举高喷射消防车灭火应用技术研究

姜连瑞，黄龙凯，曹 鏐，刘 静

(1.武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000；2.沈阳市消防支队，辽宁 沈阳 110021；3.曲靖市消防支队，云南 曲靖 655000)

举高喷射消防车灭火应用技术研究

姜连瑞1，黄龙凯2，曹 鏐3，刘 静1

(1.武警学院 消防指挥系，河北 廊坊 065000；2.沈阳市消防支队，辽宁 沈阳 110021；3.曲靖市消防支队，云南 曲靖 655000)

随着举高喷射消防车在公安消防部队大量配备，如何最大限度地发挥其作战效能，已经成为一个迫在眉睫的问题。从研究举高喷射消防车结构入手，结合举高喷射消防车在灭火中使用现状分析，找出其在灭火中存在的问题。通过定量分析，提出举高喷射消防车在火场扑救中侦察、破拆、排烟、灭火等应用技术，拓展举高喷射消防车使用范围和应用功能，对指导公安消防部队用举高喷射消防车扑救火灾具有现实意义。

消防；装备；举高喷射消防车；灭火；应用

目前，公安消防部队配备了大量新装备，有些装备没有发挥其应有的作战效能，原因之一是生产者与使用者脱节，基本的功能发挥不够，原因之二是使用者没有充分拓展其潜在的应用功能，举高喷射消防车的使用就是这样典型的例子，现在我们以其为例进行研究。

1 举高喷射消防车性能概述

举高喷射消防车作为消防部队的主战车辆之一，为消防部队扑救高层建筑火灾、石油化工装置区火灾以及油罐区火灾等提供了新的技术手段，对提高消防部队灭火救援能力发挥了重要的作用。

举高喷射消防车与其他消防车相比具有灭火高度高、战斗幅度范围大的优点。举高喷射消防车有无液压支腿、无带水泵系统、无带水液罐等不同结构形式，其应用具有广泛性，国内外对其设计亦更加深入、细致、具体，控制技术集成化、智能化，图形显示数字化，破拆、成像等技术也在研发应用中[1-3]。

2 举高喷射消防车的应用现状分析

通过对举高喷射消防车结构和性能研究，结合大量实战案例分析，发现举高喷射消防车在扑救高层建筑、石油化工火灾中可以发挥更好的作用。但由于有的指战员对举高喷射消防车性能缺乏了解，在应用其扑救各类火灾时，没能充分发挥其最大效能[4]。

2.1 举高喷射消防车在实战中应用现状

近年来，举高喷射消防车在各类火灾的扑救中应用越来越广，随之而来也暴露出一些问题。

2.1.1 在高层建筑火灾的扑救中，举高喷射消防车到达现场后，由于其举升高度达不到着火区域、大楼上空有电线和其它阻挡物或场地设置不适宜等各种原因，致使举高喷射消防车无法靠近起火部位进行灭火。

2.1.2 举高喷射消防车的战术性能没能完全发挥出来。在部分地区，由于一些指挥员对举高喷射消防车的性能了解不够，不能充分发挥其战术性能，从而延误战机，甚至造成了严重的后果。例如，举高喷射消防车应当根据不同喷射方式来应对不同的火灾现场；利用举高喷射消防车的高压水流和机械臂可以进行破拆排烟等等。

2.1.3 与其他消防车辆在火场的编成不合理。在大型火灾现场，各种类型的消防车辆较多，但很多时候供水车辆没能与举高喷射消防车合理编成形成战斗力，导致火场灭火效率下降。

2.2 作业限制条件分析

建筑火灾现场情况复杂，周围的消防通道常常被占用，加之举高喷射消防车作业条件要求高，所以其到场作战时，由于没有作业空间导致无法实施作业等现象。通过对多起建筑火灾案例分析，结合消防部队配备各类举高喷射消防车的性能特点，举高喷射消防车进行举高灭火作业时应满足以下条件。

2.2.1 举高作业场地必须为硬质，地面所能承受荷载应满足相应车辆的工作要求，如场地下方设有地下室，则其地下室与地面之间应按车辆的荷载要求设置结构转换层。

2.2.2 举高作业场地应设置在建筑工程用地范围之内，避开市政管线、道路、绿化带，安全作业范围内不得有高压电线，支腿下面应避开化粪池、暖气、水管、煤气、电缆等暗沟和不坚固的地下建筑物[5]。

2.2.3 举高作业地面应平整，作业范围内不应有较大的高度差，车辆举升过程中在保持稳定的情况下能够迅速展开支撑角，作业场地上空及其与举高面之间的场地上空及周围不宜有架空管线、路灯、高大的树木、地下及人防工程车库出入口等障碍物。

2.2.4 建筑周围环形消防车道应满足车辆的通行要求，坡度不应超过10%，为防止积水也不可小于0.5%，消防车道尽头应设有回车道式回车场，回车场面积一般不小于15 m×15 m，大型车辆的回车场地不应小于18 m×18 m[6]。

3 举高喷射消防车的关键应用技术

3.1 类型火灾扑救技术

3.1.1 高层建筑火灾

通过对辽宁沈阳“2·3”皇朝万鑫酒店、上海“11·15”静安区胶州路公寓、新疆乌鲁木齐“1·2”德汇国际广场等高层火灾案例进行分析，可以发现高层建筑火灾具有火势和烟雾蔓延速度快、人员密度大，疏散途径少、登高途径少，战斗展开困难等特点。

3.1.1.1 并排阻截法。在高层建筑火灾中，内外夹攻是行之有效的战术，为了配合内攻，一般要在外部组织举高喷射消防车压制火势。在皇朝万鑫大厦火灾扑救案例中，指挥部部署3辆举高喷射消防车在B座南侧，利用水炮强行压制火势，对内攻人员进行掩护。研究影像资料发现，3辆举高喷射消防车呈并排布置，且举升高度一致，这样布置是举高喷射消防车的一种典型战法，即平行堵截法。高层建筑火灾，一旦火势突破建筑外壳就会很快进入发展阶段，此时必须根据火场具体情况和车辆情况，选择适合的高度将举高喷射消防车并排布置，形成一道防线，阻断上、下层之间火势蔓延，压制下层火势，使上层火势形单影只，为内部被困人员提供保护，为消防员内攻近战创造条件。

3.1.1.2 梯次阻截法。2010年11月15日14时15分，位于上海市静安区胶州路728号正在进行改造的高层公寓发生火灾。上海市应急联动中心接到报警后迅速调集消防力量赶赴现场，经全力扑救，火势于18时30分基本被扑灭，营救疏散居民160余人，保护了东西两侧的居民楼。通过分析此火灾案例，得出另一种举高喷射消防车应用战法，纵向堵截法。在大楼外部，火场指挥部组织到场的举高喷射消防车分别在余姚路、胶州路及南侧建筑工地停靠，并组织配套供水，在起火大楼外部将举高喷射消防车纵向配置编组战斗。

经过对32～72 m各类型举高喷射消防车技术参数进行统计发现：其射程一般在65～95 m，炮头的上下摆动范围一般在70°～90°、水平摆角一般在125°～150°，车的水平回转角度均为360°。在应用纵向堵截法时，炮头与着火建筑的距离与雾化角的关系如表1所示，灭火时应从上至下全面压制打击火势，同时冷却钢管脚手架，防止其局部或整体倒塌造成次生灾害。

表1 举高喷射消防车水炮使用技术参数

3.1.2 石油化工装置火灾

通过对上海“9·23”浦东新区中石化分公司炼油厂、广东惠州“7·11”大亚湾中海油惠州炼化分公司、山东东营“6·16”垦利石化总厂等火灾案例的研究分析，可以归纳出石油化工装置火灾具有：爆炸危险性大、燃烧面积大、燃烧速度快、易形成立体火灾、作战难度大、参战力量多等特点。

3.1.2.1 俯视喷射法。举高喷射消防车、大功率水罐车编成，从火场的局部战况分析：举高喷射消防车在远距离高空射水压制火势，大功率水罐车用车载炮打击火势，普通水罐车出水枪阵地和移动炮控制装置下部火势和地面流淌火；从火场全局综合分析：这是一种立体围歼战术，在四周全部布置力量，高喷炮、车载炮、移动炮从高到低层层布防，相互配合，全方位压制打击火势。

3.1.2.2 联用喷射法。举高喷射消防车扑救石化装置火灾另一项新技术，即多剂联用举高喷射。此项技术的突出特点是在臂架顶端复合炮上安装有两个独立的喷射口，使举高喷射消防车能够举高喷射水、干粉和泡沫灭火剂，起到一车多能的效果。此项技术的应用需注意以下几点：

3.1.2.2.1 远程喷射干粉。外围高压雾状水流能够降低火场风势、气流、热辐射等对干粉微粒的冲击，对干粉灭火剂起到保护作用，使干粉灭火剂射程达到60 m以上，很大程度上保证了干粉灭火剂喷射的准确性，提高灭火效率。

3.1.2.2.2 集中灭火剂快速喷射。同时将干粉灭火剂(大多是A、B、C类) 和高压雾状水流连续喷射到燃烧的固体及易燃可燃液体上方，既能充分发挥干粉灭火剂快速高效灭火的优势，又能够有效冷却燃烧表面，防止静电积聚和复燃。

3.1.2.2.3 灭火剂喷射顺序。举高喷射消防车多剂联用技术能够将干粉灭火剂的快速高效的灭火特点与水、泡沫灭火剂良好的冷却、覆盖、防静电积聚和防复燃功能结合起来，具有了复合性、连续性、远程性、举高性、高效性和智能化等特点[7]。

为了弥补干粉灭火剂缺点，干粉喷射结束后，可以连续喷射大流量的水或泡沫灭火剂，消灭余火、防止复燃，将固体、液体火灾彻底扑灭。实验证明，泡沫、干粉联用的时间间隔是当泡沫将火灾燃烧面积控制在70%以上，再同时喷射干粉灭火剂，此时的灭火效果最佳。泡沫、干粉联用的最佳灭火剂供给强度为：泡沫混合液供给强度为5 L·min-1·m-2，干粉供给强度为3 kg·min-1·m-2[8]。

3.1.3 油罐火灾

扑救油罐火灾时采取冷却措施是为了防止油罐爆炸、沸溢、喷溅或罐壁变形坍塌，同时通过冷却降低高温对泡沫的破坏，油面温度小于98 ℃时，泡沫才能达到良好的灭火效果，温度超过147 ℃时对泡沫破坏较大[9]。因此，就是要将火场温度控制在147 ℃以下才能发挥泡沫灭火剂的窒息作用，由此看来，前期利用举高喷射消防车对罐顶上方火势进行压制降温至关重要。

对于利用举高喷射消防车扑救油罐火灾，首先我们应掌握每台举高喷射消防车控制的着火区域面积，可用下式计算：

(1)

式中,A——水炮的控制面积，m2；

ql——高喷炮出口流量，L·s-1；

q——供泡沫强度，L·s-1·m-2；

β——发泡倍数。

假设喷射泡沫流量为48L·s-1，泡沫供给强度为1.0L·s-1·m-2，发泡倍数为6.25，代入式(1)可求得控火面积：

目前我国常见的拱顶罐约为500～5 000m3，浮顶罐容积约为5 000～100 000m3，我们可根据储油罐罐径的不同，估算出油罐发生火灾时的着火面积，这样就可以做到有目的的调配举高喷射消防车参与灭火作战[10]。

3.2 破拆技术

3.2.1 水力破拆

水力破拆，是考虑在建筑外部玻璃没有被破坏的情况下，内部发生阴燃或明火未突破外壳的火场，在到场力量形成足够优势需发动总攻时，可利用高喷炮的强大冲击力对玻璃幕墙进行破拆。

我国普通居民楼中常用的玻璃主要是一种单层4mm住宅玻璃，其机械破坏应力为85kPa。假设利用高喷炮对玻璃进行破拆，就需要计算出水流的冲击力。以出口流量80L·s-1，口径64mm的水炮为例计算，出口水射流速度V0，即

通过总流伯努利推导公式：

(2)

式中,P——玻璃所能承受的最大压应力，Pa；

ρ——流体密度，kg·m-3；

V——冲碎玻璃瞬间水流速度，m·s-1。

可计算出高压水流击碎玻璃时临界速度Vt，即

在不考虑风速的情况下，水射流微团只受空气阻力和重力(一般不考虑浮力和哥氏力)作用，采用空气阻力与速度平方成正比的空气阻力公式[10-13]，即

(3)

式中,F——水射流微团受到的空气阻力，N；

V——水射流速度，m·s-1；

k——空气阻力系数。

图1 水炮破拆玻璃示意图

如图1所示，我们在射流断面上取微元dx，设微元截面周长为S，微元截面面积A。由于射流在水平方向只受阻力作用，可利用牛顿第二定律公式：

(4)

(5)

已知当t=0时，V=V0，将等式两边进行积分，得：

(6)

将ρ=1 000 kg·m-3、A=0.003 2 m2、S=0.2 m、k=0.3、V0=25 m·s-1代入，得：

(7)

(8)

当Vt=13 m·s-1时，代入式(8)可求得：x≈33.5 m，即：若想利用此种型号的高喷炮将玻璃击碎，水炮距玻璃最远不得超过33.5m。

根据不同型号的高喷炮和所需破拆的玻璃，我们可求出相应的出口射流速度和玻璃的机械破坏应力，用以上方法进而可计算出水力破拆时水炮距目标的最远距离，便于指挥员掌握车辆停靠位置，为灭火作战提供技术支持。

3.2.2 机械破拆

机械破拆，是考虑在举高喷射消防车小臂的顶端安装一种可弹射的破坏箭，以液压缸为驱动力，分设四个油缸，分别控制压缩弹簧、旋转破坏箭、控制破拆动作和锁止破坏箭动作，用以破坏掉高层建筑的玻璃窗、涂灰泥墙和胶合板等，使灭火剂打进建筑内部进行灭火。

破拆器应在举高喷射消防车上的安全工作范围内工作，并使破拆器与破拆对象间距保持在450mm～650mm，破坏箭要正对破拆对象。破拆前，应使整车处于正常工作状态，旋转消防炮，使水炮朝向臂的上方或下方，防止作业时水炮和破拆箭相互干涉，在满足破拆间距的前提下，使破坏箭与破拆对象保持一定间隔，以保证破拆效果，该破拆装置只用于破拆易碎的玻璃幕墙(原则上要求玻璃厚度不应超过12mm)和胶合板等，不得向坚硬物体发射，要避免破坏箭对人，车辆行驶过程中应锁止破坏箭[12]。

3.3 排烟技术

在建筑火灾中烟气对被困人员威胁大，破拆排烟是建筑火灾中常用的战术方法之一。举高喷射消防车由于其水炮具有雾化喷射的功能，因此在火场中可用于对举高高度范围内的建筑进行排烟。

3.3.1 控制雾化角度和流量。举高喷射消防车水炮的高压喷雾排烟效果要好于开花水雾，高压水雾可以极大地增加与颗粒、粉尘等有害物质接触的水膜表面积，充分吸附有害物质颗粒，使其凝聚、增重进而沉降。利用这一特点可以对有人员受困的窗口进行喷雾排烟，为被困人员创造生存条件。

3.3.2 选择合适的排烟口。在利用举高喷射消防车的喷雾进行排烟时要考虑火场整体排烟战术，在确定好排烟口和排烟路径后，可以利用举高喷射消防车喷雾对建筑中的部分排烟窗口进行喷雾防烟以促进整体排烟效果。在未确定排烟口和排烟路径时不能盲目破拆进行喷雾排烟。

4 结论

本文通过对举高喷射消防车主要结构和技术性能的分析，利用力学原理对举高喷射消防车破拆技术进行理论计算，结合消防部队灭火作战实际，得到以下结论：

4.1 根据举高喷射消防车在灭火作战中的实际应用情况，提出举高喷射消防车在不同类型火场的应用条件和举高喷射消防车的作业限制条件。

4.2 发现了举高喷射消防车在不同火场时的灭火方法：高层建筑火灾，应选用平行堵截法或纵向堵截法；石油化工装置火灾，要充分发挥举高喷射消防车高度优势，采取俯视喷射法和多剂联用喷射的立体围歼战术；利用炮口流量计算单车的控制面积，合理调派车辆。

4.3 利用力学原理拓展不同型号高喷炮对不同质地玻璃进行水力破拆时的计算公式，并计算出了流量80L·s-1，口径64mm的水炮破拆玻璃时的最远距离为33.5m。

4.4 根据不同举高喷射消防车的结构性能，分析总结了利用举高喷射消防车进行机械破拆和排烟的关键技术。

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(责任编辑 陈 华)

A Research on Fire-fighting Techniques for Aerial Tower

JIANG Lian-rui1, HUANG Long-kai2, CAO Liu3, LIU Jing1

(1.DepartmentofFireCommanding,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China;2.ShenyangMunicipalFireBrigade,LiaoningProvince110021,China;3.QujingMunicipalFireBrigade,YunnanProvince655000,China)

With the wide application of an aerial tower in all types of fires, the applicable research of high spray fire trucks is of an importance. This paper, starting with the structure of an aerial tower truck, summarizes the technical performance of an aerial tower in fire operation based on the analysis of present situation. By using the method of a theoretical calculation, the paper also explores the application technology of an aerial tower on fire fighting, the smoke extraction, the forcible entry and reconnaissance etc., which has practical significance on the fire fighting operation with an aerial tower.

fire; fire equipment; aerial tower; fire fighting; application

2015-03-12

姜连瑞(1963— )，男，吉林榆树人，教授； 黄龙凯(1989— )，男，辽宁沈阳人； 曹鏐(1989— )，男，云南昆明人； 刘静(1978— )，女，辽宁沈阳人，副教授。

TU998.131

A

1008-2077(2015)04-0032-05