消防安全新技术及发展趋势

□李容

引言

随着我国经济社会的发展，城市化进程进一步加快，城市火灾呈现出新的特点，主要表现在：现代城市人口、建筑、财富、生产经营场所的集中，导致了城市火灾集中爆发。这些复杂的变化使城市的消防安全形势更加严峻，迫切需要发展相适应的消防技术，消防科学技术是推进消防事业发展的重要动力和保障。发达国家消防事业的发展，很大程度上都是依靠科技创新，建立以现代科学技术为基础的消防安全防灾体系，其主要特征是知识成为火灾防控的内在要素，科学技术在消防工作中发挥着重要作用，知识创新和科技成果转化为现实的消防综合能力。加强基层消防基础建设，就是要坚持以人为本，牢固树立和落实科学发展观，全面深入实施科技强警战略，找准消防科技的切入点、结合点和着力点，在火灾预防、消防监督、灭火救援、部队管理等工作的各个方面，积极推广和应用先进的科学技术，加强消防安全技术研究，切实提高全社会预防和抗御火灾的整体水平，为实现 “三提升、三降低”和消防事业持续快速发展目标提供技术支撑。

一、消防安全新技术

（一）新型灭火技术

1.球体灭火装置

英国目前发明了一种灭火技术，它可在火灾刚刚发生时就将其扑灭。该技术使用的灭火装置是一些两个薄层的空气球体，里边的球体由处于压力状态的惰性气体填充。内球薄层是用热阻较低的无孔塑料制成，而外球薄层则用质地较硬的塑料 （例如磷酸脂）制成，这种材料表面散布着许许多多的小孔。此灭火装置的工作原理是：内球薄层受热时收缩，并通过外层小孔放出惰性气体，熄灭火焰。这种具有两个薄层的空心灭火球可直接对着火焰喷射，也可散布在火场周围。如果用不同塑料制成多层球体，就可使惰性气体间隔释放，若第一层球体释放的惰性气体未能将火焰扑灭，第二层球体将依次继续喷出惰性气体来熄灭火焰。该项技术发明者认为，这些球体可以注入灭火器内，也可散布在屋顶或阁楼等处，因为球体灭火装置在这些地方还将起到意想不到的作用，即通过其隔热特性，使屋内冬暖夏凉，温度保持适中，可谓一物两用。

2.投掷式灭火器。

投掷式灭火器为柔软透明树脂包装的液体灭火剂，其灭火原理是：灭火液从被投掷到火源附近的树脂内飞散而出，因水分蒸发而使燃烧物冷却；灭火剂中含有的磷酸铵和主要灭火剂发生作用产生氨气，氨气可以形成燃烧连锁反应的负触媒。同时，此灭火剂所含的重碳酸钠在遇热后产生二氧化碳，阻断了燃烧面同氧气的接触，抑制了燃烧的发生；灭火剂中还添加了硫酸钠，可以使燃烧物的燃点升高，不易燃烧，发挥了防复燃效果。此种灭火器具有安全 （不爆炸）、环保 （液体无任何毒性）、保质期长 （自然存放5年）、使用简便等特点，是一种可应用于精密仪器室、资料室、机舱、家庭等的有效灭火器。

3.固体火箭灭火弹

固体火箭灭火弹的主要用途是在消防员不能接近着火区的情况下，依靠火箭实施远距离灭火，以及对高层建筑等局部着火区实施定向灭火。因此,该灭火弹适用于油田、炼油厂、化工厂、森林、草原、机场、火车、轮船、码头和高层建筑等场所。

美国LosAlamos国家实验室发明的一种新型火箭推进剂 （BTATZ）是一种防爆的、无烟火的易燃固体材料，由于对冲击不敏感，不能立即发生反应。该材料可迅速无焰分解并生成氮气 （大约90%推进剂转换成氮气），可作为一种全新的无须盛装的灭火剂。这种特性可使灭火系统简化和重量减轻，通过真空包装、粉末包装或无包装来实现。BTATZ推进剂可以安装在易发生火灾的区域，干舱起火启动推进剂进行灭火。然而，由于该成分含有碳、氮以及氢，可能产生氰氢酸，因而具有一定的潜在毒性。

4.高科技脉冲灭火设备

瑞典消防科研部门研制的IFEX 3000型脉冲灭火设备，主要用水作灭火剂。灭火时通过向火场喷洒大量雾状水滴，迅速吸热,使火场温度迅速下降，使火势被控制和扑灭。此设备可在10 ms～50 ms内就可喷洒大量水雾，每升水喷出的水雾可以覆盖200m2。

5.细水雾灭火技术

德国某公司研究出背负式脉冲气压喷雾水枪，这种水枪是利用高压气体的瞬间冲击作用，将水雾化为粒径在0.30mm以下的细水雾微滴，大大提高了水的灭火效能。由于其灭火效率高、机动性强，已被一些国家的消防部门采用。在此基础上，推车式气压喷雾水枪以及供安装到消防车和轻型直升飞机上使用的脉冲气压喷雾水炮也相继被开发。

瑞典研制的一种超高压细水雾切割灭火系统，其主要特点在于隔墙灭火 （可穿透钢板、木板和玻璃等多种材质）、高效 （穿透6 mm钢板用时6 s、击穿钢质防盗门用时3 s）、节水（熄灭大型集装箱内30 L柴油火灾仅消耗25 L水）及灵活操作性。

6.新型灭火剂

超细化和纳米化粉体是现代工程技术发展的趋势。超细干粉灭火作用机理主要体现在：有效抑制有焰燃烧；对表面燃烧具有强窒息作用；遮隔火焰热辐射、冷却被保护物。由于颗粒更加细小，超细干粉灭火剂单位容积灭火效率是哈龙灭火剂的2～3倍，是普通干粉灭火剂的6～10倍，是七氟丙烷灭火剂的10倍，是二氧化碳灭火剂的15倍以上。另外，超细干粉灭火剂对大气臭氧层耗减潜能值 （ODP）和温室效应潜能值 （GWP）均为零，对于人体皮肤和呼吸道无刺激，对保护物无腐蚀、无毒害，灭火后残留物易清理，可以用来扑救A、B、C类火灾和带电设备火灾。

气溶胶灭火剂是一种能通过物理或化学作用生成气溶胶灭火介质的混合药剂，药剂产生气溶胶灭火介质时的温度一般可分为冷气溶胶和热气溶胶两种。作为一种对环境无污染、无毒、无腐蚀、ODP值和GWP值及ALT值 （合成物在大气中存留寿命）较低的灭火剂，气溶胶灭火剂受到了国外一些著名公司的欢迎。

7.超音速灭火技术

航空航天技术是人类的高科技成果，将喷气式飞机、导弹的高速气动力技术应用于消防领域是科技工作者多年来的研究课题。超音速灭火技术是以航天技术的微型喷管喷射的燃气为动力，以固体粉末作为主灭火剂的小型灭火器材，是用化学与物理相结合的方法对火焰活化链进行切割和抑制，可有效扑灭初起的A类和B类火灾。其技术原理为：依据固体火箭发动机原理,将固体动力药剂的化学能应用电加热，并通过超音速燃气发生器转化为高速射流，充分开发利用超 （跨）音速燃气流对火焰的切割作用；干粉灭火剂 （如重晶石干粉）在超音速气流的冲击、挤压、撕裂作用下，部分被细化，在粗重的干粉粒子裹挟下被迅速扰动成气相、固相共存的气流雾团疾速射向火场，实现高速、高效、安全、可靠灭火。

（二）新型防火技术

低氧防火系统技术。低氧防火系统主要由空气压缩机、低氧防火气体发生器、氧体积分数探测器、区域控制阀、送风管道、低氧防火系统控制柜等部分组成。其中，低氧防火气体发生器及氧体积分数探测器是该系统的主要设备。通过采用膜法空气分离技术和氧体积分数测定技术，将防护区的氧体积分数降低并始终维持在15.0%～16.8%，在此环境中大部分可燃物不能被点燃，但人员可以较长时间安全生存。在一般公共场所 （计算机房、普通博物馆、档案馆、图书馆等）可将氧体积分数维持在15.0%～16.8%；对要求特级防火保护的人居公共设施 （国家级博物馆、文物档案馆、电信移动枢纽等）可将氧体积分数维持在14.0%～15.0%；对于人员停留较短时间的重要场所 （如档案馆、资料库等）可将氧体积分数维持在12.0%～14.0%。

（三）机器人技术

由于火灾和特种灾害事故现场的特殊危险性，机器人在现场灭火救援和灾害处置行动中具有巨大的应用前景。研究一种实用的能够替代消防救援人员进入有毒、有害、易坍塌、缺氧、浓烟、放射性等危险灾害现场进行探测的消防救援机器人，以解决消防员人身安全、时间限制、数据采集量不足和不能实时反馈信息等问题，具有紧迫性和重要的现实意义。第一代和部分第二代消防救援机器人已经开始服役，但其结构和功能在不同的国家都各有特点和独到之处。目前，工业发达国家正在加快开发不同功能的第二代实用型消防救援机器人，而第三代智能型消防救援机器人尚在探索之中，日本、美国和英国已开始进入预研和论证阶段。目前，已有多种不同功能的消防机器人用于救灾现场。

今后消防机器人的发展具有智能化、专业化和团队化趋势，通过与消防员的有效合作或独立操作，实现对有毒有害化学品泄漏和易坍塌等灾害现场的侦察和处置、易爆物品的搬运、障碍物的清除、遇难人员的抢救，以及对灾害现场的灭火、封堵、洗消、破拆等作业。

（四）新材料技术

新型材料是指新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料，如纳米材料、新型功能材料、高性能结构材料和智能材料等。近年来在消防安全领域出现并获得应用的新型材料，主要包括：新型阻燃和防火材料、形状记忆合金材料、蓄光发光材料和金属多孔材料等。

金属多孔材料是近年开发出来的一种高科技新材料，具有独特的性能，密度小、吸音性高、减震性好、能量吸收性强、传热性好且具有电磁屏蔽作用，其材质一般为青铜、镍、钛、不锈钢、铝及其合金。在消防领域，金属多孔材料具有隔焰防爆、隔热和防静电的功能。金属多孔材料的孔隙结构和巨大的比表面积可将压力容器分成许多微小空间，遏制火焰传播。同时，与容器进行快速热交换，热量被吸收和散失，容器内温度和压力值均降低而达不到爆炸极限，防止了爆炸的发生。国外已将其用于公共汽车、防弹高级轿车、油罐车和消防车等车辆的油箱中，以及液化石油气储罐中。多孔材料作为隔热材料主要用于火箭发动机推力室喷注器控制面板的冷却，在消防技术上也开始尝试应用。例如，进入火场扑救特种火灾以及抢险救援的消防机器人，其外壳可采用这种隔热材料制造，以保护机器人的内部线路、器件不致受火场高温的作用而破坏。

随着材料制备技术 （如纳米技术、超细化技术、微胶囊包裹技术、辐射固化技术以及表面改性技术）的更新，阻燃和防火材料将会得到进一步发展。德国科学家在废旧纸张中提取的植物纤维素中，加入一些不可燃特殊矿物材料，按照特定的比例混合，制成了一种新型防火材料。这种新型防火材料使用简便，可以通过喷涂的方式直接涂覆在被保护物体表面，并能立即发挥作用，可代替油库中广泛应用的石棉材料。

利用形状记忆合金作为温度传感材料，可以在火灾自动报警、自动喷淋等系统应用。例如，美国贝特尔哥伦布实验室的工程技术人员采用TiONi合金作为自动洒水器的感温探测元件，当达到预定温度时，合金收缩，喷头开始洒水；温度降低后记忆合金恢复原形，阀门自动关闭停止喷水，以避免过多的水浸渍房间。

（五）现代通信技术

消防通信和网络系统在预防火灾、灭火救援指挥、警务调度、日常管理等方面发挥着重要的作用。高效准确的通信系统能够在很大程度上提高消防部门的沟通效率，降低火灾中的人员伤亡和财产损失。

1.蓝牙技术

随着蓝牙技术的发展，已不仅局限于通信领域，在消防领域也已得到广泛的应用，目前主要表现在： （1）火灾预防。蓝牙技术可在很大程度上避免传统的有线火灾自动报警系统造价高、抗干扰能力差、施工不便、误报和线路老化等问题，不需要任何线缆就可以进行探测器间的连接。 （2）灭火救援。具备蓝牙功能的全球卫星导航系统车载GPS可用于部分大型消防车，不仅可以进行导航还可作为通信设备。蓝牙技术在某种程度上减少了对外界电磁信号的干扰，更加有利于灭火与救援。 （3）日常管理。由于蓝牙技术具有无线传输的特点，可以通过蓝牙适配器对办公设备之间互联，操作方便快捷，并且能实现对多个用户的数据共享和传输，提高办公效率。

2.VoIP技术

VoIP技术可用于建设消防系统内部的信息网络。目前，全国消防部门依托公安各级网络,已建成覆盖总队、支队和大队的多级层次结构IP通信网络。通过以支队为中心，以各大 （中）队为末端节点，使用网守、语音网关等硬件组件进行专用IP数据网络的平滑增值，将现有语音交换网络和IP通信网络通过中继连接在一起，利用已有的IP网络承载语音数据流，可以节约高昂的线路投资费用。

3.空间信息技术

空间信息技术主要包括GPS、GIS和RS等理论与技术，结合计算机技术和通信技术进行空间数据的采集、测量、分析、存储、管理、显示、传播和应用等。空间信息技术在消防工作中的应用目前还处于初级阶段，系统的建立和应用缺乏系统性和完整性，有的技术环节仍处于较落后的状态，更多领域和功能有待开发。目前已应用的有119指挥系统。消防力量动态管理是集全球卫星定位技术 （GPS）、全球移动通信技术 （GSM）、 地理信息系统技术 （GIS）、综合数据通信技术、计算机网络技术等于一体，实现消防车辆的动态管理、调度、指挥的子系统。在这个系统中，主要使用了GPS的车辆导航、车辆跟踪、车辆定位、车辆调度等技术。

二、消防安全技术发展趋势

（一）智能控制技术

随着经济社会的快速发展，人流、物流急剧增加，高层建筑及宾馆饭店、商场市场、歌舞厅等人员密集场所大量涌现。社会单位自身的治安防范需要与火灾中人员安全逃生之间的矛盾越来越突出。一些单位在营业期间锁闭安全出口、封堵疏散通道，一旦发生火灾，极易导致群死群伤的惨剧。为兼顾安防与消防的要求，应积极推广适用于建筑安全出口管理的安防控制报警与消防安全逃生的门锁系统。安防与逃生门锁系统主要有：1.与火灾自动报警系统联动的电子门禁系统，火灾发生报警后或失电时，门禁系统可自动释放或由消防控制中心控制；2.具有报警功能的推栓式外开门锁系统，由室内一推锁栓防火门即可开启并报警；3.无报警功能的外推式门锁系统。

建设城市火灾自动报警网络系统，是贯彻落实科学发展观,利用现代科学技术，提升消防工作科技含量、有效防控火灾的重要措施。城市火灾自动报警信息系统主要有以下功能：一是对建筑消防设施进行远程监控，实现消防设施监督管理由分散型向集约型的转变，促进单位增强维护消防设施的自觉性，提高城市建筑消防设施的完好率；二是火灾自动网络报警,实现了火灾报警方式由单一人工报警向网络化自动报警的转变，提高消防部队快速反应和增强城市抗御火灾的能力；三是GIS电子地理信息定位，实现火情侦察方式由人工询问侦察向自动搜寻定位的转变，有利于119指挥中心派车出动方案的生成；四是各种消防信息的监控和统计分析，实现消防监督模式由被动型向主动型的转变，提高消防监督抽查的针对性和有效性。随着有线宽带和无线宽带网的应用，城市火灾自动报警信息系统将向视频监控功能拓展。

简易自动喷水灭火系统是指由系数K为80、115的快速响应型或系数K为80的标准响应型喷头、管道以及供水设施组成的自动喷水灭火系统。2005年12月的一天，上海市卢湾区两幢老式居民楼的厨房间先后发生火灾，其中一幢居民楼安装了简易喷淋系统，火灾初期简易喷淋系统及时动作洒水，消防队到场时火灾基本被扑灭，没有造成损失。而另一幢没有安装简易喷淋系统的居民楼，火灾发生后火势迅速蔓延扩大，造成2人死亡。因此，安装简易喷淋系统对防控火灾具有十分重要的意义。

为了早期发现火灾并及时报警，最大限度地减少人员伤亡和财产损失，许多发达国家通过制定法律，在居民家庭和小型企业场所推广安装单点式火灾探测报警器。据有关资料介绍，英国伦敦82%的居民家庭安装了单点式火灾探测报警器。在美国，一般的超市都销售单点式火灾探测器，每只售价为5～7美元。独立式单点火灾探测器具有无需布线、安装保养方便、声光同时报警的优点，不仅适合于新建建筑，也适合于现有建筑的火灾探测和报警。

（二）纳米消防技术

纳米科技是指在纳米尺度 （1 nm～100 nm）上研究物质 （包括原子分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉科学和技术，纳米科技的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化，在城市消防安全领域也不例外。

阻燃技术一般是采用无机或有机阻燃剂对可燃基体材料进行处理。采用将阻燃剂 （氢氧化铝、氢氧化镁、氮系阻燃剂、磷系阻燃剂和硼系阻燃剂等）粒度超细化或制备聚合物 （聚氨酯、聚丙烯、尼龙6、聚苯乙烯和环氧树脂等）／层状无机物 （蒙脱土、膨润土、双氢氧化物和可膨胀氧化石墨等）纳米复合材料两种纳米技术，可以在提高材料阻燃性能的同时有效改善力学性能、减少阻燃剂用量、降低燃烧产物毒性和腐蚀性、满足工艺要求。由此实现的纳米塑料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美结合。

在涂层中引用纳米材料，可以根据最终功能需求有效提高材料的阻燃性、隔热性、抗氧化性、抗静电性和耐磨性等。例如，将浅色导电材料纳米氧化钛 （TiO2）制成涂层用于飞机、导弹和卫星的非金属制件表面以及印刷电路、静电复印和导电纸等方面，可以防止甚至消除静电引发火灾。

将传统的干粉灭火剂 （如NaHCO3、KHCO3和NH4H2PO4等）和泡沫灭火剂等超细化、纳米化，或制备固体微粒气溶胶灭火剂，可以明显提高其灭火效率，并且延长有效贮存期。

制作火灾探测器是纳米材料最有前途的应用领域之一。目前，已实用化的气体传感器有SnO2膜制成的传感器，可用作可燃性气体泄漏报警器、湿度传感器以及战场化学剂的报警。纳米火灾探测器和报警器具有两方面优势，一是反应时间极短，可实现极早期报警；二是制作材料选择性很高，可大幅度提高预测准确性。

（三）绿色消防技术。

将绿色技术概念与消防领域相结合，可引导出绿色消防技术这一新概念，即符合环境保护要求、对公众健康和环境不会造成危害的消防技术。绿色消防技术主要包括两个方面：新型清洁灭火技术和绿色阻燃技术。

哈龙灭火系统是具有不同程度灭火能力的低级烷烃卤代化合物灭火系统总称，具有灭火快、毒性低及不污染和损害物品等优点。但其致命缺点是在向大气弥散过程中，产生的游离Cl#和Br#不断消耗臭氧层，破坏人类的生存环境。因而，为保护臭氧层，寻找合适的哈龙替代技术势在必行。目前，在国际上，哈龙替代物主要包括以下七类：卤代烃类灭火剂、二氧化碳灭火剂、细水雾灭火技术、气溶胶灭火技术、惰性气体灭火剂、非挥发性哈龙替代物和泡沫灭火剂。

阻燃剂及阻燃材料本身在生产和使用过程中应无毒害性，具有良好的耐热稳定性、耐老化性、耐光稳定性、无腐蚀性。同时，其燃烧产物应低烟和低毒。今后的绿色阻燃技术研究重点应是开发新型环境友好的低烟低毒无卤产品，采用环境友好的化学反应，在工艺过程中使用无毒无害的原料、溶剂和催化剂，阻燃产品回收容易进行且具有环保性。如前所述，纳米技术将在绿色阻燃技术的开拓中发挥重大作用。

三、结语

消防科技是一个庞大的实用领域，当前及今后消防安全技术呈现出多学科融合交叉特点，随着各种高新技术的发展和融入，消防科技呈现出边缘化、精细化、交叉化和高端化的发展趋势，其发展空间巨大。未来国际消防技术对消防决策技术非常重视，从保护 （防火服）和救助 （医疗急救）等各方面保障生命安全，灭火和探测等主动防火技术占绝对优势，整体发展偏向一体化和智能化，这为我国当前消防技术的发展提供了明确的方向。在我国，应借鉴国际消防技术发展趋势，结合国家建设、政策、特色和需求，发展高新、专用和实用的消防技术。