消防科学与技术

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鲁佳明, 张太科, 安伟光, 宋晓枫

2024 (8): 1051-1058.

摘要 ( 152 )

为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响，基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型，以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象，分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最高温度及偏移距离的影响，并使用量纲分析法建立数学模型。结果表明：当热释放速率在30~200 MW变化，内向环境风速在0.1~6.7 m/s变化时，最高温度与热释放速率成正比，与风速成反比，而最高温度点偏移距离与之相反；无量纲最高温度变化量与无量纲火源功率的0.8次幂呈正比，与无量纲内向风速呈负相关关系；无量纲最高温度点偏移距离与无量纲火源功率呈复杂的对数关系，总体趋势为负相关，与无量纲风速呈非线性递增的对数关系，趋势为正相关。因此，双层悬索桥车辆火灾中火源功率和内向风速对最高温度点的影响是竞争关系，本数学模型可用于桥梁防火设计和火灾现场最高温度点的准确预测。

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密闭管道内非连续分布甲烷/空气爆炸特性

郑凯, 周朋

2024 (8): 1059-1065.

摘要 ( 91 )

在长度900 mm、截面为100 mm×100 mm的矩形密闭管道内开展预混气体非连续分布对甲烷/空气爆炸影响的试验研究。通过分段通入甲烷体积分数为9.5%的预混气体，形成甲烷/空气-空气和甲烷/空气-空气-甲烷/空气两种非连续分布模式。研究发现，随着空气区域缩短，火焰传播距离、火焰尖端速度和爆炸超压均增大。特别是在甲烷/空气-空气-甲烷/空气分布中，当中间空气区域小于500 mm时，火焰会穿越并引发二次爆炸，且其超压随空气区域减小而增加。研究结果可为天然气爆炸事故防控提供理论支持。

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不同充电条件下三元锂电池过充热失控研究

彭伟, 巩耀, 谢奇, 任俊生

2024 (8): 1066-1071.

摘要 ( 105 )

为了研究充电倍率以及充电倍率的调整方式对过充条件下三元锂电池热失控的影响，分别以0.5C、1.0C、1.5C充电倍率将锂电池过充至热失控。此外，以0.5C充至电池表面温度不再上升时，分别以0.5C和0.07C的幅度逐步调高充电倍率，直至发生热失控。结果表明：以0.5C过充时，在短时间内不会发生热失控；以1.0C和1.5C过充时，均会发生热失控，且1.5C下热失控所需时间更短，热失控的危害更大。相比于采用0.5C幅度提高充电倍率的调节方式，采用0.07C幅度的调节方式会显著提高临界充电倍率，从而降低热失控的风险；以0.07C逐步提高充电倍率的过程中存在一个拐点倍率，当充电倍率小于此拐点倍率时，充电倍率与其对应的峰值温度呈线性关系，而当充电倍率大于拐点倍率后，继续提高充电倍率会导致热失控；先以0.5C过充，而后提高充电倍率导致热失控，其热失控危害远低于1.0C和1.5C过充的危害。因此，应当在符合实际需求的前提下采取较低的充电倍率。如需增加充电倍率，采取缓慢增加的方式有助于降低电池发生热失控的风险。

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正常充电和热滥用共同作用下大容量锂离子电池热失控试验研究

张军, 何骁龙, 王子阳, 姚斌

2024 (8): 1072-1076.

摘要 ( 68 )

以50 Ah大容量三元锂电池为研究对象，采用热失控时间作为电热共同作用工况组合标准，通过改变电池起始SOC和充电倍率，开展了不同场景下正常充电和局部过热共同作用下的电池热失控试验，详细分析了不同场景下电池的热失控时间、燃烧行为、热失控SOC、表面最高温度、温升速率、电压峰值等热电特征参数变化。结果表明，正常充电和热滥用共同作用下，电池起始SOC越高，充电倍率越大，热失控时间越短，热失控剧烈程度由电池热失控SOC决定；电池处于较低SOC时，会在充电过程中发生热失控，电压会在热失控前突增到10 V以上然后再突降到零，电池处于较高SOC时，共同作用和单一滥用热失控的差异明显减小。

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CH4层流射流火焰燃烧特性及带电粒子浓度研究

李亚清, 李灏辰, 张玉涛, 车博

2024 (8): 1077-1085.

摘要 ( 58 )

为了研究天然气管道泄漏火灾形成射流火焰的燃烧特性，自主搭建了CH4层流燃烧系统，通过对比不同尺寸喷嘴在0.48~0.72 L/min射流流量条件下火焰的响应特征，分析射流出口上方的火焰形态、温度及带电粒子浓度运移规律。结果表明：火焰喷嘴尺寸相同时，射流火焰的几何尺寸和测点平均温度均随射流流量的增加而增大，但不同喷嘴尺寸处的射流出口温度均随喷嘴流量的增加而降低。越靠近喷嘴区域，火焰根部离子电流值越大，但最大值不超过1.0 μA，并且火焰轴向离子电流变化率随流量的增加而降低，火焰边缘处的离子电流值随测点与喷嘴之间的间距增大而减小。

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半封闭空间内电动自行车锂离子电池热失控研究

荣建忠, 吕银华, 张林志, 林桑

2024 (8): 1086-1090.

摘要 ( 75 )

制作了阻燃防护幕布覆盖的鞍座支架模型，基于ISO 9705试验平台，搭建了电动自行车热失控装置，研究了电动自行车20 Ah/48 V磷酸铁锂电池、35 Ah/60 V三元锂电池在197.0 L半封闭空间内的热失控特性。结果表明，在试验条件下，磷酸铁锂电池热释放速率峰值为151.40 kW，泄压口外侧30 cm处测得的火焰温度最高，为597.5 ℃；三元锂电池的热释放速率峰值可达0.86 MW，泄压口外侧30 cm处测得的火焰温度最高，为630.3 ℃。

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深中沉管隧道火灾烟气流动与控制数值研究

王亮, 张海宁, 刘松林

2024 (8): 1091-1099.

摘要 ( 55 )

为了研究采用横向联络排烟道结合侧壁排烟口新型排烟方式对沉管隧道火灾烟气流动的控制效果，以深圳-中山隧道为例，采用理论分析与计算流体力学相结合的方法，通过分析临界风速、烟气逆流长度和烟气分岔低温区域来研究烟气的流动特性。提出了沉管隧道火灾临界风速和烟气逆流长度的修正模型，同时还建立了烟气分岔流动低温区域长度的预测模型。结果表明，当无量纲热释放率小于0.139时，临界风速与无量纲火源热释放速率的1/3次方成正比。当纵向风速从1.5 m/s增加到4.0 m/s时，10、20、30、50 MW火灾时的峰值温度分别降低了35%、48%、46%和43%。在强纵向风速的作用下会发生烟气分岔现象，对隧道中心线和侧壁温度进行分析，得到了分岔流动低温区域长度预测模型，预测结果误差在10%以内。

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气凝胶制品在建筑防火构件中的适用性研究

徐文飞, 李希全, 郭战胜, 梁润杰

2024 (8): 1100-1104.

摘要 ( 56 )

随着国家加快推进“双碳”战略，建筑领域低碳转型，导热系数极低的气凝胶材料快速发展。随着气凝胶制备技术的发展，气凝胶制品开始出现并得到应用。为了研究气凝胶制品的防火性能，探究其在防火建筑构件中的适用性，选取气凝胶复合防火玻璃和气凝胶膨胀珍珠岩门扇两种防火建筑构件，按照标准要求进行耐火性能等项目的测试。结果表明：气凝胶复合防火玻璃具有优越的耐热、耐寒以及耐紫外线辐照性能，在高温条件下，90 min内可保持耐火完整性，85 min时失去耐火隔热性；气凝胶膨胀珍珠岩产烟毒性和燃烧性能均符合GB 12955—2008《防火门》的要求，门扇在90 min内可以保持耐火隔热性。

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钢框架岩棉夹芯板超高防火隔墙耐火与稳定性能研究

郝腾飞, 赵东拂, 李磊, 王长辉, 符演

2024 (8): 1105-1110.

摘要 ( 50 )

为满足大型厂房对轻质超高防火隔墙的需求，提出了一种钢框架岩棉夹芯板超高防火隔墙，并对其耐火性与稳定性进行研究。采用ISO-834标准升温曲线的加热方法，对缩尺比例为1∶0.3岩棉夹芯板防火隔墙进行单面受火试验。并基于有限元软件ABAQUS建立缩尺模型与足尺模型，研究了防火隔墙防火优化前后两种方案下受火面与背火面的温度场变化规律。结果表明：缩尺试验模型与缩尺有限元模型的温度和形变基本吻合；足尺有限元模型的岩棉夹芯板超高防火隔墙在防火优化后，背火面最高温度降低，最大形变降低了75.5%，耐火性与稳定性得到大幅改善，并满足《建筑构件耐火试验方法》对于防火隔墙隔热性和完整性要求。在防火隔墙设计方面，容重为50 kg/m2的钢框架岩棉夹芯板超高防火隔墙，跨度方向每8 m需设一根钢柱，高度方向每3.6 m需设一根钢梁。

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消防员多模体征传感器信息融合技术研究

屈天翊, 洪赢政

2024 (8): 1111-1115.

摘要 ( 58 )

为保障消防员职业安全与健康、提升消防员身体素质和训练效果，开展消防员多体征传感器信息融合技术研究。针对生命体征监测设备易受消防实战训练中的恶劣环境、消防员的大幅度作业运动影响和消防员个人防护装备的干扰，造成采集数据的精度降低，导致采集数据无效或缺失的问题，本文采取多模传感器交叉采集消防员体征指标的设计，利用多模传感器从不同位置对消防员的心电波和脉搏波进行监测，并对采集信号进行小波阈值收缩法和快速滑动均值滤波去噪处理，然后基于数据的离散型和连续型分别开展特征识别和融合。经融合后，在功率自行车、大雨环境、消防员滚轮胎和拖拽假人训练等场景中开展测试，表明多模生命体征监测单元的监测精度和容错能力大幅提升。

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基于5G技术的消防Mesh专网基站设计

梁云杰, 邢翱, 袁明明

2024 (8): 1116-1121.

摘要 ( 45 )

设计了一款基于5G技术的消防Mesh专网通信基站，基于双向OFDM传输技术、载波聚合、无线感知抗干扰、混合场景下路由算法等关键技术，在不提高基站发射功率的前提下，增大网络通信速率，扩大传输距离，提高抗干扰性能，并进行了实验室环境下网络性能测试和外场应用测试。试验结果表明，专网基站最大通信带宽可达100 Mbps，基站点对点传输距离可达80 km以上，可有效避免同频段其他无用信号的干扰，多跳组网后仍具备较高的数据传输能力且时延与双跳组网基本一致，该基站可以作为数字化战场的核心通信节点，解决传统Mesh设备和技术面临的难题。

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基于SiO₂气凝胶的消防机器人一体化防火隔热结构设计优化

王潇, 王磊, 刘天奇, 张国伟

2024 (8): 1122-1127.

摘要 ( 61 )

围绕消防机器人工作时机体外表面热防护问题，建立以SiO2气凝胶为隔热材料的一体化热防护结构。通过设置热防护结构传热模型，利用ANSYS软件模拟计算一体化结构在不同工况下的温度分布，以此分析防火隔热性能和传热机理；并对不同的隔热材料进行比较，使用最优拉丁超立方方法对一体化热防护结构进行敏感性分析，在满足约束的前提下选用遗传算法对结构进行厚度优化设计。结果表明：以SiO2气凝胶作为隔热材料相比于其他隔热材料，防火隔热性能更好。其与隔热性能比较接近的玻璃纤维相比，同一厚度下隔热能力提升57%，同时面密度和厚度优化分别增加了9.1%和8.3%，且机体结构冷面温度最大值降低56.5%，一体化热防护结构防火隔热性能提升明显。

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不同发泡方式下泡沫对溶剂油蒸气密封性能研究

靖立帅, 包志明, 陈旸, 胡成

2024 (8): 1128-1131.

摘要 ( 48 )

基于美国环境保护署通量室试验模型，在压缩空气泡沫产生方式下探究了发泡倍数、泡沫厚度、泡沫析液时间等因素对合成型泡沫灭火剂密封性能的影响，进一步对比研究了压缩空气泡沫和吸气式泡沫的密封性能，明确了泡沫密封性能影响作用机制。结果表明：在压缩空气泡沫产生方式下，合成型泡沫灭火剂的泡沫稳定性并未随发泡倍数增加而持续增强；泡沫中液膜对油蒸气的抑制是泡沫密封性能的重要作用机制，发泡倍数越低泡沫中液体含量越高，对油蒸气密封性能越强，建议优先使用10倍以下泡沫处置120#溶剂油泄漏事故；同一倍数条件下压缩空气泡沫稳定性较高，液体含量高于吸气式泡沫，密封性能优于吸气式泡沫。

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细水雾抑制锂离子电池热失控及火焰对抗研究

张倩, 陈慧敏, 金渊, 刘通

2024 (8): 1132-1137.

摘要 ( 84 )

细水雾凭借其冷却效果成为锂离子电池热失控防治的有效技术手段之一。本研究考虑安全阀喷出气体的热量损失，对比了不同热失控阶段应用细水雾抑制的效果，分析了热失控过程中各部分的热量，解释了热失控期间电池火焰和细水雾对抗的动力学原理，主要结论如下：细水雾冷却抑制热失控存在临界积累热密度，超过该临界值后，细水雾将无法抑制热失控的发展，但能够显著减少热失控后电池冷却所需的时间；在热失控触发后会出现细水雾和热失控火焰的对抗现象，其显著改变了火焰高度，使对抗界面的压力显著增加。本文提出的修正冷却倍率因子可有效判断细水雾与电池火焰对抗状态。

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抑制锂离子电池火灾的新型灭火剂研究进展

张淇厚, 李思成, 刘佳玲

2024 (8): 1138-1144.

摘要 ( 1197 )

介绍锂离子电池的基本结构与工作原理，分析锂离子电池热失控的触发方式，重点分析3种新型锂离子电池灭火剂，即水凝胶灭火剂、全氟己酮灭火剂以及干水灭火剂的灭火机理、灭火剂制备以及灭火性能，并且对其他正处于研究初期的新型灭火剂进行了概括与展望。在此基础上，对3种灭火剂的优缺点进行总结和归纳，并为今后灭火剂灭火效果的提高和性能的完善提供思路，提升锂离子电池的安全性，促进电化学储能技术的发展与应用。

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不同类型添加剂细水雾抑制锂电池组热失控传播试验研究

申千千, 彭伟, 张少杰, 朱思婷

2024 (8): 1145-1150.

摘要 ( 59 )

以18650型三元锂电池组为研究对象，探究了锂电池组热失控传播的特征，进而研究了在不同灾害时刻施加不同类型添加剂细水雾对锂电池组热失控传播的抑制效果及抑制机理。结果表明：热失控在三角形布置的电池模组中的传播可划分为热失控引发、热失控层间传播、热失控同层传播3个特征时刻，由于存在上一层的预热作用，同层传播比层间传播更为迅速。在不同灾害时刻分别施加纯水细水雾、含1%CAB-35细水雾和含4%APG0810细水雾，发现细水雾抑制锂电池热失控传播效果与其对单体目标电池的降温效果存在一致性。含4%APG0810细水雾可显著降低目标电池热失控最高温度，在抑制热失控传播上具有最优效果，对热失控同层及层间传播均可起到抑制作用；热失控降温不明显的纯水细水雾和含1%CAB-35细水雾对热失控层间传播可起到抑制作用，而对热失控同层传播无法抑制。通过不同添加剂的溶液性能测试发现，含4%APG0810细水雾抑制能力显著优于其余2种的原因是4%APG0810具有最低的表面张力和接触角，并且其起泡性和泡沫稳定性也最佳，这些效果的共同作用提升了其对热失控传播的抑制效果。

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典型植被触400 V架空线路故障引燃试验分析

陈龙, 王孟, 杨龙山, 陈天翔

2024 (8): 1151-1157.

摘要 ( 59 )

为了研究植被触低压配电线路故障是否会威胁林区防火安全，搭建了一个400 V架空线路植被触导线故障模拟试验平台，选取了林区常见的雪松和凤尾竹作为典型的植被样品，同时为了补充试验数据，还增加了葎草和爬山虎进行试验。通过分析故障时流经植被的泄漏电流、植被的温升现象和植被表面的炭化痕迹来研究低压配电线路与不同类型植被接触引燃的可能性。研究表明：雪松触单相导线故障无明显温升现象；含水率高的凤尾竹触单相导线故障温升明显，故障点附近有明显的炭化痕迹，最高温度达到95.3 ℃时，最大泄漏电流为180 mA；电流的热效应在故障点累积，导致该区域的温度上升和水分蒸发。随着含水率的降低，水分蒸发对植被阻抗的影响逐渐增大，进而导致泄漏电流下降，最终使温度降低直至室温，因此，植被不会自燃，也无法通过电弧引燃附近易燃物，说明低压配电线路植被触单相导线故障不会威胁林区的防火安全。特殊情况下的凤尾竹跨接两相导线故障以及葎草和爬山虎跨接两相导线故障温升明显，且伴有放电现象，在一定条件下，可发展为相间短路，产生的短路电弧会引燃故障点附近的易燃物，威胁林区防火安全。研究结果对穿越林区的低压配电线路预防山火具有重要意义。

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配电线路单相触树炭化蔓延特性分析

胡馨月, 孙章, 宁鑫, 王军

2024 (8): 1158-1162.

摘要 ( 42 )

针对配电线路单相触树引燃贯穿问题，搭建真型试验平台进行触树炭化蔓延特性分析。首先，分析单相搭接树干引燃植被演变过程及其泄漏电流、电压、阻抗和温度特性，并界定了初始搭接、水分蒸发、明火蔓延、燃烧贯穿4个发展阶段。然后，试验发现火焰在炭化痕迹上形成，进而分析了炭化蔓延贯穿速率对阻抗、电流变化的影响规律。最后，考虑自然生长植被粗细，研究得到山茶树直径由52.77 mm减小到30.17 mm时，蔓延速率升高了119%；进一步从木材的电学性质（击穿场强）及热传导角度（热容量）揭示尺寸与蔓延速率呈负相关的机理。

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基于无模型拟合法和模型拟合法的樟子松松果热解动力学研究

黄天棋, 辛颖, 张敏

2024 (8): 1163-1169.

摘要 ( 39 )

利用TA Q600同步热分析仪，在空气氛围下，2~3 mg粒径为250~420 μm的樟子松松果颗粒以10、15、20、25 K/min的升温速率线性升温至1 073 K左右，采用模型拟合法（Coats-Redfern法、Zsako法、Satava-Sestak法）和无模型拟合法（KAS法、Doyle法、FWO法）对松果热解动力学参数进行求解和比较，计算反应活化能E值、指前因子A。结果表明：松果热解主要包括4个阶段，主要质量损失阶段失重率占85%以上。无模型拟合法得到平均活化能分别为74.3 kJ/mol（Doyle法）、71.8 kJ/mol（FWO法）、68.3 kJ/mol（KAS法），且KAS法的活化能与指前因子曲线拟合R 2＞0.95；模型拟合法得到平均活化能为65.4 kJ/mol（Zsako法）、62.4 kJ/mol（Satava-Sestak法）、56.4 kJ/mol（Coats-Redfern），且Zsako法、Satava-Sestak法的平均活化能更接近无模型较准确的活化能，其中Satava-Sestak法的指前因子可反映热解反应机理的复杂性。建议将KAS法与Satava-Sestak法结合，更好地评价樟子松松果的燃烧性。

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省域消防救援领域科技创新机制改革的实践探索与研究

吴希晖, 吴弘浩

2024 (8): 1170-1173.

摘要 ( 64 )

基于当前国家对消防救援队伍“全灾种、大应急”的新时代任务要求，对消防科技创新现实需求与既有能力之间不匹配、与社会化创新体制不适应、政策落实落地不足等方面存在的问题与矛盾进行剖析，结合河北省消防救援系统的消防科技管理体制机制改革实践，提出构建完善的省域消防科技创新体系框架，重点在提高思想认识、合理搭建组织构架、优化调整创新体系、锚定前瞻性领域、加大人、财、物保障等方面给出建议措施。

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基于多目标层次覆盖的消防救援站布防技术

晏明海, 王伟, 郭凯, 田世祥

2024 (8): 1174-1180.

摘要 ( 65 )

为探析城市火灾空间分布，提出科学高效的城市消防站布局，以上海市浦东新区为研究对象，基于兴趣点（POI）、城市路网、消防站等数据，运用SAVEE法和德尔菲法识别城市火灾风险，利用“位置-分配”模型和“服务区”模型从多个角度开展多目标消防协同布防研究。结果表明：火灾高风险区主要集中在浦东新区的花木街道、金桥经济技术开发区、惠南镇等区域；浦东新区现行消防站整体覆盖率为59.94%，主要责任辖区覆盖率为95.2%，其他等级的覆盖情况均低于消防覆盖标准；在现有消防站的基础上，需新增8座消防救援站，以进一步优化浦东新区消防布局。

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消防救援站布局与民宿业态关联性研究

车斌

2024 (8): 1180-1185.

摘要 ( 48 )

利用FDS模拟分析了上海市崇明区民宿业态的典型火灾规模，并研究了消防救援站布置数量、位置与火灾接警到场时间对民宿火灾发展规模的影响。结果显示，合理的消防救援布局能显著缩短火灾接警到场时间，从而有效控制民宿火灾规模。同时，对民宿建筑构件、装饰材料和平面布局的管控也是限制火灾发展规模的关键因素。

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消防应急救援预案体系优化研究

张迪, 李艳辉, 安震鹏

2024 (8): 1186-1190.

摘要 ( 62 )

消防应急救援预案是提升消防救援队伍战斗力的重要因素。在“全灾种、大应急”背景下，已沿用的灭火救援预案体系在覆盖范围、灾情设定、处置方案制定、内容结构以及管理系统等方面表现出与转隶后的职能不相适应的问题，针对这些问题提出了重构预案分类体系、强化知识支撑、优化预案内容结构和研发消防救援预案系统的建议，构建的消防应急救援预案信息系统包括灾害事故风险管理、预案对象管理、应急资源管理、预案知识管理、预案信息管理、预案熟悉演练、预案评估分析等功能。研究表明：该体系通过重构的预案分类体系，并结合知识支撑，实现新时期消防应急救援预案的内容重构，从而提升了消防救援预案的实用性、针对性。

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消防救援辅助指挥信息支撑体系构建研究

李鹏

2024 (8): 1191-1194.

摘要 ( 59 )

协调和指挥调度重特大及突发灾害事故是消防救援队伍各级指挥中心的重要职责之一。改革转隶后，消防救援队伍职能任务进一步拓展，伴随着愈加严峻复杂的灭火救援形势，信息支撑不足成为限制辅助指挥调度效能发挥的突出因素。为了切实解决辅助指挥过程中的信息延迟和失真等问题，提出了构建消防救援辅助指挥信息支撑体系的建议。首先对消防救援辅助指挥信息支撑体系概念和构建基础进行了论述，并将其划分为决策、构建、运行3个阶段，解构出构建消防救援辅助指挥信息支撑体系必需的6大要素（机构、制度、机制、标准、人才、系统），以“两流”（信息流、决策流）、“三集”（资源集、运转集、服务集）、“三保障”（组织保障、技术保障、安全保障）为核心搭建出消防救援辅助指挥信息支撑体系模型，通过实际案例对辅助指挥信息支撑体系应用场景和运转流程进行介绍。

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