李偉亮

（江蘇省南通市消防救援支隊(duì)如東縣大隊(duì)，江蘇 南通 226400）

高層建筑是現(xiàn)代城市的重要標(biāo)志，也是人類文明的成果。然而，高層建筑也面臨著嚴(yán)峻的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，往往造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，甚至引發(fā)社會(huì)恐慌。近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起高層建筑火災(zāi)事故。根據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021 年，全年共接報(bào)高層建筑火災(zāi)4057 起，造成168人死亡，死亡人數(shù)比上年增加了22.6%。為什么高層建筑起火，其“殺傷力”如此之大？

智能化設(shè)計(jì)是指利用現(xiàn)代科技手段，對高層建筑的消防安全進(jìn)行全方位的感知分析，提高高層建筑的消防安全水平和滅火救援效率。智能化設(shè)計(jì)在高層建筑火災(zāi)事故應(yīng)急響應(yīng)和滅火救援中的應(yīng)用，是當(dāng)前消防領(lǐng)域的前沿，也是未來消防發(fā)展的方向。本文旨在探討高層建筑火災(zāi)事故應(yīng)急響應(yīng)與滅火救援設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)在消防滅火救援的實(shí)際特點(diǎn)，為提高高層建筑的消防安全和滅火救援能力提供借鑒。

1 高層建筑火災(zāi)事故的現(xiàn)狀

1.1 高層建筑火災(zāi)事故的嚴(yán)重性

高層建筑火災(zāi)事故的發(fā)生頻率與嚴(yán)重性，與高層建筑的數(shù)量、結(jié)構(gòu)材料等因素有關(guān)。隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑的數(shù)量不斷增加，截至2021 年年底，我國在建和已建的超高層建筑（高度超過200m）達(dá)到了1400 多座，占全球的60%以上。高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，危險(xiǎn)源多，火災(zāi)荷載大，一旦發(fā)生火災(zāi)，往往造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，甚至引發(fā)社會(huì)恐慌和動(dòng)蕩。近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多起高層建筑火災(zāi)事故，如2010 年上?！?1·15”高層住宅火災(zāi)、2017 年英國倫敦格倫費(fèi)爾塔公寓火災(zāi)、2019 年法國巴黎圣母院大火等，都給人們敲響了警鐘，暴露了高層建筑火災(zāi)事故應(yīng)急響應(yīng)和滅火救援的不足。

1.2 現(xiàn)有滅火救援設(shè)備在高層建筑火災(zāi)中存在的局限性

現(xiàn)有滅火救援設(shè)備在高層建筑火災(zāi)中存在的局限性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）外部救援設(shè)備的高度不足。外部救援的主要設(shè)備是消防云梯車，但是常用的消防云梯只有50m 左右，只能到達(dá)15 層樓的高度。目前已知國內(nèi)最高的消防云梯為101m，最多也只能到達(dá)35 層左右。之所以消防云梯要“限高”，主要是因?yàn)楦叨仍礁撸瑢ψ鳂I(yè)及消防車行駛的要求也越高。

（2）內(nèi)部救援設(shè)備的水壓不足。由于高層建筑的垂直距離長，水壓損失大，常規(guī)的消防水泵難以滿足高層建筑滅火的需要。據(jù)測算，當(dāng)水泵的揚(yáng)程達(dá)到100m 時(shí)，其流量就會(huì)降低到零。

（3）無人化救援設(shè)備的智能化不足。無人化救援設(shè)備，如消防機(jī)器人、無人機(jī)等，可以協(xié)助消防員在危險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行一系列任務(wù)。然而，這些設(shè)備的智能化水平還不夠高，需要消防員在火場外部操控，而火場的復(fù)雜環(huán)境和信號(hào)干擾，會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性。此外，這些設(shè)備的成本也較高，普及率不高，難以在大規(guī)模的火災(zāi)中發(fā)揮作用。

1.3 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在兩個(gè)方面：一方面，高層建筑火災(zāi)的動(dòng)力學(xué)模擬和風(fēng)險(xiǎn)評估。通過建立高層建筑火災(zāi)的動(dòng)力學(xué)模型，模擬火災(zāi)的蔓延規(guī)律，分析火災(zāi)的影響因素，為火災(zāi)的預(yù)防控制提供科學(xué)依據(jù)。例如，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院利用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬器和煙氣運(yùn)動(dòng)模擬器對英國倫敦格倫費(fèi)爾塔公寓火災(zāi)進(jìn)行了模擬，揭示了火災(zāi)的蔓延路徑和致災(zāi)機(jī)理；另一方面，高層建筑火災(zāi)的防火設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化高層建筑的防火設(shè)計(jì)，提高建筑的防火分區(qū)效果，減少火災(zāi)的發(fā)生和蔓延。例如，我國《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50045-2021）規(guī)定了高層建筑的防火隔斷、避難層、消防水源等消防設(shè)施的設(shè)計(jì)要求。

2 智能化設(shè)計(jì)在高層建筑火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)中的應(yīng)用

2.1 智能感知技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警中的作用

智能感知技術(shù)在火災(zāi)預(yù)警中的作用：（1）智能感知技術(shù)可以對高層建筑內(nèi)外的各種火災(zāi)特征進(jìn)行綜合監(jiān)測，通過人工智能算法，對火災(zāi)的發(fā)生位置和類型規(guī)模等進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)，為火災(zāi)的控制和撲救爭取時(shí)間。例如，河北省接入4727 個(gè)鐵塔視頻探頭，利用視頻智能分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對83%以上森林草原防火區(qū)火情的自動(dòng)監(jiān)測，及時(shí)處置火情4000 余次；（2）智能感知技術(shù)可以利用無人機(jī)、衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，對高層建筑火災(zāi)的發(fā)展過程和蔓延規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，通過大數(shù)據(jù)分析，對火災(zāi)的影響因素和危害程度進(jìn)行預(yù)測，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的動(dòng)態(tài)跟蹤。

2.2 智能化疏散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

智能化疏散系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）提高人員的疏散指引能力。利用智能顯示屏、智能廣播、智能燈光等設(shè)備，根據(jù)火災(zāi)的實(shí)時(shí)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整疏散路徑和疏散策略，實(shí)現(xiàn)人員的疏散指引；（2）提高人員的疏散管理能力。利用智能門禁、智能攝像頭、智能手環(huán)等設(shè)備，對高層建筑內(nèi)的人員分布和疏散情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人員的疏散管理；（3）提高人員的疏散保障能力。利用智能避難層、智能消防電梯、智能安全繩索等設(shè)備，對高層建筑內(nèi)的人員提供必要的疏散保障，實(shí)現(xiàn)人員的疏散保障。例如，智能樓宇消防安全及應(yīng)急系統(tǒng)利用智能避難層，根據(jù)火災(zāi)的情況，自動(dòng)啟動(dòng)正壓送風(fēng)系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等，為人員提供安全的避難空間。

2.3 智能化通信設(shè)備在火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)中的作用

智能化通信設(shè)備是指利用智能化技術(shù)，對高層建筑內(nèi)外的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集、傳輸和共享，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的協(xié)調(diào)指揮、救援支持的設(shè)備。智能化通信設(shè)備在火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)中的作用：（1）利用智能手機(jī)、智能手表、智能手環(huán)等設(shè)備，對高層建筑內(nèi)的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和狀態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或人員受困，可以自動(dòng)或手動(dòng)觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警，將火災(zāi)信息及時(shí)傳送到消防部門和應(yīng)急指揮中心，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的救援請求；（2）利用無線電、衛(wèi)星電話、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對高層建筑內(nèi)外的通信信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)和保障，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場與多方的實(shí)時(shí)通信和信息共享，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的資源調(diào)度。例如，湖北省應(yīng)急管理廳組織通信保障隊(duì)模擬在重大災(zāi)害事故現(xiàn)場公網(wǎng)信號(hào)缺失的條件下，快速搭建通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急指揮、救援隊(duì)伍、現(xiàn)場群眾之間的高效通信。

3 智能化設(shè)計(jì)在高層建筑火災(zāi)滅火救援設(shè)備中的應(yīng)用

3.1 智能化滅火器材的設(shè)計(jì)與研發(fā)

智能化滅火器材是指利用智能化技術(shù)，對傳統(tǒng)的滅火器材進(jìn)行改進(jìn)或開發(fā)的新型滅火器材，如智能滅火機(jī)器人、智能滅火彈、智能滅火噴頭等。智能化滅火器材的設(shè)計(jì)與研發(fā)，可以采用傳感器、控制器、執(zhí)行器等組件，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的自動(dòng)檢測、識(shí)別和滅火的功能，減少人工干預(yù)，提高滅火的準(zhǔn)確性。例如，中國航天科工集團(tuán)第二研究院206 所研發(fā)的“投射式高層建筑干粉消防車”可采用導(dǎo)彈發(fā)射技術(shù)對高層樓房發(fā)射滅火導(dǎo)彈，每顆炮彈內(nèi)都有3.6kg 的高效干粉滅火劑，能夠自動(dòng)識(shí)別火源并進(jìn)行精確打擊。

3.2 無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)救援中的應(yīng)用

無人機(jī)是指無人駕駛的飛行器，可以搭載各種設(shè)備和器材，執(zhí)行各種任務(wù)。無人機(jī)在高層建筑火災(zāi)救援中的應(yīng)用：（1）提高火災(zāi)的偵察和預(yù)警能力。對高層建筑火災(zāi)的現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝和傳輸，為應(yīng)急指揮中心提供火場的第一手資料，為救援決策提供科學(xué)依據(jù)；（2）提高火災(zāi)的滅火和救援能力。無人機(jī)可以利用水槍、滅火彈、救生繩等設(shè)備，對高層建筑火災(zāi)進(jìn)行滅火和救援，實(shí)現(xiàn)對高空、高溫、有毒等危險(xiǎn)區(qū)域的有效覆蓋，減少消防員的傷亡風(fēng)險(xiǎn)，提高滅火和救援的效果和效率。例如，中國航天科工集團(tuán)研發(fā)的“無人機(jī)滅火系統(tǒng)”可搭載水槍、滅火彈等設(shè)備，對高層建筑火災(zāi)進(jìn)行滅火和救援，實(shí)現(xiàn)對高空火災(zāi)的快速打擊。

3.3 智能化安全繩索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

智能化安全繩索系統(tǒng)是指利用智能化技術(shù)，對傳統(tǒng)的安全繩索系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)或開發(fā)的新型安全繩索系統(tǒng)。智能化安全繩索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）提高人員的疏散保障能力。智能化安全繩索系統(tǒng)可以利用智能避難層、智能消防電梯等設(shè)備，對高層建筑內(nèi)的人員提供必要的疏散保障，實(shí)現(xiàn)人員的疏散保障。例如，智慧消防系統(tǒng)利用智能避難層，根據(jù)火災(zāi)的情況，自動(dòng)啟動(dòng)正壓送風(fēng)系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等，為人員提供安全的避難空間。

（2）提高人員的救援保障能力。鋼絲繩安全“守護(hù)者”，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線檢測鋼絲繩的斷絲、疲勞、磨損等損傷信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，保證鋼絲繩的正常運(yùn)行，為人員的救援提供安全可靠的安全繩索。

（3）提高人員的安全教育能力。對高層建筑內(nèi)的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和狀態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或人員受困，可以自動(dòng)或手動(dòng)觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的快速報(bào)警。同時(shí)，智能化安全繩索系統(tǒng)還可以通過智能手機(jī)等設(shè)備，向人員推送火災(zāi)的相關(guān)知識(shí)、預(yù)防措施、應(yīng)急方法等，提高人員的自救能力。例如，智能家居安防系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對家庭內(nèi)的煙霧、溫度、氣體等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦發(fā)生火災(zāi)，可以自動(dòng)啟動(dòng)滅火器材，同時(shí)，通過手機(jī)APP 向用戶發(fā)送火災(zāi)報(bào)警信息和救援指南，增強(qiáng)用戶的安全意識(shí)。

4 挑戰(zhàn)與展望

4.1 智能化設(shè)計(jì)面臨的技術(shù)與實(shí)踐難題

4.1.1 泛化瓶頸

泛化能力，即能夠適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)場景，生成個(gè)性化的設(shè)計(jì)方案。但目前的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)往往局限于特定的領(lǐng)域，難以跨越領(lǐng)域和任務(wù)的邊界，實(shí)現(xiàn)泛化的智能化設(shè)計(jì)。同時(shí)，智能化設(shè)計(jì)需要消耗大量的計(jì)算資源，但目前的計(jì)算設(shè)備和算法往往存在能效低下的問題，導(dǎo)致智能化設(shè)計(jì)的能耗成本較高。

4.1.2 預(yù)義鴻溝瓶頸

目前的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)往往缺乏對設(shè)計(jì)師的預(yù)期和偏好的理解和反饋，導(dǎo)致智能化設(shè)計(jì)的結(jié)果與設(shè)計(jì)師的預(yù)期存在差距，難以滿足設(shè)計(jì)師的審美。

4.1.3 可解釋性瓶頸

智能化設(shè)計(jì)需要提供對設(shè)計(jì)過程和結(jié)果的可解釋性，即向設(shè)計(jì)師說明智能化設(shè)計(jì)的原理，以增強(qiáng)設(shè)計(jì)師對智能化設(shè)計(jì)的接受度。但目前的智能化設(shè)計(jì)技術(shù)往往缺乏可解釋性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的可靠性受到質(zhì)疑。

4.2 未來智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

4.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與模型創(chuàng)新

數(shù)據(jù)是智能化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，未來智能化設(shè)計(jì)需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的管理和利用，構(gòu)建數(shù)據(jù)生態(tài)，為智能化設(shè)計(jì)提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。模型是智能化設(shè)計(jì)的工具，未來智能化設(shè)計(jì)需要不斷創(chuàng)新模型的方法，開發(fā)更先進(jìn)的智能化設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的自適應(yīng)。

4.2.2 能效優(yōu)化與安全保障

能效是智能化設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)，未來智能化設(shè)計(jì)需要優(yōu)化能效的策略，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的低碳排放和綠色發(fā)展，為智能化設(shè)計(jì)提供可持續(xù)的能效支持。未來智能化設(shè)計(jì)需要保障可靠性的規(guī)范，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)的規(guī)范遵守、標(biāo)準(zhǔn)符合和法律合規(guī)，為智能化設(shè)計(jì)提供更高質(zhì)的可靠性支持。

5 結(jié)語

智能化設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場革命，它將為設(shè)計(jì)師帶來更多的可能性，也將為社會(huì)帶來更多的價(jià)值。但智能化設(shè)計(jì)也面臨著一些技術(shù)與實(shí)踐難題，需要技術(shù)人員、政策制定者等多方的共同努力，才能克服困難，推動(dòng)智能化設(shè)計(jì)的發(fā)展。因此，期待智能化設(shè)計(jì)能夠在未來的10 年里，實(shí)現(xiàn)更大的進(jìn)步和突破，為設(shè)計(jì)領(lǐng)域和人類社會(huì)帶來更美好的未來。