2020年1月1日17时许，重庆市渝北区加州花园小区A4幢二层着火，烈焰迅猛冲上三十层的高层，火光冲天，伴着浓烟滚滚，不时有烧掉的物品从空中掉落。火势之大，令居民惶然。一段现场视频显示小区道路被堵，附近市民合力掀开堵路的车辆(图1)。

图1 重庆加州花园大火现场情景

央视新闻直播称，昨晚19时40分左右，火势基本得到控制。重庆起火居民楼从2至30层外的阳台不同程度过火，主要燃烧物为阳台杂物雨棚。而在此之前，重庆消防救援总队紧急调遣的7个支队，10个中队，38辆消防车，以及197名指战员赶赴现场处置，居然因为消防通道被阻塞，这些消防车辆迟迟无法抵达发生火灾的居民楼楼下。 

此事最万幸的一点在于，无人员伤亡，但是在此之前，高层建筑火灾所造成的人员死伤的人间惨剧，时有发生。例如2017年当地时间6月14日凌晨00:54左右，英国首都伦敦一幢27层的公寓楼(伦敦西部格伦费尔大楼)突发惨烈大火。火焰猩红，浓烟滚滚，大火把这幢大楼几乎烧成焦炭。据英国警方公布的数据，共有71人在该次高层居民楼火灾中确认死亡或被推定死亡。英国首相称其为“国家灾难”。 

英国警方23日说：伦敦西部格伦费尔大楼内有400至600名住户，火灾缘于4层一家住户的冰箱起火，起火原因并非人为。伦敦高楼大火牵动世人之心，同时也给国人一些警示，高层火灾如何扑灭?如何逃生、如何施救?

图2 英国首都伦敦西部格伦费尔大楼大火现场情景

习近平主席亲自主持“伦敦火灾警示中国”的会议

2017年伦敦高楼大火后，我国国家主席习近平主席主持了“伦敦火灾警示中国”的会议，明确指出要加强我国城市公共安全、消防安全工作。为了加大力度贯彻落实习主席的指示精神，随后公安部连续召开3次高层建筑消防工作会议，会议主要议题是如何加强高层建筑消防灭火的科技水平。经过热烈讨论，大家统一了认识，认识到要用现代人工智能(AI)来提升高层建筑火灾的防控能力，并提出“快速推近微型消防站建设”的建议。会后，北京消防市政在8月份率先投资近13亿元采购无人机等高端消防设备建立快速反应消防站。由此可以看出从国家层面上是高度重视高层建筑消防的问题，因此“高层建筑消防灭火多旋翼无人机”从维护人民群众安全角度上来看是急需的。

中国高层建筑数量世界第一，火灾防控难度大

何为“高层建筑”?按照公安部消防局的界定，高层建筑即为8层以上、超过24米的建筑。在中国，目前这样的高层建筑有34.7万幢、百米以上超高层6000多幢，数量均居世界第一。这些高层建筑集中在大城市，例如，重庆有1.9万幢，北京2万多幢，上海达到3万幢。据介绍，近10年，全国共发生高层建筑火灾3.1万起，亡474人，直接财产损失15.6亿元。其中，特别重大火灾3起，重大火灾4起，较大火灾24起。 一系列高层建筑火灾数据背后，是一个又一个消防安全漏洞，其中有不少是历史遗留问题所形成的巨大消防隐患，例如，中国在建筑节能综合改造初期，使用了约30亿平方米易燃可燃的保温材料，一旦墙体保护层脱落、破损，遇到明火就会迅速蔓延，形成大面积立体燃烧，就会发生类似于伦敦西部格伦费尔高楼大火的重大灾难。

高层火灾救援有啥难

对于高层火险，目前的消防救援有哪些困境?按照公安部消防局的介绍，目前，中国配备的举高车大都在50米以下，多数消防水枪、水炮的喷射高度也只有50多米。可以说，50米以上特别是超过100米的楼层发生火灾，除利用建筑内部消防设施外，几乎没有有效的外攻手段。

图3 高层建筑消防灭火所面对的困境

目前，高层建筑消防灭火所面对的困境主要体现在以下几方面：

(1)人员密度大，逃生困难。现代化高楼大厦作为城市的标志性建筑，通常大楼内的办公室达到几百上千家，办公人员有上万人，加上访客，往往楼内人员数量超过几万，甚至上10万。一旦发生火灾，电梯停用，其人员逃生将十分困难。 

(2)消防救援困难。目前我国消防队配备的举高车大都在50米以下，多数消防水枪、水炮的喷射高度也只有50多米。可以说，50米以上特别是超过100米的楼层发生火灾，除利用建筑内部消防设施外，几乎没有有效的外攻手段。 

(3)玻璃幕墙破拆困难。由于高层建筑外立面多采用钢化玻璃幕墙，而现有强臂破拆车最大工作高度仅18米，超出这一高度就无能为力了。 

(4)消防员负重登楼救援不能超过20层。内攻灭火时，消防员负重登楼超过20层，就无法有效开展救援行动。 

(5)高层建筑救援的作业面受限。有的灭火作业面被汽车、隔离桩等占用，或者受架空电线、广告牌等影响，举高消防车无法停靠作业。

由此可见，高层建筑消防灭火及逃生问题已经成为了公认的世界难题。

解决高层建筑消防灭火的有效途径

针对我国高层建筑体量庞大、功能复杂、人员密集、危险源多、火灾荷载大，给火灾防控带来严峻挑战的现状，“高层建筑消防灭火多旋翼无人机”应运而生。 多旋翼消防无人机最大的优点是可以垂直起降，不需要专用的跑道，机动性强、不受地形限制、部署灵活方便，能够抵达一般灭火力量难以到达的地区及时进行灭火作业。它还可以身兼数职，利用多旋翼无人机所具备的“垂直起落、空中悬停”飞行特性，从空中由外向里，对高层建筑发生火灾的房间玻璃实施强行破窗及向着火房间内喷射灭火干粉，能迅速扑灭火灾，这样就为解决以往长期困扰人们的高层建筑消防灭火这一世界性难题提供了一个崭新的思路和方法(图4)。

图4 多旋翼消防无人机扑灭高层建筑大火

高层建筑消防灭火多旋翼无人机凝聚了集成化设计、智能化识别、精确化制导等一系列高科技关键技术，具备灵活机动、操作便捷、精准破窗、高效灭火等多重优势，并且反应迅速，成本较低。

消防灭火多旋翼无人机的工作流程

高层建筑消防灭火多旋翼无人机是利用无线电遥控设备和自备程序控制的不载人直升机，从结构组成上讲，一个完整的无人机系统由机上部分和地面控制部分两部分组成，其中机上部分主要包括无人机的自主飞行控制系统、机载灭火系统和动力系统;地面控制部分主要包括遥控操纵系统和数据接收系统等。

图5 消防无人机发射破窗弹击碎起火房间的玻璃窗

高层建筑消防灭火多旋翼无人机以无刷直流电动机作为动力装置，一般采用4轴8旋翼结构形式，为了运输方便，旋翼可折叠。一旦有高层建筑发生火灾，消防灭火多旋翼无人机由消防车搭载运送到火灾现场附近，随即无人机旋翼展开，搭载数十公斤的灭火干粉、玻璃破拆枪和自救装备发射装置垂直起飞，直接飞到火灾楼层外面，作为空中悬停平台，遥控对准目标，首先用玻璃破拆枪发射高速冲击弹，击碎高层建筑上起火房间的玻璃窗(图5)，然后向室内喷洒灭火干粉(图6)，在一分钟内灭火面积可达100立方米;也可以喷水(图7)或发射灭火弹(8)，有效扑灭火焰;还可携带消防水枪飞到空中，对起火点连续喷水灭火。

图6 消防无人机向起火室内喷洒灭火干粉灭火

图7 消防无人机向起火室内喷水灭火

图8 消防无人机向起火室内发射灭火弹灭火

如果室内还有被困人员，破窗后无人机第一时间要即刻向室内被困人员抛射装有防毒面具的自救装备筒，以便让被困人员能从自救装备筒中取出防毒面具戴上，防止或减少受到火灾现场浓烟的毒害，及时逃生出来。

消防灭火多旋翼无人机的技术优势

无人机作为一种飞行器，与有人驾驶飞行器(以下简称有人机)有许多的不同，包括使用和功能上的差别，而造成这些差别的根本因素就是“人”。机上无人是无人机的主要特点。正是这一特点，使得利用无人机完成任务时，勿需考虑飞行员的生命安全问题，更不必考虑任务的危险性。这不仅大大放宽了对无人机的设计和使用要求，而且使得无人机比有人机更加适合执行那些存在着各类危险、人力无法承受或企及的任务。 无人机的“无人”特点，造就了无人机使用上的特殊优越性。对于任何一种无人机来说，基本都具备以下几个方面的突出优势：(1)能出色完成单调枯燥、时间长、强度大的艰苦任务。无人机作为自动化机器，可以超越人类生理特性极限，执行长时间、高机动性的任务。 (2)能胜任恶劣、高危环境下的各种危险工作。采用无人机可以代替人类飞行员执行高危险任务，能避免飞行员可能受到的伤害，降低潜在的人员伤亡危险。 (3)研制、生产和使用成本低，经济性好。由于机上“无人”的原因，无人机在设计时完全不必考虑飞行员的生理需求，减少了各种生命维持系统，因而可以大大简化机载设备和平台的设计要求，使得无人机的研制、生产成本远远低于有人机。另外，无人机的使用、训练和维护费用也比有人机低得多。 (4)配置灵活，任务多元化。现有各类无人机系统在设计时均采用平台化、模块化的方式，各任务模块可根据实际情况进行灵活调整，从而能充分发挥平台优势。 (5)无人机执行任务灵活，操作方便。由于无人机无需装备生命保障系统，因此可以代替其他造价昂贵的设备深入火场或救援现场一线进行多种任务。同时，无人机可以在各种平台进行起降，具有操作灵活的特点。

图9 无人机消防车

(6)无人机高层建筑救援的作业面不受限制。众所周知，传统消防车有个缺陷：一旦消防通道被堵塞(如被汽车、隔离桩等占用)，它就无法到达消防救援的作业面，马上变成了“英雄无用武之地”，无法开展有效的消防救援工作。但消防无人机却不会陷入这样窘况，一辆无人机消防车上装载有4架多旋翼消防无人机，当无人机消防车被堵在火灾现场外面，无人机消防车(图9)上的4架多旋翼消防无人机(图10)可即时从消防车上垂直起飞，直接飞到起火点上空，从空中对起火点进行视频拍摄，及时将起火点现场视频实时传到地面“消防指挥中心”，同时对起火点进行轮番围攻，喷射灭火干粉、喷水或发射灭火弹，充分实现“打早、打小、打了”原则，争分夺秒地将高层建筑火灾消灭在初发阶段。

图10 消防无人机从消防车上垂直起飞