浅析无人装备在消防灭火救援中的应用

浅析无人装备在消防灭火救援中的应用

应急科学与技术  彭国强

2019年11月29日，习近平总书记在关于应急管理重要论述中指出，要实施精准治理，预警发布要精准，抢险救援要精准，恢复重建要精准，监管执法要精准。他强调，要强化应急管理装备技术支撑，优化整合各类科技资源，推进应急管理科技自主创新，依靠科技提高应急管理的科学化、专业化、智能化、精细化水平。要加大先进适用装备的配备力度，加强关键技术研发，提高突发事件响应和处置能力。如何深入贯彻落实总书记关于应急管理工作的重要论述和指示精神，是消防救援队伍当前最紧要的课题。

当前，随着我国城镇化率的提高和大城市的发展，消防队伍承担的灭火救援任务越来越繁重，火灾或应急救援的复杂性及处置难度也在逐步增加，人员伤亡的危险因素也越来越多，先进科学技术在消防救援上的推广和应用是形势所迫、大势所趋。2020年10月11日媒体以“再添利器！多款无人装备罕见曝光”为题，报道了我国陆军某集团军在福建、广东多处海域同步展开的一场多兵种联合立体渡海登陆演练。演练中除了常见的两栖登陆舰、火箭炮、步战车等传统装备外，无人破障船、无人侦察车、无人弹药输送车等新型无人作战平台也罕见曝光。基于移动通信、互联网、大数据、人工智能、远程控制等现代技术的无人装备的迅速发展，已广泛应用于军事上。近年来，消防队伍已经开始引进无人装备，确保救援更科学、更高效、更安全。面对新兴的无人装备技术，结合消防队伍灭火救援实战需要和工作实际，就逐步配备应用消防无人装备，并发挥积极作用，更好地完成各类灭火救援和“全灾种”、“大应急”应急救灾任务，笔者浅谈几点认识和个人的思考。

（一）新时代消防队伍职能任务拓展的迫切需求。2018年11月9日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平向国家综合性消防救援队伍授旗并致训词，标志着消防救援事业开启了新征程，迈进了新时代，成为了我国应急救援的主力军和国家队。随着消防队伍改革转制后职能的拓展，救援任务大量增加，逐渐由过去处置的“单灾种”向全空间、全地形、全气象条件下“全灾种”转变，消防人员不仅要有“刀山敢上、火海敢闯”的英勇无畏，更要有“上天入地、登山潜水”的能力本领；既要面对瞬息万变的火场，还可能面临前所未见的灾害事故现场，具有很多不确定性的危险。而无人装备在执行特殊任务时，具备一定替代性，生存能力强、机动性能好、救援范围广，使用方便，在处理自然灾害、事故灾难等方面能发挥人难以替代的作用。 

（二）克服消防救援人员自身局限性的现实需要。在改革转制的两年内，据不完全统计，消防指战员在灭火救援中每年牺牲人数20余人，伤亡人数一直居高不下，成为消防队伍在改革转制发展中的一道硬伤。而若在灭火救援中使用无人装备，无论是面对暴雨、洪水、台风、泥石流等恶劣的天气环境；或者是易燃易爆、塌陷、有毒、高温等严重事故灾害现场；抑或是山岳、峡谷、沟壑、水下等极端地理环境，无人装备技术均能有效规避传统灭火救援行动中存在的短板，确保消防人员的自身安全；在救援过程中，还能通过对现场情况跟拍、追踪，为最大限度地控制灾情发展提供可靠的决策依据，减少灾情损失和人员伤亡；又如，灭火救援时个别消防员甚至会因体力不支等原因，而导致救援中断或出现人员受伤，而无人装备具有“长期作战”的特点，可以大幅度提升作战效能。

（三）社会快速发展使消防救援工作面临新挑战。随着社会发展，城市人口、功能和规模不断扩大，企业发展方式、产业结构和区域布局发生了深刻变化，新材料、新能源、新工艺广泛应用，新产业、新业态、新领域大量涌现，导致新风险与日俱增，消防面临的安全形势也日益复杂、严峻。“十三五”以来，截止到2020年，中国新增地下空间建筑面积达到8.44亿㎡，100米以上的超高层建筑近万栋，国内大跨度建筑数量已超过1.5万栋，燃气管道70万公里，桥梁7万余座，除此之外，地下管线管廊、大型新能源汽车、大型综合体等城市运行系统日益复杂，城市脆弱性突出，灾害事故的链式效益也在逐步增加。近年来，全国连续发生重特大安全事故，使得消防灭火救援面临新的挑战，因此投入高科技的无人装备提高消防灭火应急救援战斗力刻不容缓。

（四）无人装备技术的成熟使无人救援成为可能。当今世界，正面临百年未有之大变局，以信息技术为核心的高新技术迅速发展，无人装备相关的平台技术、传感器技术、通讯技术等各项技术均有较大进展，有力地支撑着无人装备的飞速发展，而且一旦5G技术应用，无人装备的应用将呈几何级增长。“平台无人、系统有人”的作战手段已成为打赢未来战争的必然选择。据有关报道显示，美军现役的无人机数量超过7000架。据悉我国军队也研发和装备了许多无人设备，包括无人驾驶飞行器、水面舰艇和水下航行器，甚至还有多用途无人驾驶车辆。而随着无人装备技术的发展和在消防领域的推广应用，各地消防队伍逐步配备了火场侦察、有毒物质侦检、灭火、排烟等不同功能用途的机器人，包括消防灭火机器人、防爆侦察机器人、排烟机器人、高倍数泡沫灭火机器人、智能细水雾灭火机器人等，这些机器人能够承担一定的高层建筑、地下工程、石油化工等特殊火灾的侦察、扑救任务，极大地减少了人员内攻的频次和风险。

（一）消防无人机。无人机全称“无人驾驶飞行器”（Unmanned Aerial Vehicle），英文缩写为“UAV”，是一架由遥控站管理（包括远程操纵或自主飞行）的航空器，主要是一种通过无线电遥控实现自动移动、通过自备程序控制实现相关操作的飞行器，一般由无人机平台、飞控与导航系统、动力系统、数据链系统、地面指控系统和云台任务载荷等六大部分构成，涉及结构设计、机体材料、飞行控制、无线通信遥控、无线图像回传等五项关键技术。本文所指的消防无人机泛指用于消防救援工作的无人机，它的机身全部采用碳纤维新材料，可提供安全防火的动力系统，应用卫星定位与导航技术，可实现精准定位，指哪飞哪，依托高清变焦摄像头和热红外相机，应用无线数据传输技术，可实时了解灾害现场数据。目前，城市消防队伍大部分配备的都是电动多旋翼无人机，多旋翼无人机可在高空中进行悬停拍摄，在拍摄过程中云台相机可360°旋转拍摄，也可具备图像、扩音器、侦检、喷水灭火、发射破拆弹等多项辅助救援，还可利用无人机的快速移动能力，在城市高楼和森林区域进行大范围防火侦察。

（二）消防机器人。现阶段对于机器人虽然还没有一个严格而准确的定义，但随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透，消防也无不例外。对于消防机器人而言，分水上或水下两大类，目前国外已有多种功能各异的消防机器人，且已经稳步向第三代高端智能化发展。全新的模块化消防机器人可以实现远程救火，但均由消防员远程控制。它们不仅有较大的荷载能力和拉力，还可运载泡沫、水箱、重型消防水管、泡沫配比器等配件，还能携带热成像仪、红外成像仪以及气体检测仪器等火灾监视设备以判断火情，当出现极度危险的火情时，这些设备不仅能进行安全监视，更能避免对消防员造成伤亡。此外，国际上已有学者对消防机器人的耐高温、越障和通信性能这三方面的研究取得进展。消防机器人能够爬楼梯，并在多种室内环境中正常行驶，机器人采用多重保温技术，可耐高温，续航时间长，还可以与火场中的被困和受伤人员进行通信，并向遥控器发送视频和音频信息，传递建筑物内的火灾环境信息。我国现有的机器人种类包括：消防灭火机器人、防爆消防灭火侦察机器人、防爆消防排烟侦察机器人、消防智能细水雾灭火机器人、防爆消防高倍数泡沫灭火侦察机器人等，但其在实战中发挥的作用均有限，需要与消防灭火救援实战进一步有机融合。

目前在消防应急救援领域，无人装备主要应用于以下场景：

（一）现场“侦察兵”。针对地形和环境较复杂的高层、地下、大跨度厂房、化工场所等灭火救援现场，无人装备可无视地形及空间限制，对现场的火情进行初步侦察，能够有效的捕捉火灾中心的位置、温度、燃烧物以及周边环境、风向、水源等，为初战力量部署提供参考；在大型抢险救援中，往往造成交通拥堵，无人装备可以利用快速优势，先行到场，掌握现场交通基本情况，为救援人员提供决策数据，还可通过视频传输，为后续救援力量的调整、调度和医疗等社会资源的调度提供数据参考，提高救援效率。如在“4.22”江苏靖江爆炸事故处置中，消防救援队伍应用无人机从高空跟踪监控处置全程，应用热成像功能，辅助监控罐体温度，提供了全局、直观的指挥决策视角。

（二）实时“监控器”。5G技术的迅猛发展，也可助力无人装备的救援行动。利用5G技术的大带宽、低时延优势，使得影像资料和控制指令的实时传回成为现实。无人装备可通过搭载4K高清摄像头和热成像系统，将“感、传、知、用”的物联网技术应用在无人装备身上，对灾害事故处置进行实时监控追踪，将现场情况实时传回指挥部，便于各级指挥部及时掌握动态灾害情况，从而作出快速、准确的决策，最大限度地减少灾害损失。比如搭载可燃气体检测仪和有毒气体探测仪，对易燃易爆等化学事故灾害现场的相关气体浓度进行远程检测、实时监控，从而得到危险部位的关键信息；又如搭载测温、测风速等设备，可对灾害现场环境情况进行细化了解。如在天津“8.12”爆炸事故处置中，由于现场存放了大量危险化学品，爆炸后产生大量有毒有害气体，消防局第一时间紧急调集了多架无人机，对灾情和救援实现有效的动态监控。

（三）通讯“传声筒”。我国国内基站建设相对比较完善，但一旦遭遇地震、洪水、台风、泥石流等自然灾害侵袭，就会导致光纤、基站受损，从而使通讯中断，影响组织救灾、指挥调度、人员搜救、次生灾害预防等进程。应急卫星通信系统（国际海事卫星）可能会因为负荷过重不能保证实时通信，许多救援队伍因无应急通信系统支持，使得救援现场的信息不能实时传送，救援队伍在进入灾区核心区域和进入后的工作过程中，与现场指挥部和后方应急中心基本处于通信失联状态。此时如果给无人装备安装通信中继设备，可充当临时转信台，解决灾害现场信号拥塞、通信盲点问题，利用集成语音、扩音模块对灾害现场开展空中呼喊或者传达指令或安稳被救者情绪，其效果较地面喊话更为准确迅速，同时也能确保遭遇突发情况时第一时间确保通信联络不中断。

（四）灭火“逆行者”。灾害现场复杂多变，消防人员在开展救援作业时，随时可能面临爆炸、坍塌、轰燃、毒害、腐蚀、坠落等危险，而此时无人装备 “逆火而行”就显得尤为重要。高层建筑火灾扑救，历来是世界性难题。高层建筑一旦发生火灾，很难内攻灭火救援，目前世界上高喷车出水最高也仅能达到60—80米左右，即便是101米的登高平台车，其实际使用效能也是大打折扣。从国内部分总队开展的无人机灭火演习看，无人装备可搭载特殊的灭火导弹、破拆弹或泡沫灭火剂，悬浮于着火层上方，随后利用破拆弹锁定目标并快速发射，将玻璃破碎后，在指定区域喷洒灭火剂，精确、快速地将高层建筑等人难以到达企及的地方的火灾扑灭。在未来技术的进一步突破下，通过减少水带水锤和出水后坐力的方式，在吊升水带进行灭火时甚至有望解决高层灭火这一“世界性难题”；又如在化工易爆场所中，可利用消防机器人和消防无人机协同集群作战的方式，实行“人+机器人+无人机”模式的强攻近战，既能灭火又能最大程度减少人员伤亡。目前，无人装备灭火使用最多的领域，主要是森林灭火，相比于人海战术的效率低、风险大和伤亡率高，无人装备可以多次反复装载灭火弹、灭火剂，迅速打出隔离带，其效率远高于消防员灭火。

（五）装备“快递员”。在特殊环境进行救援行动时，消防救援人员无法到达但需要投放物资的救援现场，无人装备的优越性就凸显出来。例如在地震、洪水、泥石流、山岳救援等灾害现场，现有抛投器的使用环境和范围有很大局限性，且精准度差，则可以在无人装备上携带安全绳、呼吸罩、急救药品、灭火剂、以及食品等多种救援物资，利用无人装备的远程可视瞄准系统精准定位远程投放，加快救援进度；若高层建筑人员被困，难以向下疏散逃生，无人装备在着火建筑楼顶救援不利的情况下，可进行空中搭安全绳救援，采取通往对面建筑横向逃生；尤其在水上救援中，无人机可以辅助投掷安全绳、救生衣、救生圈等关键设备，采取“小绳拉大绳”的方式搭建救援通道，提高救援效率。如2016年广西总队某支队利用无人机投放救生绳，救出河中被困群众；四川总队曾成功利用无人机空中抛投吊舱，将生理盐水运送给因河道水位突然上涨被困孤岛的两名被困者，保证被困者体力，为后期营救奠定了基础。

（六）三维“建模师”。灾害现场环境危险，人员进入风险大、大型设备进场难，调查、宣传工作实施受限，无人装备可以搭载相机或侦检设备，“上下分工”配合开展现场勘查和火调工作，快速获取现场真实可交互的实景三维建模模型，全面反映灾害态势和救援处置工作，为评估灾害损失情况、灾后重建提供有力支持。基层消防站也可以依托无人装备，通过采集数据，配合一键全景拍照功能、二维合成、三维建模软件，通过制作辖区内重点单位三维模型，常态化开展单位六熟悉工作，为制作数字化预案，可视化力量部署提供了可能。如在“3.21”江苏响水爆炸处置过程中，消防队伍通过无人机在高空拍摄合成4000余张高清照片，建立了灾害现场和爆炸中心大坑的三维模型，为后期火调提供了决策依据。

（七）夜间“照明灯”。在夜间救援中，由于黑暗环境，现有的移动照明灯组无法提供有效的照明，致使救援任务进行不顺畅，从而错过最佳救援时间。而无人装备可搭载照明吊舱用于夜间交通事故照明、夜间抢险救援照明、夜间火灾现场照明等光照强度低的救援现场。特别是在夜间救援现场时，在光线受限的情况下，无人装备可搭载高强度照明灯，在夜间处置救援过程中实施不间断、大范围的照明保障，既能克服因黑暗造成的诸多不便，辅助消防救援人员有效应对夜晚弱光环境，又能给黑暗下的被困人员信心，安稳情绪、配合救援，极大的提升夜间应急救援效能，保障灭火救援作业顺利实施。如2019年厦门同安某农场发生一起火灾事故，此次夜间救援，当地消防救援队伍利用无人机照明快速布置救援设备，为指挥决策和疏散人群发挥了重要的作用。

（一）高度重视，加大研发力度。目前，全国各地消防救援队伍虽然配备了一定的无人装备，但这些装备无论从出厂来源、性能参数、实战作用看，都不能称之为真正意义上的消防无人装备，只能称之为“消防队伍的无人装备”，并不是为消防救援精准“量身打造”的，很多装备仅仅经过简单的改造或功能拼凑，甚至有的无人装备如无人机连改造都没有，直接购买并投入使用，一些厂家似乎也没有联合消防科研机构或消防队伍，结合实战来研发，无人装备的功能没有有机地与消防实战融合，在实际使用中也就难以实现“人与装备的最佳结合”。因此要加强无人装备的与实战结合的设计研发，加快装备提档升级，提高其自主性、适用性和可靠性；要加快配备力度，提高使用率和普及率，不断推动其更新迭代，逐步推出成熟适用的消防专用无人装备。

（二）加大投入，注重推广应用。随着无人装备技术的进一步发展及其在消防队伍运用的日趋成熟，其必将在处置各类灾害过程中发挥越来越重要的作用。当前消防改革转隶总体完成，各项规章制度正在逐步调整、修订、健全。要将消防无人装备建设应用纳入十四五消防工作规划，纳入应急救援装备发展的总体规划，与消防车辆装备、专业器材、单兵装备等置于同等重要程度统筹谋划，科学制定消防无人装备建设应用规范、标准和配套措施，加大技术、资金、人才等投入，健全研发、配备、应用、管理等工作机制，加强统筹规划，实现长效发展，逐步实现无人装备单独完成各类灭火救援和抢险救灾任务。

（三）紧盯风险，强化实战演练。目前，消防救援队伍现有无人装备训练操法相对简单，消防机器人主要以出水、排烟等为主，消防无人机主要以起飞、降落和基本维护为主，无法有效提高实操水平。消防队伍应紧盯“全灾种、大应急”，依据不同的无人装备类型、不同的风险领域设置相应的训练科目，有效提升无人装备在应急救援中的作用。同时，提高消防无人装备性能和技术参数范围要求，实行一定范围的统型；将无人装备科目纳入实战演练中，无论是总队、支队级或者消防站级的实战演练，均应要求无人装备全程参与，逐步探索扩大无人装备的应用领域，加强与指挥部之间的协同作战，提升战斗力水平。

（四）健全制度，培养专业队伍。工欲善其事，必先利其器。无人装备并不是无人操作，因此仅有无人装备是不可行的，还必须有“专职司机”，待消防救援队伍各方面配套政策落地后，建议昆明训练总队、南京训练总队开设相应无人装备操作专业，培养一批专业的无人装备新型人才。各级要制定相应的无人装备制度，依托支队作战指挥中心建立起一支专业的消防无人装备分队，并以通信员和装备技师为骨干力量，辅以善于学习机械、精通通信原理的年轻消防员，构成一支以老带新的3至5人的无人装备专兼职队伍，防止出现人才断档的问题发生。

（五）规范管理，确保操作安全。近年来，一些无人装备在尚未制定完善的训练计划和制度就被投入使用，在可操作性、可承受性等方面存在潜在风险。各级要严格参照固定资产管理办法，对无人装备的采购、使用等进行登记。尤其是无人机的使用，要严格执行《民用无人机空中交通管理办法》等相关法律法规，部局《关于加强无人机装备管理训练使用的通知》、《无人机安全操作规程》相关制度规定，及时向无人机管理部门登记报备，接受指导，学习无人机飞行法律法规和安全守则；更要加强与当地空管、治安部门沟通联系，明确禁飞区、限飞区范围；要提高风险意识，购买无人机保险，尽量远离人群，保证安全，确保消防用无人机合法、合规、安全飞行。