紅外熱成像儀在建筑火災撲救中的應用

摘要：現代建筑火災撲救中，消防救援人員面臨著救人、滅火、識險、避險等工作任務艱巨，紅外熱成像儀作為一種高效工具，能夠有效輔助滅火救援行動，提高行動效率和安全性。分析了消防救援用紅外熱成像儀的原理及優勢，明確了使用紅外熱成像儀在輔助執行搜尋被困人員、快速定位火源、評估火場態勢和輔助射流滅火等任務場景，總結了應用模式的選擇方法，提出了在使用過程中需注意的關鍵點，包括測量位置要求、圖像顯示相對性、紅外線反射和穿透率的影響以及視野限制的影響，旨在為紅外熱成像儀在消防救援隊伍建筑火災撲救實戰中的應用提供參考。

關鍵詞：紅外熱成像；建筑火災撲救；人員搜救；火場評估

現代建筑結構復雜、空間密閉、火災荷載大，在火災撲救過程中，被困人員搜救、火點尋找、火勢評估和戰斗部署等任務艱巨，消防救援人員的行動安全也面臨著巨大挑戰。隨著科技的不斷發展，消防救援裝備正經歷著日新月異的變革，各種數字化、智能化裝備逐漸成為提升消防救援行動效率的尖兵利器，其中紅外熱成像儀因具有非接觸式、實時監測、高分辨率、多光譜成像等特點，在人員搜救、火勢控制、作戰安全等方面發揮著越來越重要的作用。

1 紅外熱成像儀使用原理及優勢

1.1" 紅外熱成像儀基本原理

紅外熱成像儀是一種利用紅外輻射原理生成物體表面溫度分布圖像的設備，一般由光學系統、紅外探測器、信號處理電路、顯示系統等幾個部分構成，紅外探測器作為紅外熱成像系統的核心部分，負責將紅外輻射轉化為電信號。

當物體的溫度越高，其內部能量越高，向外輻射的紅外線能量隨之增強，紅外熱成像儀通過接收環境中的紅外線信號，能夠形成直觀圖像，相對高溫部分以“白熱”顯示，相對低溫部分則以“黑冷”呈現。使用時還可以根據需要更換應用模式，將“熱力”色彩展示，提高執行任務的效率。

1.2" 紅外熱成像儀用于建筑火災撲救的優勢

非接觸式測溫與成像。紅外熱成像儀可以在不與被測物直接接觸的情況下，直接接收被測物發射出的紅外線，從而達到對被測物的非接觸檢測與成像。這種特性使消防救援人員能夠在不深入火場的前提下，迅速、精確地探測火源的具體位置及規模[1]。

動態監測與實時反饋。紅外熱成像儀具備高溫動態監測和實時反饋的能力，這使其能夠連續跟蹤火源的變化，并及時提供溫度數據和圖像信息。在火災撲救過程中，消防救援人員可以通過紅外熱成像儀實時觀察火勢的發展情況。同時，紅外熱成像儀還能夠提供溫度閾值設置和報警功能，當監測到超過設定溫度的區域時，儀器會發出報警信號，提醒消防救援人員采取緊急措施。

高分辨率與多光譜成像。紅外熱成像儀的高分辨率和多波段特性使其采集的圖像信息更加豐富，高分辨率意味著儀器能夠分辨出微小的溫差和細微的空間結構，從而能夠更加準確地判斷火情的位置與規模；利用多光譜成像技術，紅外熱成像儀可以實現對多波段目標物體的探測。

2 使用場景及實例

2.1" 搜尋被困人員

在現代建筑火災撲救過程中，人員定位是一項至關重要且極具挑戰性的任務，由于煙霧大、能見度低以及火場內部環境復雜，傳統的人員定位方法，如喊話、摸索等，往往難以取得有效成果。紅外熱成像儀通過捕捉人體散發的熱量，成為消防救援人員在火場中準確定位被困人員的有力工具。

在一般的火場環境中，消防救援人員可以使用紅外熱成像儀的普通模式（或火災模式）在大范圍的空間內快速掃描，尋找被困人員的熱信號，確定被困人員位置，這種模式適用于室內溫度較高的情況，能夠有效幫助搜救人員鎖定被困人員的大致狀態。

當室內溫度較低，或者被困人員因受傷或恐懼而靜止不動時，普通模式（火災模式）可能無法準確捕捉到被困人員的熱信號，可以利用紅外熱成像儀的人像模式（或搜索模式），這種模式能夠更敏感地捕捉到人體微弱的熱量信號，幫助搜救人員在更困難的條件下發現被困人員的位置，然后調整為標點模式，以獲得更加清晰的圖像，從而更方便地實施救助。

2.2" 快速準確定位火源

紅外熱成像儀利用紅外輻射來檢測物體的溫度，能夠清晰顯示出火場的熱量分布，幫助消防救援人員快速定位并撲滅火災。同時，紅外熱成像儀還可用于識別隱蔽火災，某些建筑內部火災隱蔽性較強，難以被肉眼直接觀察，而紅外熱成像儀則能夠穿透煙霧等障礙物，直接看到火點熱源的溫度分布，提高發現隱蔽火災的準確性和效率[2]。

紅外熱成像儀還可以在火災撲滅后進行現場檢測和監控。消防救援人員需對建筑進行徹底檢查，以確保火勢得到徹底控制。紅外熱成像儀可以迅速觀測發現整個建筑可能仍存在的高溫點，為協助消防救援人員及時發現并處理潛在的復燃風險提供了有力支持。

2.3" 評估火場態勢

紅外熱成像儀能夠實時顯示火場的溫度分布和火勢蔓延情況，輔助評估火勢規模、蔓延速度及潛在風險，進而制定更為精確有效的滅火策略。此外，紅外熱成像儀還能夠提供火場內部的詳細溫度信息，幫助消防救援人員預判火勢蔓延至相鄰建筑或樓層的可能性，這對于制定全面的滅火救援計劃至關重要。

建筑物即使沒有明火，紅外熱像儀也能通過捕捉墻上透出的熱輻射來定位火源，據此從外部判斷火災的強度，從而大幅縮減偵查時間。

在建筑內部，紅外熱像儀不僅提升了搜索被困人員的效率，還能快速定位起火點和煙氣流向，判斷火災潛在的蔓延方向，如在墻壁、屋頂空間、電梯井等區域。此時，其主要任務是確認屋頂上部空間的熱煙氣積聚區、可燃氣體熱分層現象和火勢蔓延情況等。

2.4" 輔助射流

在建筑火災中，煙氣溫度的不斷升高會灼傷人體皮膚，甚至致人死亡；煙氣中攜帶的大量有害氣體以及可吸入顆粒物會引發人員窒息或中毒，在建筑火災中，高溫濃煙和燃燒火焰的溫度差異并不顯著。盡管消防救援人員配備了各種防護裝備，但因疏忽大意常有消防員受傷。在進行滅火作業時，一號員（水槍手）在前方內攻，指揮員緊隨其后，攜帶紅外熱成像儀對前方火場環境進行溫度監測，指揮員根據評估結果，輔助二號員（戰斗員）實施門控技術，在一號員利用水槍降溫后，指揮員需再次進行安全評估，判斷一號員能否前進，確保滅火作業的安全與高效。

3 應用模式及注意事項

3.1" 應用模式

不同消防救援用紅外熱成像儀的應用模式名稱不同，下文以Argus Mi-TICS系列為例說明。

3.1.1" 火災模式

火災模式動態范圍為-40～1100℃，在無明顯火災煙熱場景下顯示為白熱黑冷，顏色參照條上的4種顏色顯示為固定色調，見表1，與使用時的靈敏度無關。在150℃以上時開始著色，使消防救援人員更容易察覺到火場溫度的分布，從而提高對火場溫度的警覺性。通常在常規火場環境中使用，包括大型滅火行動及全面燃燒的火場內去尋找火源。

3.1.2" 評估模式

評估模式偵測動態范圍為-40～250℃，在無明顯火災煙熱場景下顯示為白熱黑冷，在80℃以上時開始著色，顏色參照條上的4種顏色顯示為固定色調，見表2，與使用時的靈敏度無關。該模式中將溫度著色點降低至80℃，便于消防救援人員在火災發展初期盡早察覺火場溫度的分布，從而提高警覺。通常在火場外圍使用，用于協助確定火源位置，或在火勢撲滅后清理余火時使用，此外，還常用于建筑火災內攻時尋找出口。

3.1.3" 搜索模式

搜索模式無溫度顏色參照條，在整個顯示畫面內沒有明顯的溫度差異時，只有白熱黑冷的顯示；當偵測范圍內有一處地方的溫度相對周圍有較大差異時，在畫面中會有明顯的著色，以便于消防救援人員分辨，在此應用模式中，畫面中最熱的2%會顯示為紅色，次熱的5%會顯示為黃色。通常在無明顯火災煙熱場景下使用，用于人員搜救、清理余火等任務場景。

3.2" 使用注意事項

3.2.1" 測量位置的要求

紅外熱成像儀只讀取顯示屏中央目標標記位置的平均溫度，使用時要確保被測量物體處于目標標記并完全填充。若被測物體面積較小，紅外熱成像儀可能會接收較多來自背景的紅外線能量，從而影響溫度讀數的準確性，在使用時被測量物體應占紅外熱成像儀顯示屏畫面的1/3。

3.2.2" 紅外線穿透率的影響

有些能被可見光穿透的物件，不能被紅外線所穿透，例如玻璃或透明膠片等。

此外，因為氣體密度較低且粒子可自由流動，導致粒子釋放的紅外能量難以被紅外熱成像儀所偵測到，而且一氧化碳、二氧化碳等氣體在8～14μm的紅外波段內透射率接近1，通常不能用紅外熱成像儀偵測氣體溫度。當空間內煙霧、水汽或其他氣體濃度較高或者過熱時，紅外熱成像儀能夠捕捉到類似“云團”的氣體[3]，此時消防人員要意識到所處環境的危險性，果斷采取氣體冷卻措施，防止極端火災事故的發生。

3.2.3" 視野限制的影響

眼睛的視野和紅外熱成像儀的視野不同，這種差異可能導致使用者產生距離感的錯覺。視野過窄會讓使用者產生畫面里的物體距離自己較近的錯覺，視野過寬會讓使用者產生畫面中的物體距離自己較遠的錯覺。紅外熱成像儀的視野被大幅限制，例如，Argus Mi-TICS型號的紅外熱成像儀的視野只有眼睛的1/4，在使用紅外熱成像儀時，用戶需要將鏡頭對準觀察方向，有時需要上下左右移動鏡頭，以確保在正常視野內完成觀察或搜索任務。

4 結束語

紅外熱成像技術具有非接觸式成像、實時監測、高分辨率、多光譜成像等特點，成為現代建筑火災撲救中執行被困人員搜救、火點定位、火勢評估和戰斗部署等任務的輔助工具。使用時應注意對應用模式的選?。夯馂哪Ｊ?，使消防救援人員更容易察覺到火場溫度的分布，適用于常規火場環境中的火災撲救作業；評估模式，便于消防救援人員在火災初期快速識別火場溫度分布，提高警覺，通常在火場外圍使用，輔助確定火源位置，或在火勢被控制后清理余火、防止復燃。此外，在建筑火災內攻時，常用于尋找出口；搜索模式適用于無明顯火災煙熱的環境，主要用于人員搜救、清理殘余火點等任務。在使用過程中，還要考慮使用方法及環境因素以確保紅外熱成像儀的使用效果。這包括確保被測量物體處于目標標記并完全填充，了解屏幕顯示的白熱黑冷受環境溫度不同的影響，關注物體對紅外能量的反射與穿透率的影響，注意視野限制可能帶來視覺效果的變化。

參考文獻

[1]張東杰，展長虹，陳琳，等.距離和視角對紅外熱像法測溫影響與修正[J].建筑節能（中英文），2022，50（9）：2-8.

[2]董非，楊衛軍，李丹，等.基于紅外熱像儀的火源定位方法[J].消防科學與技術，2019，38（3）：394-397.

[3]李紫婷，儲玉喜，陳曄.火場透火穿煙可視化偵察技術現狀分析[C]//2023中國消防協會科學技術年會論文集，2023：99-102.