多旋翼无人机在高层建筑消防灭火中的应用

曹兵

CAO Bing

（重庆国飞通用航空设备制造有限公司）

(Chongqing Guofei General Aviation Equipment Manufacturing Co.,Ltd.)

1 引言

2017年当地时间6月14日凌晨00:54左右，英国首都伦敦一幢27层的公寓楼（伦敦西部格伦费尔大楼）突发惨烈大火。据英国警方公布的数据，共有71人在该次高层居民楼火灾中确认死亡或被推定死亡。英国首相称其为“国家灾难”。

英国警方23日说：伦敦西部格伦费尔大楼内有400至600名住户，火灾缘于4层一家住户的冰箱起火，起火原因并非人为。伦敦高楼大火牵动世人之心，同时也给国人一些警示，高层火灾如何扑灭？如何逃生、如何施救?

伦敦高楼大火后，国家主席习近平主席主持了“伦敦火灾警示中国”的会议，明确指出要加强我国城市公共安全、消防安全工作。随后公安部连续召开3次高层建筑消防工作会议，讨论如何加强高层建筑消防灭火的科技水平。并提出运用现代人工智能（AI）技术“快速推近微型消防站建设”的建议。会后，北京消防市政在8月份率先投资近13亿元采购无人机等高端消防设备建立快速反应消防站。由此可以看出“高层建筑消防灭火多旋翼无人机”从维护人民群众安全角度上来看是急需的。

2 我国高层火灾防控难度世界第一

高层建筑是指超过一定层数或高度的建筑物。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一。在我国，根据《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005）的规定，住宅建筑依层数划分为：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅。建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。

超高层建筑面临了一个世界公认的难题：高层建筑消防灭火及人员逃生问题。

高层建筑最突出的隐患是随着高层住宅和办公建筑的高度不断延伸，火灾已经成为其重大的灾害，往往是一层受灾殃及整体建筑。有统计数据表明，目前我国这样的高层建筑约有35万幢，楼高百米以上的超高层有6000多幢，统计资料表明：近10年，全国共发生高层建筑火灾3万多起，死亡数百人，直接财产损失超过15亿元。

图1 高层建筑消防灭火缺陷

目前，高层建筑消防灭火所面对的困境（参见图1）主要体现在以下几方面：

1）人员密度大，逃生困难

例如上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。是中国目前第二高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492m，地上101层。中心内共有企业1000多家，员工5万多名，每天访客高达10万。类似这样的现代化高楼大厦，作为城市的标志性建筑，在我国各大中城市都有。一旦发生火灾，电梯停用，其人员逃生将十分困难。

2）消防救援困难

目前我国消防队配备的举高车大都在50m以下，多数消防水枪、水炮的喷射高度也只有50多m。可以说，50m以上特别是超过100m的楼层发生火灾，除利用建筑内部消防设施外，几乎没有有效的外攻手段。

3）玻璃幕墙破拆困难

由于高层建筑外立面多采用钢化玻璃幕墙，而现有强臂破拆车最大工作高度仅18m，超出这一高度就无能为力了。

4）消防员负重登楼救援不能超过20层

内攻灭火时，消防员负重登楼超过20层，就无法有效开展救援行动。

3 解决高层建筑消防灭火的有效途径

针对我国高层建筑数量多、楼层高、人员密集、火灾隐患多，以及缺乏有效消防救援手段的困境，“高层建筑消防灭火多旋翼无人机”应运而生。利用多旋翼无人机所具备的“垂直起落、空中悬停”飞行特性，从空中由外向里，对高层建筑发生火灾的房间玻璃实施强行破窗及向着火房间内喷射灭火干粉，能迅速扑灭火灾，这样就为解决以往长期困扰人们的高层建筑消防灭火这一世界性难题提供了一个崭新的思路和方法。

高层建筑消防灭火多旋翼无人机凝聚了集成化设计、智能化识别、精确化制导等一系列高科技关键技术，具备灵活机动、操作便捷、精准破窗、高效灭火等多重优势，并且反应迅速，成本较低。

4 消防灭火多旋翼无人机的工作流程

众所周知，航空业界的人工智能（AI）指的就是无人机。无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）全称是无人驾驶飞行器，它是一种机上不搭载驾驶员的动力航空飞行器，利用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够带有效载荷进行全自动飞行或无线引导飞行；既能一次性使用，也能进行回收或自动着陆，以便进行多次重复使用。机上无人是无人机的主要特点，正是这一特点，使得利用无人机完成任务时，不必考虑机上驾驶员的生命安全问题，更不必考虑任务的危险性。这不仅大大放宽了对无人机的设计和使用要求，而且使得无人机比有人机更加适合执行那些存在着各类危险、人无法承受或企及的任务。

高层建筑消防灭火多旋翼无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制的不载人直升机，具有垂直起降、空中悬停、低空飞行和原地回转等独特飞行技能，加上它与身俱备的突出优势：能胜任恶劣、高危环境下的各种危险工作；结构简单、体积小、操控容易；配置灵活、使用方便，生产和使用成本低，经济性好等。因此在高层建筑消防灭火中大有用武之地。

针对城市人员和建筑物密集的情况，以及不允许使用“灭火弹”的规定，高层建筑消防灭火多旋翼无人机以无刷直流电动机作为动力装置，一般采用4轴8旋翼结构形式，为了运输方便，旋翼可折叠。一旦有高层建筑发生火灾，消防灭火多旋翼无人机由消防车搭载运送到达火灾现场附近，随即无人机旋翼展开，搭载数十千克的灭火干粉、玻璃破拆枪和自救装备发射装置垂直起飞，直接飞到火灾楼层外面，作为空中悬停平台，遥控对准目标，首先用玻璃破拆枪发射高速冲击弹，击碎高层建筑上起火房间的玻璃窗，然后向室内喷洒灭火干粉，有效扑灭火焰，在一分钟内灭火面积可达100m3。如果室内还有被困人员，破窗后无人机第一时间要即刻向室内被困人员抛射装有防毒面具的自救装备筒，以便让被困人员能从自救装备筒中取出防毒面具戴上，防止或减少受到火灾现场浓烟的毒害，及时逃生出来。