公安部沈陽(yáng)消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹(shù)峰 隋虎林

超短波通信系統(tǒng)在消防滅火救援現(xiàn)場(chǎng)通信保障應(yīng)用分析

公安部沈陽(yáng)消防研究所 劉 濛 喬培玉 楊樹(shù)峰 隋虎林

消防通信是消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分，是消防部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的技術(shù)體現(xiàn)，也是消防部隊(duì)的神經(jīng)中樞。超短波通信系統(tǒng)是當(dāng)前消防部隊(duì)使用最廣泛的應(yīng)急通信系統(tǒng)。本文根據(jù)超短波通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)當(dāng)前消防超短波通信系統(tǒng)在超高層建筑環(huán)境下的應(yīng)急通信問(wèn)題進(jìn)行了歸納和總結(jié)，有針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決方案，探討了火災(zāi)時(shí)如何快速組建超高層建筑的消防無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)。

超高層建筑；超短波；消防通信

1 引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我們的生存活動(dòng)場(chǎng)所有了很大的改變：從傳統(tǒng)普通底層建筑，逐步向超高層建筑、大型城市綜合體、地下等建筑形式發(fā)展。在當(dāng)前，大規(guī)模城市化的發(fā)展，人口數(shù)量的持續(xù)增加，經(jīng)濟(jì)的逐步增長(zhǎng)，促進(jìn)了我國(guó)超高層建筑的建設(shè)熱潮。從香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)，到天津中國(guó)117大廈，深圳平安國(guó)際金融中心，廣州塔，再到現(xiàn)在的上海環(huán)球金融中心等，這些超高層建筑的高度已從之前的400米，逐步向600米，800米甚至1000米以上發(fā)展。我國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352—2005規(guī)定：建筑高度超過(guò)100米(國(guó)際慣例為150米)時(shí)，無(wú)論是住宅，還是公共建筑均為超高層建筑。超高層建筑能夠代表一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，也被人們稱(chēng)為一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑，摩天大樓雖然能夠解決城市用地緊張的局面，與此同時(shí)也給城市的消防安全保障帶來(lái)了越來(lái)越多的難題。

在當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅速，我們的社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了多信息化時(shí)代。隨著持續(xù)加快的城市化進(jìn)程，城市人口呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，城市的規(guī)模也在迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致火災(zāi)因素也越來(lái)也多，因此現(xiàn)代城市火災(zāi)呈現(xiàn)出復(fù)雜化、立體化、多樣化的特點(diǎn)。消防部隊(duì)在執(zhí)行滅火救援任務(wù)過(guò)程中，尤其是在超高層建筑環(huán)境下面臨很多應(yīng)急通信難題，例如，信號(hào)的屏蔽、遮擋、繞射等，這些難題嚴(yán)重影響了消防通信指揮?，F(xiàn)階段，消防部隊(duì)所使用的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備中，超短波通信設(shè)備具有很多優(yōu)良的性能和特點(diǎn)，如操作簡(jiǎn)單，使用方便，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)迅速，使用機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)等，因此其通信保障能力具有迅速、準(zhǔn)確、不間斷的特點(diǎn)，對(duì)于現(xiàn)代消防部隊(duì)?wèi)?yīng)急通信來(lái)說(shuō)，是非常適合的一種通信保障技術(shù)和手段。因此，開(kāi)展消防超短波無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)研究，加強(qiáng)消防超短波無(wú)線(xiàn)通信建設(shè)意義重大。

2 消防超短波通信指揮系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

消防通信作為消防部隊(duì)的神經(jīng)中樞，是滅火救援行動(dòng)中獲取現(xiàn)場(chǎng)信息、調(diào)度指揮和科學(xué)決策主要途徑和技術(shù)手段，因此是消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成部分。從我國(guó)目前的消防部隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)現(xiàn)狀來(lái)看，消防通信問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響消防部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，消防應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)亟需發(fā)展。同時(shí)，由于城市的現(xiàn)代化建設(shè)非常迅速，復(fù)雜建筑、高層超高層建筑逐步增多，火災(zāi)因素更加復(fù)雜，尤其是重特大惡性火災(zāi)事故發(fā)生概率呈逐年上升趨勢(shì)，該類(lèi)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)線(xiàn)信號(hào)受到各種干擾和屏蔽，因此給消防通信指揮工作提出了更高的要求。

超短波通信又稱(chēng)“甚高頻通信(VHF)”，即是利用超短波頻段(頻率為30MHz-300MHz)的無(wú)線(xiàn)電波傳送信息的無(wú)線(xiàn)電通信，波長(zhǎng)范圍為10米-1米。由于特高頻(UHF)中低頻頻段300MHz-1000MHz其傳播特點(diǎn)、應(yīng)用范圍與VHF大致相同，因此廣義的超短波頻段范圍包括UHF低端部分頻段和VHF全部頻段。我國(guó)的消防部隊(duì)目前應(yīng)用的主要頻段為340MHz-400MHz的特高頻，其中包括無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音通信設(shè)備使用的350MHz頻段，無(wú)線(xiàn)圖像傳輸設(shè)備使用的340MHz頻段等。超短波頻率的資源是非常有限的，其通信質(zhì)量在有些場(chǎng)合也不是非常穩(wěn)定，但其有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，即它在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以不依賴(lài)于基礎(chǔ)設(shè)施和中繼基站，這是其他頻段所無(wú)法做到的。同時(shí)，超短波通信設(shè)備成本低廉、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、體積較小，在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下能夠快速展開(kāi)等，因此在當(dāng)前的消防應(yīng)急通信中發(fā)揮著非常重要的作用。

2013年，用于森林消防的2個(gè)數(shù)字超短波信息系統(tǒng)主基站分別在泰順縣林業(yè)局和老鷹巖建成并正式投入使用，共配有6臺(tái)數(shù)字短波對(duì)講機(jī)、3臺(tái)車(chē)載臺(tái)，數(shù)字無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)全縣覆蓋。數(shù)字超短波信息系統(tǒng)采用先進(jìn)的TDMA(時(shí)分多址)技術(shù)，以超短波的通信為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、短波通信技術(shù)，在救援現(xiàn)場(chǎng)就能夠?qū)崿F(xiàn)從撲救人員、班組、隊(duì)到前線(xiàn)指揮部所需的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、短信、文件、圖像、GPS等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，還可以與GSM、IP網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等通信方式進(jìn)行綜合組網(wǎng)，使用方式非常靈活多變。這標(biāo)志著森林消防在硬件設(shè)施上邁上了一個(gè)新臺(tái)階，通信系統(tǒng)的“同步傳輸、數(shù)話(huà)同傳”將大大提升森林消防的社會(huì)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處理水平和能力。

綜合來(lái)看，我國(guó)在消防超短波通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越多，配備的裝備也逐漸豐富，在應(yīng)對(duì)當(dāng)前的消防救援行動(dòng)中，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。但從我國(guó)的整體情況來(lái)看，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度不同，消防通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)也呈現(xiàn)出東部強(qiáng)于西部的特點(diǎn)。同時(shí)，我們需要借鑒國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的相關(guān)研究開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn), 使我們的消防超短波通信系統(tǒng)更好的服務(wù)于我國(guó)的現(xiàn)代消防事業(yè)。

3 當(dāng)前高層建筑消防通信存在的問(wèn)題

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，垂直方向通信距離遠(yuǎn)，通信效果不夠理想

高層建筑主要包括鋼筋混凝土體系（框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)），鋼結(jié)構(gòu)體系（鋼框架結(jié)構(gòu)、鋼框架－支撐結(jié)構(gòu)、鋼框架－砼剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架－砼核心筒結(jié)構(gòu)、框－筒結(jié)構(gòu)、桁架－筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)）等。內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)非常復(fù)雜，起火因素多，本身建筑面積大，功能復(fù)雜，因此通信信號(hào)很難到達(dá)每個(gè)區(qū)域，同時(shí)在樓層較高的地點(diǎn)，距離地面指揮人員距離遠(yuǎn)，繞射多，通信效果不夠理想。同時(shí)，在該類(lèi)復(fù)雜建筑的滅火救援現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)論是移動(dòng)、聯(lián)通、電信等運(yùn)營(yíng)商的小型專(zhuān)網(wǎng)，還是消防部隊(duì)的通信專(zhuān)網(wǎng)，由于諸多方面的原因，高層建筑內(nèi)部的信號(hào)覆蓋問(wèn)題都沒(méi)有考慮。對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)其通信設(shè)施相對(duì)比較匱乏，有的建筑內(nèi)部雖然配備了一些簡(jiǎn)單的消防通信設(shè)施，但是在發(fā)生大型火災(zāi)時(shí)，無(wú)法滿(mǎn)足滅火戰(zhàn)斗的需要。

3.2 高層建筑無(wú)線(xiàn)信號(hào)屏蔽現(xiàn)象嚴(yán)重，影響滅火救援通信指揮

高層、超高層建筑中的消防通道、電梯間等處，由于金屬常閉防火門(mén)、電梯設(shè)備的空間狹小等因素影響，導(dǎo)致地面指揮人員與參與救援的消防隊(duì)員的通信聯(lián)絡(luò)嚴(yán)重受阻，部分場(chǎng)所的還會(huì)出現(xiàn)屏蔽現(xiàn)象；加之火場(chǎng)溫度高，發(fā)煙量大，現(xiàn)場(chǎng)的能見(jiàn)度非常低，各種噪聲干擾嚴(yán)重，這些因素也進(jìn)一步增加了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的通信聯(lián)絡(luò)效果，給現(xiàn)場(chǎng)的通信指揮帶來(lái)了諸多不便。一旦參與救援的消防隊(duì)員不能夠及時(shí)得到指揮命令，其行動(dòng)也無(wú)法按照命令進(jìn)行執(zhí)行，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大，增加了火災(zāi)撲救的代價(jià)。

3.3 針對(duì)高層建筑的消防應(yīng)急通信組網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備不足

當(dāng)前，我國(guó)城市消防救援現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急通信方式采用的都是常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)，如模擬集群和數(shù)字集群等。當(dāng)超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，因其內(nèi)部空間的密閉性和鋼結(jié)構(gòu)的屏蔽作用，使得超短波通信信號(hào)難以全面覆蓋，尤其是在消防通道和電梯間內(nèi)。各級(jí)消防指戰(zhàn)員以及官兵缺乏在該類(lèi)復(fù)雜條件下通信組網(wǎng)技術(shù)知識(shí)的掌握，在消防救援現(xiàn)場(chǎng)，由于通信網(wǎng)絡(luò)不暢，現(xiàn)場(chǎng)的指揮和救援就會(huì)非?；靵y，滅火指揮部也形同虛設(shè)，不能合理地安排滅火救援力量。因此，需要加大對(duì)高層建筑消防應(yīng)急通信裝備的技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)新型通信裝備，針對(duì)高層建筑的特點(diǎn)，使得信號(hào)覆蓋范圍更大，強(qiáng)度更好，同時(shí)還要提高裝備使用人員的技術(shù)能力，合理利用資源。

4 應(yīng)對(duì)策略及解決方法

4.1 借鑒國(guó)內(nèi)外其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，加大對(duì)通信裝備的研究

目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家在軍事領(lǐng)域研制開(kāi)發(fā)了多種短波通信系統(tǒng)，如美國(guó)海軍的高頻特混編隊(duì)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和短波艦/岸網(wǎng)絡(luò)，Collins公司的HF MESSEN-GER網(wǎng)絡(luò)，澳大利亞的LONGFISH網(wǎng)絡(luò)，美國(guó)Globe Wireless公司的全球電子郵件系統(tǒng)等。對(duì)于上述的短波網(wǎng)絡(luò)都是屬于短波接入體制，其具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即屬于網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)控制為主，其他節(jié)點(diǎn)控制為輔，但是兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間不能直接通信，所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的信息交互，都由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度分配完成。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)就是太過(guò)于依賴(lài)中心節(jié)點(diǎn)，一旦中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，整個(gè)通信系統(tǒng)都將處于癱瘓之中，因此為了克服該缺陷，國(guó)外又相繼開(kāi)展了短波自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)研究。

在短波/超短波通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，我國(guó)的研究單位和科技人員也開(kāi)展了很多應(yīng)用研究，與國(guó)外類(lèi)似，尤其是在軍事領(lǐng)域，其應(yīng)用更為廣泛，相反，在民用領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)比較有限。我國(guó)幅員遼闊，地形和地質(zhì)情況非常復(fù)雜，因此各種自然災(zāi)害相對(duì)多發(fā)，如地震、洪澇、冰凍等。在復(fù)雜的地理環(huán)境中發(fā)生自然災(zāi)害，傳統(tǒng)的通信基站非常脆弱，容易遭到破壞，因此在救援過(guò)程中無(wú)法發(fā)揮其作用。短波/超短波通信系統(tǒng)具有架設(shè)靈活、成本低廉等特點(diǎn)，在災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)能夠快速建立通訊網(wǎng)絡(luò)，因此必將在今后的應(yīng)急通信中逐步得到更加廣泛的應(yīng)用。目前我國(guó)消防部隊(duì)的短波/超短波主要是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，尤其是在應(yīng)急通信領(lǐng)域，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信可以及時(shí)有效的將災(zāi)區(qū)信息反饋給指揮所。但是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信也有它的局限性，如傳輸速率低，網(wǎng)絡(luò)帶寬較小等，不能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)應(yīng)急通信的需求，因此，開(kāi)展基于民用的短波通信，使其具備網(wǎng)絡(luò)化、高帶寬、高傳輸速率等特點(diǎn)，是今后我國(guó)短波應(yīng)急通信的主要發(fā)展趨勢(shì)。

4.2 提高認(rèn)識(shí)，發(fā)展多種形式的通信聯(lián)絡(luò)手段

近幾年，黨和國(guó)家各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)高度重視我國(guó)消防通信系統(tǒng)的建設(shè)，也得到了一定的發(fā)展，但針對(duì)高層建筑的應(yīng)急通信裝備建設(shè)還有諸多不足，無(wú)法滿(mǎn)足高層、超高層建筑火災(zāi)形勢(shì)的需要，這也是當(dāng)高層、超高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的原因之一。因此要想減少高層建筑火災(zāi)的損失，就要使得消防通信指揮的各級(jí)指揮員和消防官兵在開(kāi)展高層建筑火災(zāi)救援時(shí)，能夠及時(shí)獲取指揮信息，做出最合理的救援行動(dòng)。

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為通信技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)更好的機(jī)遇。目前，消防領(lǐng)域出現(xiàn)了大量新型通信裝備，如，消防3G專(zhuān)網(wǎng)基站、消防Mesh通信中繼等。尤其是，泄露電纜在超高層中的應(yīng)用需要引起我們的重視。泄露電纜可以在一根電纜中同時(shí)進(jìn)行3G（包括：WCMDA、cdma2000、TD-SCDMA三種制式）、350M超短波、2.4Gwifi等無(wú)線(xiàn)通信，特別是一些特殊的區(qū)域（如，超高層建筑內(nèi)的消防通道、電梯間等）無(wú)線(xiàn)電臺(tái)還不能進(jìn)行有效覆蓋時(shí)，泄露電纜與現(xiàn)有通信裝備的結(jié)合應(yīng)用將成為火場(chǎng)通信的一個(gè)重要補(bǔ)充。

4.3 提高組織指揮能力，積極開(kāi)展通信裝備技術(shù)訓(xùn)練

當(dāng)代社會(huì)，消防應(yīng)急救援指揮是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尤其是對(duì)于高層復(fù)雜建筑來(lái)說(shuō)，更是一個(gè)多層次、全方位、多因素相互作用的指揮體系，只有我們真正做到科學(xué)合理的組織指揮，才能充分發(fā)揮消防部隊(duì)的救援力量。目前，我國(guó)的消防部門(mén)頒發(fā)了《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，作為國(guó)家強(qiáng)制性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從法規(guī)上明確了消防部隊(duì)通信指揮系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)。同時(shí)，我們要進(jìn)一步加大針對(duì)應(yīng)急通信裝備的使用訓(xùn)練，有些消防部隊(duì)對(duì)通信裝備的使用訓(xùn)練不夠重視，導(dǎo)致在真正參與應(yīng)急救援的過(guò)程中，通信裝備的使用出現(xiàn)各種問(wèn)題，嚴(yán)重影響了救援效率，因此我們要重視通信裝備使用人員的技術(shù)培訓(xùn)工作。從近年來(lái)發(fā)生的一些大型火災(zāi)來(lái)看，在最后的戰(zhàn)評(píng)總結(jié)中，很多戰(zhàn)例都會(huì)提及到救援現(xiàn)場(chǎng)的通信不夠暢通，因此，筆者認(rèn)為開(kāi)展必要的模擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)通信的訓(xùn)練，通過(guò)開(kāi)展接近于實(shí)戰(zhàn)的模擬訓(xùn)練，對(duì)于提高消防官兵的操作熟練程度，減少不當(dāng)?shù)氖褂梅椒?，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝備的不足，掌握裝備的操作技巧，提升應(yīng)急通信水平具有重要的作用。

5 結(jié)論

高層/超高層建筑的消防應(yīng)急通信問(wèn)題，對(duì)更好地開(kāi)展滅火救援行動(dòng)具有十分重要的意義。我們今后要加大對(duì)超短波通信的技術(shù)攻關(guān)和裝備研發(fā)，發(fā)展多種形式的通信聯(lián)絡(luò)手段，使之能夠更好的為高層滅火救援通信指揮提供服務(wù)。同時(shí)，要加大對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，熟練掌握設(shè)備操作，熟悉設(shè)備性能，通過(guò)實(shí)戰(zhàn)，找出設(shè)備的不足，以便為今后的技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)，為高層建筑滅火救援提供強(qiáng)有力的保障。

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該論文為公安部消防局重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目《復(fù)雜建筑環(huán)境消防通信應(yīng)用技術(shù)研究》析出論文，項(xiàng)目編號(hào)：2013XFGG03。

劉濛（1979—），公安部沈陽(yáng)消防研究所，Shenyang Fire Research Institute，助理研究員，從事消防通信技術(shù)及通信裝備研究工作。