公安部沈阳消防研究所 刘 濛 乔培玉 杨树峰 隋虎林

超短波通信系统在消防灭火救援现场通信保障应用分析

公安部沈阳消防研究所 刘 濛 乔培玉 杨树峰 隋虎林

消防通信是消防部队现代化建设的重要组成部分，是消防部队战斗力的技术体现，也是消防部队的神经中枢。超短波通信系统是当前消防部队使用最广泛的应急通信系统。本文根据超短波通信系统的特点，针对当前消防超短波通信系统在超高层建筑环境下的应急通信问题进行了归纳和总结，有针对性地提出了相应的解决方案，探讨了火灾时如何快速组建超高层建筑的消防无线通信网。

超高层建筑；超短波；消防通信

1 引言

随着我国建筑行业的快速发展，我们的生存活动场所有了很大的改变：从传统普通底层建筑，逐步向超高层建筑、大型城市综合体、地下等建筑形式发展。在当前，大规模城市化的发展，人口数量的持续增加，经济的逐步增长，促进了我国超高层建筑的建设热潮。从香港环球贸易广场，到天津中国117大厦，深圳平安国际金融中心，广州塔，再到现在的上海环球金融中心等，这些超高层建筑的高度已从之前的400米，逐步向600米，800米甚至1000米以上发展。我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定：建筑高度超过100米(国际惯例为150米)时，无论是住宅，还是公共建筑均为超高层建筑。超高层建筑能够代表一个国家和地区的经济发展水平，也被人们称为一个城市的标志性建筑，摩天大楼虽然能够解决城市用地紧张的局面，与此同时也给城市的消防安全保障带来了越来越多的难题。

在当前，科学技术的发展非常迅速，我们的社会已经进入了多信息化时代。随着持续加快的城市化进程，城市人口呈现快速增长，城市的规模也在迅速扩大，导致火灾因素也越来也多，因此现代城市火灾呈现出复杂化、立体化、多样化的特点。消防部队在执行灭火救援任务过程中，尤其是在超高层建筑环境下面临很多应急通信难题，例如，信号的屏蔽、遮挡、绕射等，这些难题严重影响了消防通信指挥。现阶段，消防部队所使用的无线通信设备中，超短波通信设备具有很多优良的性能和特点，如操作简单，使用方便，网络架设迅速，使用机动性很强等，因此其通信保障能力具有迅速、准确、不间断的特点，对于现代消防部队应急通信来说，是非常适合的一种通信保障技术和手段。因此，开展消防超短波无线通信技术研究，加强消防超短波无线通信建设意义重大。

2 消防超短波通信指挥系统建设现状

消防通信作为消防部队的神经中枢，是灭火救援行动中获取现场信息、调度指挥和科学决策主要途径和技术手段，因此是消防部队现代化建设的重要组成部分。从我国目前的消防部队现代化建设现状来看，消防通信问题已经严重影响消防部队的战斗力，消防应急通信指挥系统的建设亟需发展。同时，由于城市的现代化建设非常迅速，复杂建筑、高层超高层建筑逐步增多，火灾因素更加复杂，尤其是重特大恶性火灾事故发生概率呈逐年上升趋势，该类火灾现场建筑结构复杂，无线信号受到各种干扰和屏蔽，因此给消防通信指挥工作提出了更高的要求。

超短波通信又称“甚高频通信(VHF)”，即是利用超短波频段(频率为30MHz-300MHz)的无线电波传送信息的无线电通信，波长范围为10米-1米。由于特高频(UHF)中低频频段300MHz-1000MHz其传播特点、应用范围与VHF大致相同，因此广义的超短波频段范围包括UHF低端部分频段和VHF全部频段。我国的消防部队目前应用的主要频段为340MHz-400MHz的特高频，其中包括无线语音通信设备使用的350MHz频段，无线图像传输设备使用的340MHz频段等。超短波频率的资源是非常有限的，其通信质量在有些场合也不是非常稳定，但其有一个很重要的特点，即它在实现远距离通信时可以不依赖于基础设施和中继基站，这是其他频段所无法做到的。同时，超短波通信设备成本低廉、机动性强、体积较小，在复杂的现场环境下能够快速展开等，因此在当前的消防应急通信中发挥着非常重要的作用。

2013年，用于森林消防的2个数字超短波信息系统主基站分别在泰顺县林业局和老鹰岩建成并正式投入使用，共配有6台数字短波对讲机、3台车载台，数字无线网络通讯实现全县覆盖。数字超短波信息系统采用先进的TDMA(时分多址)技术，以超短波的通信为基础，综合运用计算机网络技术、软件技术，结合现代有线、无线通信技术、卫星通信技术、短波通信技术，在救援现场就能够实现从扑救人员、班组、队到前线指挥部所需的语音、数据、短信、文件、图像、GPS等多种业务应用，还可以与GSM、IP网络、卫星等通信方式进行综合组网，使用方式非常灵活多变。这标志着森林消防在硬件设施上迈上了一个新台阶，通信系统的“同步传输、数话同传”将大大提升森林消防的社会应急联动处理水平和能力。

综合来看，我国在消防超短波通信系统的应用越来越多，配备的装备也逐渐丰富，在应对当前的消防救援行动中，发挥着越来越大的作用。但从我国的整体情况来看，由于经济发展的程度不同，消防通信指挥系统的建设也呈现出东部强于西部的特点。同时，我们需要借鉴国内外在该领域的相关研究开发经验, 使我们的消防超短波通信系统更好的服务于我国的现代消防事业。

3 当前高层建筑消防通信存在的问题

3.1 高层建筑结构复杂，垂直方向通信距离远，通信效果不够理想

高层建筑主要包括钢筋混凝土体系（框架结构、剪力墙结构、框架－剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结构），钢结构体系（钢框架结构、钢框架－支撑结构、钢框架－砼剪力墙结构、钢框架－砼核心筒结构、框－筒结构、桁架－筒结构、筒中筒结构、束筒结构）等。内部结构相对非常复杂，起火因素多，本身建筑面积大，功能复杂，因此通信信号很难到达每个区域，同时在楼层较高的地点，距离地面指挥人员距离远，绕射多，通信效果不够理想。同时，在该类复杂建筑的灭火救援现场，无论是移动、联通、电信等运营商的小型专网，还是消防部队的通信专网，由于诸多方面的原因，高层建筑内部的信号覆盖问题都没有考虑。对高层建筑来说其通信设施相对比较匮乏，有的建筑内部虽然配备了一些简单的消防通信设施，但是在发生大型火灾时，无法满足灭火战斗的需要。

3.2 高层建筑无线信号屏蔽现象严重，影响灭火救援通信指挥

高层、超高层建筑中的消防通道、电梯间等处，由于金属常闭防火门、电梯设备的空间狭小等因素影响，导致地面指挥人员与参与救援的消防队员的通信联络严重受阻，部分场所的还会出现屏蔽现象；加之火场温度高，发烟量大，现场的能见度非常低，各种噪声干扰严重，这些因素也进一步增加了火灾现场的通信联络效果，给现场的通信指挥带来了诸多不便。一旦参与救援的消防队员不能够及时得到指挥命令，其行动也无法按照命令进行执行，人员伤亡和财产损失也会相应扩大，增加了火灾扑救的代价。

3.3 针对高层建筑的消防应急通信组网技术和设备不足

当前，我国城市消防救援现场的应急通信方式采用的都是常规通信网络，如模拟集群和数字集群等。当超高层建筑发生火灾时，因其内部空间的密闭性和钢结构的屏蔽作用，使得超短波通信信号难以全面覆盖，尤其是在消防通道和电梯间内。各级消防指战员以及官兵缺乏在该类复杂条件下通信组网技术知识的掌握，在消防救援现场，由于通信网络不畅，现场的指挥和救援就会非常混乱，灭火指挥部也形同虚设，不能合理地安排灭火救援力量。因此，需要加大对高层建筑消防应急通信装备的技术攻关，研发新型通信装备，针对高层建筑的特点，使得信号覆盖范围更大，强度更好，同时还要提高装备使用人员的技术能力，合理利用资源。

4 应对策略及解决方法

4.1 借鉴国内外其他行业的先进技术，加大对通信装备的研究

目前，西方发达国家在军事领域研制开发了多种短波通信系统，如美国海军的高频特混编队内通信网络和短波舰/岸网络，Collins公司的HF MESSEN-GER网络，澳大利亚的LONGFISH网络，美国Globe Wireless公司的全球电子邮件系统等。对于上述的短波网络都是属于短波接入体制，其具有一个共同的特点，即属于网络中心节点控制为主，其他节点控制为辅，但是两个移动节点之间不能直接通信，所有移动节点之间的信息交互，都由中心节点进行统一的调度分配完成。该系统的缺点就是太过于依赖中心节点，一旦中心节点出现故障，整个通信系统都将处于瘫痪之中，因此为了克服该缺陷，国外又相继开展了短波自组织网络技术的相关研究。

在短波/超短波通信网络领域，我国的研究单位和科技人员也开展了很多应用研究，与国外类似，尤其是在军事领域，其应用更为广泛，相反，在民用领域的应用相对比较有限。我国幅员辽阔，地形和地质情况非常复杂，因此各种自然灾害相对多发，如地震、洪涝、冰冻等。在复杂的地理环境中发生自然灾害，传统的通信基站非常脆弱，容易遭到破坏，因此在救援过程中无法发挥其作用。短波/超短波通信系统具有架设灵活、成本低廉等特点，在灾害现场能够快速建立通讯网络，因此必将在今后的应急通信中逐步得到更加广泛的应用。目前我国消防部队的短波/超短波主要是点对点通信，尤其是在应急通信领域，点对点通信可以及时有效的将灾区信息反馈给指挥所。但是点对点的通信也有它的局限性，如传输速率低，网络带宽较小等，不能适应当今社会对应急通信的需求，因此，开展基于民用的短波通信，使其具备网络化、高带宽、高传输速率等特点，是今后我国短波应急通信的主要发展趋势。

4.2 提高认识，发展多种形式的通信联络手段

近几年，党和国家各级领导高度重视我国消防通信系统的建设，也得到了一定的发展，但针对高层建筑的应急通信装备建设还有诸多不足，无法满足高层、超高层建筑火灾形势的需要，这也是当高层、超高层建筑发生火灾时，造成大量人员伤亡和财产损失的原因之一。因此要想减少高层建筑火灾的损失，就要使得消防通信指挥的各级指挥员和消防官兵在开展高层建筑火灾救援时，能够及时获取指挥信息，做出最合理的救援行动。

科学技术的快速发展，为通信技术的发展提供了一个更好的机遇。目前，消防领域出现了大量新型通信装备，如，消防3G专网基站、消防Mesh通信中继等。尤其是，泄露电缆在超高层中的应用需要引起我们的重视。泄露电缆可以在一根电缆中同时进行3G（包括：WCMDA、cdma2000、TD-SCDMA三种制式）、350M超短波、2.4Gwifi等无线通信，特别是一些特殊的区域（如，超高层建筑内的消防通道、电梯间等）无线电台还不能进行有效覆盖时，泄露电缆与现有通信装备的结合应用将成为火场通信的一个重要补充。

4.3 提高组织指挥能力，积极开展通信装备技术训练

当代社会，消防应急救援指挥是一个复杂的系统工程，尤其是对于高层复杂建筑来说，更是一个多层次、全方位、多因素相互作用的指挥体系，只有我们真正做到科学合理的组织指挥，才能充分发挥消防部队的救援力量。目前，我国的消防部门颁发了《消防通信指挥系统设计规范》，作为国家强制性的技术标准，从法规上明确了消防部队通信指挥系统建设的目标和任务。同时，我们要进一步加大针对应急通信装备的使用训练，有些消防部队对通信装备的使用训练不够重视，导致在真正参与应急救援的过程中，通信装备的使用出现各种问题，严重影响了救援效率，因此我们要重视通信装备使用人员的技术培训工作。从近年来发生的一些大型火灾来看，在最后的战评总结中，很多战例都会提及到救援现场的通信不够畅通，因此，笔者认为开展必要的模拟火灾现场通信的训练，通过开展接近于实战的模拟训练，对于提高消防官兵的操作熟练程度，减少不当的使用方法，及时发现装备的不足，掌握装备的操作技巧，提升应急通信水平具有重要的作用。

5 结论

高层/超高层建筑的消防应急通信问题，对更好地开展灭火救援行动具有十分重要的意义。我们今后要加大对超短波通信的技术攻关和装备研发，发展多种形式的通信联络手段，使之能够更好的为高层灭火救援通信指挥提供服务。同时，要加大对相关技术人员的技术培训和指导，熟练掌握设备操作，熟悉设备性能，通过实战，找出设备的不足，以便为今后的技术研发提供指导，为高层建筑灭火救援提供强有力的保障。

[1]马宝磊,裴建国.地下建筑消防通信问题研究[J].武警学院学报,2009.12.

[2]裴建国,朱红伟. 论消防通信装备在使用中存在的问题及对[J].武警学院学报,2007.12.

[3]左卫.短波通信系统发展及关键技术综述[J].通信技术,2014.8.

[4]林鹏程.浅析消防超短波通信系统建设的一些问题[J].计算机光盘软件与应用,2014.5.

[5]GB 50313-2013,消防通信指挥系统设计规范[S].

[6]http://gov.zjly.gov.cn/dfzbWz/66204.htm.

该论文为公安部消防局重点攻关项目《复杂建筑环境消防通信应用技术研究》析出论文，项目编号：2013XFGG03。

刘濛（1979—），公安部沈阳消防研究所，Shenyang Fire Research Institute，助理研究员，从事消防通信技术及通信装备研究工作。