| 水灭火森林消防设备系统研究 |
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| 作者：乔启宇
2004-9-24 14:20:00 |
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摘要 用水灭火是林业发达国家首选的林火扑救方法，然而水灭火在我国森林防火中至今未能普及. 该文分析了其中的原因，并介绍了作者和他的研究集体针对我国林区特点的一系列研究成果，包括轻型消防泵、车载可卸式森林消防装置、轮式和履带式森林消防车，以及便携式长距离山地供水灭火系统等一系列用水灭火的森林消防设备.这些成果代表了我国森林消防中水灭火技术的发展. 提出了更新现有装备模式，加大力度推广和普及水灭火森林消防技术的几点建议.
关键词 林火扑救，消防设备，用水灭火技术
1 林火扑救中水灭火技术现状
水的比热容量[4.1868kJ/(kg.C)]和汽化潜热（(2256.9kJ/kg)大，在升温和汽化时可吸收大量的热；水在常压下汽化时体积膨胀约1603倍，水蒸气可有效地稀释燃烧区域内可燃气体和氧气的浓度；水膜对可燃物的覆盖能阻止氧气参与燃烧反应，这些性质使水成为理想的天然灭火剂. 水灭火是当今许多发达国家首选的林火扑救方法[1-3]，消防水泵、水罐消防车、水罐灭火飞机等是这些国家必备的森林消防设备.平均每次火灾受害森林面积是综合反映一个国家火灾预防措施和扑救能力的一个重要指标，这一指标先进的国家如德国为1.03hm2,瑞典1.1hm2日本1.86hm2,美国15.6hm2.水灭火技术的普遍应用使得这些发达国家的消防队伍具有较强的火场控制能力，从而减少了森林火灾的损失.
由于水并非随处可得，在解决我国林区特定条件下水的载运、输送和喷洒配套设备的问题之前，水灭火技术便难以推开. 中国在20世纪90年代以前就处于这种状态.我国是森林火灾损失严重的国家，目前全国林区有森林警察部队和地方专业扑火人员数十万人，手持式风力灭火机、二号工具和背负式手动灭火水枪等小机具是他们的主要扑火装备. 由于这些装备在技术性能得到充分发挥时也只能直接扑灭中等强度的地表火，多年来形成的风力灭火机加二号工具的扑火模式已不能适应扑救森林大火的需要.1987年以前，我国平均每次火灾受害森林面积为55.37hm2,高居世界第三位[4]. 专业扑火队伍快速反应能力差和火场控制能力薄弱，是我国平均每次火灾面积较大的重要原因.从长远看，发展航空灭火和化学灭火是国际上的成功经验，但其受到我国基础设施和林区经济条件的制约，需要经历相当漫长的道路.作者认为，在林火扑救中发展和推广水灭火配套技术以替代现有的扑火模式，是短期内迅速提高专业扑火队伍火场控制能力、减少火灾损失的现实而又可行的技术路线.
2 水灭火森林消防设备研究
近10年来，在国家森林防火灭火技术研究开发基金和“九五”攻关等项目资助下，作者和他的研究集体就轻型森林消防泵、轮式森林消防车、车载可卸式森林消防装置、履带式森林消防车和便携式长距离山地供水灭火系统等森林消防设备进行了一系列的研究和开发，比较系统地解决了我国不同林区条件下用水扑救森林火灾的设备和应用技术问题.
2.1 轻型森林消防泵[5]
消防泵是用水灭火必不可少的设备，我国消防工业原来已有10多种不同型号和规格的手抬式消防泵产品，主要用于城市和工矿消防，在森林消防中不能引用的原因是流量偏大、扬程偏低、尺寸和重量不便于携带（其质量最小者也达55kg）. 一般情况下，需要控制的林火燃烧强度远低于城市和工矿火灾，还由于野外火场水的来源困难，往往需要长距离输水，所以适用性好的林用消防泵应当采用相对较低的流量和较高的扬程；此外，林用消防泵还必须尽可能重量轻、体积小以便于携带. 研制森林消防泵的关键技术一是针对扑救林火的需要，优化选择最佳的性能参数；二是在较小的比转数下获得较高的离心泵效率；三是小尺寸和轻量化. 通过研究，我们比较满意地解决了这些问题，为森林消防而研制的BJL5和BJL4, 两种消防泵和国外一些同类产品主要技术性能比较如表1所示.
2.2 CGL25/5型轮式森林消防车[6]
轮式森林消防车主要在平原和丘陵林区道路沿线或部分无路地带进行灭火作业，也可用于扑救草原火，车辆的越野性能越好，其适用地区也越广泛.普通城市消防车对越野性能没有很高的要求，一般采用4*2或6*4后轴驱动的底盘，配备大流量主消防泵（流量30-50L/s,扬程110m左右），通常用主发动机全功率驱动.因此灭火作业时车辆不能行驶，这些特点使城市消防车不宜用于林火扑救.森林消防车是为满足扑救蔓延中的野外火作业需要而设计的，整车外形如图1所示，采用EQ240型越野货车底盘，6*6全轮驱动；水箱容量2500L，车用主消防泵流量为5L/s，扬程为200m，较高的扬程可满足远距离供水的需要；主泵所需功率为30kW，动力取自汽车主发动机，约占发动机全功率的1/3，因此消防系统可在车辆低速行驶时工作.此外，车上还配有轻型消防泵、水龙带、直流水枪、风力灭火机和一些灭火手工具等辅助消防器材，以备车辆不能靠近火线时利用这些器材灭火.
2.3 车载可卸式森林消防装置[7]
森林消防车是高效扑救森林火灾的大型设备，但因其价格昂贵并且一般为季节性使用，有些林业企业很难按需要配备.整体可卸式森林消防装置（见图2）可以方便地装载在林区已有的车辆上，其灭火功能与森林消防车大体相当，制造成本仅为专用森林消防车的10%-15%，所以能成为一种经济实用的水灭火设备.它共有4种型式形成系列，分别适用于轻型客货两用车、2t 级轻型货车、5t级中型货车和J50型履带式集材拖拉机等车辆，主要技术参数见表2.4种型式装置的区别仅限于水箱的容量和形状分别与不同车型匹配，其余部分相同.其中6MXC5,6MXC15和6MXC40 3种型号与通用汽车底盘配套，适用于道路沿线；6MXT20与履带式集材拖拉机匹配，适用于林内无路地带.全套部件组装成整体，到防火季节在相应的车辆上固定后，即成为一辆水罐式消防车，两支射水枪水平有效射程不少于25m，喷水量各为1.25L/s，可直接扑灭高强度地表火和部分树冠火，水枪可连续喷射或点射，以节省灭火用水.装置从车上卸下后，车辆即恢复原有功能，由于所选择的几种配套车型在林区保有量较多，因此容易在林区普及.
2.4 BFC804 型多功能履带式森林消防车
扑火人员和消防设备是否能快速到达火场关系到火灾损失的大小和扑火的成败，一些林区道路较密的国家如瑞典、德国和北美的部分林区道路密度高达20-40m/hm[2]，所以对消防车辆的越野性能并不特别强调.而我国森林资源多分布在山区，地形复杂道路稀少，以东北和内蒙古国有林区为例，条件较好的林区路网密度也只有6m/hm[2]，一些地方还不足1m/hm[2]，甚至无路.大小兴安岭林区多沟塘、沼泽，湿地面积约占林区面积的15%，这些特点要求消防车具有优良的越野性和涉水性能，以满足快速出击的需要，目前国内还没有相应的通用车辆底盘.
BFC804型多功能森林消防车主要用于运载扑火人员和器材通过道路和沼泽、河沟、湖泊、山坡等无路地带，越过林内障碍，快速到达火场，并利用车上的消防系统扑灭火灾.在研究过程中，对主发动机、传动、行驶、转向和驾驶操纵等系统采用了一系列目的在于提高车辆动力性和越野性能的最新技术，使该车能顺利通过大兴安岭地区的河流、湖泊和大多数沼泽地，能撞倒胸径20cm以下的树，翻越32度以下山坡,公路最高车速55km/h，越野行驶平均车速20-25km/h，水上浮渡速度6km/h.该车外形如图3所示.整车为单体履带式，车体为无车架壳式承载结构，后部敞开，容积为2000L的扁平水箱布置在车体中下部，水箱之后为消防泵室，泵室顶盖与水箱顶面齐平，形成面积约6m2、四周有栏板围护的乘载平台，可向火场运载20名扑火人员或2t物资；泵室内并联安装BJL5型消防泵两台，其中任何一台均可独立运行向两支既可连续喷射又可点射的喷枪供水，喷枪有效射程不低于20m，每支射水量为1.25L/s，可直接扑灭高强度地表火和部分树冠火.该车在东北和内蒙古林区投入使用后在火灾扑救中发挥了重要作用[8].
2.5 便携式长距离山地供水灭火系统[9]
便携式长矩离山地供水灭火系统是针对丘陵和高山林区研究的水灭火设备，于1997年获国家发明专利授权.图4为该系统工作原理示意图，第一级消防泵由山下水源吸水，经止回阀、水龙带将水输送到一定高度的中继水池内，再用第二级消防泵将中继水池内的水继续向上输送，依此类推，可将水输送到任意延伸的高处和远处，最后用水枪喷洒，扑救火灾或灌溉农林作物.系统各部件体积小、重量轻，最重的部件（消防泵）只有13kg，便于携带，所有部件都用标准接口联接，可快速组装和拆卸，系统的设计供水量为9000L/h，各部件数量以及各级水泵与中继水池的安装位置可根据现场情况通过简单的水力计算快速确定.例如一套由4台消防泵、1000m长水龙带、3个中继水池和相应的其它部件组成的系统，可连续将水垂直提升200m，输送距离1000m，最后还有足够的水压供射水枪喷水灭火之用.1994年本系统试验阶段曾在四川省道孚县特大森林火灾扑救中发挥了重要作用，目前已在四川、福建、安徽、云南、河北等南北方山地林区逐渐推广.
3 结论与建议
(1) 本文所介绍的几项研究成果属于用水灭火的森林消防设备，其使用条件，有的适合于平原丘陵林区，有的适合于高山林区；有的适用于道路沿线作业，有的适用于林内无路地带；既有车载大型设备，又有便携式轻型器材；所有设备的消防性能都足以直接扑灭强地表火和部分树冠火. 这些成果的取得，为我国专业扑火队伍从已经落后的装备模式更新为能够控制森林大火的现代化模式创造了较为系统的技术条件.
(2) 为减少森林火灾的损失，当前应以提高扑火队伍的快速反应能力和火场控制能力为主要目的，积极推广和普及业已成熟的水灭火森林消防技术.
(3) 我国的森林消防产业始终是整个消防工业的薄弱环节，为加大森林消防设备更新和新技术推广的力度，建议有关领导机关和决策部门利用现有条件较好的企事业单位组建我国森林消防装备研究、开发和生产一体化的专业基地，当前应立即组织筛选一批水灭火森林消防产品予以重点扶植，同时也能促进全国消防工业取得均衡的发展.
参考文献
1 Brown A A,Davis K P.Forest fire control and use. 2nd ed. New York:Mc Craw-Hill book,1973.97-126
2 Chandler C.Fire in forestry,Vol II.New York:John wiley and Sons,1983,108-110
3 Artsybashef E s.Forest fires and their control.New delhi:A.A.Balkema/Rottendam,1985,102-108
4 孔繁文，吴榜华，高岚. 森林灾害经济. 长春：吉林大学出版社，1989.38
5 王海明，于文华，乔启宇. BJL5型消防泵结构设计特点及可靠性的改进. 北京林业大学学报，1995,20(5):75-79
6 森林消防车课题组. CGL25/5型轮式森林消防车的研制. 北京林业大学学报，1992,14(3):1-8
7 王海明，于文华，乔启宇.6MX系列车载森林消防装置的研制.北京林业大学学报，1995,17(增刊2):57-61
8 阚振国，朴金波. 谈草塘火的几种扑救方法. 森林防火论文集(V).哈尔滨：森林防火杂志社，1999.59
9 乔启宇，王海明，黄玉屏，等. 便携式长距离山地供水系统的研究. 北京林业大学学报，1996,17(增刊2):35-39
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