森林草原防火灭火装备研究进展

张文文，王秋华，2*，闫想想，龙腾腾，2

(1.西南林业大学土木工程学院，云南 昆明 650224；2.云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 650224)

我国森林草原资源在平原、浅山和深山等广阔区域均有分布，各地经济、社会以及自然环境条件参差不齐，在当前气候条件日趋恶劣的情况下，森林草原防火任务相当艰巨[1]。近年来，我国森林草原防火灭火虽然取得了显著成就，积累了丰富的经验，火灾综合防控能力得到了大幅度提升，但森林草原防火灭火设备的现有水平与现代科技发展和保护生态建设的总体要求还很不相符[2]。森林草原防火灭火装备是森林火灾预防、扑救、处理各项活动的基础资源，是森林草原火灾应急处置的物质保障。当前，了解并解决好森林草原防火灭火装备的专业化建设问题，是提升我国森林草原火灾综合防控能力的关键所在[3]。

1 国内外森林草原防火灭火装备现状

目前，世界各国都研制出了大量的森林草原防火灭火装备。这些装备种类繁多，功能各异，在森林草原防火灭火中发挥了重要的作用[4]。

1.1 预防装备类

新形势下森林草原火灾的预防必须采用现代化的技术手段实施监测[5]。目前探测根部火焰的方式是红外探测，该方式可以探测出本地的温度升高。雷电预警仪可探测周围电场环境，探测范围广，可针对易发生雷电火的区域进行重点检测，提前采取措施，出现情况及时处理。雷电预警仪还可以采用传输装置进行预警通讯，并远程监控，对森林草原防火有很大的提示作用。随着技术的革新，无人机设备广泛用于火灾的监测，具备完美操控、高清图传、高可靠性等良好的性能特征。火场切割设备可通过设置森林草原火场隔离带来预防森林草原火灾的发生、发展与蔓延，其包括油锯、切割机、割灌机、高枝锯、砍刀等装备。

预防装备系列中的大中型装备在森林草原防火中扮演着重要的角色。由于卫星仍有14%误差，因此大型固定翼飞机被用于监测森林草原火灾，飞机可自备6.1 t水进行空中灭火，可在水面滑行过程中加水，被森林草原部门广泛使用。灌木杂草容易燃烧，火大部分从地面蔓延，所以切断地表火是防止森林草原火继续扩大的关键，开沟机、挖掘机、推土机等大型装备可通过开设隔离带切断地表火，抑制火灾的发展与蔓延[6]。开设的防火隔离带也可作为消灭火灾的控制线，还可作为交通道路，便于林内巡逻和扑救火灾，边境火隔离带可阻止境外火入侵[7]。

1.2 扑救装备类

国外非常重视便携式防灭火装备的研制、生产及使用，产品多数都已配套，且工艺先进、坚固耐用、安全性高。我国常用的有二号、三号、四号灭火工具，灭火水枪，风力灭火机，风水灭火机，灭火炮，点火器及大中型扑救装备系列等。

二号、三号、四号灭火工具：该工具是指由手柄和拍头组成的扑火工具，是从树枝扑火的原理演化而来，是扑打地面火的有效工具，在林区被广泛使用，具有携带方便、扑火效果好等特点。其手柄、拍头可采用不同材质，手柄材质大多采用木棍和镀锌钢板，结实耐用；拍头材质大多采用橡胶和钢丝，其中钢丝拍头拍打沉着有利，可翻起地表的枯枝，安全性好、弹力强、耐高温。

灭火水枪：灭火水枪多采用背负式，以水为灭火介质，也可以在水中加入水成膜发泡剂和阻燃剂[8]。背负式灭火水枪灭火效率高，水渍损失少，体积小、机动灵活，既适合单兵作战，又适合联合作战，适合于各种火灾扑救[9]。

风力灭火机：1987年“5·6”大火之后，风力灭火机逐渐成为我国扑救森林草原火灾十分重要的灭火装备，也是专业灭火队伍配备的主要灭火装备之一，具有良好的灭火效果，实现了“打早、打小、打了”。目前森林草原灭火便携式机械仍然以风力灭火机为主[10]。

风水灭火机：风水灭火机又称轻便式风水灭火机，是一种轻便、灵活、高效率的小型灭火机具。具有风量大、风速高、手把振动小、噪声低、零件通用性好、水袋背负舒适且对灭火队员有降温效果等特点。主要用于扑救各类森林草原地表火、灌木火以及火场清理工作[11]。

灭火炮系列：灭火炮是当今消防工作中扑救小型森林火灾最有效的设备[12]。通过远距离发射灭火弹，可避免消防人员近距离接触火场，减少人员的伤亡，同时携带方便，便于消防人员快速移动，在第一时间做出快速响应[13]。此外，火箭炮、迫击炮以及机载灭火导弹也广泛用于森林草原灭火，是一批设计创新、远程投放、高效灭火、安全可靠、品质精良的新型森林草原灭火装备[14]。

点火器：点火器是最简单有效的灭火工具之一[15]，在点燃隔离带、以火灭火、点火自救等方面发挥巨大作用。

(高压)细水雾灭火机：细水雾灭火机具有喷水和吸水功能，配有可调节的多功能喷枪，可以根据火势情况实现大雾化、中雾化、大支流和扇形喷洒，是火场残余火清理的得力助手[16]。

大中型扑救装备系列：该装备在森林草原防火中占有重要地位，如CL-215 /CL-415是加拿大戴尔公司(1986年改组为庞巴迪公司)专门为森林草原防火研制的两栖飞机，其具备快速出击和灭火剂运载能力；通信设备具有极佳的调遣可靠性；续航时间可达4 h，自主性强；对飞行基地要求不高，适应能力强；保养要求低；灭火效率高[17]。双水獭飞机可满足水上、雪上等多种起降方式，在森林草原灭火领域发挥了重要作用，是一款广受市场认可的水陆两栖飞机，其设计和制造工艺都十分成熟。近年来我国航空灭火能力不断提高，大中型航空飞机不断被投入到森林草原火灾扑救中，中国自主研制的大型水陆两栖飞机—“鲲龙”AG600 不仅可以用于水上救援还可以满足森林草原灭火，最大起飞重量可达53.5 t，可在水源与火场之间多次往返投水灭火，一次汲水可达12 t，可在距离树梢30～50 m高度处进行投水，单次投水救火可覆盖20 m×200 m的面积，对火场进行有效扑救。此外，AG600还具有航程远、续航时间长、抗风能力强等特点[18]。

1.3 通信装备类

在森林草原防火灭火工作中，通信是不可或缺的环节。发生森林草原火灾时，及时组织火场通信网，及时沟通火场同各级指挥部的联系，以及及时传送火场动态信息和传达各级领导的指挥决策信息等，这些是顺利组织扑救行动的关键环节[19]。主要有无线通信和有线通信两种基本通信方式，通信装备有GPS定位仪、对讲机、电台、对讲耳麦、喊话器、卫星通信车等[20]。有线装备与无线装备互为补充，为火场通信创造了有利条件。森林防火无线通信系统主要利用短波通信和超短波通信。此外，还有数字传真通信、海事卫星通信、计算机通信等，可在偏远的原始林区(无公网，基站少)发挥作用[21]。

1.4 水陆空移动装备类

水陆空移动类装备即交通运输类装备可大致分为三类：水陆两用类、陆路移动类、空中飞行类。水陆两用类森林草原消防系列包括水陆两栖冲锋舟、两栖打捞船、水陆两栖飞机、水陆两栖摩托艇等，这些设备可在小径、越野、湿地、水上行驶。陆路移动类装备满足森林、草原全地形通过需要的巡逻、运输、灭火装备车辆，其包括消防水罐车、消防摩托车、森林草原消防车、轻型坦克改装的防火车、全地形消防车、骡马车、拖拉机等。

空中飞行类，即各不同类型的飞机。其中，直升机外吊是直升机运输的一大功能，多用于应急抢险、人员撤离和物资运输。在森林草原灭火中的主要形式有直升机佩挂吊桶、直升机自带浮桶等。直升机吊桶是在直升机外侧挂上盛满水的吊桶，将水从高空抛洒到火线上。此措施在我国西南林区使用较为广泛，实践证明效果良好[22]。吊桶灭火不仅能够快速扑灭初始时期以及火势较小的灾情，也可利用它独特的高空优势，在短时间内控制住火头。直升机自带浮桶技术较为先进，能自吸加满水，同时可拌合灭火剂(泡沫剂)[23]。

1.5 个人防护装备类

科学合理的个人防护装备是顺利完成灭火救援任务的重要保障措施，是保护救援人员和被困人员人身安全的重要方法措施[24]。防护装备主要包括森林草原消防头盔、消防阻燃服装、消防手套、防火鞋、消防阻燃帐篷、消防阻燃睡袋、火场救生面罩、石棉被等。消防头盔采用高温进口塑料盔体，披肩阻燃铝箔，具有轻便、抗冲击性好、防尘、防火星、耐热性好、侧向刚性强等优良性能[25]。消防阻燃服装可分为森林防火服和森林扑火服[26]，防火服大多采用纤维含量100%的芳纶作为布料，具有永久阻燃性，不怕水洗[27]；能保持较高的强度(撕破强度)，穿着舒适，水洗方便[28]。森林消防手套一般由外层、防水层、隔热层、舒适层四部分组成，具有阻燃隔热、耐磨防水、防辐射热、高强力等特性，可在灭火时对手、手腕进行防护，防止划伤、烫伤[29]。防火鞋具有防尘、防滑、防割、防水、防扎、阻燃等特性，同时穿着轻便舒适、美观，适合野外灭火实战。

消防阻燃帐篷面料在生产和开发中需要满足优异的耐用性、环保安全性、阻燃性以及多功能性等诸多要求[30-31]。消防阻燃睡袋的结构其实就是各种材料按照一定的结构方式组合到一起，在设计细节上由内而外分成包装层、外带层、隔间层和内袋层，每一层都具有舒适耐用性和阻燃性，体现了人性化和地域化[32]。火场救生面罩采用透气、阻燃、耐辐射、耐热材料制作而成，实现灭火救援行动的安全性[33]。石棉被是用石棉作为原材料经过特殊工艺处理加工而成，具有紧密的组织结构和耐高温性，能很好地阻止燃烧或隔离燃烧。

2 国内外森林草原防火灭火装备发展趋势

2.1 机械装备类

专用森林草原航空灭火飞机研究[34]；森林草原消防车、多功能作战车研究[35]；森林消防无人机研究[36]；大、中、小型林地清理设备、开带机、粉碎机研究；机组型防火犁、防火重耙、防火隔离带开设等的机械装备研究；实现林地清理、割灌的林地清林割灌装备的研究。

2.2 信息技术类

融合林学、气象学、数学、物理学和计算机等领域的森林火险预测预报技术研究；更加先进的林草火监测技术，包括地面巡逻、空中巡视和卫星监测遥感技术研究[37]；不同层级信息化、数字化的森林防火综合管理系统平台研究[38]；基于卫星、短波、微波技术等的森林消防通信装备研究；基于卫星、遥感技术的空中、地面探火仪设备研究；自动消雷器、探雷器、闪电自动探测器研究；全国卫星林火监测网络建设研究[39]；微机辅助决策系统、GIS森林资源地理信息系统和GPS全球定位系统研究[40]。

2.3 灭火剂类

目前森林草原灭火常用的各种措施，尤以航空化学剂灭火法效果最好，使用率最高[41]。目前常用的灭火剂以强化水、黏性水以及阻燃剂为主要构成要素[42]。它们遇水溶解且物理及化学性质会发生变化，进而达到灭火的目的。为了灭火剂更好地为森林草原消防服务，国内外正在对低成本、高效率、无污染的化学灭火剂进行研究[43]。

2.4 个人装备类

个人防护装备是消防员在进行森林草原火灾扑救及抢险救援时必须穿戴和使用的防护装备，是消防员灭火救援行动中不可缺少的重要组成部分[44]。个人安全防护装备研究包括消防服、头盔、手套、消防鞋、面罩、头套等[45]，通过利用新技术、新材料、新工艺等使个人防护装备更好地服务于消防官兵，保障他们的人身安全。

3 森林草原防火灭火装备的防火技战术应用及存在的问题

3.1 森林草原防火灭火装备在防火技战术中的应用

灭火技战术是指采取最合理、最有效的方法组织与实施灭火工作，同时正确使用各种灭火机具，充分发挥各种扑火力量的战斗能力，达到灭火的预期目的[46]。森林草地火变化是动态的，这就需要每一名扑火指挥官兵根据火场实际情况、火场态势正确使用火场技战术。一些先进国家的防火技战术包括：一是运用飞机化学灭火和吊桶以水灭火；二是运用器械开设防火隔离带和营造防火林带；三是依靠发达的交通网采取海陆空配合联合作战[47]。我国森林草原灭火大多采用“人海战术”，特别是南方许多偏僻的林草区仍旧依靠砍刀、锹镐、树条等简陋工具进行灭火。在北方林区及重点火险区主要采用风力灭火、以水灭火、爆炸灭火(索状炸药)、机降灭火、以火攻火、隔离带灭火等手段。

现阶段森林草原灭火技战术多采用多种工具装备的组合，空中采用灭火飞机、直升机直接喷洒灭火剂或水灭火，在地面上以机动泵、人力风水灭火机、索状炸药开设防火带，地面与空中灭火相结合[48]。通过采用装备组合技战术可实现同时直接或间接灭火，灭火效率大大提高。

3.2 森林草原防火灭火装备在防火技战术应用中存在的问题

装备市场经营不规范，使得产品创优的积极性降低；市场监察职责模糊，以次充好、以假乱真、偷工减料、持证造假等不良现象常有发生。质量差的装备得不到有效的约束与处罚，质量优的装备得不到帮扶与广泛的推广应用，导致森林草原防灭火装备产业得不到高效发展和不断升级。

装备企业大多都是中、小型，普遍资金短缺，设备简陋，整体布局分散，形成不了产业规模，发挥不了产业优势。自主研发具有较高技术含量的防灭火设备占据的市场份额较小，品牌影响力小，并且在价格上受低劣产品打压。最突出的问题是得不到各级政府重视，也享受不到政府优惠政策，企业发展受限。

装备标准建设不齐全。评审认证机构认定能力差，许多企业伺机进入行业，造成市场混乱，产品灭火效率低、质量差，恶意打压价格，知识产权得不到有效保护，制约了防灭火设备的高质量发展。

产品研发技术人员缺乏实战经验。生产企业防灭火一线调研少，开发的产品往往脱离实际工作所需，实用性差，不符合消防规范要求。表面看似高精科技，实际灭火效率低下。目前，各级防灭火指挥员及消防部门决策者培训少，经验不足，难以选购高效率的防灭火设备，加之听信企业销售人员的产品介绍，被错误导向所迷惑[49]，导致灭火效率低、难操作的防灭火设备进入防灭火一线。

国内对森林草原防火灭火设备相关的研究发展较晚。目前，教学研究单位少，专业人才稀缺，相关研究所处的学科比较混乱，地位也不明确，开展不了学科建设，产学研用相互脱节，形不成合力，严重制约产品的创新发展[50]。

装备产品结构组成不合理[51]。设备滞后于经济发展，缺乏科技创新。目前国内森林草原防灭火装备市场产品同质化现象严重，中高档设备大多靠进口或为国外某些知名品牌代加工，鲜有国内企业能生产出技术含量较高的顶端防灭火装备。

4 未来森林草原防火灭火装备的研究重点

近年来，森林草原火灾频发，防灭火行业面临着严峻的挑战，消防队员所承担的消防救援任务越来越复杂和繁重。防灭火装备的合理配备对消防工作有着重要影响，种类和数量都有一定的限制，如何更好地配置基层单位，最大限度地发挥基层单位的优势，是一个优化问题[52-53]。森林草原消防车是典型的消防装备，反映了消防能力[54]。利用火灾财产损失定量关系模型，可定性分析消防车对火灾风险的影响，为消防部门制定消防设备规划和编制准备方案提供依据[55]。未来需要提高装备性能，减轻装备质量。

由于气候的不断变化，尤其是变暖趋势日益明显，使得森林草原火灾时有发生，因此需要制定科学、实用、能用的防火灭火装备标准和规范[56]，研究开发现代化防灭火装备产品。政府要加大资金投入、优惠帮扶政策鼓励相关企业研发具有自主知识产权的创新创优产品；科研开发要立足国际森林草原消防技术发展的前沿，引进国际消防装备的技术、理念，在此基础上创新发展[57]。企业科研生产要遵循实际情况，了解市场与需求，研发出安全可靠、实用耐用的产品，从而赢得市场，最终彻底改变我国消防装备技术水平落后于其他国家，实用装备又落后于国内其他行业的尴尬局面。

鼓励资源整合，打造航母级大型企业。国家应鼓励并给予优惠政策加大企业间的重组与兼并力度，为有潜质的企业提供资金及引导，打造森林草原消防装备航母企业[58]。规划开发消防防护类装备科技产业园区并给予优惠配套政策。政府应吸纳资金、人才和技术，为有潜质的企业提供一个可发展的综合平台[59]。

完善法律法规，实行产品准入机制，使森林草原防灭火装备市场规范化。政府要加大市场监察与监管力度，严格执行法律法规[60]。既要惩罚只注重产品价格而忽视其质量，以次充好、以假乱真的企业，也要严惩不顾质量、一味追求低廉价格的用户，双向并罚，予以严厉打击，并追究其法律责任。抬高准入门槛，采取备案形式，加强审批制度，对经营消防装备的流通企业实施质量监察与监控，严把质量关，促进产业发展与优化升级。