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消防技術:熱成像儀在消防救援中的應用

發布時間:2019-11-08點擊量:67

成像儀在消防救援中的應用,變得比以往時候更加的廣泛和常見。

隨著不同廠商為熱成像儀這個小份額市場的競爭,整體成本有了大幅降低。消防隊在過去十年的熱成像使用技術上,是否同樣取得巨大進步了呢?

事實上,熱成像技術至始至終都仍被認為是軍事技術。如果你不相信我的話,試著帶一個高精度熱成像儀(沒有相關文件授權),看看你到海關時會發生什么。

國際武器貿易條例(ITAR)與出口管理條例(EAR)是控制和影響技術生產和銷售分配的兩項法律,防止有不正當動機的人利用紅外線技術去傷害他人。這些規定就是為何當今消防市場存在大量9赫茲處理器熱成像儀的原因。

只要超過30赫茲的熱成像儀,均需符合上述兩項條例的規定,這對產商來說是有困難的。因此,生產一個9赫茲處理器的熱成像儀相對來說更容易,更簡單。但是,大多數消防員不知道的是,一個9赫茲熱成像儀在火場中是低效且存在問題的,消防員在使用它進行火場偵察時,會出現延遲的情況。

隨著軍事和工業對熱成像儀使用的不斷改進,消防隊的熱成像儀使用也已經取得了一些進步,但任然受到法規的限制。例如,目前有許多被推銷為消防服務創新和新技術的壯舉,實際上它們已經在軍隊和工業中使用了十多年。

我寫這篇文章的目的并不是輕視或貶低熱成像儀的制造商,而是指出面對這樣的情況,我們消防隊應該怎么做。

01、購買后未開展專業培訓

情況是這樣的:消防隊購買熱成像儀,作為常用滅火裝備,但在許多情況下,他們購買時沒有進行必要的研究、教育和培訓。在我的研究和走訪中,我發現以下幾點是通病:

1、缺乏基于性能的測試或需求評估的標準。

消防隊需要一個具體的標準,來作出采購熱成像儀的最終決定。這些標準首先要有需求評估,定義對于一個組織使用熱成像儀的最佳方法。這其中包含了一個測試環節,測試熱成像儀在真實火場情景下的表現。

購買一個熱成像儀不應根據其在銷售層面,或是非火災狀態下的表現來確定。應該在其設計、使用和測試的環境中進行評估,這些環境將由技術的主要使用者來完成,比如消防指戰員。

只有這樣的測試,才能為消防隊提供寶貴的反饋意見,并把幾個不同的品牌并排放在火災環境中。火場中,消防隊員可以真實地“看到”他們所選的熱成像儀,是提高還是降低他們在火場的工作表現。

并非所有的熱成像儀都是一樣的,如果僅僅因為便宜而去買它,往往會使消防隊在未來付出更多納稅人的錢。

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2、缺乏專業的熱成像儀使用培訓。

消防救援正處于我們歷史的過渡時期,我們正從撲救主要使用輕型和標準建筑類型火災,轉變為撲救建筑設計由木材、膠水、層壓材料等合成制品組成的,基于性能設計的建筑火災。

這些結構本身給消防隊員帶來了巨大的挑戰,隨著合成材料的使用越來越多,火災環境的發展也更加迅速,能見度幾乎為零。

這種火災能迅速蔓延的根本原因是,高熱釋放率材料的大量使用,例如一個床墊產生4.5 兆瓦的熱能,而在一個標準尺寸的臥室中,只需要2.5 兆瓦就會發生轟燃。

在這種情況下,伴隨著個人防護裝備的不斷進步,就需要一種判斷熱量的工具,來幫助消防員評估和減輕火災的影響。

由于個人防護裝備具有較高的熱防護性能,而且由高熱釋放率可燃物產生的煙氣,在通風控制型火災中能見度有限,消防員在這種環境中往往容易失去知覺。

一般來說,如果一名消防員感到疼痛的熱感覺,他可能已經被燒傷了,或者即將被再次燒傷,而這種警告信號通常感知的太晚。

在消防員的培訓方面,很少有關于熱防護性能、總熱量損失、熱分類的實用知識,以及高熱量釋放率與熱量結合,而這往往對消防員來說很關鍵。

每一件裝備的設計,都是設定在特定的溫度下工作一段時間,但是并沒有考慮到消防員,能在里面抵擋多久大火的灼燒。

有些時候,在較低的溫度下,消防員的裝備就會開始不斷吸收熱量,長時間暴露在高溫下,會導致消防員的灼傷,而他們身上的個人防護裝備卻沒有任何損壞的跡象。

根據 M . K Donnelly 的說法,“NFPA 1971標準中要求,戰斗服的外部纖維在300℃的溫度下不會燃燒或被破壞。全套防護服要在260(50OF)的熱暴露條件下測試5分鐘。”

因此,根據現實的需要,熱成像儀正逐漸被納入空呼(SCBA)面罩中,而且手持決策式熱成像儀變得越來越普遍。

但是,事實是消防隊并沒有把重點放在熱成像的培訓和教育上。顯然,在很多情況下,一些單位采購了僅能感知火場態勢的熱成像儀,用來協助消防員定位火點或火場出口,以取代老的熱成像儀。而分辨率更高、速度更快的處理器,用于輔助火場決策的熱像儀卻沒采購。

感知火場態勢的熱成像儀,不足以替代手持式輔助決策熱成像儀。這僅是消防隊在沒有正確理解或培訓使用熱成像儀的原始意圖和限制情況下,錯誤應用技術的一個例子。

參照NFPA 1408的聲明:《消防員操作、保養、使用和維護熱成像設備的培訓標準》,第4.14.2節,《熱成像設備使用培訓的共識標準》,問問你自己是否遵守以下這些:

a.應當開展熱成像儀使用培訓;

b.培訓期間對學員的風險應控制在最低限度;

c.有自主權的單位,應基于此標準制定自己的熱成像儀訓練標準;

d.訓練方案應針對可能使用熱成像儀的各類場景進行設計;

e.訓練方案應包括對學員在技術、操作、應用、使用范圍和限制、維護和保養等方面的能力進行年度評審;

f.熱成像儀培訓應包括使用其的實際場景;

g.培訓和評估文件應在上級機關存檔;

h.訓練項目的設計應包括個人和團隊訓練;

I.成員必須接受培訓和教育,方可按上級的規定操作熱成像儀;

J.在新的或不熟悉的圖像輸入系統投入使用之前,應向所有成員提供與熱成像儀相關的培訓和教育;

k.只有接受課堂教育并熟悉熱成像儀功能消防員,才可以在威脅生命和健康濃度(IDLH)環境中,操作和使用熱成像儀。

這些要求與那些將熱成像儀作為職業的那部分人的行業標準相比,簡直是小巫見大巫。如果是在我們在熱成像領域工作,我們必須有一個32個小時的,初級熱成像儀認證培訓。并且,每五年復訓一次,至少有兩篇文章在相關行業出版物出版,以確保認證的可靠。

然而,在消防隊,如果一個單位的預算足夠多,銷售人員甚至可以在未經必要培訓的情況下,將裝備銷售給消防員。而且,銷售人員本身可能也沒經過專業的培訓。

實際上,消防隊購買裝備時,沒有經過任何培訓或教育,甚至提供裝備的人也沒有接受過任何培訓或教育,這也是熱成像儀在消防隊錯誤使用的原因。

2.1錯誤使用熱成像儀

根據美國國家職業安全與健康研究所(NIOSH)研究發現,在消防員因執勤犧牲(LODDs)的案例中,有38%的案例是沒有配備熱成像儀。

這可以歸因于許多因素,但我在調研中發現的主要原因通常是:他們只在搜索和清理火場時,使用熱成像儀。

Joseph DeVito在他的課程中“熱成像——不僅僅用于搜索和檢查”中說到,如果我們拓寬對熱成像儀這一裝備的理解,火災撲救可能會更有效率和更成功。

盡管在搜索和清理火場時使用熱成像儀是非常有必要的,但由于未在戰術層面上,將熱成像儀應用到下面這些領域中,因此,在很大程度上降低了熱成像儀的使用效率:

a.危化品事故;

b.火情偵察

c.引導水帶鋪設

d.檢查周邊熱環境

e.保持對態勢的感知

f.車輛事故

這些對熱成像儀使用的建議并不新鮮,我們在熱成像方面缺乏訓練也不少見。美國國家標準與技術研究院(NIST)的技術說明第1499(寫于2004)指出,應該在戰術層面上使用熱成像儀。

一些研究還表明,如果我們能夠正確使用熱成像儀,我們的戰略和戰術都將受益。

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2.2混合不同廠商新舊不一的熱成像儀

因為缺乏教育和培訓,許多單位可能有三個或三個以上品牌的熱成像儀,不同的使用時間、不同分辨率,不同的處理器速度,和不同的顏色與溫度有關的顏色模式。

這些變量使得消防員越來越難以理解和解釋一個圖像,因為,每個熱成像儀可能會根據前面提到的因素以不同的方式顯示火災環境。

1和圖2比較了環境感知型熱成像儀和高分辨率決策型熱成像儀,兩者都提供了良好的視覺效果,但都有不同的顏色模式,不同的溫度模式靈敏度,和不同的動態范圍(溫度范圍),并提供不同的功能。

我們在消防隊犯的一個錯誤是:認為所有的熱成像儀都是一樣的,但事實并非如此。

02、理解的局限性

那么,作為一名消防員,這給我們帶來了什么呢?我們的消防裝備、對講機、個人防護裝備和工具都充斥著各種科技產品。但是,如果我們不能理解它的設計目的和局限性,技術真的能幫助到我們嗎?

哲學家Aldous Huxley曾說:我們現在生活的不是在科學早期成功的陶醉中,而是在一個相當惡劣的早晨之后。顯然,迄今為止,成功的科學所做的就是,改善未改善或實際上惡化的目標的方法。

這對消防員寓意在于,我們缺乏對科技能做什么、以及如果放任我們未受教育的偏見發展,科技將會做什么的理解。

舉個例子,30年前,一名消防隊員在沒有空氣呼吸器或者防護面罩的煙霧繚繞的走廊上推搡時,會覺得沒什么大不了的,直到他看到了火,才會打開水槍。今天,如果我們進入火災環境不佩戴空氣呼吸器或防護面罩,我們將會死掉或受很嚴重的傷。

除此之外,我們的個人防護裝備與30年前相比,有了很大的不同,但是很少有消防員了解他們個人防護裝備的局限性和熱防護性能。

我們的個人防護裝備擁有如此高的熱防護性能,以至于我們不用再依靠我們的能力去感受火場熱量(圖3)。

這是Huxley引用的一個例子:“到目前為止,成功的科學實際上所做的是改善未改善或實際上惡化的目標的方法。”

如果我們不能適應指數級增長的火災環境,并任然按照過去的戰術策略,我們會發現我們的目標可能會“惡化”。

技術是當今世界生活的一個事實,它確實有局限性。作為消防隊員,檢驗我們技術效率的試金石,不是它是否使我們的工作更容易,而應該是它是否使我們的努力更有效和更成功。

例如,許多消防隊目前使用GPS技術來幫助消防員在前往事故現場的途中確定方向。乍一看,這提高了消防隊的反應時間,并被譽為成功——直到它失敗前。

消防隊員們曾經花費大量的時間來熟練掌握街道知識,但隨著科技的發展,他們不再精通街道知識。隨著對這個地區了如指掌的消防隊長的退休,下一代,未曾走上街頭開展六熟悉工作的下一代消防隊員接班。

當他們在前往現場的途中GPS系統失靈(因為各種原因,經常出現這種情況),接下來會發生什么?他們依靠什么,訓練?沒有!

有報道稱,由于電腦故障,消防隊員停止了去救援的行動!這是我們的重大失誤。

正如我們討論的消防員,花了無數小時的培訓,學習專業領悟知識,這才是我們應該模仿前輩的自律榜樣。

我們不應減少或消除我們業務技術的進步,但我們可以通過扎實的消防員基本技能,通過技術來增強而不是取代它們,從而在我們的努力中更有效率和更成功。

別搞錯——技術永遠不會取代一個訓練有素的消防員,除非我們的知識、技能和能力都不健全,這才有可能發生。

03、基礎技術

那么消防業務應該如何保持基本的熟練,同時又能從這一代不斷變化和改進的技術中受益呢?

首先,我們的訓練和基本技能應該是我們的基礎。

沒有堅實基礎的房子最終會倒塌,而過度依賴技術來填補知識和經驗之間差距的消防員,最終會經歷失敗、受傷或死亡。因此,在消防員接受熱成像訓練等技術之前,他們應該熟練掌握自己的基本技能。

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其次,消防員往往會把這種“安全捷徑”作為完成更多事情的一種手段,因為他們在各種科目上,都需要大量的訓練時間。在燃燒的建筑物中,人們傾向于僅僅依靠熱成像儀,而不是保持方向感,這就是一種安全的捷徑。

正如教員John Dixon在他的課程中所說,這可以被看作是“異常行為的常態化”,在這種情況下,這種行為會變得正常,并可能成為有害的,當消防隊員需要熱成像儀時,就說明失敗了。

第三,可以從根本上實現戰術能力的熟練和消防技術的提升,并通過技術進步得到增強。就像我們過去看到的空氣呼吸器、改進的個人防護裝備和自動體外除顫器等設備的進步一樣。

這其中的挑戰在于,如何培訓消防員,讓他們了解技術的重要性、局限性,以及如何利用它來提升消防戰斗力。

04、技戰術水平

熱成像就是一個例子,其中消防隊證明了它可以融合技術和基本的戰術水平,從而更好地為老百姓服務。讓消防員正確理解它,學習它的局限性,通過相關的戰例,提高消防員的戰略和戰術水平。

選擇學習如何利用熱成像技術的消防隊員將會發現,他們可以在多個方面改善消防工作。在火情偵察方面,持續不間斷使用熱成像儀是火災得以成功撲救的基礎。

如何開展火情偵察是成功撲救一場火災的重要因素,正確的火情偵察必須包括包括一個360度全方位的觀察,以幫助消防員制定火災撲救計劃。

如圖4所示,第一個到達現場的指揮員可以快速識別火場環境中,最熱的區域/位置及其整體蔓延方向。他也可能觀察到一些關鍵的火場因素,這些因素在其他情況下是看不見的,比如圖5所示的建筑物下面是否有火。

除了這些有價值的熱信號,一名消防員對火場進行全方位偵察時,還可能會注意到thermal bridges——一火災中建筑物的熱/冷損失顯著增加的區域,這為判斷火災在建筑物內哪個位置提供了信號。

這一信息在隔熱良好的房屋中尤為重要,因為,冬季嚴寒地區發生火災時,建筑物中似乎到處都有煙霧噴涌而出。

6和圖7顯示的是消防員看到的被濃煙加熱的物體表面;thermal bridges將熱量從內部轉移到外部,為判斷火災位置提供了信息;基于通風-進入-隔離-搜索這一戰術,在某些情況下,消防員甚至可以注意到,通往房間的門是開著還是關著的。


在熱成像儀的幫助下,開展搜救工作的消防員效率至少提高60%以上,總體搜索時間減少50%。另外,萬一他們迷失了方向或迷路,如果配有熱成像儀的話,幾乎100%會找到出路。

熱成像儀還可以用于滅火和延伸水帶,保護快速尋找火點和高效鋪設水帶。火場中,如果一名消防員將水槍陣地延伸到錯誤的地方,那么將會嚴重貽誤戰機。

在美國國家職業安全與健康研究所關于消防員犧牲的各種調查報告中,一種常見的描述是“消防員很難確定火點位置”。

合理正確地使用熱成像儀,將可以幫助消防員減少或避免這一問題。如圖8所示,可以為消防員提供用于定位火點的有價值的信息,火災蔓延的方向和嚴重程度。受過戰術熱成像技術培訓的消防員,懂得隱藏在熱數據背后的重要信息。


在能見度為零的情況下,由于消防員的防護裝備具有較高的熱防護性能,在他們的個人防護裝備吸熱達到飽和之前,不會感受到對流的熱流和熱輻射的影響。當接觸點開始感到熱疼痛時,往往已經太晚了。因為在許多情況下,他們正在或已經受到了二次傷害。

下面這段話,來自每一套新的消防員防護裝備上的說明書:“熱量會積聚并儲存在你的全套防護裝備中,導致你的皮膚被灼傷。不要被你的防護服沒有燃燒的表象誤導,很可能,你的皮膚在遠低于你防護服燃點的溫度下灼傷。即使防護服沒有破損或燃燒,你可能仍然會毫無預兆的被燒傷”

消防員在從一個區域移動到另一個區域之前,可以對熱環境進行觀察,評估環境中的熱嚴重程度,在他們被困之前,引導水槍手通過水槍減輕威脅。

還可以看到致命的對流熱在他們頭上翻滾,這種威脅通常是肉眼看不到的。我們可以在圖9火災環境的門口處,通過熱成像儀觀察到。


本文并不是要引導大家遠離技術,這是我的一次嘗試,也是對所有支持我的人一次嘗試,去分享關于我們所看不到的熱環境的重要信息,而這種熱環境經常在消防員的頭頂若隱若現。

通常火場中的可燃物,是一種以合成物為基礎的高熱釋放率可燃物,包裹在一種基于性能的設計結構中,用易燃的膠水和薄金屬支架固定在一起。

消防隊員所面臨和將要面臨的環境,要求他們對火災特性、建筑結構和熱成像技術如何在這一領域發揮作用,以及其基本知識進行更深入的學習。

我們必須努力改善、教育和培訓消防員,以應對今天和未來的環境。

來源:橙色救援 作者: Andrew Starnes
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