无人机在建筑消防灭火救援中的应用

2022-06-16魏伟

新型工业化 2022年4期

魏伟

消防救援支队，山东泰安，271000

0 引言

随着我国建筑技术的发展，建筑结构也在不断复杂化，导致部分建筑起火后消防救援队伍难以及时进行灭火救援，而且高层建筑一旦在较高楼层起火，受到建筑结构的限制，人力难以及时到达高楼层进行人工灭火，高层建筑灭火本身也承担着较大的风险和隐患，发生意外就可能造成消防人员的伤亡，因此我国消防救援队伍积极结合现代科技的优势，对灭火救援手段不断更新，利用无人机高空监测的优势，对无人机技术进行优化，辅助灭火救援活动。但是目前无人机在消防方面应用还不够广泛，无人机技术和实际应用的方式还具有完善空间，需要对此进行更加深入的研究。

1 我国消防灭火救援无人机介绍

1.1 常见的消防无人机类别

随着我国社会经济的发展，人民群众生活水平得到提高，所以我国无人机的使用已经不仅仅限制在较为专业的领域，人民群众日常生活中也能够接触到许多无人机，但消防方面对无人机的类别有着较为严格的分类，根据分类不同，无人机具有不同有优势范围。一般无人机主要分为两类，根据驱动方式的不同分为使用汽油或是石油能源进行驱动，也有大量电动的无人机。利用汽油作为无人机能源在消防过程中能够尽可能延长续航时间，满足对建筑进行长时间灭火和监控的需求，但是汽油类无人机一旦发生任何的操作失误或是坠机的情况，就可能造成“火上浇油”，驱动能源将会对火灾现场造成第二次破坏，进而引发更大的火情甚至爆炸[1]。

1.2 消防使用无人机的原因

随着我国建筑技术的升级，我国的高层建筑越来越多，但是高层建筑却面临着诸多安全问题，防火和灭火救援便是高层建筑长期难以解决的重点问题，虽然我国针对高层建筑防火制度进行了不断的优化，尽可能降低建筑起火的可能性，但是日常生活中难免出现意外，导致建筑起火，所以消防救援必须针对此类建筑制定新的灭火救援方案，提高消防救援的速度，减少火灾中的人员伤亡。因此消防使用无人机逐渐在我国消防方面使用越来越多，由于无人机能够进行高空飞行，而且专业的无人机设备具有高精度的监测设备，能够在高空中对高层建筑进行观测，便于消防人员对火情进行了解，不需要消防员进入建筑内部进行火情进行观察，避免因为对建筑和火情不了解出现伤亡。无人机整体结构较为复杂，但是我国已经具有了许多优秀的无人机设备（如图2、图3），消防队伍只需要根据自身的需求对无人机进行相应监控设备的安装，而且监控设备安装简单，整体费用较低，相较于高层消防用具“云梯”成本大幅度降低。同时无人机小巧便携，在使用过程中也能够在狭窄区域进行监测工作，即使火灾现场浓烟滚滚，也能进入现场进行监测，最大限度对火灾现场进行了解，让消防队伍快速掌握火灾现场的结构和火情。

2 消防灭火救援使用无人机的优势

2.1 成本低廉、结构简单

常见的消防灭火设备必须具备良好的安全性和防火性，因为传统灭火救援活动需要消防员进入火场进行灭火，所以必须保证消防人员的安全。但是无人机设备的使用可以进行远程操控，消防员不需要直接进入火场，对消防员的安全有足够的保障，而且我国科技与机械制作都具有良好的水平，我国无人机的制作方式也越来越多，整体成本有明显下降，因此无人机的制作成本低廉，在安全方面只需要保证设备具有良好的防火性，在监测和救援过程中不需要关注消防员的安全，导致设备制作的关注点较少，设备减少不必要的装置和零件，结构复杂程度降低，而且消防队伍根据对消防救援的需求，优化无人机结构，增加高精度监测、辅助救火功能、精准定位功能等，让消防队伍对无人机使用能够更加方便，而且因为消防人员对结构进行自主改造，能够更加清晰地了解无人机的结构，即使无人机发生故障，消防人员也可以根据对结构的了解进行自主维修，进一步减少无人机的维护费用[2]。

2.2 操作容易、监测精准

无人机设备对于使用者的专业素养并没有严格的要求，即使消防人员没有经过专业的培训，也能够对无人机进行简单操作，如果对无人机有更多的专业要求，可以由消防队员进行简单学习，就能够掌握无人机的复杂操作，即使需要学习也不需要花费过多时间，相较于其他消防使用设备无人机操作更加简单容易。虽然普遍使用的无人机没有良好的监测设备，但是消防人员可以进行自主改装，增加高精度的监控设备，满足消防使用对火灾现场的监控需求，而且传统人工消防灭火救援需要消防人员进入火灾现场，但现代建筑一旦发生火灾，非常容易出现大量浓烟，影响消防人员能见度，如果再次发生意外消防人员很难及时发现火情，而且建筑结构复杂的情况，也影响消防人员进入现场进行勘测。无人机在消防方面优势在于设备小巧，能够对复杂的结构进行细节性勘测，如果消防人员因为设备出现坍塌，无法进入现场进行勘测，可以使用无人机进入狭窄区域，对火灾点进行近距离勘测。

2.3 联通网络、信息快传

消防救援合作不仅需要消防人员进入现场进行勘测制定计划，还需要进行远程指挥，指挥人员必须对火灾现场情况进行充分了解后才能进行指挥工作，但是进行人工消防勘测，信息传输需要较长时间，一旦耽误时间就可能造成火灾现场二次爆炸，因此，需要利用无人机的实时监控传输功能进行实时的信息传输。而且部分无人机设备本身具有可靠的系统平台，在平台中能够进行功能更换，便于无人机对火灾现场进行勘测，甚至对其建筑结构进行测绘，能够使火灾现场的情况第一时间反馈到救援指挥部，对灭火救援活动进行快速调整，以应对复杂的建筑结构和火灾情况，尽可能减少消防人员进入火灾现场进行勘查而造成的人员伤亡[3]。

3 灭火救援对无人机技术要求

3.1 安全性

由于无人机的类别不同，部分无人机会使用汽油作为设备能源，使用对此类消防使用无人机设备具有更多的安全性要求，如果设备本身安全性不足，一旦在火灾现场进行勘查过程中受到火情影响，就可能发生坠毁，而无人机设备内部的汽油可能会引发更大的火情，而且汽油引发的火灾灭火手段可能与建筑本身灭火手段不同，所以汽油燃烧对灭火救援造成严重阻碍。因为消防使用的无人机所面对的火灾现场非常复杂，可靠的安全性才能保证无人机在救援活动中发挥充足的作用，否则可能影响灭火救援活动的抢救时间，对于消防人员及居民和建筑本身而言都具有不利影响。

3.2 可靠性

虽然无人机不需要消防人员直接进入火灾现场使用，但是设备本身也需要具有良好的可靠性，才能保证消防人员通过操作无人机能够为灭火救援活动带来可靠帮助，使无人机在消防方面发挥足够的作用。除了无人机质量需要具备良好可靠性以外，其技术也需要满足消防对灭火救援活动的需求，在传统的消防灭火救援过程中，最大的问题是救援人员在浓烟滚滚的情况下，不能对起火建筑进行充分勘测，因此，无人机首先需要在监控方面进行升级，保证监控能在能见度低的情况下进行勘测，而且监控设备还需要针对起火浓烟情况进行分析，可以利用其他探测和定位技术，保证设备能够对火灾现场进行充分勘测[4]。

3.3 兼容性

常见的普通类型无人机在功能方面并不能完全满足消防需求，所以，消防类无人机需要在传统无人机基础上增加其他设备，导致无人机必须具有良好的兼容性，能够对其他设备进行兼容，带动其他设备进行运行，才能够满足消防救援的需求。但是由于对无人机的制作方法与技术方面会有一定差距，因此，无人机系统方面需要具备良好兼容性，不论消防队设备进行升级或是改装，保证系统能够与新增的设备之间实现共通，能够对信息进行快速传输，由无人机设备整体带动其他功能的实现，保证消防过程中能够更好地满足消防人员的灭火需求，并且不断提高无人机自身设备技术水平，在面对复杂火情时也能够积极应对。

4 在灭火救援活动中对无人机进行合理应用

4.1 观察火灾现场情况

无人机最基础的作用在于能够在高空进行监控勘测，在目前消防救援过程中所使用的设备只有云梯和直升机能够进行高空作业，无人机是除二者以外，能够满足低成本、高效率、监测精度高的唯一设备，因此，无人机在灭火救援现场应用的基础和最重要的功能是对火灾现场进行观察。消防救援队伍在到达高层建筑火灾现场后，无法进行快速的火灾情况诊断，所以可以利用无人机升到高空后对火灾情况进行观察，并且在合适的情况下，操控无人机进入建筑内部，对起火地点周边情况进行观察，利用无人机小巧快速的优点，对狭窄区域进行勘测，观察起火情况，掌握主要的起火点，便于消防人员直接进入起火点进行灭火，同时通过设备所携带的各类检测仪器，对火灾内部浓烟情况进行诊断，为消防人员提供参考[5]。

4.2 提供救援决策计划

无人机所搭载的系统可以通过对火灾现场及建筑结构的数据信息搭建三维立体模型，为消防人员提供决策与救援计划，因为仅通过肉眼对无人机所传输的监控画面进行判断，也无法完全保证消防人员在灭火过程中能够掌握足够信息，所以需要无人机提供可靠的信息，并制定相应的救援计划，才能尽可能保证灭火救援开展过程中，消防人员按照相应计划进行行动，进一步减少发生意外的可能性。消防人员在对无人机系统进行优化及选择，无人机类别时需要考虑无人机所搭载的系统平台及其功能应用，通过选择具有良好技术水平的无人机系统，能够利用其计算能力对建筑数据进行精准计算，并且搭建模型，指挥救援活动的开展。

4.3 辅助火灾现场救援

高层建筑起火后，救援人员不能搭载电梯到达高楼层，而且部分建筑防火救援设备安装不到位，如果救援人员不携带充足的灭火设备进入建筑，就无法开展救援活动，但是携带大量灭火设备爬楼梯到达高楼层，对消防人员体力消耗极大，因此，可以利用具备一定负载能力的无人机向高楼层运输救援设备，减少救援人员携带设备的重量，尽可能加快救援速度。而且部分楼层发生火灾后，建筑内部结构会出现坍塌，可能造成人员被困，可以利用无人机搬开压在被困人员身上的各种材料，加快救援速度。而且因为建筑发生火灾后会产生大量浓烟，影响救援人员视线，即使消防员在现场呼叫被困人员，也很难进行方向辨认，因此可以借助无人机进行照明，并且通过无人机的音响设备指挥被困人员有序撤离，减少消防队员进行人员疏散撤离的时间。

4.4 远程传输火灾信息

部分大型火灾指挥人员无法第一时间到达火灾现场，也可能受到各类因素影响，无法直接观察火灾现场情况，因此需要通过无人机设备进行远程传输，利用监控设备进行火灾现场图像传输，并利用设备锁搭载系统的计算及三维模型等技术，对建筑结构进行绘制。指挥部门能够第一时间掌握火灾现场情况，能够为后期制定救援方案提供帮助，大大缩减信息传输所耗费的时间，不需要进行人工信息传输，同时，也能够保证信息传输的可靠性。

4.5 定位预测火情情况

火灾现场的情况瞬息万变，救援人员进入建筑进行灭火时，不能预测火灾的未来走向，但是无人机设备在高空进行监测的过程中，不仅可以掌握火灾现场情况，也能够对气候条件及风向进行测量，借助测量数据，可以系统地对火情情况进行预测，及时发现可能存在的火灾隐患，引导救援人员对危险火点进行及时灭火，或是及时避开可能发生爆炸的火灾点，减少消防人员的伤亡情况。同时，无人机监控设备也能够对火灾点进行精准定位，使救援人员能够及时找到起火点并进行灭火救援[6-7]。