基于“人-机-环”系统的山地森林灭火和以火攻火实践

龙腾腾，王儒龙，王 猛，王秋华

（1.西南林业大学土木工程学院/云南省森林灾害预警与控制重点实验室/西南林业大学消防研究所，云南 昆明 650024；2.云南省易门县林业和草原局，云南 玉溪 651100）

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、处置救助较为困难的自然灾害。尤其在山地，一方面由于森林火灾造成的林木资源直接损失、引发的水土流失等次生衍生灾害情况较为严重；另一方面，由于复杂的地形、不均匀的可燃物分布、多变的局地风和林火相互作用，形成非常复杂的火行为特征，极易形成高强度的树冠火和地表火。山地林火的预防与扑救更为困难，灭火作战中的伤亡事故屡有发生[1，2]。森林灭火是一项十分复杂的系统工程，是“人-机-环”耦合系统在特殊条件下，人借助机械设备与环境对抗的特殊行为。如何科学有效地扑灭森林火灾，把火灾损失降到最低显得尤为迫切和重要。

目前国内外关于森林灭火方面的研究更多聚焦在操作和技术层面。周广友[3，4]归纳总结了实施机动战术和扑救重大、特别重大森林火灾的指挥方法，常宁[5]着眼森林灭火战斗的规律和特点，科学依据火场条件、灭火作战能力、环境灵活选择作战方法；廖俊炜等[6]从林火扑救技术、灭火技术、技术装备等方面对世界林火控制技术进展做了详细阐述。方昉[7]通过总结福建林区的森林火灾特点，提出相应的扑救策略；王保胜[8]根据东北林区林火的主要特点，按照不同林相，将扑救北方林区林火战法分为原始林灭火、次生林灭火和林草结合部灭火；洪长福[9]在剖析闽南山地林火特点的基础上，论述了适合闽南林火的扑救技术和指挥技巧；焦连营[10]针对高原林火发生的特点，结合实战经验，提出了四种较适用于高原地区的灭火作战方法。张志等人初步提出森林火灾扑救“天-地-人-火”系统构架，对包括火场天气、地形及地被、林火对象和灭火力量形成一个多要素耦合作用，提出在有效空间内科学实施林火扑救行动[11]。目前森林火灾扑救已经开始从多要素角度综合考虑，但还不太全面。

笔者基于安全系统工程视角，选取山地为研究对象，从人、机、环角度对山地林火扑救的影响因素出发，结合真实发生的山地林火扑救案例进行分析，为山地林火扑救工作提供新思路。

1 “人-机-环”系统灭火理论

林火是生态系统在景观尺度上的客观存在。人（灭火指挥员、作战员）、机（传统灭火工具、灭火车辆、灭火飞机）、环（可燃物、地形、气象），通过系统内部要素之间物质、能量和信息的交换、传递、流动，共同组成森林灭火作战系统。

1.1 人子系统

目前采用的森林火灾扑救指挥系统（Incident Command System，简称ICS）是世界上最先进、应用最成功的指挥系统，是一个建立在现代管理学和经济学理论基础上的管理系统，见图1。通过建立指挥官（Incident Command，简称IC）、指挥团队（Command Staff，简称 CS）、一般团队（General Staff，简称GS）的管理结构进行林火指挥[12]。

图1 ICS组织框架

配置人数的确定主要是依据森林火灾规模和火场面积，但实际在火灾发生过程中会随环境（气象条件、地形条件）、机（扑救装备）、人（扑火人员素质）发生变化。

1.2 机器子系统

机器子系统在一定程度上决定灭火效率的高低。随着先进的扑火装备在灭火实战中的应用，传统灭火作战模式不断创新，力争做到人-机最佳匹配，形成最强战斗力。目前我国已具有指挥装备、风灭装备、水灭装备、化灭装备和辅助装备5大类，已基本形成中国特色的森林灭火装备体系。在新装备力量支持下，灭火难度得以降低，灭火效率得到提高。以往难以直接扑救的高强度地表火，现在可以利用消防车的水枪或水炮直接压制火头实施灭火；以往难以控制的高强度树冠火，现在可以采用飞机、消防车、轻型灭火装备联合使用的战术进行控制；以往无计可施的悬崖火，现在也完全可以用灭火炮在百米范围里进行定点清除。新型灭火装备的出现使森林灭火变得相对容易，但依然受限于环境因素和扑火队伍的专业化水平。

1.3 环境子系统

环境子系统是“人-机-环”系统中与森林火灾事故相关联的所有要素，包括孕灾环境、承灾体及灭火作战中需要保护的对象，见图2。主要包括可燃物、地形地貌、气候、气象、土壤、保护对象等。

图2 环境子系统框架

2 实战分析

森林灭火作战“人-机-环”系统理论，提供了指挥员有效作战模式并拓展了考虑范围。指挥员首先必须确定何时、何地、在林火处于何种状态时开始展开灭火行动；第二要掌握参战队伍的位置、作战条件和状态；最后确定能够支持扑救行动的环境因素。本文将结合云南省玉溪市易门县山地森林灭火作战过程进行分析，见图3。

2.1 灭火经过

2016年5月2日14:00，云南省玉溪市易门县龙泉镇大凹村附近，因田间焚烧秸秆引起森林火灾。14:55，灭火部队到达大凹村，距离火场500 m；15:05，县直属和龙泉街道50人步行到火场西线，在山顶位置依托道路以“一点突破，两路推进”的以火攻火战法展开灭火行动；15:40，西线林火蔓延趋势得到有效控制；18:00，西线明火全部扑灭；19:30，西线部队机动到火场东线，分段展开对东线明火的扑救行动；20:46，火场明火全部扑灭。

图3 云南省易门县龙泉镇森林火灾、灭火作战示意

2.2 以火灭火战术分析

以火灭火战术的实施主要依托隔离条件，利用现有的道路、河流、防火线（林带）等，或开设隔离带为阻隔条件，点烧迎面火，用火灭火。本次选择的点烧点以一条宽约1.5 m的光缆架设裸土层为依托，在火焰未烧到林分更密、坡度更陡的山顶区之前点烧，及时实施以火攻火战法，成功使两股火焰汇合。

2.2.1 环境子系统

鉴于发生火情的林区距村落居民区和重要军事基地建筑较近，严重威胁人民生命财产安全，必须及时尽快扑灭。着火部位处于山地与平原的交界地带，为山脚向阳坡，坡向陡峭，且有一段属于葫芦峪地形，易形成山谷冲火和火旋风，火头易转向形成多个火头和多层火线。火灾发生前易门县已持续8天未有有效降雨，火借风势以扇面型由南向北迅速蔓延。火场林分组成为云南松与银荆混交林，大部分为云南松中幼纯林，且地表堆积大量干燥的松针，易引燃。在林间存在较多易燃可燃物，地形因素又限制大型机械设备进入情况下，间接灭火法中的以火攻火成为最适宜当时火场环境条件的战法。但合理确定点火点及火线位置，是决定该战法能否成功的决定性要素。

2.2.2 机器子系统

本起火灾出动水灭火消防车5辆，其他灭火车辆48辆（其中汽车36辆、摩托车12辆），灭火飞机一架，风力灭火机、电动水枪110具。点烧之前，喷水车保持待命；准备得当后，由经验丰富的老兵作为第一梯队的点火手，由西南向东北方向平行前进引燃较小树木及林下灌木和植被，几名身背风力灭火机的战士作为第二梯队向着火点鼓风，将火势向山坡下引导。

2.2.3 人子系统

以火灭火战术的实施不能单纯依靠理论判断，现场指挥人员对于环境条件中的地形、气象的熟悉程度、是否具有丰富实践经验都是决定以火攻火战术成功的先决条件。该起火灾同时组织调动县林业局、龙泉街道、六街街道、浦贝乡、铜厂、十街6支扑火专业队、县林业局扑火应急分队及龙泉街道相关人员共计216人。作战指挥官为易门县森林防火指挥办主任，带领易门县和龙泉镇街道扑火专业队伍于第一时间赶赴火场，在对火场情况充分了解掌握后，当机立断选择图中位置为点烧位置，将两支专业队伍兵分两路，一路沿西线的林间小路从山脚往山顶灭火，防止火势进一步扩大；另一路以水渠为依托，清理完水渠沿线的火场后以平行于水渠方向向上打火，防止后方余烬引发新的火情。至15:05时分，火在强风作用下加速蔓延，作战指挥团针对新情况制定了严防死守老火场，以光缆布线开辟的裸土层为依托作为临时防火带，通过以火攻火方法对林间可燃物进行清理，防止林火越过山脊线。点火行动进行半小时后，整面山体及山间鞍部地区都被点燃，可控强度的林火迅速往山坡下蔓延，与之前的火线相遇。明火扑灭后，组织4支扑火专业队对火场进行了余火清理。经过将近一天的攻坚战，截至5月3日，东线、西线和东南线的明火基本扑灭，只剩东北方向有少许余火，北线采取以火攻火战术十分成功，整体火势都在控制范围中。

3 结论

在对现有森林火灾扑救的研究成果及相关理论归纳总结的基础上，阐述基于“人-机-环”系统的灭火作战原理，从环境因素、灭火设备、灭火指挥三个主要组成部分及其包含的若干要素，通过彼此之间物质、能量和信息的交换、流动共同作用于系统。森林灭火作战的理论体系框架，为指挥员在灭火实战中提供了综合定位模式并拓展了考虑范围，更新了灭火作战实践的观念。