浅谈地震救援实训设施设计

肖建峰 黄闻

摘要：通过对地震后不同受损建筑物的震害特征以及受损建筑物生存空间分布等情况进行分析，从实战实训的角度出发，提出地震救援实训设施的设计原则和功能需求，为地震实训设施设计与建设提供思路。

关键词：实训设施； 震害特征； 生存空间； 设计原则

中图分类号：P315.9文献标志码：A

0引言

我国地震灾害具备频度高、强度大、震源浅、散布广的特点。据不完全统计资料，20世纪初以来，由地震而导致重大伤亡造成的死亡人口约占到各类自然灾害死亡总人数的二分之一，而地震灾害中超过80%的伤亡和财物经济损失多因建（构）筑物坍塌、破坏所造成的［1］。近年来，应急管理部消防救援局分别在辽宁沈阳、浙江绍兴、重庆市、新疆乌鲁木齐在内的四个国家陆搜基地都投资建设了大型地震模拟实训设施，各省、市的消防队伍也相继建设了不少地震实训基地，但受当前地震实训设施无设计标准、无相关科研数据支撑等因素限制，目前我国大部分的地震实训设施普遍存在设施设备功能单一、科目设计饱和度不高、实战实训针对性不强等问题。如何设计饱和度高、针对性强的地震实训基地，已成为当前消防队伍在地震救援专业化发展中面临的一个重要课题。笔者结合参与国家西南区域应急救援中心等相关地震实训设施设计经历，从实战实训的角度出发，通过对地震倒塌建筑物震害特征、建筑内部生存空间分布规律等进行分析，提出地震实训设施的设计原则和功能需求，为地震实训设施设计与建设提供参考。

1地震倒塌建筑物震害特点及生存空间分布

地震发生后，埋压着受困人员的坍塌建筑废墟是开展生命体征搜寻救援活动的重点区域，而这些坍塌的建筑物中的部分梁、柱、墙体等承重结构部分则是进行破拆、支（顶）撑、吊升等救援作业的重点。掌握各种结构的震害特点、坍塌形态特征与内部生存空间分布规律，对救援行动中开展人员定位、安全评估和搭建生命通道等工作具有十分重要的意义。

1.1地震倒塌建筑物震害特点

1.1.1砖木结构建筑震害特点

砖木结构建筑包括砖木、土木两种结构类型，以农村自建房为代表，抗震能力弱。其震害特点主要表现为：建筑墙体产生交叉裂缝；窗（梁）上部砌体、横墙与纵墙的连接部位开裂；屋顶与墙体连接处断裂［1］。

1.1.2磚混结构建筑震害特点

砖混结构建筑，以乡镇住宅楼、教学楼、办公楼和小型厂房等建筑为代表。其震害特点主要表现为：横（纵）墙出现斜向或交叉“X”裂缝、倒塌；外墙外鼓、酥裂明显；楼梯间、楼板和墙体之间出现裂缝、塌落。

1.1.3框架结构建筑震害特点

框架结构建筑分为框架-砌体混合结构、框架-剪力墙结构两类建筑，以城市商业建筑、人员密集场所如城市综合体等建筑为代表。其震害特点主要表现为：门窗洞口斜角部砌体损毁；填充墙与框架之间出现裂缝或倒塌；主要承重构件弯曲变形；楼梯与建筑主框架构件在连接部位出现裂开、拉断。

1.1.4轻钢结构建筑震害特点

轻钢结构建筑，以仓储用房、生产厂房以及体育场馆等建筑为代表。其震害特点主要表现为：各柱间支撑连接拉断，屋架或组合楼板变形垮塌；节点连接破坏，梁、柱扭曲变形垮塌；地脚螺栓变形拔出破坏等。

1.2倒塌建筑物生存空间分布

生存空间主要是指建筑结构发生垮塌后，建筑的主要承重构件如承重墙、梁、柱等相互交叉重叠所形成三角生存区域。刘晶晶等［2］指出，震后建筑内生存空间形成过程复杂多变，不仅与建筑结构、发震时间、震级能量有关，也与建筑内部房屋格局、装修装饰以及物品陈放设置有关，甚至与人员活动习惯、震发时的逃生过程也有一定关系。其生存空间分布由受建筑物垮塌后的承重构件所保留的个体大小和倒塌形态决定，即承重构件在震后所保留的个体越大、倾斜角度越小，越容易形成生存空间。

2地震坍塌建筑物设计原则

实训设施设计，安全可控是前提，场景还原是关键，功能多样是核心，只有三者紧密结合，才能实现让受训人员有身临其境的感觉，达到实战实训的效果。

2.1场景还原

即通过复刻不同类型建筑震后倒塌的共性或典型特点，来还原震后建筑倒塌的真实场景。范乐［3］指出，制约废墟建筑设计的四个影响要素：原型建筑用途及特征、建筑结构的倒塌特征、结构坠物的分布特征、安全保障以及场地恢复措施。要实现地震实训设施场景的高度还原，应从地震灾害对建筑物的致灾机理和地震救援理论入手，立足规范救援行动流程，结合设施教学规模与面积指标，细化完善科目难度设置与废墟生存空间分布。

2.2安全可控

主要分为两个方面：一是设施本身的安全可控。即建筑废墟不因组训期间设施设备使用造成各种振动、冲击、荷载以及倒塌构件的移除等，导致废墟结构发生破坏；二是参训人员的安全可控。即通过各类音（视）频、红外感应、无（有）线电通讯等设施设备，对全体实训人员的身心健康进行监控，能第一时间发出警示中止行动，避免因设计缺陷或意外原因，造成非战斗伤亡等安全事件。

2.3功能多样

功能多样性，是构建实训设施的根本出发点，表现为既要满足不同参训者实训需求，也要符合组训人员教学指导、成果评定的实际要求。应从科目设置、措施手段和应用衔接上进行具体体现，即：科目设置上，符合不同层次参训对象的训练需求，能满足初训者基本能力的普训需求，也能实现对中、高级参训人员专业技能针对性提升；措施手段上，配备完整的监控设施设备和分析统计系统，能对参训人员的各项救援能力进行信息收集开展系统分析，能开展复杂环境实战教学和难度系数调整；实战应用衔接上，能开展课题研究和专项能力的测试（如器材装备性能测试、不同救援技术能力评定），也能开展整建制全要素的实战演练。

3实训设施设计及要求

实训设施设计，应在充分遵守设计原则的基础上，开展场地选址、功能布局、科目难度及应用系统设计。科目设计，应紧贴地震救援行动“黄金72 h”时效要求，强化安全管控、量化评定、难度调整以及场地运维恢复功能。

3.1场地选址

基于实训场地的功能定位，实训场地选址应遵守远离居民区，空旷、独立且下风向的原则开展场地选址规划，主要原因有4点。

（1）实训场地是地震灾害救援现场的场景还原，内部设有大量的实战救援科目，存在一定的安全风险隐患。

（2）场地内破拆、吊升及次生灾害处置等科目，易造成噪音、浓烟等污染。

（3）个别高难度、技术性强的科目易受周边环境干扰，影响训练成效。

（4）参训队伍一般都是以成建制的模式开展组训训，涉及实训科目多且时间周期长，需要一定相对空旷的环境存放车辆装备。

3.2功能布局

一般来说，实训设施应按照组织指挥区、专项能力区和合成训练区三个功能分区分别进行设计，且周边应设计足够宽度的消防车道或回车场，满足重型车辆停靠。

单一倒塌类型的实训建筑形态布局，原则上不作具体要求，但场地占地面积不应小于300 m2［4］，建筑高度不宜低于3层普通建筑高度；全类型实训倒塌建筑形态布局，范乐［3］通过对“一字型、L字型、U字型、口字型”四个形态的倒塌建筑进行量化分析，得出“U字型”形态布局，既满足建设成本控制、也满足救援场景重现、利于实战实训的功能需求。

建筑論坛与建筑设计肖建峰， 黄闻： 浅谈地震救援实训设施设计

3.3应用系统设计

主要由安全管理系统、场景控制系统及音（视）频、红外、烟感、重力感应等监控设备组成。主要用于实训过程中现场安全监管、数据收集分析和实训科目设置调整。

3.3.1安全管控系统

此系统是作为确保参训人员安全的一项重要措施。监控可移动构件或悬空区域等易发生安全事故的危险区域，能第一时间进行安全警示或动作停止；可通过随身携带的声光、语音等报警设备，在遇险情或紧急情况报警求助。

3.3.2场景控制系统

系统是通过预先设置的相关设备，如声音模拟系统、燃气系统、点火系统、水泵系统、漏电（气）系统等，可根据场景需求、进展情况等适时控制转化灾情，达到场景还原的效果，为特殊环境下的技战术训练或合成演练等提供条件。

3.3.3音（视）频监管系统

系统主要设置在相对隐蔽的狭小空间或重点训练区域，用于实时监控训练进度和相关信息数据的采集。

3.4科目难度设计

主要通过两种方式：

（1）在同一环境设置不同厚（宽）度的可拆卸模块插槽实现难度调整。

（2）在不同救援环境设置在同一厚（宽）度的可拆卸模块插槽实现难度调整。

3.5时效设计

通常来说，地震发生后，埋压在废墟中的幸存者被困72 h后的存活概率会迅速降至极低。即在24 h内，被营救的人员存活率在90%左右；24～48 h内，被营救的人员存活率在50%～60%左右；48～72 h内，被营救的人员存活率在20%～30%左右，这也就是我们通常所说的“黄金72 h”。在此基础上，单人实训科目不间断作业时效设计，原则上不得超过6 h；单一班组实训科目不间断作业时效设计，原则上不得超过8 h；多班组实训科目同时不间断作业时效设计，原则上不得超过24 h；整建制实训科目同时不间断作业时效设计，原则上不得超过72 h。

3.6功能区设计

3.6.1组织指挥训练区

根据消防局《关于推进消防救援队伍地震灾害救援力量体系和能力建设的实施意见》对地震重（轻）型专业救援队队伍的人员、装备配备的相关要求，结合实际，组织指挥训练区设计面积应不小于45 m×45 m，场地荷载应满足不少于5辆消防车同时到场的承重需求，且利于排水（图1）。

3.6.2专项能力训练区

主要是针对震后建筑废墟内救援行动开展中的班组或单兵专项能力训练而设置的，分为搜索能力、营救能力两大类。

同时，考虑场地功能优化和各功能区的有效衔接，建议搜索训练科目可与合成训练区合并设置，其余专项训练科目可适当整合为一个多功能的实训设施。通过在同一区域设置多组此类实训设施的方式，既可实现同一科目同一难度比武对抗，也可实现同一科目不同难度系数训练，满足实训设施功能多样性的实际需求。

3.6.2.1破拆训练

该技术主要用于在伤员营救过程中，针对不同材质的建筑构件，而采取的扩张、剪切、钻凿、切割等技术动作，采取站姿、跪姿、蹲姿和匍匐等方式实施。

一般来说，破拆训练可拆卸模块插槽大小原则上不小于0.8 m×0.8 m，一般取用1 m×1 m；水平破拆操作面高度应不小于2 m；垂直破拆面高度参照民房高度设计；狭小空间操作面破拆高度应控制在0.8～1.2 m。其中，水泥破拆体厚度设计一般分为150 mm、200 mm、300 mm、450 mm四类（内含18～10 mm钢筋）；金属板破拆体厚度设计一般分为10 mm、20 mm两类；钢筋网破拆体厚度设计一般分为4 mm、6.5 mm两类；钢筋破拆体直径设计一般分为10 mm、18 mm两类；结构钢构件（工字钢、H型钢等）破拆体设计一般选用高度127 mm，宽度76 mm，腹板厚度4 mm，翼缘厚度7.6 mm以及高度260 mm，宽度102 mm，腹板厚度6.5 mm，翼缘厚度10 mm两类；实木破拆体设计直径一般分为用450 mm、600 mm两类。

3.6.2.2障碍物移除训练

该技术主要用于清除救援现场的障碍物时采取的技术动作。大型障碍物移除主要用于人机协同配合训练，其场地设计应达到相关起重设备吊升的承重要求；小型障碍物设计应能同时满足人工搬运、器械牵引等多种同时训练的需求。由于常规类的吊车车长为10 m左右，宽2 m左右，支腿展开后宽为4 m。此科目训练场地作业面长度应不小于10 m、宽度应不小于4 m，整体面积应不小于40 m2［4］。

障碍物应按照标准制式和非规则性两类进行设计。其中，标准制式障碍物：一般选用长方体或正方体为主，主要用于配合大型工程机械开展牵引、吊升移除作业科目训练，选用重量在0.05～20 t不等，可根据训练要求调整科目难度系数；非规则性障碍物：一般以建筑垃圾或废弃建筑梁、柱、墙、楼板等为主，主要用于人工清除、机械协同移除作业科目，原则上不超过0.25 t，可根据训练要求调整科目难度系数。

3.6.2.3支（顶）撑、加固训练

该技术主要用于在对废墟埋压人员生命通道开辟过程中，对通道周边的墙体、梁、柱等采取的加固或支（顶）护技术动作。支撑技术分为：木结构支撑 、制式撑杆支撑、组合支撑、脚手架支撑、大型机械支撑等六类。一般来说，重型队支撑总高度不应低于4.5 m，轻型队不应低于3 m，支撑宽度应满足现场环境需要。支撑重量要与支撑类型向匹配，满足对应支撑类型最低要求

3.6.2.4绳索救援训练

该技术主要用于伤员（装备）转运，包括横渡、吊升、下降三类技术。一般来说，纵向救援，提拉、下放被困人员高度不应少于10 m距离；横向救援，两端锚点间距差不应低于10 m。

3.6.2.5医疗救助训练

该技术主要用于伤病人员的院前急救，由包扎、固定、止血、心肺复苏等科目组成，场地无具体技术要求，能满足参训人员开展训练即可。

3.6.3合成训练区

即综合实战演练区，是开展地震救援中、高级技术能力提升和實战综合演练训练的主要区域。主要特点是功能高度集成，可提供不同路线、不同环境和多个进攻起点，开展多项或单项训练科目，也可通过不同科目交叉组合的方式进行整建制合成训练、实战演练或能力评估等。通过归纳提炼，合成训练区科目设计内主要包括：搜救路线与人员营救科目、典型生存空间救援科目、倾斜房间救援科目、建筑废墟搜救科目、高空设施救援科目等。

3.6.3.1搜救路线与人员营救科目设计

搜救路线与人员营救科目，应满足不同难度系数训练和多组、多线同时开展训练的要求。

（1）从场地一层四个方向设置分别不少于2条起点的搜救路线。

（2）在建筑内部可通过管道、斜墙等方式，满足立体搜索训练需求。

（3）在搜救路线设置不同难度的障碍物，增加训练难度系数。

（4）在不同人员被困点，通过设置真人、假人或活物等方式，满足多形式搜救训练需求。

（5）利用门、窗、管道等建筑构件的开闭控制方式，提供不同灾情环境的搜救训练和满足灵活多线搜救路径设计。

3.6.3.2典型生存空间科目设计

即在建筑内部各独立空间，局部或整体搭建各类典型生存空间，如“V”型式生存空间、单斜式生存空间、多层间隔式生存空间等，并在其周边利用墙体、楼板、管道等构件设置破拆、支（顶）撑、障碍物移除、绳索救援、医疗救助等训练科目。值得一提的是，设计时应注意三点。

（1）典型生存空间设计应与建筑垮塌方式相对应，如倾斜型倒塌建筑内的生存空间设计不应出现多层间隔式生存空间。

（2）考虑典型生存空间的重复利用，应合理设置后门，满足“被困人员”的进出。

（3）在设计相应搜救训练科目时，可拆卸模块插槽应满足对应科目难度系数设计要求。

3.6.3.3倾斜房间科目设计

作为震后建筑震害特征的主要形态，主要目的是使受训人员在倾斜状态下开展各类搜索和营救科目训练，体验倾斜状态下的身体反应，掌握验倾斜状态下相应搜救行动技术要点。倾斜房间设计，倾斜角度以30°为宜［4］，重点强调的是在设置了相应科目的受力墙体、梁柱等承重构件和可拆卸模块插槽，在设计之初必须经过严格的受力分析和加固措施，保证建筑结构的稳定性，防止发生位移甚至倒塌破坏。

3.6.3.4瓦砾废墟科目设计

在生存空间、管道构建内和搜救路线上随机铺设各类建筑废料、家具等障碍物，营造建筑完全倒塌的真实场景氛围；随机设置电、水、气管网泄漏环境，构建地震救援现场复杂环境，使受训人员能开展各种复杂环境的搜救行动训练，完成废墟表面伤员转运、废墟挖掘、废墟行走、次生灾害处置和重症伤员医疗急救等技术要点训练。

3.6.3.5高空设施救援科目设计

即在传统救援通道破坏的情况下，通过绳索、举高车辆等器材装备，采取吊升、横渡、下降、斜行等技术手段，建立救援通道，实现人员或器材装备输送转运。在开展高空救援设计时，应在建筑楼顶、高空窗台等位置设计用于绳索救援的固定设施，固定设施必须设有若干个锚固点，且防滑、耐磨和稳固可靠，能承重足够的横向、纵向牵引力，确保高空救援绝对安全。

4结束语

地震作为破坏力极强的自然灾害，给人类社会发展带来了巨大的损失。目前应对地震灾害的措施手段主要分为地震预报、结构抗震和震后救援三部分，消防队伍作为应急救援的“国家队、主力军”，应进一步加强震后救援专业能力，达到快速响应、高效救援的目的，最大限度地减轻地震灾害造成的人员伤亡和财产损失。地震实训设施作为地震救援专业能力提升的重要场所，是一项综合性强、跨学科多的系统工程，其设计、建设应充分借鉴现有的建设经验，依托国内外行业专家与社会科研力量，立足现有手段和队伍实战需求，科学设计，统筹规划［5］。

参考文献

［1］魏捍东，何宁，陈永胜.地震及建筑倒塌废墟模拟训练设施功能设计与实例分析［J］.灭火指挥与救援，2010（9）.

［2］刘晶晶，宁宝坤，吕瑞瑞，等.震后典型建筑物倒塌分类及救援特点分析［J］.震灾防御技术，12（1）：220-229.

［3］范乐.中学教学区地震救援仿真训练废墟设计策略研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2017.

［4］黄金印，刘宣材，刘立文.模拟搜救训练建筑倒塌设施功能设计研究［J］.灭火指挥与救援，2015（9）： 1222-1226.

［5］何宁.国家陆地搜救基地训练设施设计原则及构成分析［J］.防灾科学学院学报，2012.14（1）： 72-76.

［6］韩炜，陈维锋，顾建华，等.地震救援行动的影响因素分析［J］.灾害学，2012.27（4）： 132-137.

［7］张友达.绳索技术训练设施功能模块化设计研究［J］.武警学院学报，2020（8）： 83-87.

［8］白立崧，李向欣，吴文波，等.受限空间救援训练设施构建研究［J］. 消防应急救援，2019（8）： 1132-1135.

［9］柴浩翔，辛晶.移动式消防破拆模拟训练装置设计［J］. 消防应急救援， 2019（8）： 1139-1142.

［10］刘加奇.关于消防培训基地模拟训练设施建设的思考［J］.消防技术与产品信息，2010，29（9）： 817-822.

［作者简介］肖建峰（1986—），男，本科，工程师，从事消防一级救援、实战演练和实训实施设计研究工作。