绳索救援中主保及地锚系统特定状态的安全分析

摘要：主保系统一直都是最流行的双绳救援系统，而地锚系统是其他系统的末端。采用地锚系统连接主保系统是针对用于河滩、沼泽等山水交界泥地救援的常见手段。不管是单纯的绳索救援还是水域救援中引导舟艇，在该方法中，保护系统的形态决定了系统的安全与否。文章就一种采用埋地式锚固系统搭配挤压式止坠器（EN353-2標准）做保护的特殊情况指出其致命隐患。

关键词：绳索救援;主保系统;地锚系统;隐患

1  主保系统

主保系统也叫主备系统，是最常见的一种双绳系统（图1）形式，它由一根主绳和一根保护绳构成[1]。其主绳受力，保护绳根据情况可能受力，但会尽量保持紧张或略受力状态防止主绳突然断裂产生冲坠。这种系统发展至今有两种主要形式：平台操作和末端操作。平台操作就是绳索的上下由系统一端的操作手来控制，保护绳上也有一个止坠器，朝向末端设置。由操作手在救援中适时调整，确保止坠器时刻处于最佳工况。末端操作就是平台上只是1个单一的锚固系统，所有操作都在先锋身上，止坠器连接先锋或担架，朝向平台设置，跟挂接救援是一个道理。

2  地锚系统

地锚系统诞生于大航海时代，是一种利用插入土地的锚桩来做固定点，将绳索捆绑在上面，末端连接船体的工具。

2.1  类别

国内外消防救援机构主要使用两类地锚：一类是传统地锚系统（图2），也叫“斜桩锚”。

它利用“三长两短”或“三长”（图3）将5或3根锚钎以60°左右打入地面，然后收紧锚钎至相互产生均等张力，再在末端设置扁带形成锚点。之所以存在“传统”和“传统改”两种形态，实际上就是一个是用2根短锚钎在2根长锚钎间旋转、拧紧，再把短锚钎打入地面固定，而另一个则直接利用收紧扁带或成套系统（如JAG）进行收紧。二者器材略有差异，但效果完全相同。“传统改”的设置速度要快一些，缺点是制作成本高，这是由于成套系统本身昂贵;第二类是埋入式地锚，即锚钎埋进泥土，仅露出头，通常3根一组形成系统。这种地锚是2020年绳命国际绳索救援技术大赛后针对山岳救援推出的新器材，目前仅中美两国消防少量配备。

美国的埋入式地锚也叫“赫利地锚”（图4），由华盛顿特区消防局消防员赫利发明，加州山地公司于2021年购买了其专利并量产。

中国的埋入式地锚为“Titan-Ti埋入式地锚系统”（图5），由HX救援科技研发，在2020年的绳命国际绳索救援技术邀请赛前进行了展示。

该地锚系统的优势在于只要满足末端形成挂点，绳结的形式、绳索的穿绕方式、钢钎的间距、绳索的长短均可由救援人员自定，灵活性较强[2]。

2.2  应用领域

尽管在工业、城市、森林等户外环境的高空山地救援中，地锚应用较少，但在河滩、冰川（高山）、沙丘等现场难以找到结实树干、岩石或类似大西北的风干树木等无法承重的苛刻环境中，地锚仍是山地救援的重要组成部分。按照“两点论”：单一的地锚并不能直接用于救援，因此必须采用多根，即成组方式搭建，也就是“地锚系统”。本文通过测试并对比两种主流地锚系统的相关参数，向消防救援队伍、社会应急救援力量和承担应急救援任务的人员提供技术参考。

2.3  优缺点

这里笔者以伦敦警局的测试数据为基础，系统性介绍传统两类地锚系统的特点。之前介绍过传统型地锚系统的一般形态（图2）。该系统最早在2014年首届全国消防高空山地水域救援技术研讨班上作为重庆消防总队的教学项目进行过展示，全程耗时40分钟，在设置时间上，传统改优势明显[3]。但无论是哪种形态，锚钎与地面的角度和锚钎间的张力仍是影响锚固系统的关键。如我们把3根较长的锚钎分别命名为ABC，若AB均为60°而C为80°，当锚钎受力后（设A为综合点），则C与AB将受力不均。又如，ABC的打击角度相同，但第二步收紧时却出现AB或BC张力不同，则也会出现刚才的情形，即ABC受力不均，影响系统强度。导致这个结果的根源就是AB与BC间采用了两次操作，因此误差无法避免，甚至可能出现在AB制作完后，由于BC和AB的误差较大，不得不拔出BC重新制作的极端情形，其原因仍是张力的调节非常考验操作人员的经验和手法，这对于普通消防员来说也是很大的挑战[4]。鉴于此，美国消防员赫利改良了这种模式，以垂直打入的方式设计出赫利地锚，它将3根相同的钢钎打入预制孔板中，各孔打入1根，不考虑角度，全程设置时间约为4min，效率极高。尽管如此，传统改和赫利地锚仍采用生铁或钢制，均未能从材质和操作人数上取得突破，二者均超过20公斤且需要双人配合。最后是HX地锚。通过实测（图5），单人完成1组“三角站”，即：锚钎成60°～80°打入，后穿绳索成环，末端以卷结调节长度，然后两两拉出制作三股单结成3个挂点，共耗时9min。该数据比传统改地锚快，虽低于赫利地锚，但其毛重不到5公斤，仅需单人操作且设置长短两种规格，适应60和90公分两种深度，从土壤适应性、自重和操作人数上相对于欧美同类器材优势明显。实战中，如向上救援，单个操作手可独立设置地锚，等于首次接触伤员时可采取双先锋战术，在后期伤员的固定和拉升阶段优势很大。

3  上述两种系统在消防救援队伍的应用情况

2013年首届全国消防部队高空山地救援技术研讨会之后，从消防救援队伍在训练和实战中的情况来看：担负山岳救援任务较多的消防救援站和社会应急救援队基本摒弃使用传统地锚，这是由于自制的传统地锚在材料工艺和操作技术上均落后，无法满足操作端实战设置要求;大多数消防站虽未配备埋入式地锚，但通过近几次绳命国际山地救援大赛的影响，基本认可埋入式地锚系统的实战水平。综上所述，未来使用埋入式地锚系统加主保系统将成为一种常见绳索救援搭配手段。

4  特定状态下的致命隐患

本文以四个问题来诠释所谓的“特殊情况”及其致命隐患点。

4.1  “无防慌乱功能下降器”

用于救援的下降器具备两大特点：一是满足“突然死亡原则”，也就是救援过程中的任一时刻，当所有的救援人员的双手脱离绳索救援系统的任一部位，现场救援、被困人员均处于“安全状态”。可以理解为，不管是拉升还是下降过程中，救援人员双手脱离了所操作的下降器或上升器，被困人员或救援人员均无危险，即“自动制停功能”;第二个是“防慌乱功能”。它主要针对下降器，是指在任何时刻，操作下降器的救援人员因某个原因误将下降器拉至下降狀态的极限，下降器将自动锁死，防止高速下降或坠落。那么“无防慌乱功能下降器”就是指不具备这个锁死功能的下降器，比如RIG、LOV系列、GRIGRI等。在受力状态下，这类下降器的操作手柄拉到底会出现一直下降直至坠地或滑脱下降器的风险（图6）。

4.2  “无防慌乱功能下降器”推行的原因

这要追溯到欧美标准的认识差异。和美标1983不同，欧标在绳索救援、工业、运动器材方面没有严格的界限，也就是任何器材，只要满足相关“标准”，即可用于救援。那至于这个所谓的标准是运动还是救援或是工业，这个需要用户依靠自身需求去界定。等于说欧标给予用户的是建议，其选择权在用户自身，当然，承担相应的风险也在用户自身。美标1983则不存在所谓运动标准，因为名字“消防救援用绳索救援器材标准”决定它的框架内只允许存在“救援类”标准。至于美标体系中的运动标准则是UIAA、职业健康规定、标准化委员会等通用标准相关内容，只要是1983框架内出现的，必然是救援类标准。绝大多数绳索救援，尤其是轻型的绳索（器材）都是欧标体系。在这一体系中，既然“标准”没有严格禁止某些“易出错”的器材参与救援，那么自然会存在这样的市场需求，因而“无防慌乱功能下降器”在救援现场属“合法器材”。

4.3 ; “无防慌乱功能下降器”的优势

笔者并不推荐使用这类下降器，因为在实战当中，即便是经验丰富的救援人员也容易受到干扰或出现慌乱，慌乱本身作为人的一种固有属性，其产生具备不确定性。但近年来很多救援人员习惯使用这类下降器大致有两个原因：一是轻巧，便于携带、操作;二是随着绳索类救援赛事在全球消防救援界的推广，这类器材在速攀项目中优势极大，深受消防救援人员喜欢。在2019年消防局在绍兴市举办的国际消防救援业务赛事中，我国消防员凭借一对无防慌乱功能下降器在50m速攀赛中夺魁。

4.4  美标对“无防慌乱功能下降器”的规定

本文所指的美标就是NFPA1983标准。早期的1983标准和欧标差异很大，随着近年来欧标器材通过各类竞赛宣传的影响，后期的1983也参考、修订了相关内容，比如在最新版的NFPA1983中对逃生型下降器以800公斤力作为静态拉力标准，这一数值与EN15151相同，不难看出，1983也在逐步适应工业类器材，在其第8章中规定了各种下降器的测试细则。以17版的1983标准在8.6.8中对下降器的下滑测试描述为例，该方法的最低静态测试强度为500公斤力，按25mm/min的速率进行拉伸，即一头固定在锚点上，另一头也就是器材端（操作杆已锁死）被强制向相反方向缓慢拉伸约30s，然后在1min内拉力降低至0。与之对应的有多个欧标，其中EN15151较为接近，虽然二者在该项的测试力度不同，比如15151用的是200公斤力，较1983则小很多。而15151通过80公斤力在坠落系数为1.2的前提下来测试下降器的动态滑动，1983却没有这样的测试方法，即只通过大负荷的静态拉升代替了动态拉升，二者的差异属于典型的思维方式的差异，并非物理学的差异。可以这样理解，1983习惯用较大的强度来确保器材的安全性，也就是“硬碰硬”，而欧标则以合适的强度搭配人体能接受的能量反馈来确保器材的安全性，也就是“吸能缓冲”，并不能说二者谁差谁好，这只是一种意识形态的差异，或者说欧美绳索救援文化的差异[5]。综上所述，美标不仅对防慌乱与否未作要求，甚至对工业领域和绝大多数绳索救援体系强制要求的“自动制停功能”都未作要求。这一点，欧标更详尽一些，比如上面提及的15151标准的第6类就描述了一种可用于救援但却没有防慌乱功能的下降器，而该标准的第8类则描述了具备防慌乱功能的下降器。另一层原因是美标本来就是无防慌乱功能下降器的创始，直至今日，绝大多数美国消防站都仍用这类下降器，很多传统美式绳索救援器材结构简单、设计粗犷皮实，本身连自动制停都不具备，全靠大量运用抓结实现制动等功能，更不要说防慌乱功能。

4.5  “无防慌乱功能下降器”存在的隐患

事实上，本文并不指责这类下降器存在问题，但无防慌乱功能下降器也并不像想象中的那么完美，主要问题仍是在特定状态下的安全性。

（1）特定状态

通过实测，我们找到所谓的“特定状态”：埋入式锚固系统端操作下放和保护、保护绳在末端连接先锋及担架且保护绳采用的是挤压式止坠器（图7）。在此状态下，本文以实测进行了一次建模：通过设置一组PF（坠落物重量）分别在20、40、60Kgf时，止坠器（以短绳代替吸收势能带后，通过抓绳器“咬死”绳索视为吸收势能带工作）的工作状态。测试速度为2m/s，也就是EN12841C对下降器下降速度的最大测试值。

（2）致命隐患

在上述速度下，挤压式止坠器在主、保护绳间隔1米时并未启动，仅在4～50cm的范围内启动。当下降速度在2m/s以内时，按这个速度坠到地面毫无疑问对先锋或伤员都是致命的，尤其是伤员。这是由于止坠器的形式决定了安全。谈到止坠器这种常见器材不得不提及早起的一种“挤压式止坠器”。它是通过坠落时，由于重力作用致使抓绳器与保护绳垂直，将绳索挤压从而停止下滑。这种原理类似早期大多数不依靠“反齿”的抓绳器。虽有很多不同厂家生产的款型，但结构、使用方法、工作原理基本一致，都是在抓绳器被拉至“垂直状态”时，也就是发生坠落时，内部的2块受力金属块将绳索挤压为“Z字状”，从而防止其继续滑动。

5  原因分析

无论是“平台操作”还是“末端操作”，也无论主、保护绳之间的距离和角度，一旦主绳任意点断裂，根据地心引力，重物都会迅速倒向保护绳一侧并使之受力，此时系统一端位于保护绳上的止坠器自然会抓緊、分段释放。但有一种情况，即主绳未断裂而出现迅速坠落状态，此时，主、保护绳之间的距离和角度会有一定变化，比如吸收势能带被拉紧但未展开、先锋保护绳之间的角度变小等。在此过程中，吸收势能带可能在速度和角度的高速变化中形成一种动态平衡，正是这种动态平衡，让挤压式止坠器产生了“致命坠落”，它既使止坠器不会展开，又让先锋的下滑速度达到一个危险值（比如接近EN12841C的测试速度2m/s）。这个值可能在短距离即便坠地也无法对先锋造成致命伤，但对伤员则完全不同。如果伤员是悬挂状态（图8），可能仅仅是受伤。但如果伤员躺进担架，则这个速度足以致命，因为埋地式锚固系统的晃动程度很高，主、保护绳之间的距离很难把控。所以很多时候，习惯了飞轮式止坠器的消防救援人员往往忽略了挤压式止坠器在很多普通消防站和专职消防队仍大量存在且将其作为保护绳的必用器材。正是这种形式造成了上述致命隐患的出现。

本文基于绳索救援行动中最为常见的双绳系统，即“主保系统”和近年来产生于水域救援的埋入式锚固系统的基础形态，对锚固系统的稳定性和主保系统中保护绳的制动原理进行分析。通过简易的建模和赋特殊值，分析出保护绳末端在采用早期挤压式止坠器可能在无防慌乱下降器和锚固系统的共同作用下出现致命冲坠隐患的结论。该结论同时表明了双绳救援系统中的主绳和保护绳在采用不同端操作亦出现安全隐患的情况，供消防救援队伍在绳索救援训练和实战中参考、改进。

参考文献：

[1]陈禹，刘伟，林静.双绳系统在我国消防绳索救援技术中的基本应用[J].2015年度灭火与应急救援技术学术研讨会，2015.

[2]杨汝彬.消防绳索救援技术中的绳结应用研究[J].消防技术与产品信息，2018（10）：63-68.

[3]林静，刘伟，钟涛.快速建模在消防战训工作中的综合应用[J].2017年度灭火与应急救援技术学术研讨会论文集，631-633.

[4]钟涛，林静.利用能量守恒定律解决倍力拉升角度问题[J].今日消防，2021（06）：42-43.

[5]林静.关于开展欧美高空和山地救援技术培训的启示[J].消防技术与产品信息，2018（04）：85-88.

Analysis of safety on MB system

based on picket anchor for rope rescue

Lin Jing

（Fire Dept of Chongqing city，Chongqing 400000）

Abstract：MB system’s been boxed-office with rescuers as one of the TTRS clan.Some are based on Underground picket anchor system that has been often applied for rope rescue or guiding a rubber during a swift rescue.This paper mainly discusses a special and fetal problem could occur when using a belay device that’s sanctioned by EN 353 -2.

Keywords：rope rescue;main and belay;picket anchor system;fetal problem