淺析FLIR K系列紅外熱像儀在消防工作中的應用

1 引言

原理上講，火災現場的溫度分布可以客觀反映火災發生、發展、熄滅的過程，對滅火救援、火災事故調查都具有重大意義。但是由于技術手段的缺乏，無法有效獲取火災現場溫度分布數據，使得這一領域目前還是空白。隨著紅外熱成像儀技術的成熟，使獲得火災現場溫度分布數據成為可能，也使利用火場溫度協助滅火救援、認定火災原因成為可能。

2 紅外熱像儀的工作原理

各種溫度在零度以上的物體，都會因自身的分子或原子無規則運動不斷輻射出紅外線。FLIR紅外熱像儀就是用于探測這種肉眼無法直接觀測和發現的紅外線的設備，其核心是紅外探測器。它能接受物體的紅外輻射，并將不可見的紅外光轉化為電子信號，經由信號系統處理后輸出到顯示屏，以灰度級或偽彩色顯示目標物溫度場分布圖像。

3 紅外熱像儀的優點

（1）環境適應范圍廣。FLIR K45紅外熱像儀可以在可見光、夜間、濃煙等弱光條件下正常工作。

（2）紅外線穿透能力較強，能穿透濃煙、濃霧，便于在視線不好時工作。

（3）輕巧方便。該儀器體積小、質量輕，便于攜帶，操作簡單，便于使用。

（4）精度高。FLIR K55圖像采集精度較高，能夠分辨出火災現場上較小的溫度差異。

（5）圖像直觀。該儀器輸出的溫度分布圖像直觀，結果不需要進一步處理，特征鮮明，證明力強。

4 紅外熱像儀在滅火救援中的應用

紅外熱像儀在消防中有很大的應用空間，但由于紅外熱像儀本身的原理所限，其使用范圍也有很大的局限性，并沒有廠商和科研研究中所宣傳的那么神奇，我們需要透過華麗的宣傳看到熱像儀的本質，用其長處，用各種其他傳統方法彌補其短處，最終達到有效提高滅火救援效率的目的。

4.1 火情偵查

火情偵察是消防部隊獲得的有關滅火戰斗對象的全部信息，是指揮員部署任務、戰斗展開的依據，是整個火場重要的工作之一。沒有火情偵察提供的數據、信息，其他滅火救援戰斗就失去了方向。但我們實際作戰過程中，火情偵察很多時候只是簡單的問問、看看，見火打火、無頭蒼蠅情況偶有出現，甚至憑借簡單的肉眼所見，導致損失更大的情況也有發生。紅外熱像儀可以作為火情偵查時的輔助工具，用于確定火焰中心位置、燃燒程度和蔓延情況。現場指戰員可以通過熱像儀對火場進行觀察，根據得到的信息，火場指揮員就可以正確的布置力量，有效地進行滅火。

FLIR熱像儀在火場中適合偵查火勢不是很大，煙霧很大的壞境。當火勢處于完全燃燒時，用肉眼即可以明確判斷火勢情況，由于高溫煙氣等原因熱像儀并不能比肉眼得到更多的信息。再一個原因是受限于現有熱像儀的分辨率，通過熱像儀得到的圖像分辨率不夠高。

當火災處于陰燃火火勢比較小煙霧很大的環境時，熱像儀就能有效發揮作用，有利于提高滅火效率、減少滅火時水漬損失。當時廠內濃煙充斥整個廠房。現場只是感受到較大的濃煙，沒有明顯熱浪。如果用傳統方式，將浪費較長時間用于尋找火源，并且在廠房內障礙物很多較難行走，因為當時在強光燈照明下能見度也不足1米。但在熱像儀的輔助下能很明顯看清廠房內通道和邊上障礙物，在大約10米遠處初步發現熱點，靠近進一步確認火源，之后出一支水槍2分鐘內撲滅火源，整個滅火救援戰斗不超過5分鐘。

4.2 輔助滅火

熱像儀可以用于輔助消防員滅火，通過熱像儀判斷火焰的根部，而不是常規的見火打火。這樣可以有效提高滅火戰斗能力，更好更快地撲滅火災。不過在使用熱像儀的時候不能夠同時打水，因為較冷的水流會明顯干擾熱像儀對火焰溫度的判斷，從而失去使用效果。圖3所示為一木質結構民房火災，可以看到明火顯示為明亮的白色，較冷的水流在熱像儀圖像中較暗。熱像儀可以輔助找尋火點，特別是比較隱蔽的陰燃。

4.3 建筑物結構安全檢測

譜盟光電熱像儀也可以對建筑的結構的安全行進行無損檢測，在火災撲救的同時對建筑承重部位進行不間斷檢測，判斷建筑是否出現強度下降等情況。特別是在大跨度鋼結構廠房的燃燒中，因為鋼結構在300度就開始降低強度，因此用熱像儀可以很好的判斷鋼結構是否安全，以及那些部位需要特別冷卻，保證廠房和人員的安全。

4.4 儲液罐液位及危險源無損溫度監測

當無保溫層油罐及其他罐體受到熱輻射時，由于罐內物質熱容量比空罐大會產生溫度差，用熱像儀可以很方便判斷儲液罐液位。也可以對槽罐車、火場中的液化氣鋼瓶進行檢測，判斷危險源是否有爆炸危險。石油、化工等特殊災害現場，因存放大量易燃物儲罐，使其成為高危的災害救援場所。這類企業火災中，儲罐溫度和液位的數據采集對指揮員決策顯得尤為重要。肉眼是不能直接看見石油化工產品及原料在儲罐內的具體液位。但是，這些液體在罐內儲存時，因儲存的可燃液體熱容量較空罐區域大，會出現一定的溫度差。應用紅外熱像儀，消防指揮員能夠快速測定火場燃燒罐體及周圍罐體內的剩余液位，確定各個罐體的危險程度，以便采取相應的救援措施。

同樣，在火場消防員經常會遇到民房中有液化石油氣罐，但在火場中的液化石油氣罐很難判斷是否會爆炸，以及是否冷卻完全的情況。運用熱像儀可以很方便的測量液化石油氣罐的溫度，確定罐體是否處于安全狀態。

4.5 確定泄漏位置

液體汽化和氣體壓力變化都會吸收周圍熱量，對于身著重型防化服的消防隊員很難通過肉眼觀察到空氣中冷凝的水汽或聽到嘶嘶聲，用熱像儀可以觀察到熱量的異常變化，因此可以觀察出泄漏位置，為進一步的處理提供依據。另外在無光線或光線受阻的事故現場，消防人員是不能夠僅憑泄露的聲音判斷泄露的具體位置的。泄露氣體或液體與現場周圍環境存在溫度差，所以可以利用紅外熱像儀快速尋找到閥門損壞、管道破裂或其他相關設備破損造成的隱蔽性泄露的具體部位。

4.6 清理火場

在火場的后期，面對到處升騰的水蒸氣和煙霧，消防員很難判斷何處是真正沒有撲滅的地方，大量時間用于地毯式冷卻中，但對于真正需要冷卻的陰燃區域卻沒有用足夠水和時間，往往造成消防隊員的疲于奔命。

另外在火場中，水帶由于流動的冷水，在熱像儀圖像中可以很容易被觀察到，即使是在烈火濃煙中也非常明顯，可以幫助消防員在特殊情況下迅速逃生，防止在火場中迷失方向。

另外紅外熱像儀也可以幫助消防人員消除復雜火場中的隱藏火源。在火災現場，熱量經常通過金屬管道或其他金屬物體傳導到其他部位，引發其他易燃物著火，擴大火勢。在煙霧大、視線差的現場，消防人員很難通過肉眼分辨高溫物體（如金屬物體、管道等）。而用紅外熱像儀，可以清晰地發現高溫物體并及時采取冷卻撲救措施，或迅速轉移、清除周邊易燃物。

5 紅外熱像儀在室內火災調查中的應用

在一定時間內，燃燒會產生大量的熱，熱量通過熱輻射、熱對流、熱傳導等方式向四周不斷擴散。隨著火災的不斷蔓延擴大，熱量也不斷地傳遞，會在火場形成一個溫度梯度，其中起火點的溫度最高。因此，這個溫度場呈現以起火點為中心，四周溫度逐漸降低的基本趨勢。

5.1 判斷最先起火的房間

民房火災發生后，受建筑分隔的影響，燃燒會暫時局限在最先起火的房間里。隨著燃燒的不斷進行，火勢突破門窗或室內轟然后，火焰會向其他房間蔓延。與其他房間相比，最先起火的房間燃燒時間最長，燃燒最充分，室內溫度最高。所以，利用紅外熱成像儀在建筑物外對整個火場進行拍照，可以通過對比各個房間溫度的差異，判斷出哪個房間最先起火。

5.2 判斷火災蔓延方向

火勢突破最先起火的房間后，熱煙氣流會向走廊、樓道頂部蔓延。在蔓延過程匯總，熱煙氣流攜帶的熱量會不斷傳遞給墻壁和頂棚。同時，冷空氣會不斷卷入熱煙氣流中，降低熱煙氣流的溫度。因此熱煙氣流離起火點越遠，其溫度就越低，傳遞給墻壁和頂棚的熱量就越少。通過觀察走廊、頂棚溫度場的熱像圖，可以判斷出熱煙氣流的流動防線，進而判斷火災的蔓延方向。

5.3 判斷起火點

火場中起火點的判斷非常重要。在室內火災中，溫度最高點往往有兩個。第一個是離起火部位最近的墻壁。室內火災多起于地面，據起火部位最近的墻壁受到火焰熱輻射的作用，會在墻壁底部形成高溫區域，而其他墻壁很難在形成這種高溫場。

第二個是與起火點垂直對應的頂棚。室內起火，在頂棚沒有燒塌的情況下，熱煙氣流在對流作用下，垂直向上蔓延，受到頂棚的阻擋后，會在頂棚處形成頂棚射流，向四周蔓延。因此，通常會在頂棚處形成與起火點垂直對應的最高溫度區域。

5.4 搜救被困人員

利用紅外光可以穿透熱煙霧的特點，以及火災現場被困人員與周圍環境存在的溫度差，用紅外熱成像儀顯示不同的溫度分布圖，可使消防人員在濃煙情況下，清晰地發現被困人員，為營救贏得寶貴時間。研究數據表明，在同等熱煙狀況下的室內火災現場，使用紅外熱像儀進行搜救的時間，比未使用紅外熱像儀進行搜救的時間可減少80%。救援效率大大提高，同時可以避免搜救一樓，提高搜救的成功率。

6 紅外熱像儀在火災現場應用應注意的問題

紅外熱像儀在火災現場方面應用的時間尚短。為了拍攝到滿意的熱像圖，筆者認為應該注意以下幾個方面問題。

（1）考慮撲救過程中水的降溫影響。特別是在室內火災現場，撲救過程中水打到墻壁上，對墻壁的溫度影響很大，從而可能干擾火災起因的判斷。在拍攝熱像圖時盡量停止向拍照區域射水

（2）注意拍攝方法和角度。在拍攝現場熱像圖時，不宜將紅外成像儀的中央測溫點對在火場溫度最高處，因為熱像儀會按照最高溫度點調整圖像，這樣拍出的照片層次較少，特別是低溫區圖像細節較少。而應稍微偏離，只要將所要拍攝的物體、痕跡包括在圖像中，取溫度較高的點為中央測溫點，這樣拍出的圖像更加清晰，溫度場的層次更加分明。

7 結語

FLIR紅外熱像儀在消防工作中具有不可替代的優勢。但是目前FLIR K紅外熱像儀在這一領域的應用方法還比較欠缺，具有更廣闊的應用前景。今后隨著紅外熱像儀的普及和消防人員對紅外熱像儀的認可，相信其在消防工作中的應用價值會不斷體現，能夠很大程度推動消防事業的發展。