消防无人机在大跨度、大空间救援场景下的实战运用探讨

摘要：

近年来，各类大跨度、大空间结构建筑灭火救援案例数量呈现日渐上升的趋势。该类型建筑因其结构特点，在长时间高温情况下，极易发生坍塌，进而造成人员及财产的重大损失。无人机是无人驾驶飞行器（Unmanned Aerial Vehicle）的簡称，它的核心技术是无线电遥控技术，结合其自备的程序管控装置，可执行特定场景下的非载人飞行任务。将无人机技术与大跨度、大空间结构建筑类型灾害消防灭火救援任务深入结合起来，进一步探讨消防无人机在大跨度、大空间建筑类型灾害救援当中的应用方式，探索和拓展消防无人机在大跨度、大空间建筑类型灾害救援中的应用途径，以充分发挥消防无人机灭火救援的重要作用。

关键词：

大跨度大空间；消防无人机；灭火救援；实战运用

一、大跨度、大空间建筑的火灾特点

（一）极易发生坍塌

大跨度、大空间建筑的整体或局部垮塌是大跨度、大空间建筑火灾的主要特征，同时也是危及消防救援人员生命安全的最大因素。早期的大型空间结构大多是以轻钢柱或钢筋混凝土柱为主要承载构件，如果不进行防火保护，在密闭空间中剧烈燃烧温度达到一定程度超过15分钟就会坍塌，坍塌形式多为屋顶整体或局部坍塌[1]。近年来，大跨度、大空间建筑改进了承载材料，大多采用钢结构，这些材料在常温下的硬度比较高，但在300℃以后，强度就会大幅度降低，到了500℃左右，强度就会降低一半，到了600℃左右，强度基本为0，容易发生“斜面形”坍塌。

（二）易造成人员伤亡

由于大跨度、大空间结构中易燃物质种类繁多，火灾负荷较大，建筑物及装修材料燃烧时会产生大量的有毒、有害气体，燃烧过程中也会消耗大量的氧气，对人员的安全造成不利影响。很多厂房或生产区和结构复杂的大型生产厂房都与撤离地点相距较远，一旦发生火灾被困人员很难逃脱。钢结构的热传导速度很快，内部温度过高时房顶就会崩塌，一旦发生倒塌，内部救援人员很容易被掩埋，造成大量的人员伤亡。

（三）火势蔓延迅速

针对大跨度、大空间的建筑来说，其构件发生故障倒塌的可能性相对来说比较大，钢结构建筑坍塌的潜在危险比较多，在火灾的状态下，钢结构受到破坏，由于空间比较大，结构被破坏之后，火焰失去阻力，其会更快在建筑内部蔓延[2]。许多大跨度、大空间建筑由于功能需要，内部的易燃物品比较多，内部交通条件复杂，救援容易受到干扰和影响，建筑物的面积比较大，对于供水线路的要求相对来说比较高，建筑内部自身的供水系统往往无法有效满足灭火需求，这样就进一步加剧了火势蔓延的速度。

二、消防无人机在大跨度、大空间结构建筑火灾中的救援应用

一般情况下，无人机在其应用程序系统方面可以大致划分为以下三个子系统：地面管控子系统、无人机飞行控制子系统及信息采集子系统。根据其体型大小、精密程度和应用领域的不同，无人机可简单划分为军用无人机及民用无人机[3]。目前，在消防救援领域当中，我们应用的无人机基本都属于民用型小型无人机。应用此类型无人机执行特定消防救援任务，具有造价成本低、灵活机动性强、对作业环境条件要求低、部署速度快等优势。消防无人机在消防救援的实际应用当中与无线电遥感技术紧密相关，主要包括无线电通信、定位、遥感传感、遥感应用等，可执行现场侦察、实施灭火战术和开展辅助救援等消防救援作战任务。

（一）借助消防无人机实施现场侦察

由于大跨度、大空间建筑的多样化因素，可能造成的灾害事故现场变化也十分多样，极容易出现二次灾害的情况。要想合理避免灾情出现恶化，节省最宝贵的救援时间，我们更应当加快对大跨度、大空间建筑内外部环境变化的实时和直观情况的掌握。无人机具备的最基本功能是实施拍摄侦察。我们在进行灭火救援期间，可以借助消防无人机对大跨度、大空间建筑内外部环境变化的现场发展态势展开实时监测，并及时提供给前方指挥部做好辅助指挥调度。应用消防无人机对现场进行实时监测，主要可从以下几个方面着手。

1.应用消防无人机开展可视环境侦察，直观展示人眼可观测的现场环境。借助搭载变焦高清镜头的方式，控制无人机在不同悬停高度与不同拍摄角度进行调整，能够从不同角度直观展示整个现场的细节。同时，借助无人机配套的测量高度、长度及智能制图工具，我们可以实施简单的应急测绘操作，制作实时二维正射图、灾前灾后对比图和力量部署图，为辅助现场指挥员决策指挥提供较为直观的全局化可视技术支撑[4]。把现场侦察到的图像接入消防4G单兵图传设备，远程实时传输到后方指挥中心，后方指挥员按照回传数据可充分了解现场基本情况，并采取更加合理高效的应对指挥措施。

2.应用消防无人机开展非可视环境侦察，直观展示人眼不可见的现场环境。我们可以通过在消防无人机上搭载夜视相机来侦察夜间和其他光线不明的环境；可以应用消防无人机搭载热成像仪，探测能见度较低或掩盖物覆盖的灾害现场，及时锁定高温点位，定点实施处置，避免已扑灭的和不易察觉的高温点位发生复燃。

3.应用消防无人机进行遥感侦察，直观展示全局环境。在无人机中安装合适的遥感相机，再根据对火灾现场进行航拍的实际情况，持续性借助相关计算机软件获取现场具体情况；多样化借助信息化技术对现场场景进行三维建模，构建相对应的虚拟场景，对火灾情况进行真实的模拟，在模型上添加火灾特效[5]，并根据GPS定位信息，定位火灾发生位置，结合GIS强大的空间分析功能和高效的算法，在较短时间内计算出最短路径和最佳路径，通过分析火灾发生地周边的环境进行消防车配比，指定多条路径供消防救援指挥员选择。消防救援指挥员可根据火灾地的地形和环境选择最短路径以及消防车停车位置，根据停车位置的面积大小以及消防车进出的难易程度科学分配出警车辆，合理分配应急资源，从而更加高效地对火灾具体情况与损失进行评估。要重点掌握灾情发展趋势，给灾后重建工作提供技术支撑，通过可视化的“上帝视角”，给各项工作的开展提供必要保障。

（二）运用消防无人机实施灭火战术

按照传统的灭火技战术装备作战，将无人机应用到大跨度、大空间灭火领域并不能收到较好的成效，无人机不但不能单独携带充足的灭火剂，也不能实施长期持续性的灭火剂喷射工作。需要拓展应用思路，发扬长处，全面应用无人機的典型优势，弥补传统技战术装备在灭火战斗中的缺点，达到优势互补[6]。

1．挂载灭火弹进行灭火。在地面人员操作下，将无人机作为载体，携带灭火弹，通过瞄准系统控制灭火弹，快速进行高空投放或发射灭火弹，直击火源深处，准确命中火场着火点。目前，市面上已有相关成熟的无人机智能灭火系统，只要将灭火弹安装到无人机载具上，系统可以自动检测到灭火弹的识别码和地面操控系统的匹配程度，符合一致就能够顺利运行。灭火弹在获得授权后一直待命，在操作人员操控至预定火灾现场时，就可以借助瞄准发控系统进行瞄准，再发出发射指令，灭火弹就能够飞行到目标位置，引爆灭火弹，灭火剂飞散将火扑灭。消防无人机挂载智能灭火弹是新型的远距灭火装置，一定条件下可适用于大空间、大跨度建筑火灾现场或消防救援人员难以近距离接触以及存在巨大不可预知风险的大型灾害现场，极大限度保护消防救援人员及受灾人员生命安全，高效快速控制灾情。

2.挂载水带和水箱进行灭火。一般而言，运用无人机挂载水带和水箱进行灭火的优势在于可机动抵达不便于灭火救援力量部署和位置较高的作业点，可形成一定时间内的持续性灭火剂喷射作业。缺点是无人机在动力方面的制约，无法形成长时间和大口径水带或大容量水箱的挂载作战。同时，在大跨度、大空间建筑类型火灾中，对灭火力量部署的高度需求没有高层建筑类型火灾的需求大，应用消防无人机挂载水带进行大跨度、大空间建筑类型火灾灭火的实战案例基本没有出现过。

（三）运用消防无人机开展辅助救援作业

可以在无人机的挂载模块上搭载照明、广播、气体检测、通信基站等不同功能的辅助装置，为灭火救援作战提供强大的辅助支撑[7]。

1.夜间照明。灾害事故并没有规律的出现时间，要是在光源不充足的夜间发生，无法达到充分的救援行动实施条件，我们可应用消防无人机辅助进行现场高空照明。通常为了解决续航时长受限的问题，我们一般选用在系留型无人机上挂载照明模块，如此一来便可实现长时间高空照明，为夜间救援行动的正常开展提供必要的照明条件。

2.空中喊话。通过在消防无人机上搭载广播模块，我们可以实现对一些不可达或难以到达、较远距离、较大区域范围的喊话功能，以安抚被困人员，避免出现慌乱情况，提醒其注意自身安全，引导被困人员积极配合开展自救，同时可协助灾害现场维持秩序和进行安全疏散。

3.有毒气体探测。通过挂载有毒气体检测仪来检测和判断灾害现场是否存在有毒气体及种类。

4.通信保障。在目前的消防灭火救援作战任务当中，依托运营商公共网络建立通信指挥体系是一个重要方面。然而，在大型的灾害事故当中，如到场人员较多，运营商公共网络往往出现网络拥塞等情况，这种情况下，我们主要依托消防指挥信息专网来构建消防指挥通信体系。目前，在一些实战案例当中，我们已经通过在消防无人机上挂载各类宽窄带通信基站，实现了对整个灾害区域的图像和语音通信覆盖，构建了比较稳定的消防灭火救援通信指挥体系。要是现场符合相应的标准条件，还可以通过车载移动设备，为无人机临时搭建更加平稳、可靠的通信基站，保障现场指挥员能够更加合理地调整现场力量部署，增强整个火场的灭火救援能力。

（四）消防无人机实战化运用的远期构想

就目前而言，消防无人机在灭火救援实战化中的运用还处于起步阶段，消防无人机的实战化调派机制、作战流程规范、无人机驾驶员培养、无人机应用研究等方面还有待进一步完善。消防无人机的实战化应用作为航空应急救援的一个重要组成部分，其相应的救援处理能力、技术装备能力、制度等各个流程都还存在着许多风险和需要改进的地方。因此，为了能够持续处理好各种典型的灾害事故，消防无人机还需要承受大量的高风险环境考验。在改装民用无人机平台时，消防专用无人机平台能够发挥的作用更多。因此，必须持续性开发多样化的消防专用无人机设备与多机协同作战系统。例如，对大型车辆事故现场进行救援期间，现场潜藏着许多重大危险源，搭载具有协同作战能力的消防无人机设备不仅能够处理好外围广播的疏散任务，进一步提升消防无人机的智能化水平，还可以有效关联无人机与人工智能、GIS地理信息系统、云计算、大数据等，通过无人机能够实现实时播报灾害事故现场情况，利用各种信息化技术协助指挥员进行决策。同时，合理应用固态电池、石墨烯电池等新型电池技术、小型核聚变装置等先进的能源技术，主动结合先进动力源设备和无人机平台，实现无人机长时间续航的目的[8]。除此之外，只要设置好信号中继站，利用增强信号抗干扰能力与量子通信技术等方式，进一步对无人机的遥控距离进行延伸，通过远程可操作的消防无人机应用管理平台，实施跨区域无人机救援行动。

结语

综上所述，大跨度、大空间建筑火灾具有火灾荷载大、蔓延途径多、火势蔓延快、燃烧猛烈、浓烟高温聚集、建筑易倒塌等特点，处置难度大，技术要求高，消防无人机在处置此种类型灾害时可以从现场侦察、灭火战术、辅助救援等方面实施作业。除此之外，还要结合实战需求和未来高新技术的引入，加强消防无人机救援业务的研究和拓展，进一步提升消防无人机的救援能力和灭火救援实战效能。

参考文献

[1]杨超杰，洪嬴政，段建威．大跨度、大空间厂房火灾扑救案例分析[J]．中国应急救援，2021（04）：66-69．

[2]白天龙，董淑量.大跨度、大空间建筑火灾扑救难点及要则分析[J].消防技术与产品信息，2016（12）：4.

[3]郑孝成.警用无人机创新设计研究[D].湖北工业大学，2019.

[4]蔡久辉.无人机在灭火救援工作中的应用分析[J].消防界（电子版），2022，8（20）：54-56.

[5]胡军权.无人机在灭火救援工作中的应用分析[J].冶金管理，2022（13）：110-112.

[6]唐新宇.无人机在消防灭火救援行动中的应用初探[J].数码设计，2021（09）：10.

[7]杨啸天.无人机在消防灭火救援中的运用[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2021（10）：2.

[8]徐超.浅议无人机在消防灭火救援行动中的应用[J].无线互联科技，2016（08）：2.

作者简介：

张志辉（1986- ），男，汉族，湖南湘乡人，工学学士，中级专业技术职务，研究方向：消防应急通信。