓設施設計與建設提供思路。

關鍵詞：實訓設施； 震害特征； 生存空間； 設計原則

中圖分類號：P315.9文獻標志碼：A

0引言

我國地震災害具備頻度高、強度大、震源淺、散布廣的特點。據不完全統計資料，20世紀初以來，由地震而導致重大傷亡造成的死亡人口約占到各類自然災害死亡總人數的二分之一，而地震災害中超過80%的傷亡和財物經濟損失多因建（構）筑物坍塌、破壞所造成的［1］。近年來，應急管理部消防救援局分別在遼寧沈陽、浙江紹興、重慶市、新疆烏魯木齊在內的四個國家陸搜基地都投資建設了大型地震模擬實訓設施，各省、市的消防隊伍也相繼建設了不少地震實訓基地，但受當前地震實訓設施無設計標準、無相關科研數據支撐等因素限制，目前我國大部分的地震實訓設施普遍存在設施設備功能單一、科目設計飽和度不高、實戰實訓針對性不強等問題。如何設計飽和度高、針對性強的地震實訓基地，已成為當前消防隊伍在地震救援專業化發展中面臨的一個重要課題。筆者結合參與國家西南區域應急救援中心等相關地震實訓設施設計經歷，從實戰實訓的角度出發，通過對地震倒塌建筑物震害特征、建筑內部生存空間分布規律等進行分析，提出地震實訓設施的設計原則和功能需求，為地震實訓設施設計與建設提供參考。

1地震倒塌建筑物震害特點及生存空間分布

地震發生后，埋壓著受困人員的坍塌建筑廢墟是開展生命體征搜尋救援活動的重點區域，而這些坍塌的建筑物中的部分梁、柱、墻體等承重結構部分則是進行破拆、支（頂）撐、吊升等救援作業的重點。掌握各種結構的震害特點、坍塌形態特征與內部生存空間分布規律，對救援行動中開展人員定位、安全評估和搭建生命通道等工作具有十分重要的意義。

1.1地震倒塌建筑物震害特點

1.1.1磚木結構建筑震害特點

磚木結構建筑包括磚木、土木兩種結構類型，以農村自建房為代表，抗震能力弱。其震害特點主要表現為：建筑墻體產生交叉裂縫；窗（梁）上部砌體、橫墻與縱墻的連接部位開裂；屋頂與墻體連接處斷裂［1］。

1.1.2磚混結構建筑震害特點

磚混結構建筑，以鄉鎮住宅樓、教學樓、辦公樓和小型廠房等建筑為代表。其震害特點主要表現為：橫（縱）墻出現斜向或交叉“X”裂縫、倒塌；外墻外鼓、酥裂明顯；樓梯間、樓板和墻體之間出現裂縫、塌落。

1.1.3框架結構建筑震害特點

框架結構建筑分為框架-砌體混合結構、框架-剪力墻結構兩類建筑，以城市商業建筑、人員密集場所如城市綜合體等建筑為代表。其震害特點主要表現為：門窗洞口斜角部砌體損毀；填充墻與框架之間出現裂縫或倒塌；主要承重構件彎曲變形；樓梯與建筑主框架構件在連接部位出現裂開、拉斷。

1.1.4輕鋼結構建筑震害特點

輕鋼結構建筑，以倉儲用房、生產廠房以及體育場館等建筑為代表。其震害特點主要表現為：各柱間支撐連接拉斷，屋架或組合樓板變形垮塌；節點連接破壞，梁、柱扭曲變形垮塌；地腳螺栓變形拔出破壞等。

1.2倒塌建筑物生存空間分布

生存空間主要是指建筑結構發生垮塌后，建筑的主要承重構件如承重墻、梁、柱等相互交叉重疊所形成三角生存區域。劉晶晶等［2］指出，震后建筑內生存空間形成過程復雜多變，不僅與建筑結構、發震時間、震級能量有關，也與建筑內部房屋格局、裝修裝飾以及物品陳放設置有關，甚至與人員活動習慣、震發時的逃生過程也有一定關系。其生存空間分布由受建筑物垮塌后的承重構件所保留的個體大小和倒塌形態決定，即承重構件在震后所保留的個體越大、傾斜角度越小，越容易形成生存空間。

2地震坍塌建筑物設計原則

實訓設施設計，安全可控是前提，場景還原是關鍵，功能多樣是核心，只有三者緊密結合，才能實現讓受訓人員有身臨其境的感覺，達到實戰實訓的效果。

2.1場景還原

即通過復刻不同類型建筑震后倒塌的共性或典型特點，來還原震后建筑倒塌的真實場景。范樂［3］指出，制約廢墟建筑設計的四個影響要素：原型建筑用途及特征、建筑結構的倒塌特征、結構墜物的分布特征、安全保障以及場地恢復措施。要實現地震實訓設施場景的高度還原，應從地震災害對建筑物的致災機理和地震救援理論入手，立足規范救援行動流程，結合設施教學規模與面積指標，細化完善科目難度設置與廢墟生存空間分布。

2.2安全可控

主要分為兩個方面：一是設施本身的安全可控。即建筑廢墟不因組訓期間設施設備使用造成各種振動、沖擊、荷載以及倒塌構件的移除等，導致廢墟結構發生破壞；二是參訓人員的安全可控。即通過各類音（視）頻、紅外感應、無（有）線電通訊等設施設備，對全體實訓人員的身心健康進行監控，能第一時間發出警示中止行動，避免因設計缺陷或意外原因，造成非戰斗傷亡等安全事件。

2.3功能多樣

功能多樣性，是構建實訓設施的根本出發點，表現為既要滿足不同參訓者實訓需求，也要符合組訓人員教學指導、成果評定的實際要求。應從科目設置、措施手段和應用銜接上進行具體體現，即：科目設置上，符合不同層次參訓對象的訓練需求，能滿足初訓者基本能力的普訓需求，也能實現對中、高級參訓人員專業技能針對性提升；措施手段上，配備完整的監控設施設備和分析統計系統，能對參訓人員的各項救援能力進行信息收集開展系統分析，能開展復雜環境實戰教學和難度系數調整；實戰應用銜接上，能開展課題研究和專項能力的測試（如器材裝備性能測試、不同救援技術能力評定），也能開展整建制全要素的實戰演練。

3實訓設施設計及要求

實訓設施設計，應在充分遵守設計原則的基礎上，開展場地選址、功能布局、科目難度及應用系統設計。科目設計，應緊貼地震救援行動“黃金72 h”時效要求，強化安全管控、量化評定、難度調整以及場地運維恢復功能。

3.1場地選址

基于實訓場地的功能定位，實訓場地選址應遵守遠離居民區，空曠、獨立且下風向的原則開展場地選址規劃，主要原因有4點。

（1）實訓場地是地震災害救援現場的場景還原，內部設有大量的實戰救援科目，存在一定的安全風險隱患。

（2）場地內破拆、吊升及次生災害處置等科目，易造成噪音、濃煙等污染。

（3）個別高難度、技術性強的科目易受周邊環境干擾，影響訓練成效。

（4）參訓隊伍一般都是以成建制的模式開展組訓訓，涉及實訓科目多且時間周期長，需要一定相對空曠的環境存放車輛裝備。

3.2功能布局

一般來說，實訓設施應按照組織指揮區、專項能力區和合成訓練區三個功能分區分別進行設計，且周邊應設計足夠寬度的消防車道或回車場，滿足重型車輛停靠。

單一倒塌類型的實訓建筑形態布局，原則上不作具體要求，但場地占地面積不應小于300 m2［4］，建筑高度不宜低于3層普通建筑高度；全類型實訓倒塌建筑形態布局，范樂［3］通過對“一字型、L字型、U字型、口字型”四個形態的倒塌建筑進行量化分析，得出“U字型”形態布局，既滿足建設成本控制、也滿足救援場景重現、利于實戰實訓的功能需求。

建筑論壇與建筑設計肖建峰， 黃聞： 淺談地震救援實訓設施設計

3.3應用系統設計

主要由安全管理系統、場景控制系統及音（視）頻、紅外、煙感、重力感應等監控設備組成。主要用于實訓過程中現場安全監管、數據收集分析和實訓科目設置調整。

3.3.1安全管控系統

此系統是作為確保參訓人員安全的一項重要措施。監控可移動構件或懸空區域等易發生安全事故的危險區域，能第一時間進行安全警示或動作停止；可通過隨身攜帶的聲光、語音等報警設備，在遇險情或緊急情況報警求助。

3.3.2場景控制系統

系統是通過預先設置的相關設備，如聲音模擬系統、燃氣系統、點火系統、水泵系統、漏電（氣）系統等，可根據場景需求、進展情況等適時控制轉化災情，達到場景還原的效果，為特殊環境下的技戰術訓練或合成演練等提供條件。

3.3.3音（視）頻監管系統

系統主要設置在相對隱蔽的狹小空間或重點訓練區域，用于實時監控訓練進度和相關信息數據的采集。

3.4科目難度設計

主要通過兩種方式：

（1）在同一環境設置不同厚（寬）度的可拆卸模塊插槽實現難度調整。

（2）在不同救援環境設置在同一厚（寬）度的可拆卸模塊插槽實現難度調整。

3.5時效設計

通常來說，地震發生后，埋壓在廢墟中的幸存者被困72 h后的存活概率會迅速降至極低。即在24 h內，被營救的人員存活率在90%左右；24～48 h內，被營救的人員存活率在50%～60%左右；48～72 h內，被營救的人員存活率在20%～30%左右，這也就是我們通常所說的“黃金72 h”。在此基礎上，單人實訓科目不間斷作業時效設計，原則上不得超過6 h；單一班組實訓科目不間斷作業時效設計，原則上不得超過8 h；多班組實訓科目同時不間斷作業時效設計，原則上不得超過24 h；整建制實訓科目同時不間斷作業時效設計，原則上不得超過72 h。

3.6功能區設計

3.6.1組織指揮訓練區

根據消防局《關于推進消防救援隊伍地震災害救援力量體系和能力建設的實施意見》對地震重（輕）型專業救援隊隊伍的人員、裝備配備的相關要求，結合實際，組織指揮訓練區設計面積應不小于45 m×45 m，場地荷載應滿足不少于5輛消防車同時到場的承重需求，且利于排水（圖1）。

3.6.2專項能力訓練區

主要是針對震后建筑廢墟內救援行動開展中的班組或單兵專項能力訓練而設置的，分為搜索能力、營救能力兩大類。

同時，考慮場地功能優化和各功能區的有效銜接，建議搜索訓練科目可與合成訓練區合并設置，其余專項訓練科目可適當整合為一個多功能的實訓設施。通過在同一區域設置多組此類實訓設施的方式，既可實現同一科目同一難度比武對抗，也可實現同一科目不同難度系數訓練，滿足實訓設施功能多樣性的實際需求。

3.6.2.1破拆訓練

該技術主要用于在傷員營救過程中，針對不同材質的建筑構件，而采取的擴張、剪切、鉆鑿、切割等技術動作，采取站姿、跪姿、蹲姿和匍匐等方式實施。

一般來說，破拆訓練可拆卸模塊插槽大小原則上不小于0.8 m×0.8 m，一般取用1 m×1 m；水平破拆操作面高度應不小于2 m；垂直破拆面高度參照民房高度設計；狹小空間操作面破拆高度應控制在0.8～1.2 m。其中，水泥破拆體厚度設計一般分為150 mm、200 mm、300 mm、450 mm四類（內含18～10 mm鋼筋）；金屬板破拆體厚度設計一般分為10 mm、20 mm兩類；鋼筋網破拆體厚度設計一般分為4 mm、6.5 mm兩類；鋼筋破拆體直徑設計一般分為10 mm、18 mm兩類；結構鋼構件（工字鋼、H型鋼等）破拆體設計一般選用高度127 mm，寬度76 mm，腹板厚度4 mm，翼緣厚度7.6 mm以及高度260 mm，寬度102 mm，腹板厚度6.5 mm，翼緣厚度10 mm兩類；實木破拆體設計直徑一般分為用450 mm、600 mm兩類。

3.6.2.2障礙物移除訓練

該技術主要用于清除救援現場的障礙物時采取的技術動作。大型障礙物移除主要用于人機協同配合訓練，其場地設計應達到相關起重設備吊升的承重要求；小型障礙物設計應能同時滿足人工搬運、器械牽引等多種同時訓練的需求。由于常規類的吊車車長為10 m左右，寬2 m左右，支腿展開后寬為4 m。此科目訓練場地作業面長度應不小于10 m、寬度應不小于4 m，整體面積應不小于40 m2［4］。

障礙物應按照標準制式和非規則性兩類進行設計。其中，標準制式障礙物：一般選用長方體或正方體為主，主要用于配合大型工程機械開展牽引、吊升移除作業科目訓練，選用重量在0.05～20 t不等，可根據訓練要求調整科目難度系數；非規則性障礙物：一般以建筑垃圾或廢棄建筑梁、柱、墻、樓板等為主，主要用于人工清除、機械協同移除作業科目，原則上不超過0.25 t，可根據訓練要求調整科目難度系數。

3.6.2.3支（頂）撐、加固訓練

該技術主要用于在對廢墟埋壓人員生命通道開辟過程中，對通道周邊的墻體、梁、柱等采取的加固或支（頂）護技術動作。支撐技術分為：木結構支撐 、制式撐桿支撐、組合支撐、腳手架支撐、大型機械支撐等六類。一般來說，重型隊支撐總高度不應低于4.5 m，輕型隊不應低于3 m，支撐寬度應滿足現場環境需要。支撐重量要與支撐類型向匹配，滿足對應支撐類型最低要求

3.6.2.4繩索救援訓練

該技術主要用于傷員（裝備）轉運，包括橫渡、吊升、下降三類技術。一般來說，縱向救援，提拉、下放被困人員高度不應少于10 m距離；橫向救援，兩端錨點間距差不應低于10 m。

3.6.2.5醫療救助訓練

該技術主要用于傷病人員的院前急救，由包扎、固定、止血、心肺復蘇等科目組成，場地無具體技術要求，能滿足參訓人員開展訓練即可。

3.6.3合成訓練區

即綜合實戰演練區，是開展地震救援中、高級技術能力提升和實戰綜合演練訓練的主要區域。主要特點是功能高度集成，可提供不同路線、不同環境和多個進攻起點，開展多項或單項訓練科目，也可通過不同科目交叉組合的方式進行整建制合成訓練、實戰演練或能力評估等。通過歸納提煉，合成訓練區科目設計內主要包括：搜救路線與人員營救科目、典型生存空間救援科目、傾斜房間救援科目、建筑廢墟搜救科目、高空設施救援科目等。

3.6.3.1搜救路線與人員營救科目設計

搜救路線與人員營救科目，應滿足不同難度系數訓練和多組、多線同時開展訓練的要求。

（1）從場地一層四個方向設置分別不少于2條起點的搜救路線。

（2）在建筑內部可通過管道、斜墻等方式，滿足立體搜索訓練需求。

（3）在搜救路線設置不同難度的障礙物，增加訓練難度系數。

（4）在不同人員被困點，通過設置真人、假人或活物等方式，滿足多形式搜救訓練需求。

（5）利用門、窗、管道等建筑構件的開閉控制方式，提供不同災情環境的搜救訓練和滿足靈活多線搜救路徑設計。

3.6.3.2典型生存空間科目設計

即在建筑內部各獨立空間，局部或整體搭建各類典型生存空間，如“V”型式生存空間、單斜式生存空間、多層間隔式生存空間等，并在其周邊利用墻體、樓板、管道等構件設置破拆、支（頂）撐、障礙物移除、繩索救援、醫療救助等訓練科目。值得一提的是，設計時應注意三點。

（1）典型生存空間設計應與建筑垮塌方式相對應，如傾斜型倒塌建筑內的生存空間設計不應出現多層間隔式生存空間。

（2）考慮典型生存空間的重復利用，應合理設置后門，滿足“被困人員”的進出。

（3）在設計相應搜救訓練科目時，可拆卸模塊插槽應滿足對應科目難度系數設計要求。

3.6.3.3傾斜房間科目設計

作為震后建筑震害特征的主要形態，主要目的是使受訓人員在傾斜狀態下開展各類搜索和營救科目訓練，體驗傾斜狀態下的身體反應，掌握驗傾斜狀態下相應搜救行動技術要點。傾斜房間設計，傾斜角度以30°為宜［4］，重點強調的是在設置了相應科目的受力墻體、梁柱等承重構件和可拆卸模塊插槽，在設計之初必須經過嚴格的受力分析和加固措施，保證建筑結構的穩定性，防止發生位移甚至倒塌破壞。

3.6.3.4瓦礫廢墟科目設計

在生存空間、管道構建內和搜救路線上隨機鋪設各類建筑廢料、家具等障礙物，營造建筑完全倒塌的真實場景氛圍；隨機設置電、水、氣管網泄漏環境，構建地震救援現場復雜環境，使受訓人員能開展各種復雜環境的搜救行動訓練，完成廢墟表面傷員轉運、廢墟挖掘、廢墟行走、次生災害處置和重癥傷員醫療急救等技術要點訓練。

3.6.3.5高空設施救援科目設計

即在傳統救援通道破壞的情況下，通過繩索、舉高車輛等器材裝備，采取吊升、橫渡、下降、斜行等技術手段，建立救援通道，實現人員或器材裝備輸送轉運。在開展高空救援設計時，應在建筑樓頂、高空窗臺等位置設計用于繩索救援的固定設施，固定設施必須設有若干個錨固點，且防滑、耐磨和穩固可靠，能承重足夠的橫向、縱向牽引力，確保高空救援絕對安全。

4結束語

地震作為破壞力極強的自然災害，給人類社會發展帶來了巨大的損失。目前應對地震災害的措施手段主要分為地震預報、結構抗震和震后救援三部分，消防隊伍作為應急救援的“國家隊、主力軍”，應進一步加強震后救援專業能力，達到快速響應、高效救援的目的，最大限度地減輕地震災害造成的人員傷亡和財產損失。地震實訓設施作為地震救援專業能力提升的重要場所，是一項綜合性強、跨學科多的系統工程，其設計、建設應充分借鑒現有的建設經驗，依托國內外行業專家與社會科研力量，立足現有手段和隊伍實戰需求，科學設計，統籌規劃［5］。

參考文獻

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［作者簡介］肖建峰（1986—），男，本科，工程師，從事消防一級救援、實戰演練和實訓實施設計研究工作。