探究新型智能化設備在消防救援中的應用

蘇建

摘要：隨著我國建筑結構在規模逐漸擴大，功能變得越發復雜，消防救援工作難度也逐漸增加。在消防救援工作中，為了保障消防人員的人身安全以及提高消防救援工作的質量，各種現代化技術得以融入到消防救援設備中，催生出各種智能化消防設備。該文基于消防救援工作中新型智能化設備的應用研究，分析了消防救援工作中逐漸暴露出了不足，并分別從智能消防監控電源、無人機和單兵消防智能頭盔三項基礎設備入手，探討了其功能優勢以及在消防救援工作中的具體應用。

關鍵詞：消防救援?新型智能化設備?無人機?單兵智能頭盔?技術應用

中圖分類號：TP18??文獻標識碼：A

Exploration?on?the?Application?of?New?Intelligent?Equipment?in?Fire?Rescue

SU?Jian

（Yuncheng?Yanhu?District?Fire?Rescue?Brigade，?Yuncheng，??Shanxi?Province，?044199?China）

Abstract：?With?the?gradual?expansion?of?the?scale?and?the?increasing?complexity?of?the?function?of?the?building?structure?in?China，?and?the?difficulty?of?fire?rescue?also?have?increased?gradually.?In?fire?rescue，?in?order?to?ensure?the?personal?safety?of?firefighters?and?improve?the?quality?of?fire?rescue，?various?modern?technologies?have?been?integrated?into?fire?rescue?equipment?and?has?spawned?various?intelligent?fire?equipment.?Based?on?the?applied?research?of?new?intelligent?equipment?in?fire?rescue，?this?paper?analyzes?the?shortcomings?gradually?exposed?in?fire?rescue，?and?discusses?their?functional?advantages?and?specific?application?in?fire?rescue?from?three?basic?equipment?of?the?intelligent?fire?monitoring?power?supply，?UAV?and?individual?fire?intelligent?helmet.

Key?Words：?Fire?rescue;?New?intelligent?equipment;?UAV；Individual?smart?helmet;??Technology?application

Individual?intelligent?helmet；Technology?application

在我國現代城市化發展建設水平逐漸提高的大背景下，火災救援工作在實施過程中面臨的影響因素出現多元化發展傾向，意味著消防人員在消防救援工作中的危險性不斷提高。在傳統消防工作經驗模式下形成的各種技術和設備，無法保障消防救援工作的效率和質量。在這種背景下，只有將人工智能、大數據等現代化信息技術引入消防設備中形成智能化設備，才能保障消防人員在火災救援中的人身安全以及工作質量。該文通過研究分析消防救援工作中新型智能化設備的具體應用，為后續我國消防救援工作智能化發展提供參考。

1當下消防救援工作中逐漸暴露的不足

1.1救援裝備不滿足工作需求

目前，國內的新型建筑以及大型城市綜合體、地下商場等已經逐漸成為城市建筑的主體，總體的建筑規模也在快速逐漸擴張，這意味著火災現場的環境變得越發復雜，建筑過火面積相對較大且立體火災的發生概率明顯提高。即便全新的消防搜救機器人能夠進行最為基礎的火災現場勘查和預測等工作，在火災現場環境較為復雜的情況，依舊需要消防人員深入火場內部進行勘查、救援。但現如今消防人員穿戴的救援裝備在火場勘察可靠性和智能化程度等方面都具備著明顯的劣勢，無法為消防員的救援工作和人身安全提供必要的支持。

1.2火源和危險物無法得到及時處理

鋼框架結構作為當下建筑工程的主體結構類型，在受到高溫環境影響5～10?min之后，結構的整體應力就會發生改變，如果溫度超過600?℃，普通建筑結構所用的鋼材強度和剛度將會完全喪失，并逐漸產生轟燃現象，換言之，是因為承重力瞬間下降而出現的建筑倒塌問題。同時，位于大型建筑工程的各種管道和電梯也可能帶來火災現場的抽風燃爆現象，導致火災呈現出一種風卷快速上升的狀態[1]。正是因為火災現場的整體狀況相對較為特殊，火災救援工作對于消防人員的專業個人能力要求相對較高，但因為當下的消防救援設備智能水平不足，導致消防人員無法在第一時間發現各種易燃易爆物品并尋找火源將其撲滅，很容易出現巨大的財產損失，并影響消防人員的人身安全。

1.3無法理解消防員的實時狀態

火災現場隨著火情的不斷蔓延和發展帶有明顯的不可預測性和復雜性特征。在進行火災救援時，消防人員很容易出現硬性損傷、高溫昏迷等多種安全事件，但救援指揮中心因為身處火場之外，無法對一線作戰員的身體狀況實時進行了解，很容易出現協同性較差的問題[2]。這一問題的存在將會導致消防隊員出現嚴重傷亡事件，比如：在我國天津港“8·12”的重大爆炸事故中，累計共有24名公安消防人員和75名天津港消防人員遇難。結合《中國消防統計年鑒2021》數據顯示，從2000—2021年，我國消防救援事故累計死亡的人數已經超過了500余人，而且2013年以后消防救援的頻率明顯上升，且連續4年的消防員傷亡人數超過15人[4]。以國際消防救援與服務協會2021年發布的相關統計數據顯示，2021年世界平均每分鐘發生4萬余起火災，累計發生了超過2萬起火災死亡事故。在消防救援工作中，因為消防人員長時間處于高溫和缺氧的狀態下，并且火災現場的視線完全受阻，消防員通常都需要以墻壁作為基礎方能夠確定位置的標點，但外界卻無法對這些狀況及時搜集，無形中加大了消防人員傷亡事故的發生概率。

2消防救援中的新型智能化設備的應用分析

2.1智能消防電源監控設備

2.1.1功能

（1）實時監測功能，智能化的消防設備電源監控系統能夠對系統內部的消防電源供電狀態實時進行檢測，并將其消防電流、電壓和備用電源以及主要電源的狀態精準顯示。

（2）報警功能。智能化消防設備的電源控制系統可以彈出有關故障的預警信息和頁面，并發出對應的聲光報警信號，消防人員和指揮人員完全可以通過故障頁面顯示的信息及時找到消防設備出現故障的具體位置和原因，第一時間消除設備方面的安全隱患。

（3）轉發功能。智能化消防電源設備監控系統可以將下級或者是多個傳感器收集的數據進行全方位的收集和分析，在得出實時處理結果的同時，將各項數據向指揮部和消防人員進行轉發。

（4）雙電源的監控互投功能?，F如今，消防電源監控系統內部利用的是雙電源供電方法，并且可以針對主供電源的狀態使用核心裝備進行檢測，確保消防電源的監控系統能夠始終處于一種安全穩定的運行狀態。

（5）數據存儲。關系型數據庫作為智能化消防設備電源監控系統內部的主要數據庫類型，能夠針對各項設備故障信息實時儲存，并發出對應的警報信號，確保電源設備能夠得到不間斷管控[4]。

2.1.2應用分析

目前，在消防救援工作中使用的智能消防設備電源監控系統主要利用的是消防電源分布分級設計理念，具體包括一級消防設備的電源監控中心、二級的區域監控設備以及終端的消防監控設備傳感器這3個部分，結合火災救援現場的具體環境可以形成規模組網的小型和大中型模式，確保為火災救援工作提供有關消防設備電源檢測的各種工作方案。

小型區域的消防電源設備監控系統以二級分布監控系統為主，具體分為二級的消防監控設備以及終端的消防電源設備監控傳感器，能夠在那些監控范圍較小或者是消防監控較為集中的場所進行應用。大中型的消防設備電源監控系統分為一級消防電源監控中心、二級的監控系統和三級的終端電源監控狀傳感器，位于不同區域之間的監控系統可以分別設置多個子系統，保障最終搜集的相關數據和信息，能夠在第一時間上傳到一級消防設備防控中心中，在監控區域面積較大和消防設備布局較為分散中的場所有著良好的適應性。

2.2無人機

2.2.1優勢

（1）有著安全性和保養成本方面的優勢。相較于其他的智能化消防設備，無人機本身的主體結構相對較為輕巧靈便，用于機械部分的零部件數量較少，整體拆卸、處理維修較為簡單，日常維護工作的成本投入低廉。相關人員完全可以通過短時間的培訓掌握有關無人機的起飛降落和飛行拍攝等各項基礎操作。如果消防火災現場惡化嚴重，煙霧濃度較高，無人機設備能夠以最快的速度搜尋到需要的位置信息。

（2）有著穩定性和靈活性方面的優勢。目前，我國無人機具體可以分為自動和半自動控制兩種類型，相關人員可以借助手動操作對無人機飛行的高度和速度進行管控。因為無人機裝置本身的主體結構相對較為輕便，也在飛行的角度變化十分靈活，即便在火災現場復雜的空間內部結構中也能夠穩定進行作業。無人機通常在消防滅火救援過程中可以進入隧道和起火建筑物的內部，尤其是在煙霧濃度較大以及消防人員目視狀態不理想的情況下，能夠針對火災現場的各個火源和結構信息進行全方位探討和分析[5]。

（3）有著良好的適應性的優勢。無人機內部的各項裝置是以互聯網系統的云端信息儲存和傳統方式作為工作基礎，能夠對系統中的數據信息第一時間進行匹配、比對。在消防火災救援工作中，無人機可以依賴攝影測繪和分析等系統將相關數據及時上傳到統一消防后臺救援指揮系統中，消防互聯網系統能夠和遠程的飛行監控技術平臺同步應用，指揮中心可以結合現場的實際發展狀況形成科學的消防救援工作方案。

2.2.2應用分析

在消防救援工作中，無人機裝置原有的圖像視頻信息數據采集功能可以在實時采集火災蔓延狀況、煙霧濃度等信息的前提下，對于火災現場的狀況進行高度還原。無人機可以借助可見光或者是紅外線夜視這類的信息傳遞方法獲得畫質較高的動態信息，確保指揮人員和消防救援人員能夠將火災現場的實際狀況有一個全面的了解。夜間火災事故的發生概率相對較高，無人機本身具備的夜視功能能夠在火災救援中及時觀察和捕捉各種信息數據，第一時間傳輸火災現場的視頻信息，操作人員能夠在獲得火災現場各種狀況的基礎上，形成完善的消防救援工作方案，并立刻進行條這棟。

無人機內部分布的以紅外線作為基礎生成的熱感探測技術和相關裝置，能夠針對火災現場的具體溫度和變化曲線進行實時探測，從而形成有關火災市場的紅外線熱感應圖像，為消防人員提供火災救援過程中最為重要的溫度信息，借此精準進行核心區域的滅火和救援工作。

無人機在結構穩定性和操作靈活性方面的優勢可以針對消防現場的有害氣體類型和濃度進行檢測。目前，用于建筑工程建設和建筑物內部儲存的各種材料，在燃燒中會產生大量的有毒無害氣體，無人機裝置可以提前感受針對危險氣體進行勘查，并對其基本組成進行評估。消防人員可以結合火災現場出現的危險氣體具體類型穿戴對應的配套防護裝備，保障消防人員的人身安全。

此外，在部分消防現場火勢發展較大，或者消防救援人員無法達到的惡劣環境中，無人機同樣可以進行物資的投放。無人機通常能夠承載超過自身重量10倍的物資，能夠在火災救援過程中投放被困人員所需要各種應急藥品和食品，在提高被困人員生存能力的同時，為被困人員的生命安全提供保障。

隨著我國信息技術的發展，用于消防救援的無人機裝置能夠進行遠程應急廣播信息播報，對火場中存在的火災蔓延的風險，無人機可以利用應急廣播裝置向受困人員及消防人員及時進行傳遞，不僅能夠避免受困群眾產生恐慌心理，同時可以向火災中的受困群眾及時發出正確指令，避免出現慌忙逃生的情況，能夠為消防滅火救援任務成功率與存活率的提升提供明顯幫助。一般而言，無人機裝置能夠借助云臺在850?m范圍內進行信息播報。

無人機在消防火災救援現場中，可以通過應急照明裝置的配置，確保拍攝方向和照明方向始終維持一致，在工作條件適當的情況下，無人機航空拍攝綜合效果能夠明顯提升。尤其是對于夜晚環境下的消防滅火救援工作而言，無人機拍攝得到的各種照片能夠為消防滅火救援人員提供后續救援工作方向的正確指引，最大程度地保障消防人員與受困群眾的生命安全。

2.3單兵智能頭盔

2.3.1功能分析

實際上用于消防救援工作的單兵智能頭盔是美國等發達國家以陸戰隊的單兵作戰頭盔作為基礎逐漸改造來的，以增強現實技術和腦電波監測技術作為核心的技術支持，能夠幫助消防人員在火災救援現場通過頭盔及時了解火場的各種信息。

（1）畫面增強功能。用于消防救援的單兵智能頭盔，考慮火災現場的內部環境以高溫和煙霧彌漫為主，并且很有可能會出現高空墜落的物體會直接阻礙消防員救援工作，通過引入AR掃描技術能夠對火災現場的內部環境及時進行掃描，從而生成最佳的前進路線。

（2）信息系統和通信功能?，F實增強技術在消防單兵智能頭盔中的應用，可以將重要的信息以可視化方法傳遞給消防救援工作人員。在我國5G技術持續發展的背景下，毫米波頻譜能夠為高吞吐量的信息交換提供必要的技術解決方案，以最高的效率達成指揮中心和消防救援人員之間的信息實時溝通和交流。

（3）環境邊緣檢測功能。因為火災現場的煙霧濃度極高，場景的能見度有限，單兵智能頭盔可以利用AR技術對于環境和物體的邊緣進行捕捉，第一時間發現救援過程中建筑內部路面和環境中出現的各種障礙物和危險物品，消防人員可以提前規避，最大程度地保障消防人員的人身安全。

（4）火災現場的事件記錄功能。消防人員佩戴的單兵智能頭盔能夠借助成像設備和VR掃描技術對于整個火災事件的時間、地點、火源以及行動計劃等進行全方位記錄。在火災救援事故結束之后，消防救援指揮中心針對收集的各項收費，對此次的消防救援工作進行工作經驗和教訓的總結，進一步完善消防救援工作體系。

2.3.2技術應用

光學玻璃面罩作為單兵智能頭盔的重要組成部分，消防人員可以直接看到外部火災現場的真實環境，并且配合AR技術在圖像和技術處理方面的功能，確保重要信息能夠和外部環境場景有效進行疊加，具體包括了生命體征、路線和具體位置，保障兩種信息能夠相互進行補充，進一步強化消防人員在救援過程中對現實世界的感受。此外，單兵智能頭盔在消防救援工作中也可以和救援現場的無人機、相機設備進行協同作用，對于整體的火災現場環境進行監測，依賴于無人機拍攝的實時影像和各種火災現場的鳥瞰視圖，借助多個智能終端進行火災現場的視野共享，確保消防人員能夠擺脫之前火災現場中可見視野范圍有限的問題，獲得更為精準的火災情報信息，以最快的速度找到被困人員的位置，避免自身和被困人員長時間處于危險區域帶來的各種安全隱患。消防單兵智能頭盔中使用的AR技術能夠在消防救援工作中幫助消防人員進一步增強現實環境的感知，有效地捕捉環境運營和危險物品等各種信息，這些數據信號不僅能夠傳遞到單兵智能頭盔的處理模塊中，以數字、圖像的方式出現，并且能夠及時上傳到后臺消防指揮中心，保障消防救援人員能夠以最快的速度對于受困人員的位置和所處地形的狀況進行判斷，指揮機構也可以結合這些環境信息形成科學的救援工作計劃。

腦電波監測技術在單兵消防智能頭盔中的應用，可以由后臺的指揮機構結合消防人員腦電波信號監測的各種結果對其各種錯誤行為和決策及時制止，并且后臺可以利用腦電波的監測結果實現指揮中心和救援人員的及時溝通和協調[6]。目前用于單兵消防智能頭盔的腦電波檢測技術可以通過各種智能處理器以及藍牙無線信號穿戴設備與后臺的指揮中心進行實時數據交互。指揮中心能夠第一時間感知消防人員的工作狀態?？紤]到消防救援人員在消防救援火災現場中始終保持一種注意力高度集中的狀態，對于自身的疲勞感不易察覺，指揮中心可以合理地分析消防救援人員的腦電波信號，對于那些數據信號監測明顯異常的救援人員安排及時撤離，在實現高效率指揮和精準調度的同時，提高消防救援工作的效率，并保障消防人員的人身安全。正因如此，以單兵智能頭盔作為載體的腦電波實時監測設備的便捷化、輕量化也為消防指揮中心實時監測消防員狀態提供了最為有利的條件，具備良好的應用前景和發展潛力。

因為單兵消防智能頭盔內部集成了多種屬性的功能模塊，在重量方面有著一定的劣勢。為了保障消防救援人員在火災救援現場能夠全部佩戴單兵消防智能頭盔，相關人員關注從單兵消防智能頭盔的材質、結構、壓力分布等方面進行輕量化設計。以目前國內消防滅火救援的裝置發展看來，如果消防單兵智能頭盔的重量超過1.5?kg，消防人員在佩戴2?h以上會產生明顯的不適感。故此，消防滅火救援設計人員對于消防單兵智能頭盔的人機交互和舒適性十分關注，具體從外形設計、色彩裝飾、紋理搭配等多個層面利用逆向動力學建模，對于單兵消防智能頭盔舒適性進行分析?？紤]消防滅火救援人員面臨的各種場景和種類數量較多，在不同的消防滅火救援場景中，對于裝備功能需求存在著明顯差異，現階段單兵消防智能頭盔的各種功能性構件逐漸向著模塊化方向發展，整個頭盔的功能可以結合環境的需求進行配件的合理組合，結合不同火災事故現場的具體要求，配備專業的功能模塊促進消防救援單兵智能頭盔的專業化、系列化發展。

3結語

總而言之，智能化設備在消防救援工作中的應用是提高消防救援工作效率和質量，并保障消防人員人身安全的重要條件。目前智能化消防電源設備監控系統、無人機和消防單兵智能頭盔已經成為國際外消防救援工作的首選智能化設備，但這些智能化設備在技術方面發展不夠成熟，需要在今后的發展由相關專家學者提高設備的技術含量以及便捷性。

參考文獻

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[6] 童長鑫，林金生.探討新型智能化設備在消防救援中的應用[J].低碳世界，2020，10（10）：193-194.