多自由度空间移动消防炮设计及其应用

李绍宁

天津市西青区消防救援支队，天津 300380

我国城市化进程飞速发展，城市内部建筑密度逐渐增大，导致楼宇间实际间隔普遍较为狭小，火灾事故发生后消防车通常无法有效靠近起火部位，并且由于传统的消防炮只能固定设置于地面上，在一个平面内实施灭火，一旦燃烧部位处于消防炮的射水范围之外，灭火剂通常无法直击火点，处置现场的实际灭火效果也就只能属于“隔靴搔痒”的范畴［1］。因此，如何在有限空间内快速建立灭火阵地，在灭火过程中保证移动消防炮的稳定，第一时间有效控制初起火势的蔓延扩大，成为一线消防指战员亟需解决的重要问题［2］。

一、多自由度空间移动消防炮设计思路

随着我国消防事业的飞速发展，各级消防救援队伍主动对标主力军、国家队标准，聚焦提升装备实战质效，不断打破传统路径依赖，转变传统的思维方式和工作理念，结合新时期消防救援队伍的实际需求针对性开展实用性灭火装备研发工作［3］。由于灭火空间与灭火角度的局限，各类消防炮在处置灾害事故过程中还普遍面临操作层面的实际问题。例如，随着我国石油化工产业体系的有效构筑，各石化园区储油罐体量普遍增加，园区内部的消防安全隐患也随之显著增大，一旦发生火灾事故，由于高喷消防车实际射程可能无法满足实战处置需要，仍然需要消防救援人员携带泡沫炮、泡沫管枪等装备实施登罐作业，大大增加现场消防救援人员的处置难度。在油罐火灾处置过程中传统移动炮仍然存在诸多安全隐患，特别是在登罐作业处置过程中，由于传统消防炮无法有效固定在罐壁上，供水压力较小时会显著影响消防炮自身的有效射程，而当供水压力较大时，放置于罐壁之上的移动炮容易被高压水流打飞，给现场参与灭火行动的消防救援人员带来了极大的安全隐患。

因此，多自由度空间移动消防炮在设计过程中，摒弃了以往“头痛医头、脚痛医脚”的改造模式，针对传统消防炮使用过程中普遍存在的实际喷射角度只能局限于单一平面内、消防炮阵地选择困难、供水压力较大时消防炮容易被高压水流打飞、灭火过程中有效射程不足且通常需要消防员近距离使用等问题，通过预设各类夹具协助消防救援人员在狭窄空间内迅速建立作战阵地。该炮能够根据燃烧产物的理化性质随时更换更适应火场实际的喷射装具，按照该理念设计的多自由度空间炮还可以普遍应用于油罐、大跨度大空间、地下有限空间等多种类别火灾的实战，切实提升灭火救援队伍对大规模火灾的处置效率。

二、多自由度空间移动消防炮夹具及喷射装具

多自由度空间移动消防炮是通过各类预设夹具协助消防员在狭窄空间内迅速建立作战阵地，随后将水炮、自摆炮、泡沫炮等装备利用配套的多种夹具快速固定至起火区域周边，如电线杆、管线、墙头、窗台、油罐区围墙、石化装置工字钢架等可供灭火装备固定的建筑构件之上，有效解决移动水炮只能设置在地面才能实施灭火作业的局限性。这样，即使泡沫喷射装置的出口压力过高，在各类专用夹具的有效固定下也不会出现消防水枪、炮在高压作用下脱离控制的情况，在实现对起火部位精准处置的前提下，最大限度地保证了灭火战斗的高效开展［4］。各类型夹具主要部分采用7075 铝合金材质，使用过程中具有耐腐蚀、耐磨损、强度高等特点，特别适用于制备各类机械强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体。

（一）多自由度空间移动消防炮夹具类型

目前，多自由度空间移动消防炮夹具根据固定对象及实际应用的不同，共分为6个类型。

1. 链条夹具

链条夹具（850 mm×200 mm×175 mm）针对我国建筑多为方形柱的特点进行设计，能够有效克服国外夹具只能将喷射装置固定于树木或水管等圆形物体之上的技术瓶颈。考虑到固定管线相对较细且极易导致链条滑落的问题，链条夹具上还相应增加了具备防滑作用的外加横杆配套使用，可以在垂直方向牢牢固定各类消防自摆炮，实现对各类喷射装置的全方位固定，如图1所示。

图1 链条夹具的主要构造

2. 型钢夹具

型钢夹具（935 mm×95 mm×230 mm）可以将喷射装具固定在直径250 mm 以下的各类管线、工字钢、角钢、槽钢等钢制构建上，打破了国外固定夹具只能固定于工字钢的限制，如图2所示。

图2 型钢夹具的主要构造

3. 围堰夹具

围堰夹具（1 000 mm×160 mm×310 mm）是根据国内罐区围堰的实际特点研发，可以保障将各类灭火器具固定在各类油罐罐壁甚至工业厂房、建筑墙头、窗台等部位。目前，国外尚无同类产品，如图3所示。

4. 罐顶夹具

罐顶夹具（430 mm×85 mm×140 mm）根据国内万吨级油罐罐顶浮盘边缘的结构特点设计，如图4 所示。它可以将各类灭火器具牢固固定在10 万吨、15万吨油罐的罐顶。灭火救援处置过程中消防救援人员登上罐顶后利用该夹具将移动遥控消防炮有效固定后即可快速撤离。这样不但可以有效降低现场参与处置消防救援人员自身的体能消耗，还能够通过远程遥控的方式保障现场处置人员的自身安全［5］。

图4 罐顶夹具的主要构造

5. 平板夹具

平板夹具（450 mm×300 mm×70 mm）是我国自主研发的消防装备。应用该夹具可以在立体空间中为现场参与火灾处置的各级消防指战员构筑一个灭火平台，如图5 所示。该夹具有效解决了传统消防水炮只能放置在地面灭火的局限性，特别适用于对各种大流量移动遥控消防炮的有效固定，它在确保充足喷射压力及灭火所需流量的基础上，能够保障各类灭火装具通过任意角度完成灭火药剂的喷射，最大限度地保证灭火救援战斗的高效展开。

图5 平板夹具的主要构造

6. 快速固定安装台

快速固定安装台（385 mm×300 mm×130 mm）需要预先设置在辖区重点单位的重点部位，一旦毗邻建筑发生火灾，消防员能够第一时间利用该装置直接架设各类灭火器具实施有效处置。例如，在新建石油储罐区时，可以将它预设浇筑在罐区内部多个重点部位，如图6 所示。火灾处置过程中，消防员到场后可以直接将多自由度空间移动消防炮直接固定在安装台上开展灭火行动。当现场火势失控或热辐射较为强烈时，一线处置人员可以快速撤离，最大限度降低火场伤亡事故的发生［6］。此外，该安装台可以根据处置现场的实际需要通过射钉枪在几分钟内实现快速安装，满足一线消防救援队伍实战需要。

图6 快速固定安装台的主要构造

（二）多自由度空间移动消防炮喷射装具类型

为有效保证该炮在火灾现场的实际灭火效能，使其切实满足各类燃烧物质引发的灾情处置需要，按照由“体育竞技型”向“实战应用型”转变的思路，该炮的喷射装具分为以下3种类型：

1. 多自由度空间炮

如图7 所示，在6 MPa 工作压力条件下，多自由度空间移动消防炮炮体以30 L·s-1流量实施喷射的过程中，其有效射程能够达到30 m，且该炮能够直接连接市政消火栓，灭火过程中能够实现360°无死角喷射，处置现场能够快速降温隔热，短时间内即可实现对各类火灾的有效控制。

图7 多自由度空间移动消防炮工作压力对其有效射程的影响曲线

2. 多自由度自摆炮

多自由度自摆炮可以在火灾处置现场根据火灾蔓延发展情况随时调整喷射角度。当辖区主战消防车未及时抵达处置现场时，可预先使用多自由度自摆炮构筑处置阵地对初起火灾实施有效压制。多自由度自摆炮整体质量较轻且携带方便，处置过程中便于灵活操作。实际应用过程中，应用该炮在30 L·s-1流量条件下能够自动稳压并保持最佳射流状态，形成从水平到90°范围内的发散射束，并可通过远程遥控的方式以每秒3°的自摆速度实施自主喷射，如图8 所示。仅2022 年，消防救援队伍应用该炮先后成功处置“4·16”天津惠商有限公司和“8·19”天津西青道光达产业园火灾，队伍实战打赢能力得到进一步锤炼和提升。

图8 多自由度自摆炮的主要构造

3. 多自由度双头泡沫炮

目前，我国消防救援站泡沫灭火装备通常由水炮、中倍泡沫炮、低倍泡沫枪、中倍泡沫枪、高倍泡沫发生器等组成，而中倍泡沫炮、高倍泡沫发生器体积较大，同时放置多具会占据消防车大量空间，只能取其一二放置于车上战备，不上车的装备往往被束之高阁，这也使得消防车部分泡沫灭火功能严重缺失，无法保障“低倍、中倍、高倍”泡沫同时喷射的灭火战术实施。而在无法保证中倍、高倍泡沫灭火剂的前提下，由于低倍数泡沫灭火剂短时间内泡沫原液即与水分离，单纯依靠低倍数泡沫无法形成对油品火灾的有效压制，短时间内火势即可出现复燃现象，导致火灾现场的实际灭火效果受装备的影响而大打折扣。

为提升消防救援队伍石油化工火灾灭火效能，有必要根据石油化工火灾处置的实战需求，以实际消防战术战法为切入点，对现有不同种类的移动消防炮进行创新，使得同一炮座能够同时安装低倍、中倍、高倍泡沫灭火装备，保证火灾现场能够发挥其灭火功效，最大程度地保证火灾现场的处置效能不受器材装备的限制。

在应用多自由度双头自摆泡沫炮的过程中，喷射装置可以采取30°、60°、80°3 种喷射角度不间断地实现自摆式出水，如图9 所示。同时，可以根据火场实际需要随时更换高、中、低倍泡沫喷射装备，也可将设备通过预设夹具近距离固定在起火油罐附近，使同一消防炮具备多种灭火功能，既化解了消防救援人员手持泡沫灭火装备近距离灭火的危险，又有效提高灭火效率。

图9 多自由度双头泡沫炮

三、结束语

本文所述多自由度空间移动消防炮使用特制夹具，可快速创建立体灭火作战平台，从根本上改变了传统消防炮只能在地面上使用的局限性，可以将喷射装备快速固定到火灾现场的建筑结构上，保证消防救援人员能够在狭窄空间内快速建立作战阵地，选择最佳角度实施灭火，将平面作战有效转化为立体空间作战。而且，多自由度空间移动消防炮能够直接连接火场内部配置的消火栓，灭火过程中能够360°无死角喷射，有效实现火灾发生初期良好的降温隔离作用。该装置能有效缓解消防员长时间手持泡沫设备的体能消耗，实战处置过程中可以根据火场实际需要替换水枪及高、中、低倍泡沫喷射装备，并可通过远程遥控的方式最大限度地保障消防救援人员的自身安全，有效提升了队伍的实战打赢能力。