張 煜 賈群林 盧 杰 胡 杰 何紅衛(wèi)

高寒地區(qū)救援適應(yīng)性訓(xùn)練初探

張 煜 賈群林 盧 杰 胡 杰 何紅衛(wèi)

本文通過(guò)在高寒地區(qū)開(kāi)展的建構(gòu)筑物受損倒塌后形成的狹小空間、豎向空間、層疊倒塌空間等場(chǎng)景下進(jìn)行的救援適應(yīng)性訓(xùn)練所取得的高寒環(huán)境救援技術(shù)和體征變化為依據(jù)，提出了在高寒條件下個(gè)人防護(hù)、裝備保障、行動(dòng)策略等方面的建設(shè)，對(duì)在高寒地區(qū)適應(yīng)性訓(xùn)練和開(kāi)展科學(xué)有效的救援行動(dòng)有一定的參考價(jià)值。

高寒地區(qū) 建構(gòu)筑物倒塌 適應(yīng)性訓(xùn)練

1. 引言

開(kāi)展高效有序的地震救援工作是減輕地震災(zāi)害傷亡的重要途徑，我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家，地震發(fā)生具有頻度高、強(qiáng)度大、發(fā)布廣、震源淺的特點(diǎn)，并在一年四季都有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年2月11日，自1900年以來(lái)發(fā)生在我國(guó)大陸地區(qū)Ms≧5級(jí)中強(qiáng)地震2076次，Ms≧6級(jí)中強(qiáng)地震439次，發(fā)生在冬季（11月—來(lái)年2月）的5級(jí)以上地震649次，6級(jí)以上地震136次，分別占5級(jí)以上或6級(jí)以上地震的31.3%和31.0%。1975年2月4日發(fā)生在遼寧省海城的7.3級(jí)地震，時(shí)值數(shù)九寒冬，幸虧海城地震震前有預(yù)報(bào)，大部分群眾在室外避險(xiǎn)，避免了地震造成大量的人員壓埋，否則，將使寒冬季節(jié)的地震救援工作面臨巨大困難！

我國(guó)幅員遼闊，因地理位置原因，我國(guó)冬季平均氣溫在0℃以下的地區(qū)占陸地面積的80%左右，-25℃以下的地區(qū)占25%左右，在我國(guó)東北、西北及內(nèi)蒙地區(qū)，最冷的月份其平均氣溫為-25℃—-30℃，最低可達(dá)-50℃。在冬季開(kāi)展廢墟下的生命救援和財(cái)產(chǎn)搶救，將面臨救援裝備失效或效率減弱、救援隊(duì)員體質(zhì)特征明顯減弱，如體力和耐寒能力下降等問(wèn)題。因此，研究高寒地區(qū)的地震救援方法有著十分重要的意義。針對(duì)這種情況，中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心提出了地震救援“三高”的研究思路，即在“高寒、高海拔、高熱高濕”的不同氣候環(huán)境下開(kāi)展救援裝備的測(cè)試及救援人員的適應(yīng)性訓(xùn)練。

2. 測(cè)試環(huán)境及高寒地區(qū)救援適應(yīng)性訓(xùn)練的開(kāi)展

2.1 模擬廢墟簡(jiǎn)介

2015年10月，黑龍江省黑河市人民政府與中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心聯(lián)合簽署合作建設(shè)“中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心高寒試驗(yàn)場(chǎng)”的協(xié)議，2016年9月，建成了全國(guó)首個(gè)高寒地區(qū)地震應(yīng)急救援模擬現(xiàn)場(chǎng)，占地面積約1600平方米，縱向兩層結(jié)構(gòu)，設(shè)立狹小空間救援、管道救援、豎向救援和開(kāi)放空間救援4個(gè)科目的救援場(chǎng)景，之后還將根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要增加相應(yīng)科目設(shè)施。2016年12月12日，中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心救援教官赴黑河進(jìn)行地震救援適應(yīng)性訓(xùn)練，此次訓(xùn)練囊括了所有救援場(chǎng)景，黑河消防愛(ài)輝大隊(duì)出勤一臺(tái)搶險(xiǎn)救援車(chē)協(xié)同中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心所攜帶的內(nèi)燃、電動(dòng)及手動(dòng)專(zhuān)業(yè)救援裝備進(jìn)行了聯(lián)合訓(xùn)練任務(wù)。

2.2 訓(xùn)練方案

此次適應(yīng)性訓(xùn)練依托高寒試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，搜救中心的救援教官對(duì)狹小空間、管道救援及開(kāi)放空間救援進(jìn)行了測(cè)試，和黑河消防愛(ài)輝大隊(duì)對(duì)狹小空間及豎向救援進(jìn)行了測(cè)試，均在時(shí)限內(nèi)完成了救援科目。

狹小空間破拆作業(yè)

2.2.1 狹小空間救援

兩處狹小空間救援場(chǎng)景均采用圓形管道作為限制救援人員身體位移的阻礙，在管道盡頭設(shè)有可替換的20cm厚鋼筋混凝土預(yù)制板，救援人員需通過(guò)輪班作業(yè)的方式逐步對(duì)預(yù)制板進(jìn)行破拆工作，以洞口開(kāi)口大小能容納一名正常體型成年人通過(guò)為考核指標(biāo)。為防止救援人員體溫?fù)p失過(guò)快，使用了柔軟墊材對(duì)作業(yè)點(diǎn)下部地面進(jìn)行了鋪填，有效提高了作業(yè)舒適度及體感溫度。其中，搜救中心救援教官使用手動(dòng)多功能組合破拆工具、電動(dòng)多功能鑿巖機(jī)及鋼筋速斷器對(duì)狹小空間進(jìn)行了作業(yè)，黑河消防愛(ài)輝大隊(duì)使用內(nèi)燃無(wú)齒鋸及液壓剪切鉗進(jìn)行了作業(yè)，均完成了模擬救援任務(wù)。

2.2.2 管道救援

管道救援使用縱向的圓形管道模擬地震災(zāi)難下豎井內(nèi)有被困人員的救援環(huán)境，被困人員距管道上部的距離在2m左右，在洞口位置有特殊放置的木料，模擬由于倒塌房屋中家具等木制結(jié)構(gòu)散落引起的洞口堵塞，搜救中心救援教官主要使用了鏈鋸進(jìn)行切割作業(yè)以打開(kāi)通道。

2.2.3 豎向救援

豎向救援使用各類(lèi)尺寸的預(yù)制板模擬了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)垂直方向的破拆救援作業(yè)，破拆對(duì)象為1.5m×1.5m×0.25m的現(xiàn)澆混凝土板，黑河消防愛(ài)輝大隊(duì)使用了氣動(dòng)鑿巖機(jī)以及液壓剪切鉗進(jìn)行作業(yè)。

2.2.4 開(kāi)放空間救援

開(kāi)放空間救援利用散落的碎石和磚塊模擬地震災(zāi)害引起的砌體結(jié)構(gòu)不規(guī)則完全倒塌形成的廢墟結(jié)構(gòu)，利用手動(dòng)多功能破拆工具對(duì)砌塊的破壞制造出一定空間以達(dá)到受困者或傷員轉(zhuǎn)運(yùn)的作業(yè)目的。

借助模擬現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)地震應(yīng)急救援裝備進(jìn)行高寒環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，探索與檢驗(yàn)高寒環(huán)境下地震應(yīng)急救援技術(shù)方式方法，開(kāi)展地震專(zhuān)業(yè)救援隊(duì)員高寒適應(yīng)性訓(xùn)練，提供具有使用價(jià)值的理論參數(shù)，這對(duì)于提高我國(guó)北方高寒地區(qū)和黑河市地震應(yīng)急救援能力具有重要意義。

3.初探成果

3.1 環(huán)境溫度

高寒地區(qū)一般是指海拔高、常年低溫、凍土常年不化的地區(qū)或高緯度、常年低溫、凍土常年不化的地區(qū)。我國(guó)屬于高寒地區(qū)的有黑龍江省北部、青藏高原、甘肅、內(nèi)蒙古部分地區(qū)。位于黑龍江省西北部的黑河市地處中國(guó)東北邊陲，小興安嶺北麓，位于北緯47°42′-51°03′，東經(jīng)124°45′-129°18′之間，寒冷是黑河地區(qū)氣候主要特征之一，黑河年平均氣溫為-1.3℃到-0.4℃。一年中最低氣溫小于或等于-30℃的日數(shù)，平均可達(dá)25－54天，而且自11月下旬到次年3月都可出現(xiàn)。各地極端最低氣溫值均超過(guò)-40℃，大部分年份均能出現(xiàn)。

此次適應(yīng)性訓(xùn)練的平均氣溫接近-30℃，這對(duì)于作業(yè)人員的生理極限和救援裝備的正常使用都是一個(gè)考驗(yàn)，在此極寒條件下一套完整的救援戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)安排對(duì)于在高寒地區(qū)的應(yīng)急救援工作有著十分重要的意義，有助于我國(guó)的救援力量在不同地理位置、不同氣候條件下都能達(dá)到救援效率最大化，為我國(guó)救援能力的提升打下了基礎(chǔ)。

3.2 人員體征

低溫作業(yè)對(duì)機(jī)體的影響不單純是環(huán)境氣溫低的程度，還取決于低溫環(huán)境中人體防寒保暖程度、體力活動(dòng)強(qiáng)度、飲食及健康狀況間的關(guān)系，即低氣溫與其作用于人體狀態(tài)間的相互關(guān)系——冷作用強(qiáng)度。有時(shí)工作環(huán)境氣溫雖低，但所著裝具保暖量充分，機(jī)體熱代謝保持平衡，皮膚溫、體溫不出現(xiàn)下降，人體可無(wú)冷感;反之環(huán)境氣溫相對(duì)較高，若個(gè)體防寒裝具保暖量不足，機(jī)體不能保持熱量代謝的平衡就會(huì)出現(xiàn)冷感，嚴(yán)重時(shí)也可導(dǎo)致冷損傷。

低溫作業(yè)對(duì)機(jī)體的影響取決于冷作用強(qiáng)度，冷作用強(qiáng)度越大，低溫的影響越明顯，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

3.2.1 對(duì)皮膚溫的影響

受冷后首先是裸露的皮膚溫度下降，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)、強(qiáng)度的加大，皮膚溫逐漸降低，皮膚開(kāi)始出現(xiàn)潮紅，繼之出現(xiàn)冷、脹、麻、痛等癥狀，以及皮膚感覺(jué)逐漸減弱，嚴(yán)重時(shí)可出現(xiàn)凍傷。

在常溫下裸手皮膚溫度一般在29℃～30℃之間。當(dāng)手皮膚溫度降到15.5℃，手操作功能受到影響;降至10℃～12℃時(shí)觸覺(jué)敏感度明顯下降;降到4℃～5℃時(shí)，幾乎可完全失去觸(知)覺(jué)。一般裸手皮膚溫度保持在20℃以上，徒手操作功能基本保持正常。

在冷環(huán)境中，服裝覆蓋部位平均皮膚溫(簡(jiǎn)稱(chēng)平均皮溫)也會(huì)發(fā)生變動(dòng)，人體正常平均皮溫(胸、背、上肢、大腿四點(diǎn))約在33℃～34℃之間。如服裝保暖量不足，平均體表溫度出現(xiàn)下降：降至32℃時(shí)，約有16%的人出現(xiàn)冷感；降至31℃時(shí)，約有26%的人出現(xiàn)冷感;降至29℃時(shí)，冷感出現(xiàn)率達(dá)77%；降至28℃時(shí)，100%的人感到冷（其中約50%的人感到很冷，出現(xiàn)寒顫）。

3.2.2 對(duì)體溫的影響

在冷環(huán)境中，體溫的變化不如皮膚溫度變化那樣敏感，因?yàn)闄C(jī)體調(diào)節(jié)功能較強(qiáng)，不易出現(xiàn)較大波動(dòng)。須知，一旦體溫出現(xiàn)明顯降低可能帶來(lái)的不良影響要比皮膚溫下降嚴(yán)重的多。

豎向破拆作業(yè)

在寒冷環(huán)境中，只有機(jī)體熱虧損超過(guò)一定限度(50kcal約等于210kJ)時(shí)，體溫才出現(xiàn)下降，下降幅度一般不超過(guò)1℃，對(duì)人體健康和工作能力沒(méi)有明顯不良影響。

體溫降至36℃，機(jī)體代謝反射性增強(qiáng)(產(chǎn)熱量增加)，這是人體保護(hù)性反應(yīng);體溫降到35℃時(shí)，可出現(xiàn)明顯寒顫，稱(chēng)為體溫過(guò)低；降到34℃時(shí)血壓出現(xiàn)下降，意識(shí)受到影響;體溫下降到33℃時(shí)，呼吸次數(shù)、心率減少，血壓下降，稱(chēng)為重癥低體溫;體溫下降到32℃～31℃時(shí)，血壓測(cè)不到，意識(shí)不清、寒顫消失，瞳孔散大;體溫下降到30℃～29℃時(shí)，意識(shí)逐漸消失，肌肉僵直，脈搏、呼吸減弱、減少;體溫下降到28℃時(shí)可出現(xiàn)心室纖顫，生命垂危；體溫下降到20℃時(shí)，心跳停止。體溫這種極端下降的情況，在日常生產(chǎn)過(guò)程中是不存在的，只有在較強(qiáng)的寒冷環(huán)境中(特別是冬季戶(hù)外作業(yè))的非常事故中，才有可能見(jiàn)到。

3.2.3 對(duì)全身的影響

機(jī)體受冷后，首先是毛細(xì)血管收縮，皮膚血流量減少，導(dǎo)致皮膚溫度與環(huán)境氣溫的溫差減少，有利于減少機(jī)體散熱量，這是一種保護(hù)性反應(yīng)。但由于末梢血管收縮，也可使血壓升高、容易引起高血壓患者發(fā)生腦意外，這也是寒冷地區(qū)腦中風(fēng)發(fā)生率較高的原因之一。

冬季戶(hù)外作業(yè)應(yīng)穿著足夠量的防寒服裝，服裝保暖量的多少可以保證服裝覆蓋部位平均皮溫不低于33℃為宜，或參考《勞動(dòng)防護(hù)服防寒保暖要求》(GB/T13459-92)，并保持服裝干燥。對(duì)保暖薄弱環(huán)節(jié)，如手、腳、頭、耳，要加強(qiáng)保暖，盡量減少裸露皮膚的面積，要保證這些部位的皮膚溫不低于20℃。在低溫環(huán)境中，風(fēng)速能增加冷作用強(qiáng)度，如在7℃環(huán)境中，2m/s～3m/s的風(fēng)速，相當(dāng)于氣溫下降3℃～4℃，可使服裝保暖量降低11%～12%。因此，防寒服的尺寸也很重要，既不可束縛過(guò)緊，也不可過(guò)于寬松，束縛過(guò)緊影響末梢血液循環(huán)，能增加冷影響或冷損傷的機(jī)會(huì);過(guò)于寬松影響裝具的保暖量。

表1 空氣呼吸器實(shí)際測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)表

在此次適應(yīng)性訓(xùn)練中，裸露在外部的皮膚基本在30s～50s左右就會(huì)出現(xiàn)刺痛、麻木的情況，因此必須保證全身的保暖措施都到位。而在這種保暖條件下又要保持工作的效率就需要把握一定平衡，在手、足及關(guān)節(jié)位置，既要使用保暖性能較好的材質(zhì)，又要滿(mǎn)足操作時(shí)靈活運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，還要滿(mǎn)足地震救援現(xiàn)場(chǎng)必備的防穿刺功能，實(shí)現(xiàn)較困難。在保暖衣物上，如若過(guò)于臃腫則會(huì)引起行動(dòng)不便，出現(xiàn)難以操作裝備的現(xiàn)象；而太薄又會(huì)影響自身體溫的保持，這是一個(gè)矛盾主要集中點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)出適用于高寒地區(qū)救援條件的面料材質(zhì)是一個(gè)現(xiàn)狀需求。

3.3 裝備性能

3.3.1 低溫對(duì)手動(dòng)破拆工具的影響

目前國(guó)際主流的手動(dòng)破拆工具主體都為金屬，金屬晶體本身是緊密堆積的金屬晶格,金屬鍵很強(qiáng),在很低的溫度下,金屬鍵被破壞,金屬結(jié)點(diǎn)松弛,大多數(shù)金屬在低溫下強(qiáng)度會(huì)變高，韌性會(huì)降低變脆。因此在低溫條件下要注意手動(dòng)破拆工具是否會(huì)因?yàn)槭芰托阅艿碾p重原因發(fā)生脆性斷裂，必要時(shí)更換耐低溫鋼種作為手動(dòng)破拆工具的部件。

表2 破拆裝備實(shí)際測(cè)試情況統(tǒng)計(jì)表

3.3.2 低溫對(duì)電動(dòng)裝備的影響

此類(lèi)現(xiàn)象多發(fā)生在需要蓄電池或鋰電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)設(shè)備上，如蛇眼生命探測(cè)儀、聲波生命探測(cè)儀、紅外線(xiàn)探測(cè)儀、雷達(dá)生命探測(cè)儀及各類(lèi)?；房扇?xì)怏w檢測(cè)儀乃至照相機(jī)、手機(jī)等設(shè)備上。低溫環(huán)境下，電池的極化現(xiàn)象嚴(yán)重，放電不完全，放電容量減小，放電電壓降低，影響電池壽命和性能。故在使用各類(lèi)電子設(shè)備時(shí)要注意增加防凍罩或用其他方式保持機(jī)體的溫度，以免因低溫失去使用效果。

3.3.3 低溫對(duì)內(nèi)燃設(shè)備的影響

當(dāng)柴油機(jī)吸入的空氣溫度在-30℃以下時(shí),壓縮終點(diǎn)溫度小于430℃,不能使噴入的燃料著火燃燒。在很低的環(huán)境溫度下,由于冷卻液以及活塞、汽缸套等零件溫度過(guò)低,在壓縮過(guò)程中的熱損失過(guò)大,壓縮終了溫度很難滿(mǎn)足柴油機(jī)正常起動(dòng)的要求。因此在使用內(nèi)燃設(shè)備前要在保持一定溫度的前提下在室外迅速打火進(jìn)行使用以保持內(nèi)燃機(jī)的溫度，這也是裝備車(chē)恒溫系統(tǒng)最大的意義所在。

3.3.4 部分救援裝備在低溫狀態(tài)下的使用情況（見(jiàn)表1、表2）

3.4 材料特性

在極寒條件下，新澆筑混凝土在養(yǎng)護(hù)初期遭受凍結(jié)，由于水結(jié)冰膨脹，會(huì)使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。

當(dāng)氣溫恢復(fù)到正溫后，即使正溫養(yǎng)護(hù)到一定齡期，由于水結(jié)冰膨脹造成的裂紋也難以愈合，混凝土很難達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

水泥之所以能凝結(jié)硬化并獲得強(qiáng)度，是由于水泥水化反應(yīng)的結(jié)果。水和溫度是水泥水化反應(yīng)得以進(jìn)行的必要條件。水是水泥水化反應(yīng)能否進(jìn)行的決定因素之一，溫度則影響水泥水化反應(yīng)的速度。當(dāng)溫度降到5℃時(shí)，水泥水化反應(yīng)速度緩慢；當(dāng)溫度降到0℃時(shí)，水泥水化反應(yīng)基本停止。在混凝土強(qiáng)度發(fā)展初期，其內(nèi)部的空隙中含有尚未與水泥化合的游離水，當(dāng)溫度降至-2℃～-4℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的游離水開(kāi)始結(jié)冰，游離水結(jié)冰后體積大約增長(zhǎng)9%，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生冰晶應(yīng)力，使強(qiáng)度尚低的混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫和孔隙，同時(shí)損害了混凝土與鋼筋的黏結(jié)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。

混凝土內(nèi)部的微裂縫和孔隙

混凝土的早期凍害是由于混凝土內(nèi)部的水結(jié)冰所致。實(shí)驗(yàn)證明，水泥在澆筑后立即受凍，抗壓強(qiáng)度約損失50%，抗拉強(qiáng)度約損40%。受凍前，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，所達(dá)到的強(qiáng)度越高；水泥水化物生成越多，能結(jié)冰的游離水就越少，混凝土強(qiáng)度損失就越小?；炷猎馐軆鼋Y(jié)帶來(lái)的危害與遭凍的時(shí)間早晚、水灰比、水泥強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)溫度等有關(guān)。

此次適應(yīng)性訓(xùn)練在進(jìn)行破拆作業(yè)時(shí)混凝土的剝離速度較快，可以在剝離后的混凝土碎塊上明顯觀察到由于混凝土內(nèi)部冰晶應(yīng)力所產(chǎn)生的微裂縫和孔隙，由于高寒地區(qū)混凝土的這種特性，可以在進(jìn)行破拆作業(yè)時(shí)使破碎機(jī)或破碎鎬的鑿頭與作業(yè)面形成一定夾角，這樣會(huì)對(duì)混凝土預(yù)制板產(chǎn)生一定的剪切力，也可利用混凝土構(gòu)件的應(yīng)力集中效應(yīng)在板面上制造較深創(chuàng)口，從而達(dá)到提高作業(yè)效率的目的。

4. 結(jié)語(yǔ)

此次高寒地區(qū)地震救援適應(yīng)性訓(xùn)練取得了關(guān)于個(gè)人防護(hù)、裝備保障、救援方法等方面的階段性成果，為后期的繼續(xù)研究提供了一定的參考，但由于研究仍處于初步探索階段，很多數(shù)據(jù)的細(xì)化和策略的抉擇方面還留有空白。在之后的研究中會(huì)繼續(xù)細(xì)化、深化，對(duì)高寒、高海拔、高溫高熱等特殊救援環(huán)境中的救援特點(diǎn)進(jìn)行更為細(xì)致的研究。

作者單位：中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心

[1]地震應(yīng)急救援培訓(xùn)的組織與管理，賈群林，地震出版社，2014.3

[2]冬季柴油機(jī)冷起動(dòng)困難的解決方法,姚楷,硅谷，2010年16期

[3]低溫作業(yè)對(duì)人體有哪些影響,于永中；趙容,北京市疾病預(yù)防控制中心，2003年07期