浅谈举高消防车现状及发展趋势

2021-09-03段链

专用汽车 2021年8期

段链

江西省消防救援总队江西南昌 330000

近年来，随着我国社会经济的快速发展，高层建筑不断涌现，高层火灾频繁发生，高层火灾形势越来越严峻。笔者结合近年来工作实际，针对高空救援、高空灭火的主要消防装备，对举高消防车的技术发展现状进行了分析，并对未来举高消防车发展趋势进行了探讨。

1 国内外举高消防车发展现状

目前行业内举高消防车主要分为云梯消防车、登高平台消防车、举高喷射消防车三大类[1]。云梯消防车采用U型桁架结构的臂架，重量轻，速度快。登高平台消防车和举高喷射车采用封闭式多边形截面，承载力大、工作幅度远。下面笔者将从以下几方面对目前举高消防车的技术发展现状进行分析论述。

1.1 设计理念

国外举高消防车生产厂家集中在欧州，如德国马基路斯、芬兰的博浪涛等。国内举高消防车厂家主要是徐工集团、中联重工、沈阳捷通、三一重工等企业。在车辆功能方面，国内外企业存在较大的设计理念分歧。国外举高消防车专注高空救援，其各项性能参数处于行业领先地位。高空灭火则是作为辅助功能配置，车辆没有配备水泵、水箱、泡沫系统。部分厂家伸缩水管也未配备，高空灭火需要手动接驳水带，水带沿臂架向高空输送水源进行高空灭火（如图1所示）。

图1 云梯车水带接驳

国内举高消防车则是高空救援和高空灭火并重，车辆配置完整的上下车水路系统：水泵、水罐、水炮和伸缩水管。车辆可独立进行高空灭火，也可通过耦合供水接口与大型水罐车配合，实现持续高空灭火作业。两种不同的设计理念主要是由不同国情决定。首先，欧洲国家普遍地广人稀，其建筑物以小高层或独栋小楼为主，而国内高层住宅开发商为尽可能利用土地资源，其层高普遍为20～30层（即60～90 m左右），这就决定了国内对高空灭火的需求远大于国外。其次，欧洲高层建筑本身就配置了先进的消防系统，在火灾初期即可凭借自身消防系统扑灭火灾，从而防止大型高空火灾事故。国内由于建筑物配套消防设施落后，或者没有严格执行，抑或维护保养不到位，无法在初期扑灭火灾，导致高空大型火灾频发。再者国内三四线城市财政预算不足，期望一车多用，最大化地将资金利用，这就决定了高空灭火是举高消防车终端用户的刚需。

在车辆配置方面，国内外的设计理念基本相同：为保证车辆的可靠性和稳定性，其关键核心部件均采用国际一流厂家。底盘大多采用高端品牌：奔驰、斯堪尼亚、沃尔沃、曼、汕德卡等，水泵采用美国希尔、瓦特尔斯等，水炮采用美国阿密龙、埃尔克等，钢丝绳、控制器、支腿阀、梯架操作阀、油泵等关键件均是采用国际一线品牌。

1.2 臂架结构形式

1.2.1 U型桁架结构的臂架

云梯消防车采用U型桁架结构的臂架（图2所示）。行业内直臂云梯从20 m到60 m级别均有成熟产品。云梯车最显著特点是速度快，梯架举升到60 m高度，行业内最快的速度是90 s。由于桁架结构承载能力有限，故工作斗额定载荷劣于登高平台消防车。因此在40 m级别以上云梯消防车，都会配置滑斗救援系统（如图3所示）。操作员通过滑斗系统即可实现高空和地面的往复连续救援，救援效率更高。

图2 云梯消防车

图3 云梯消防车滑斗快速救援系统

云梯消防车一般为直臂结构，其末节臂架灵活性不足，难以越障救援。为弥补此缺陷，行业内厂家研发了曲臂云梯消防车（如图4所示）。曲臂云梯消防车又分为同步伸缩和异步伸缩技术，前者只能与其余臂架同步伸缩，后者则是末节臂架可先独立伸缩操作，然后再与其余臂架同步伸缩。从技术水平上看，异步伸缩要求更高技术水平，其对异步伸缩机构、伸缩油缸抗拉、电缆布置等方面提出了更高的要求。从实际应用上看，各有优劣：同步伸缩无需伸缩臂架即可操作末节臂架变幅动作，操作速度更快，但是末节必须外漏，整车长度无疑加长，对车辆通过性造成一定影响。异步伸缩可以通过将末节臂架内藏第二节臂架，实现整车长度更短、末节臂架更长的目的，车辆通过性、救援灵活性也更强。曲臂云梯消防车技术目前基本上由德国马基路斯、卢森堡亚公司掌握。

图4 曲臂云梯消防车

1.2.2 封闭式多边形截面臂架

登高平台消防车采用封闭式多边形截面臂架（如图5所示）。此类臂架结构，承载能力大，工作幅度远。如54 m登高平台消防车，工作斗载荷可达400 kg，工作幅度21 m，而同级别53 m云梯消防车工作斗载荷为300 kg，幅度为18 m。此外登高平台消防车均具有曲臂结构，可以单独变幅运动，而且工作斗还可以相对臂架左右摆动，故其灵活性强。登高车一般还配置了侧梯，用于梯架无法动作时，人员通过侧梯应急攀爬，但是目前一般仅在50 m级别及以下车型配置。

图5 登高平台消防车臂架结构

1.2.3 常规举高喷射消防车和大跨距举高喷射消防车

目前行业举高喷射消防车有常规举高喷射消防车和大跨距举高喷射消防车两种。常规举高喷射消防车是国内厂家从登高平台消防车衍生研发出来，将登高平台消防车工作斗替换成消防炮，其工作幅度更远，高空灭火流量更大。尤其近年来，工作高度18 m和25 m、配置20 t水箱的举高喷射消防车，比较受消防救援队伍欢迎。

大跨距举高喷射消防车则是近3年来我国工程机械厂家基于传统混凝土泵车多节折叠臂架设计技术研发，是我国独特的技术产品，其功能、性能参数、实用性均优于其他国家的此类产品。其臂架由多节关节臂架组合构成，可以任意调整每节臂架姿态，跨越各种障碍物，是臂架最大限度接近着火点，实现精准定点喷射灭火，极大提高了作业效率；如图6所示，此类车辆具备X型支腿，在有限的布置空间中，采用左右前两节伸缩支腿+左右后摆动支腿的设计方案，实现了支腿展开后更大的支撑区域，使得臂架获得更大的工作幅度时候保证其倾翻稳定性。此类车辆尤其适用于石油石化、天然气等化工企业以及大型车辆难以进入火场的复杂场景（如图7所示）。

图6 大跨距举高喷射消防车X型支腿

图7 大跨距举高喷射消防车作战示意图

1.3 支腿

目前行业普通采用H型支腿，其兼具支撑和整车调平功能，一般用于云梯消防车、登高平台消防车、常规举高喷射消防车。其又分为单级支腿和双级支腿，后者由一级水平伸缩油缸+钢丝绳组成，用于横向跨距较大的车型。大跨距举高喷射消防车则是为达到超远幅度，支撑区域要求更大，故采用前伸缩后摆的X型支腿。行业内马基路斯支腿结构型式为比较特殊的蛙形支腿，其支腿结构紧凑、体积小、场地适应性较好。其支腿垂直行程较小，支腿仅用于车辆粗调平，车辆的精准调平主要是通过回转调平支撑实现，其最大可实现8°斜坡调平。

1.4 液压系统

举高消防车的液压系统由变量泵恒压比例控制、变量泵负载敏感比例控制、定量泵比例控制模式。登高平台消防车和部分举高喷射消防车负载管路较长，为提高系统响应速度，多采用恒压比例控制模式。云梯消防车和小米段举高喷射消防车负载管路较短，采用变量泵负载敏感比例控制，目的是减小能耗和发热。10～20 m段的举高喷射消防车，因其结构简单，成本控制要求较高，一般采用定量泵比例控制模式。液压泵控制目前都是传统液控信号控制，而比例多路阀目前都是传统的开环电控比例信号控制。这类应用技术成熟，市场同类产品较多。目前国内外举高消防车液压系统原理、液压件硬件配置上基本一致，国外车辆在系统匹配、调校方面优于国内车辆。

1.5 电控系统

国内外举高消防车电控系统硬件核心部件（控制器、关键传感器、电气插接件）均是采用国际一线品牌，充分保证电气稳定性。虽然硬件层面各厂家基本一致，但是在电控系统软件层面，国内外差距较大。国外企业起步早，经验丰富，出厂车辆调校优于国内车辆，其举高消防车臂架平顺性和工作斗调平稳定性表现出众。国内企业近年来在车辆智能化操作方面进步较大，开发出单边支腿、自动调平、一键出水等特色功能，极大简化了操作，提高了作战效率。

2 国内外举高消防车差距

我国举高消防车起步较晚，前期模仿多、创新少，设计水平、制造工艺、电控水平仍和国外厂家存在不小的差距，需要进一步提高。

2.1 设计水平

我国举高消防车发展时间较短，前期模仿国外优秀厂家进行设计，解决有无问题，积累经验。经过数十年发展，我国设计水平迅速提高，车辆各项参数也达到国外水平。但是在稳定性、可靠性设计上与国外厂家还是有一定差距。比如国内企业已经实现市场销售的、消防救援队伍实际配备的登高平台消防车最高为88 m。90 m级以上车型则大部分为国外进口，且由于价格昂贵，大多集中在北京、上海、杭州等少数城市[2]。此外，北京、上海等一线城市，载人举高消防车均是进口产品，说明市场对于国产举高消防车稳定性和可靠性存在一定疑虑。再如，我国32 m云梯消防车目前各项性能参数均达到国际一流水平，甚至灭火性能参数超过国外产品，但车辆长度均超过10 m，而马基路斯和麦斯车辆长度均小于10 m，通过性优于国内产品。其原因在于国外梯架设计更先进，同样举升高度下，梯架承载能力更高，梯架重叠量更小，故其长度更小。

2.2 制造工艺

国内举高消防车企业在臂架制造过程中，虽然配备了不少先进的制造设备，但在超长臂架焊接成型质量的控制水平与国外企业存在差距，在焊接变形控制、关键尺寸的公差控制方面均不及国外企业，臂架间隙不均衡，伸缩过程中滑块、钢丝绳寿命短于国外产品，企业不得不选用厚度更大的滑块、直径更粗的钢丝绳进行弥补，由此上装重量远大于国外企业，并且车辆在调试过程中经常出现各类异响、抖动等情况，企业需要花费大量时间解决此类问题。

2.3 电控水平

国内举高消防车电控水平近年来进步较快，出现了单边支腿、一键出水、一键收车等智能化功能，但相比国外的电控水平还是存在不小差距。首先，国外先进的云梯车工作斗内没有称重传感器，直接在梯架受力最大位置设计应力传感器，通过实时监测梯架应力变化来限制梯架重量，更加直接地保证梯架安全和寿命。其次，国外举高消防车可以实现任意支腿功能，通过实时判断下车支撑区域大小和位置，动态计算斗允许最大工作载荷及工作幅度，最大潜力发挥车辆性能。国内虽然也有企业宣传配置任意支腿，但其本质是将支撑区域划分为若干区域，在不同区域限制工作载荷和工作幅度，理论上不能实现任意支腿。

3 举高车发展趋势

3.1 功能多能化

随着目前国内高层建筑大量涌现，高空救援面临的情况越来越复杂，市场对举高消防车提出了更高的要求，其中功能的多样化的需求最迫切。在国外，举高消防车专注高空救援，其功能的多样化值得国内企业借鉴和学习。如马基路斯多功能工作斗[3]，可以配置担架、供电、供氧、轮椅，甚至可以快速拆卸，通过搭桥功能实现更大的救援幅度（如图8所示）。国内则研发出了如三相射流喷射消防车、粉剂喷射举高车、强臂破拆消防车等。

图8 多功能工作斗

3.2 控制智能化

举高消防车属于专用特种装备，其传统操作复杂，没有经过系统培训的操作员，难以掌握其各项操作。尤其是在面对复杂救援场景下，操作员难免出现紧张等情绪，对车辆操作势必造成影响。因此，举高消防车今后应该是简化操作，减轻操作负担，提高车辆智能化水平等方向发展。近年来，各大厂家也推出如一键展车、一键收车、一键出水、一键自动调平等功能，深受一线消防指战员欢迎。但这些尚属比较简单的智能化应用，还需要国内企业结合国情开发更深层的应用。比如国外举高车具有垂直救援功能，消防员仅需操作一个手柄，即可实现梯架变幅和伸缩动作，同时保证工作斗垂直升降过程中工作幅度不变，这特别适合在深井被困人员救援的场景。

3.3 关键件国产化

举高消防车为保证高可靠性、高稳定性，其底盘、控制器、核心液压阀、水泵、水炮均是从欧美国家进口，尤其是底盘。由于进口底盘在可靠性方面优于国产底盘，在2020年的新冠疫情爆发和中美贸易摩擦加剧时期，国内企业面临关键核心件供货周期不确定，订单无法按时交付等问题，消防救援队伍面临无车可用等局面，人们群众的生命和财产受到潜在的威胁。因此，举高消防车企业应在保证可靠性、稳定性的基础上，投入更多资源进行国产化，摆脱“卡脖子”的现状，不再受制于人。

3.4 生产模块化

消防车属于公共服务产品，消防救援队伍通过招投标形式进行采购，单次采购数量较少。企业一般是采用订单式生产模式，没有库存产品。订单式生产意味着产品无法形成批量，企业无法批量订购外购外协件，产品生产周期较长。目前国内举高消防车整车生产周期平均在3个月左右，若是要求进口底盘则长达8个月。因此企业需要加大研发投入，推进国产化、模块化、通用化，实现不同车型大部分零部件通用、统型，降低成本，缩短生产周期，提高竞争力。消防救援队伍也能迅速应用新产品，随时应对各项突发灾害。

3.5 成套解决方案

高空救援场景越来越复杂，仅依靠举高消防车难以实现救援目的，需要其他车辆协同作战。例如，举高消防车要实现长时间高空灭火，必须要大型水罐消防车持续供水。这就要求举高消防车和水罐消防车能够实现水路接口规格、大小相适应，压力、流量等数据实时传输，在不同高度下，水罐消防车能够自动调整供水压力、流量，从而实现最大化的灭火效果。实际应用中，由于不同类型车辆属于不同厂家生产，车辆之间协同作战能力弱，甚至无法配合。因此国内举高消防车企业不能局限于举高装备的研发，而要思考结合一线消防救援实际需求，开发成套的解决方案。这样既提高企业竞争性，也推进中国消防救援事业的发展，同时也体现了企业的社会责任感。