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周天:科技创新融合对城市消防安全的作用与前景展望

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周天:科技创新融合对城市消防安全的作用与前景展望

分类:
最新资讯
来源:
2024/01/12 09:24

四川消防、机电工程公司-索安机电每周分享

城市作为大规模聚集的人类活动区域,已成为一个复杂的社会机体和巨大的运行系统。当今世界,城市人口密度迅速增大,人类活动高度聚集,特大型城市不断涌现。随着我国迈入新发展阶段,城市发展已由增量建设转向存量提质阶段,区域产业逐渐密集,大型商业综合体与交通枢纽、高层/超高层建筑、规模化地下空间等形态多样化、功能多元化的城市建筑不断涌现。如南京化学工业园规划用地近 100 km2,入驻企业超 300 家;上海百米以上的超高层建筑数量居全球第一;武汉光谷中心城超大地下空间建筑面积达 51.6 hm2

然而,伴随城市建设和发展的提速 ,现代化大城市的脆弱性也不断显现,城市消防安全呈风险隐患复杂多变、灾害事故易发多发态势,确保城市安全运行的任务艰巨而繁重。据统计,2011-2021 年,我国城市发生重大火灾 20起,亡 253 人,分别占重大火灾及亡人总数的 69%、67%;发生较大火灾 332 起,亡 1176 人,分别占较大火灾及亡人总数的 42%、41%。特大暴雨、台风、泥石流、山体滑坡等自然灾害事故给城市带来的损失也日益加剧。

1  城市发展带来的消防安全风险与挑战

1.1  “大火巨灾”潜在风险严峻

城市高层建筑、大型商业综合体和交通枢纽火灾概率虽小,但发生火灾后影响大、损失大、伤亡大。以高层建筑为例,我国共有 95.5 万栋高层和近 1.2 万栋百米以上超高层建筑,总量全球第一。其中,有 4 万栋高层建筑采用了易燃可燃的外保温材料,2.6 万栋老旧高层建筑消防设施老化,1.9 万栋高层建筑没有管理单位 ,火灾风险极大。2022 年 9 月 16 日,湖南长沙中国电信大楼突发火灾,极短时间内数十层楼体便形成立体巨火。

1.2  “小火亡人”火灾事故频发

城市居民住宅、村民自建房、“三合一”场所的“小火亡人”风险居高不下,“九小”场所脆弱的消防安全设施和大量动态火灾隐患急需消防安全信息化管理技术的全面提升。尤其是“城中村”和自建房用火用电用气、易燃可燃物管理、电动自行车停放等问题突出,火灾频发。广州有超过 500 万人住在“城中村”,北京有 150 万人住在自建房,人口严重倒挂的村多达 100 余个。2022 年 9 月 28 日,吉林长春一餐厅发生重大火灾事故,虽然餐厅仅 200 多 m2,却造成 17 人死亡、3 人受伤。

1.3  老旧建筑隐患积弊已久

我国有改造需求的老旧小区约 32.7 万个 ,特别是北京、上海等特大城市,待改造小区数量庞大,很多建筑已进入“疲劳期”,设施老化、管理薄弱、风险隐患多,成为火灾多发易发场所。特别值得注意的是,随着城市更新,不少老旧厂房、仓库被改建成商业性、生活性、服务性场所,但源头把关不严、安全配套不足,带来诸多风险隐患。

1.4  新业态新产业风险迅速攀升

密室逃脱、电竞酒店、直播带货、电商物流、私人影院等新业态的无序增长,行业归属不明,尚存在不少监管漏洞。“双碳”战略推动新能源产业发展,以光伏、储能电站、加氢站、新能源汽车等为代表的新能源产业高速增长,带来新的火灾风险。2022 年一季度发生新能源汽车火灾640 起,比去年同期上升 32% ,高于交通工具火灾平均增幅(8.8%),平均每日超 7 起。

1.5  自然灾害威胁日渐凸显

我国是世界上自然灾害最严重的国家之一,城市灾害链特征日益突出。洪涝、地震、台风等灾害不仅对城市安全构成重大威胁,还会连锁造成其他次生灾害,消防救援队伍应对处置“巨灾大难”的极限救援能力面临多重压力的考验。如 2021 第 6 号台风“烟花”在浙江舟山登陆,最大风速达 38 m/s,造成 482 万人受灾,直接经济损失约132 亿元。同年夏,河南省遭遇历史罕见特大暴雨和严重洪涝灾害。
宜居、绿色、韧性、智慧、安全,是当今城市发展的主要目标,“统筹发展和安全,建设更高水平的平安中国”是我国“十四五”时期经济社会发展的重要指导思想。面对城市高速发展给消防安全带来的新形势、新任务、新挑战,实施科技赋能,推进自主创新,为全面防范化解城市重大消防安全风险提供强劲的源头科技支撑,对坚决遏制城市重特大事故的发生具有十分重要的意义。

2  科技创新在城市消防安全中发挥的突出作用

应急管理部消防救援局始终对城市消防安全给予高度重视,不断加大城市消防安全领域的科技创新研发投入。各大专院校、科研院所围绕城市火灾防控和消防救援实战,坚持问题导向,瞄准国际消防科技前沿和重大现实需求,创新突破、攻坚克难,取得了一系列先进的科技成果,为城市安全发展提供了重要保障。

2.1  助力智慧城市织密“预警网”

(1)城市安全风险评估实现新突破。构建了城市群跨区域多因素综合风险评估理论,形成了新兴超大型城市重特大事故风险演化规律认知与动态评估、边坡与老旧建筑“星—空—地”一体综合监测、社区风险智能感知等关键技术,构建起城市公共安全风险防控技术体系。
(2)早期火灾监测预警激发新思路。针对高大空间建筑、城市综合管廊、轨道交通等场所,研发了分布式图像火灾探测器、火灾征兆探测器等新技术产品,推动向火灾早期监测预警转变,防控关口有效前移。基于窄带物联网的智能火灾预警系统,为“九小”场所、老旧高层住宅、临时建筑、文物古建筑等场所提供了防止“小火亡人”的技防利器。
(3)“智慧消防”建设取得新进展。制定了完善的“智慧消防”顶层设计方案和技术模型,为全国各地“智慧消防”建设提供了重要依据;多省建成消防安全社会化服务云平台,为公众、社会单位、消防部门、政府等提供一站式、综合性消防安全管理服务;建设全国警情与火灾研判预警系统,实现区域整体与多场景动态火灾风险研判预警,如图 1 所示。

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图 1   全国警情与火灾研判预警系统
Fig. 1   National alarm and fire investigation early warning system
(4)传统与新兴技术融合迈入新阶段。物联网、云计算、大数据、人工智能等新兴技术为消防科技创新注入更多活力,城市生命线安全工程建设多点开花,攻克了一系列城市风险防控预警技术难关,有效提升了城市安全风险防控能力和水平。

2.2  创新防控技术升级“防火墙”

(1)超高层建筑火灾防控效能全面提升。电气火灾综合防控、防火保护及封堵、消防供水、压缩空气泡沫灭火等关键技术通过专项科技攻关取得新进展,超高层建筑消防安全技术框架基本形成,如图 2 所示,完善了 250 m 以上超高层建筑在结构防火、防火分隔、安全疏散、消防设施等方面的防火设计方法,有效提升了超高层建筑的消防安全保障能力。

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图 2   高层建筑固移结合供水技术
Fig. 2   Fixed and movable water supply technology for high-rise buildings
(2)大型综合体火灾防控技术取得突破。已研发智能控制的隐藏型折叠式新型防火分隔构件系统,在耐风压性能、运行平稳性能、两步关闭等方面具有显著优势;同时研发了多信息耦合的智能疏散指示与救援引导系统、声音导向装置,实现了多信息智能化人员安全疏散引导;研制出的兼具对流及辐射热启动功能的洒水喷头,有效解决了传统闭式洒水喷头单纯依靠对流热启动导致安装位置受限的问题。
(3)新能源火灾防控技术加速迭代。揭示了锂离子电池及其典型应用场景的热失控火灾机理,开发了热失控火灾早期预警、阻隔抑制装置;研制了电动汽车、电动自行车等电池热失控火灾主被动一体化智能“感知-灭火”装置;启动电化学储能系统全寿命周期应用安全技术研究,加快绿色科技创新,助力“双碳”目标实现。

2.3  加速难题攻关摆脱“卡脖子”

(1)新型灭火剂研究不断发力。全力推动 PFOS 淘汰替代工作和灭火剂核心技术攻关,研制了高稳定性压缩空气泡沫灭火剂、高效 A 类泡沫灭火剂等新一代环保泡沫灭火剂,国产洁净环保气体灭火剂、固体泡沫灭火剂、超细纳米粉体灭火剂等新型灭火剂产品不断涌现,为高效扑救城市各类火灾提供更有力的科技支撑。
(2)大流量主战装备换挡升级。研制出大流量压缩空气泡沫举高喷射消防车,可扑救城市大规模石化火灾;400 L/s 的远程大流量供水系统、60 m 以上的大跨度破拆灭火消防车和 200 L/s 的大流量泡沫灭火装备,实现了高射高、远射程,是扑救城市大跨度大空间建筑火灾的重要装备。
(3)换流站火灾难题成功破解。研制出特高压换流站专用、可靠、高效的压缩空气泡沫灭火系统,如图 3 所示,形成了特高压换流站压缩空气泡沫灭火系统工程应用方案与全链条标准体系,已在 10 余座特高压换流站示范应用;攻克复杂、超大尺寸截面防火抗爆封堵难题,研发了阀厅新型防火抗爆封堵系统。系列成果为城市能源供给“大动脉”和“西电东输”“一带一路”等国家重大战略保驾护航。

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图 3   压缩空气泡沫灭火系统
Fig. 3   Compressed air foam fire extinguishing system
(4)侦检与侦察技术实现并跑。多功能化学侦检消防车,具备远程探测监测预警功能,能在行进中探测 3 km 外的 200 多种危化品气体,是替代侦检消防车依赖进口的关键装备;非视距遥控消防机器人、系留式空中消防侦察平台等新型无人化装备 ,可有效提高消防救援队伍处置效率、减少人员伤亡,部分指标达到国际领先水平。

2.4  聚焦抢险救援打造“撒手锏”

(1)生命搜救装备提质强效。针对城市“全灾种”复杂场景救援中生命探测搜救装备普遍存在的环境自适应能力差的难题,研制的 MIMO 雷达生命探测仪,搜索置信概率较现有产品提升 50%,总体技术水平国际领先。基于多模融合的生命探测作业平台,在泉州“3·7”坍塌事故深层埋压人员搜救中,成功发现 3 名被困人员生命信息,创造了生命奇迹。
(2)应急通信装备可靠智能。研发的消防宽窄带融合通信系统、复杂建筑系列自组网应急通信装备、系留无人机高空基站、天通融合通信终端等空天地一体化消防应急通信网,为“三断”极端情况下应急通信保障提供了有力技术手段;消防现场智能指挥系统装备,实现信息呈现多元化、态势评估智能化、辅助决策科学化,显著提升消防救援前后方协同调度能力。
(3)洪涝救援装备赶超先进。为应对我国城市暴雨洪涝灾害多发态势,垂直式排涝抢险车(如图 4 所示)、重型多功能抢险救援车、全地形快速架桥车等均展现出优异性能;子母排水车最大涉水深度 2 m,在城市重大洪涝灾害救援中表现不俗。

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图 4   垂直式排涝抢险车
Fig. 4   Vertical drainage emergency vehicle
(4)个人防护装备优化改良。针对目前灭火和抢险救援现场消防员防护装备舒适性与防护性不足的问题,研发了用于北方的抗结冰型灭火防护服、用于南方的导湿抗浸型灭火防护服;用于夏季湿热环境的智能降温背心,用于冬季寒冷环境的极寒保暖防护服;根据特灾需求研发了高性能干式水域救援服和冰面救援服 ,有效保障了不同地域、不同场景下消防员的人身安全,提高了救援效率。

3  城市消防安全技术创新与融合发展展望

当前,全球科技创新进入空前活跃期,科学研究不断向宏观拓展、微观深入和极端条件方向推进,新一轮科技革命和产业变革蓄势待发,颠覆性技术持续涌现,场景需求驱动成为各类基础研究与融合创新的重要驱动力。城市火灾风险多维监测、极早期预警与精准防控,高端灭火与应急救援装备等领域的技术需求愈发迫切。下面,笔者从 3 个角度展望未来城市消防安全技术创新与融合发展的方向。

3.1  多措并举加强顶层规划设计,提升城市风险防控

(1)推动将消防安全融入城市建设总体规划。加强部门协调联动,因地制宜科学规划城市消防安全布局与公共消防设施建设,多方协力强化城市消防安全监管,多种形式健全城市应急救援体系,持续加大风险隐患治理与老旧危房改造,显著提升城市消防安全保障和防灾减灾能力。
(2)发展多维风险感知与高精度风险评估技术。基于时空动态大数据分析技术,开展重特大火灾事故多级定量风险判识、预测与评估方法研究,研发城市和城市群级消防安全风险综合评价与预测预警平台,增强城市火灾风险物联感知能力,提高科学预警水平,健全城市消防安全风险防控技术体系。
(3)深化“智慧消防”建设与融合应用。打通网络和信息屏障,打造消防共享服务平台,建立完善消防监督与安全生产、市场监管、应急保障、环境保护、治安防控、道路交通、信用管理等部门的公共数据资源开放共享机制,将“智慧消防”系统建设融入“智慧城市”大框架,构建城市消防安全的“一张网”精细管理。

3.2  集中力量突破关键核心技术,实现城市消防救援高端装备自主可控

(1)牢牢掌握消防科技命脉,有效破解核心性、瓶颈性技术难题。加强消防治理、工程防火、火灾扑救和应急救援等基础理论研究和关键技术攻关,突破本质安全、经济高效、环境友好的火灾防控技术。重点加强火灾极早期高精度智能探测预警、含 PFOS 物质表面活性剂替代、风光氢等新能源设施高效灭火、高层建筑受火韧性与精准防治等火灾智能防控技术研发,应用新一代信息技术创新消防监督管理模式,强化消防安全精准治理支撑,推动消防科技原始创新与产出。
(2)着力加强自主创新,构建完善与实战需求紧密结合的装备支撑体系。加强“卡脖子”技术与关键核心装备攻关,突破灾害事故处置技术瓶颈。重点研发无人化、智能化、模块化高精尖消防装备,智能化多灾种高效破拆装备、精准生命探测装备和水陆空协同救生装备,灾害事故现场全息感知、融合通信与智能化指挥调度技术装备,高性能、高适体、轻量化的个人防护装备等,推动灾害事故救援主战装备高端化、高精尖装备国产化,强化消防装备现代化科技支撑。
(3)全面推动科技成果应用配备,显著提升城市防灾减灾救灾技术装备现代化水平。聚焦实战谋打赢,在充分利用现有装备资源基础上,广泛开展装备器材技术革新行动,建立先进适用成果目录发布机制,加快智能化、无人化、多功能、高性能等新一代装备示范配备和定型列装,打造“高精尖”攻坚装备集群,补齐城市巨灾应急救援装备短板,科技赋能实战成效更加凸显。

3.3  统筹布局消防科技创新平台建设,推动消防自主创新能力跨越式提升

(1)统筹推进国家级科技创新基地实体化。面向国家重大战略任务和重点工程建设需求,围绕消防领域关键核心技术攻关、重大科技成果工程化和产业化,推动国家消防工程技术研究中心、消防与应急救援国家工程研究中心等开展实体化建设,协调国家消防领域技术创新中心建设,为实现行业关键核心技术自主可控、产业链供应链现代化水平提升和打造国家战略科技力量提供坚实支撑。
(2)加快布局省部级重点实验室建设。加大对工业与公共建筑火灾防控技术重点实验室、消防应急救援装备重点实验室、防火阻燃技术重点实验室等省部级重点实验室支持力度。同时,面向城市火灾防治和消防救援各领域技术前沿和重大需求,重点培育和建设一批领域特色鲜明、专业优势明显、创新水平较高的消防领域省部级重点实验室,形成高素质人才培养、高效率成果转化、高水平合作交流的重要科技创新集群。
(3)强化消防科技重大基础平台建设。围绕城市“高低大化”等重点场所和重大工程的火灾防治技术装备研发需求,建设国家火灾防治技术研发与测试基地、国家消防救援装备研发与测试基地,推动建立国际一流水平的火灾防治与灾害事故救援装备研发测试基础设施集群。

4  结束语

“明者防祸于未萌,智者图患于将来”,为有力应对城市发展所带来的消防安全风险与挑战,应以《“十四五”国家消防工作规划》为指导,进一步促进消防科技与相关领域前沿技术的充分融合,构建中国式城市消防安全科技支撑体系,不断提高城市消防安全治理水平。城市的消防安全管理工作任重道远,离不开广大科技工作者的辛勤付出与鼎力支持,希望专家学者能够积极为城市消防安全技术的长远发展建言献策。

 

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