高层建筑火灾事故应急响应与灭火救援设备的智能化设计

李伟亮

（江苏省南通市消防救援支队如东县大队，江苏 南通 226400）

高层建筑是现代城市的重要标志，也是人类文明的成果。然而，高层建筑也面临着严峻的火灾风险，一旦发生火灾事故，往往造成重大的人员伤亡和财产损失，甚至引发社会恐慌。近年来，国内外发生了多起高层建筑火灾事故。根据应急管理部消防救援局数据显示，2021 年，全年共接报高层建筑火灾4057 起，造成168人死亡，死亡人数比上年增加了22.6%。为什么高层建筑起火，其“杀伤力”如此之大？

智能化设计是指利用现代科技手段，对高层建筑的消防安全进行全方位的感知分析，提高高层建筑的消防安全水平和灭火救援效率。智能化设计在高层建筑火灾事故应急响应和灭火救援中的应用，是当前消防领域的前沿，也是未来消防发展的方向。本文旨在探讨高层建筑火灾事故应急响应与灭火救援设备的智能化设计，结合现在消防灭火救援的实际特点，为提高高层建筑的消防安全和灭火救援能力提供借鉴。

1 高层建筑火灾事故的现状

1.1 高层建筑火灾事故的严重性

高层建筑火灾事故的发生频率与严重性，与高层建筑的数量、结构材料等因素有关。随着城市化进程的加快，高层建筑的数量不断增加，截至2021 年年底，我国在建和已建的超高层建筑（高度超过200m）达到了1400 多座，占全球的60%以上。高层建筑的结构复杂，功能多样，危险源多，火灾荷载大，一旦发生火灾，往往造成重大的人员伤亡和财产损失，甚至引发社会恐慌和动荡。近年来，国内外发生了多起高层建筑火灾事故，如2010 年上海“11·15”高层住宅火灾、2017 年英国伦敦格伦费尔塔公寓火灾、2019 年法国巴黎圣母院大火等，都给人们敲响了警钟，暴露了高层建筑火灾事故应急响应和灭火救援的不足。

1.2 现有灭火救援设备在高层建筑火灾中存在的局限性

现有灭火救援设备在高层建筑火灾中存在的局限性，主要表现在以下几个方面。

（1）外部救援设备的高度不足。外部救援的主要设备是消防云梯车，但是常用的消防云梯只有50m 左右，只能到达15 层楼的高度。目前已知国内最高的消防云梯为101m，最多也只能到达35 层左右。之所以消防云梯要“限高”，主要是因为高度越高，对作业及消防车行驶的要求也越高。

（2）内部救援设备的水压不足。由于高层建筑的垂直距离长，水压损失大，常规的消防水泵难以满足高层建筑灭火的需要。据测算，当水泵的扬程达到100m 时，其流量就会降低到零。

（3）无人化救援设备的智能化不足。无人化救援设备，如消防机器人、无人机等，可以协助消防员在危险区域执行一系列任务。然而，这些设备的智能化水平还不够高，需要消防员在火场外部操控，而火场的复杂环境和信号干扰，会影响设备的稳定性。此外，这些设备的成本也较高，普及率不高，难以在大规模的火灾中发挥作用。

1.3 国内外相关研究现状

国内外相关研究主要集中在两个方面：一方面，高层建筑火灾的动力学模拟和风险评估。通过建立高层建筑火灾的动力学模型，模拟火灾的蔓延规律，分析火灾的影响因素，为火灾的预防控制提供科学依据。例如，美国国家标准与技术研究院利用火灾动力学模拟器和烟气运动模拟器对英国伦敦格伦费尔塔公寓火灾进行了模拟，揭示了火灾的蔓延路径和致灾机理；另一方面，高层建筑火灾的防火设计。通过优化高层建筑的防火设计，提高建筑的防火分区效果，减少火灾的发生和蔓延。例如，我国《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-2021）规定了高层建筑的防火隔断、避难层、消防水源等消防设施的设计要求。

2 智能化设计在高层建筑火灾应急响应中的应用

2.1 智能感知技术在火灾预警中的作用

智能感知技术在火灾预警中的作用：（1）智能感知技术可以对高层建筑内外的各种火灾特征进行综合监测，通过人工智能算法，对火灾的发生位置和类型规模等进行精准识别，实现火灾的早期发现，为火灾的控制和扑救争取时间。例如，河北省接入4727 个铁塔视频探头，利用视频智能分析技术，实现了对83%以上森林草原防火区火情的自动监测，及时处置火情4000 余次；（2）智能感知技术可以利用无人机、卫星遥感、地理信息系统等技术，对高层建筑火灾的发展过程和蔓延规律进行实时跟踪，通过大数据分析，对火灾的影响因素和危害程度进行预测，实现火灾的动态跟踪。

2.2 智能化疏散系统的设计与应用

智能化疏散系统的设计与应用，主要体现在以下几个方面：（1）提高人员的疏散指引能力。利用智能显示屏、智能广播、智能灯光等设备，根据火灾的实时情况，动态调整疏散路径和疏散策略，实现人员的疏散指引；（2）提高人员的疏散管理能力。利用智能门禁、智能摄像头、智能手环等设备，对高层建筑内的人员分布和疏散情况进行实时监测和统计，实现人员的疏散管理；（3）提高人员的疏散保障能力。利用智能避难层、智能消防电梯、智能安全绳索等设备，对高层建筑内的人员提供必要的疏散保障，实现人员的疏散保障。例如，智能楼宇消防安全及应急系统利用智能避难层，根据火灾的情况，自动启动正压送风系统、自动喷水灭火系统等，为人员提供安全的避难空间。

2.3 智能化通信设备在火灾应急响应中的作用

智能化通信设备是指利用智能化技术，对高层建筑内外的信息进行实时收集、传输和共享，实现火灾的协调指挥、救援支持的设备。智能化通信设备在火灾应急响应中的作用：（1）利用智能手机、智能手表、智能手环等设备，对高层建筑内的人员进行实时定位和状态监测，一旦发现火灾或人员受困，可以自动或手动触发火灾报警，将火灾信息及时传送到消防部门和应急指挥中心，实现火灾的救援请求；（2）利用无线电、卫星电话、移动通信、互联网等技术，对高层建筑内外的通信信号进行增强和保障，实现火灾现场与多方的实时通信和信息共享，实现火灾的资源调度。例如，湖北省应急管理厅组织通信保障队模拟在重大灾害事故现场公网信号缺失的条件下，快速搭建通信网络，实现了应急指挥、救援队伍、现场群众之间的高效通信。

3 智能化设计在高层建筑火灾灭火救援设备中的应用

3.1 智能化灭火器材的设计与研发

智能化灭火器材是指利用智能化技术，对传统的灭火器材进行改进或开发的新型灭火器材，如智能灭火机器人、智能灭火弹、智能灭火喷头等。智能化灭火器材的设计与研发，可以采用传感器、控制器、执行器等组件，实现对火灾的自动检测、识别和灭火的功能，减少人工干预，提高灭火的准确性。例如，中国航天科工集团第二研究院206 所研发的“投射式高层建筑干粉消防车”可采用导弹发射技术对高层楼房发射灭火导弹，每颗炮弹内都有3.6kg 的高效干粉灭火剂，能够自动识别火源并进行精确打击。

3.2 无人机在高层建筑火灾救援中的应用

无人机是指无人驾驶的飞行器，可以搭载各种设备和器材，执行各种任务。无人机在高层建筑火灾救援中的应用：（1）提高火灾的侦察和预警能力。对高层建筑火灾的现场情况进行实时拍摄和传输，为应急指挥中心提供火场的第一手资料，为救援决策提供科学依据；（2）提高火灾的灭火和救援能力。无人机可以利用水枪、灭火弹、救生绳等设备，对高层建筑火灾进行灭火和救援，实现对高空、高温、有毒等危险区域的有效覆盖，减少消防员的伤亡风险，提高灭火和救援的效果和效率。例如，中国航天科工集团研发的“无人机灭火系统”可搭载水枪、灭火弹等设备，对高层建筑火灾进行灭火和救援，实现对高空火灾的快速打击。

3.3 智能化安全绳索系统的设计与应用

智能化安全绳索系统是指利用智能化技术，对传统的安全绳索系统进行改进或开发的新型安全绳索系统。智能化安全绳索系统的设计与应用，主要体现在以下几个方面。

（1）提高人员的疏散保障能力。智能化安全绳索系统可以利用智能避难层、智能消防电梯等设备，对高层建筑内的人员提供必要的疏散保障，实现人员的疏散保障。例如，智慧消防系统利用智能避难层，根据火灾的情况，自动启动正压送风系统、自动喷水灭火系统等，为人员提供安全的避难空间。

（2）提高人员的救援保障能力。钢丝绳安全“守护者”，自动监测系统能够实时在线检测钢丝绳的断丝、疲劳、磨损等损伤信息，及时发现和处理故障，保证钢丝绳的正常运行，为人员的救援提供安全可靠的安全绳索。

（3）提高人员的安全教育能力。对高层建筑内的人员进行实时定位和状态监测，一旦发现火灾或人员受困，可以自动或手动触发火灾报警，实现火灾的快速报警。同时，智能化安全绳索系统还可以通过智能手机等设备，向人员推送火灾的相关知识、预防措施、应急方法等，提高人员的自救能力。例如，智能家居安防系统利用物联网技术，对家庭内的烟雾、温度、气体等进行实时监测，一旦发生火灾，可以自动启动灭火器材，同时，通过手机APP 向用户发送火灾报警信息和救援指南，增强用户的安全意识。

4 挑战与展望

4.1 智能化设计面临的技术与实践难题

4.1.1 泛化瓶颈

泛化能力，即能够适应不同的设计场景，生成个性化的设计方案。但目前的智能化设计技术往往局限于特定的领域，难以跨越领域和任务的边界，实现泛化的智能化设计。同时，智能化设计需要消耗大量的计算资源，但目前的计算设备和算法往往存在能效低下的问题，导致智能化设计的能耗成本较高。

4.1.2 预义鸿沟瓶颈

目前的智能化设计技术往往缺乏对设计师的预期和偏好的理解和反馈，导致智能化设计的结果与设计师的预期存在差距，难以满足设计师的审美。

4.1.3 可解释性瓶颈

智能化设计需要提供对设计过程和结果的可解释性，即向设计师说明智能化设计的原理，以增强设计师对智能化设计的接受度。但目前的智能化设计技术往往缺乏可解释性，导致设计的可靠性受到质疑。

4.2 未来智能化设计的发展方向

4.2.1 数据驱动与模型创新

数据是智能化设计的基础，未来智能化设计需要加强对数据的管理和利用，构建数据生态，为智能化设计提供更精准的数据支持。模型是智能化设计的工具，未来智能化设计需要不断创新模型的方法，开发更先进的智能化设计模型，实现智能化设计的自适应。

4.2.2 能效优化与安全保障

能效是智能化设计的重要目标，未来智能化设计需要优化能效的策略，实现智能化设计的低碳排放和绿色发展，为智能化设计提供可持续的能效支持。未来智能化设计需要保障可靠性的规范，实现智能化设计的规范遵守、标准符合和法律合规，为智能化设计提供更高质的可靠性支持。

5 结语

智能化设计是设计领域的一场革命，它将为设计师带来更多的可能性，也将为社会带来更多的价值。但智能化设计也面临着一些技术与实践难题，需要技术人员、政策制定者等多方的共同努力，才能克服困难，推动智能化设计的发展。因此，期待智能化设计能够在未来的10 年里，实现更大的进步和突破，为设计领域和人类社会带来更美好的未来。