高層建筑滅火中無人機輔助救援裝備的應用

摘要：無人機輔助救援裝備因靈活機動、高效偵查、遠程作業等優勢，在高層建筑滅火中的應用潛力巨大。剖析了該裝備在高層建筑滅火中的應用情況，探討了技術、場景適應、協同作戰、操作規范等方面存在的問題，提出增強續航與載重能力、提升信號傳輸穩定性、優化飛行控制與導航技術、強化協同作戰能力等改進舉措，強調培養專業人才、優化協同配合機制、規范操作流程的重要性。研究表明，在持續優化下，無人機輔助救援裝備將在高層建筑滅火救援中發揮更加關鍵的作用。

關鍵詞：高層建筑滅火；無人機輔助救援裝備；協同作戰

傳統滅火設備受高度和復雜環境的限制，在應對高層建筑火災時難以快速有效地發揮作用。而無人機輔助救援裝備以其靈活機動、定位精準、作業高效的特點，逐漸成為高層建筑滅火的重要工具。盡管無人機技術發展迅猛，但在實際應用中面臨續航不足、適應復雜環境能力差、協同作戰機制不完善等難題。研究無人機輔助救援裝備的應用情況、技術改進方向、管理策略，對提高高層建筑滅火救援效率意義重大。

1 在高層建筑滅火應用中存在的問題

1.1" 技術層面的問題

無人機在消防領域發揮著愈發重要的作用，但其應用仍面臨部分難題，其中續航能力尤為突出。受限于電池技術，無人機的持續飛行時長有限，難以在爭分奪秒的火災現場長時間穩定執行任務。在高層建筑火災救援中，無人機可能剛完成部分區域偵查任務，便因電量不足被迫返航，致使救援行動的連貫性被打斷，錯失了寶貴的救援時機。無人機的載重能力也不容樂觀，無法攜帶足量的滅火藥劑，更難以搭載大型滅火設備，僅能進行小范圍、低強度撲救，滅火效果大打折扣[1]。

1.2" 應用場景適應性問題

高層建筑內部結構復雜，樓道、通風管道等區域形成了特殊的氣流環境，容易干擾無人機的飛行姿態，增加飛行難度。同時，不同建筑風格和布局差異較大，一些狹窄空間和不規則區域，無人機難以有效進入和開展作業。此外，火災現場的極端氣候條件也是一大挑戰[2]。強風、暴雨等惡劣天氣會影響無人機的穩定性和操控性，而在高溫環境下，無人機的電子元件和動力系統容易出現故障。這些因素共同降低了無人機在復雜多變的高層建筑滅火場景中的適用性，限制了救援裝備功能的充分發揮。

1.3" 協同配合與操作規范問題

在救援行動中，無人機與其他消防設備和救援人員之間的協同機制尚未成熟，無人機定位火源后，信息傳遞至滅火設備的過程可能存在延遲或偏差，導致滅火行動不及時、不準確。不同品牌和型號的無人機操作方式各異，缺乏統一的操作規范標準，增加了消防人員的學習成本，影響操作熟練度。緊急情況下，不規范操作易引發安全事故，降低救援效率，阻礙無人機輔助救援裝備在高層建筑滅火救援中的高效應用，亟待建立統一標準，并加強協同訓練。

2 提升無人機高層滅火應用的技術措施

2.1" 增強續航與載重能力

在高層建筑滅火行動中，無人機續航不足的問題制約其發揮更大作用。為有效解決這一難題，可從多個方面著手。在電池技術革新方面，運用大容量、高能量密度的電池技術，從根源上增加無人機的電力儲備。精心優化電池管理系統，使電池的充放電過程更合理，大幅提升電池利用效率，就像給無人機配備了一個“智慧能源管家”，確保每度電都能充分利用。從無人機自身結構設計出發，選用輕量化材料，在保障結構強度不降低的情況下，巧妙減輕無人機自重，不僅能降低飛行能耗，還能增加其載重能力，使其在攜帶滅火設備等物資時更具優勢。探索全新的充電模式，空中充電技術一旦實現突破，無人機就能在飛行途中補充電量，實現持續作業[3]。同時，也可在火場周邊合理設置臨時充電站，當無人機電量不足時，能迅速前往充電站快速補充電量，以延長其在火災現場的作業時間，為高層建筑滅火救援爭取更多寶貴時機，全方位提升滅火行動的效率與效果。

2.2" 提升信號傳輸穩定性

在復雜環境里，無人機信號傳輸極易受到干擾，嚴重制約其在消防救援等任務中的穩定運行?；馂默F場的高溫、彌漫的煙霧以及密集的建筑物，如同“信號殺手”，給無人機與地面控制站的通信帶來極大挑戰。為有效應對這一難題，可采用多頻段、多鏈路通信技術。不同頻段受環境干擾程度不同，多鏈路則能在某一鏈路受阻時自動切換，再搭配自適應調制解調技術，根據信號質量動態調整傳輸參數，極大地增強信號的抗干擾能力。中繼通信設備也能發揮重要作用。通過合理布置中繼設備，構建臨時通信網絡，可以有效延伸通信距離、繞過障礙物，保障無人機與地面控制站之間的通信順暢，讓指令與數據得以穩定傳輸。優化無人機天線設計也至關重要。精心設計的天線能夠提升無人機在高溫、煙霧等惡劣環境下的信號接收與傳輸能力。例如，采用特殊材料制作天線，使其耐高溫、耐腐蝕，或者優化天線的形狀與朝向，減少信號遮擋。這些改進措施能進一步確保通信的穩定性，讓無人機在復雜環境中也能“耳聰目明”，精準執行各項任務，為高層建筑滅火救援等工作提供有力支持。

2.3" 優化飛行控制與導航技術

針對高層建筑內部復雜氣流對無人機飛行姿態的干擾，可以引入先進飛控算法與姿態傳感器，如激光雷達、慣性測量單元（IMU），實現對無人機飛行姿態的實時監測和調整。結合高精度GPS、北斗衛星導航系統，還有視覺識別技術，提升無人機在復雜環境下的定位精度與導航能力。開發智能避障系統，運用超聲波、激光雷達等傳感器，使無人機能自動識別、避開障礙物，保障飛行安全。

2.4" 強化協同作戰能力

提升無人機與其他消防設備、救援人員的協同效率，需搭建統一指揮調度平臺，實現無人機和地面消防設備、救援人員間的信息實時共享。開發標準化的通信協議、數據接口，保障不同品牌、型號的無人機能無縫對接，實現協同作戰。定期開展聯合演練，提升消防人員操作無人機的熟練度和協同作戰能力。

3 在高層建筑滅火中的應用管理

3.1" 加強專業人才培養

在消防救援領域，無人機專業人才的需求正持續攀升，然而，人才培養的供給與需求間仍存在明顯差距。在此背景下，完善人才培養體系、提升專業人才綜合素質與實踐能力迫在眉睫。中國消防救援學院設立的“飛行器控制與信息工程”專業，致力于培育具備無人機飛行控制、遙感偵測及應急通信保障等能力的復合型專業技術人才。專業課程涵蓋無人機系統構造、飛行控制原理以及消防救援應用等核心要點，秉持理論與實踐并重的理念，為學員筑牢專業根基。在實踐教學進程中，學院借助先進模擬訓練設備，高度還原高層建筑火災的復雜場景，組織學員開展火源偵查、模擬滅火等實操。安排學員前往基層實習，鼓勵參與技能競賽與學術交流，開展專業演練與畢業設計，通過講座、論壇拓寬人文視野與專業素養，全方位提升學員能力[4]。

3.2" 優化協同配合機制

搭建統一的信息交互平臺是高效協同的核心。該平臺整合了無人機實時數據，如高清圖像、熱成像數據、火源定位信息，還有消防車、消防機器人等其他救援設備的運行參數、位置信息。借助先進的通信技術，這些信息能在各救援單元間快速、準確地傳遞。消防車內的指揮人員經平臺獲取數據，精確規劃消防車的行進路線、噴水位置，保證消防水能精準覆蓋火源。消防員依據無人機提供的圖像信息，了解建筑物的內部結構、人員被困狀況，從而制定科學的救援方案。為保證協同配合的順利，還需制定詳盡的協同作戰預案，明確在火災的不同發展階段，無人機、消防車、消防員各自的任務、職責。

3.3" 規范操作流程與標準

以搭載滅火彈的多旋翼無人機用于高層建筑滅火救援為例，其操作手冊的內容全面且關鍵。起飛前，要仔細檢查電池電量、螺旋槳狀態、滅火彈掛載牢固程度等項目。飛行中，需依據火勢大小與風向，規范調整飛行高度、角度，保障滅火彈投放精準。任務結束后，要做好設備維護與檢查，涵蓋硬件（電機、通信模塊、傳感器等關鍵部件性能檢測）及軟件（飛行控制程序、數據傳輸協議穩定性和兼容性檢查）。同時，制定完善的應急處置流程，如遇信號干擾，先切換通信頻道，再降低飛行高度尋找穩定區域；設備故障時，立即啟動返航或迫降程序。這些統一、規范的操作流程與標準，能有效減少人為失誤，確保無人機在救援中穩定可靠地發揮作用。

4 不同火災階段無人機輔助救援裝備的應用要點

4.1" 火災初期階段

搭載高清可見光攝像頭和紅外熱像儀的無人機能夠快速抵達火災現場，高清可見光攝像頭可以清晰捕捉建筑外觀和周邊環境的實時畫面，確定火災發生的具體樓層和大致位置。而紅外熱像儀則能穿透煙霧，精準探測到火源的準確位置，即便火源處于室內隱蔽角落也難以遁形。指揮中心據此迅速制定救援策略，如調配附近的小型滅火設備前往火災樓層。利用無人機的指引，使救援人員能夠更高效地找到起火點，第一時間進行滅火作業。無人機還可利用搭載的擴音設備，向樓內人員發出準確的疏散指示，告知其安全出口位置和疏散路線，避免人員因恐慌而盲目逃生，為后續救援行動爭取寶貴時間，有效遏制火勢發展。

4.2" 火災發展階段

搭載熱成像設備的無人機可對整棟建筑進行全面掃描，繪制出實時的溫度分布熱圖。熱成像技術能夠敏銳捕捉到建筑物內各個區域的溫度差異，即使是被濃煙遮蔽的區域也能清晰呈現。通過熱圖，救援人員可以直觀看到火勢蔓延的方向和速度，準確判斷火災發展態勢，為后續救援策略的制定提供關鍵依據。無人機還能及時發現火勢可能突破的薄弱區域，提前組織力量進行防御，利用無人機攜帶的氣體檢測裝置，可以對火災現場的有害氣體濃度進行實時監測，如一氧化碳、二氧化碳等。準確掌握這些有害氣體的濃度變化，有助于為救援人員的安全防護提供重要依據，合理規劃行動路線，避免救援人員因吸入過量有害氣體而中毒或窒息。

4.3" 火災后期階段

在高層建筑火災后期階段，雖然火勢可能逐漸減弱，但現場環境依舊復雜危險，存在建筑結構不穩定、煙霧殘留、可能有未熄滅的火源等問題。此時，無人機輔助救援裝備在搜索被困人員和火災隱患排查方面發揮著重要作用。搭載高精度生命探測儀的無人機，能在復雜的建筑廢墟和煙霧環境中，通過熱感應和人體信號識別技術，精準定位被困人員的位置。無人機利用紅外熱像儀對建筑各個角落進行細致掃描，檢測是否存在隱藏的火源，防止復燃情況發生。在火災后期清理工作中，無人機還可攜帶照明設備，為救援人員提供充足的光線，方便其開展清理和救援工作。另外，利用無人機搭載的高清攝像頭對火災現場進行全景拍攝，為后續事故調查和損失評估提供詳細、準確的圖像資料，助力整個救援行動的收尾和后續處理工作。

5 結束語

在高層建筑滅火救援中，無人機輔助救援裝備展現出巨大的應用潛力，從火災初期偵查火源、引導疏散，到發展階段監測火勢、遠程滅火，再到后期搜尋被困人員、排查隱患，無人機貫穿救援全過程。優化動力與能源系統、升級通信導航技術、創新功能設計，以及加強專業人才培養、優化協同機制、規范操作標準，能進一步提升其應用效能。盡管目前存在技術瓶頸，但隨著持續改進與發展，無人機輔助救援裝備將不斷完善，在高層建筑滅火救援中發揮更為關鍵的作用，為保障生命財產安全提供有力支持。

參考文獻

[1]王濤.高層建筑滅火救援中多旋翼無人機的應用研究[J].中國新技術新產品，2024（20）：141-143.

[2]唐磊.無人機在建筑消防滅火救援中的有效運用分析[J].中國設備工程，2023（16）：28-30.

[3]黃青，宋永潔.高層建筑消防滅火中發揮無人機作用的探討及建議[J].湖南安全與防災，2023（10）：45-47.

[4]范鎮.高層建筑滅火救援過程中多旋翼無人機的合理使用[J].今日消防，2023，8（4）：26-28.