一、部门概况

第五研究室于2021年10月获批成立，2022年7月完成“三定”工作并正式运行。研究室目前有专职研究人员9人，其中具有博士学位人员4名，硕士学位人员5名。研究室致力于森林火灾防治和特种灾害事故救援关键技术创新，研究领域涵盖森林火灾、水域事故、交通事故、电力事故、自然灾害、航空救援、极端救援、消防实训、职业健康及智能装备，并开展相关领域的技术开发、技术咨询、技术服务和验证测试等服务。研究室规划建有“森林草原火灾防治技术研发与测试中心”“特种灾害救援技术研发与测试中心”“消防员实战化训练演练和职业健康研发与测试中心”等实验室和科研平台。研究室承担国家级科技计划项目8项、省部级项目9项、局级项目2项、开放课题5项、基本科研业务费专项13项。荣获天津市科技进步三等奖、天津市质量攻关优秀成果一等奖、消防救援局科技创新一等奖、中国消防协会科学技术创新二等奖等奖励。发表学术论文40多篇，获授权专利16项，登记软件著作权23项。

二、部门领导

主任：李国辉

副主任：朱红亚

三、研究方向

1、森林草原火灾防控与灭火救援技术

2、特种灾害事故救援技术

3、复杂交通事故应急处置技术

4、电力事故救援技术

5、地震地质灾害及受限空间救援技术

6、航空救援技术

7、城市搜寻与极端救援技术

8、智能化救援技术装备

9、消防救援实战化模拟训练演练技术

10、消防员职业健康

四、科研项目

（一）国家级项目

1、国家重点研发计划课题：高性能便捷轻量充气救援艇关键技术研究

2、国家自然科学基金青年基金：火旋风火焰辐射特性和流体动力学规律基础研究

3、国家重点研发计划专题：森林综合火险预测技术研究

4、国家重点研发计划专题：森林-城镇交界域建筑设施外部火灾抑制技术

5、国家重点研发计划专题：森林-城镇交界域火灾热辐射及飞火引燃测试技术

6、国家重点研发计划专题：城市灾害事故预案推演与模拟演练系统应用示范

7、国家重点研发计划专题：城市典型火灾爆炸事故态势推演技术方法研究

8、国家重点研发计划专题：典型城市灾害事故应急救援模拟演练考评系统的研制与应用

（二）省部级项目

1、公安部项目：多源消防数据挖掘技术及风险分析研究

2、公安部项目：石化企业多储罐火灾连锁事故预测预警技术研究

3、公安部项目：有毒有害重气多源泄漏演变规律及预测预警技术研究

4、西藏自治区项目：消防救援实战化智能型模拟训练系统研发及应用

5、交通部项目：载运危险货物船舶过闸应急处置对策研究

6、天津市项目：沉浸体验式应急消防安全教育系列产品研发与应用

（三）其他科研项目

1、消防救援局项目：消防监督检查配套智能装备及专业技能训练评价平台研建

2、消救援防局项目：轨道交通火灾智能防控与应急处置关键技术研究

3、中央修缮购置项目：森林飞火模拟试验平台

4、中央修缮购置项目：森林变坡度峡谷火模拟实验平台

5、开放课题：火灾中火旋风火焰流动特性研究

6、开放课题：多参数耦合作用下天然气喷射火火焰融合特性研究

7、开放课题：城市综合管廊火灾烟气蔓延规律及控制模式研究

8、开放课题：网栅隔断式烟热模拟训练装置技术要求

9、开放课题：航空器火灾事故消防救援力量体系与协同救援技术

10、基本科研业务费专项：古文物建筑火灾防治关键技术

11、基本科研业务费专项：兼具气体侦检功能的消防员呼救器

12、基本科研业务费专项：地铁破拆救援关键技术装备及战术战法研究

13、基本科研业务费专项：棘轮式恒速缓降逃生装置研发

14、基本科研业务费专项：便携式浑浊水域失踪者探测装置研发

15、基本科研业务费专项：智能模块化轻型无人救援艇研发

16、基本科研业务费专项：消防灭火作业辅助装置研究

17、基本科研业务费专项：基于硅基固化材料的森林火灾快速隔离技术及装备研究

18、基本科研业务费专项：基于增强现实技术的消防员智能化烟热训练装置研究

19、基本科研业务费专项：基于虚实融合技术的典型灾害事故模拟训练系统研究

20、基本科研业务费专项：基于声波团聚的声波/水雾耦合消烟技术研究

21、基本科研业务费专项：基于仿生技术的轮腿复合式小型消防侦检机器人研发

23、基本科研业务费专项：危化品泄漏应急封堵、侦检球侦测与固化吸收装置研究

24、自有资金项目：冬季水域冰水两用救援艇技术装备研发

25、自有资金项目：大旋角双桨对旋式高风压大流量移动式消防排烟风机研发

五、科技成果

（一）石油化工智能消防监督检查辅助系统

石油化工消防监督检查辅助系统（包括网页端和APP）成果，面向一线防火监督员开展石油化工消防监督检查工作，在开展消防监督检查模式与特点分析的基础上，将石油化工消防监督检查与火灾风险动态综合信息管理相结合，充分体现互联网+、大数据的特点，实现数字化信息与石化企业消防监督管理业务的深度融合，研发石油化工智能消防监督检查辅助系统与移动终端APP，实现了火灾隐患的分类查询、火灾风险动态评估、消防监督检查内容查询与管理等。该成果入选了消防救援局2020年度消防科技成果目录，目前已在上海、山东、福建、江苏、辽宁等石油化工企业聚集的25个省市的百余消防救援总队/支队/大队进行了转化落地应用。

（二）便携式多功能预警互联型气体侦检仪

为满足消防单兵侦检装备与呼救器的复合需求，克服其便携度差、统一化制式化、装备功能不强、实战效果差等不足，研发一种兼具气体侦检功能的消防员呼救器，提升其复合高级功能，使其作为消防员执勤必备装备，减轻消防员装备配备负担。该成果在接触易燃易爆有毒有害气体或人员倒地等突发状况后发出分级声光报警，能大大增加消防员在应急救援现场得到及时救助的可能性，有效提升消防员单兵作战防护水平。

该装备集多种有害气体侦检与呼救器功能于一体，可同时实时检测CH4、H2S、CO、O2等气体，具有无线预警互联、同步显示、多级跳传、倒地报警、一键报警、北斗/GPS定位、数据回传等功能，透过手机APP、PC及Pad实时掌握环境及人员状态，实现快速感知、实时监测、超前预警、应急处置、系统评估，为应急救援提供一线数据。

（三）消防水枪支撑外骨骼

水枪喷射外骨骼用于水枪喷射作业时托举消防水枪和水带，可与绝大多数直流水枪、多功能水枪和高压水枪兼容使用。消防员穿着本外骨骼时，将水枪夹在装置支撑架上，可有效将水枪、水带、水的重量和后坐力均衡分布在身体相关部位，明显降低负重感，提高持续作战能力。该装置可无极调节水枪喷射俯仰角，方便快捷；装置已通过职业健康测试，不会对消防员造成职业损伤，降低疲劳损伤的发生，提高单兵作战效率，提升消防员自身负重能力，减少水枪作业人数，节约人力资源，适用于各类水枪喷射作业场景。

（四）城市-森林交界区域火灾风险评估APP

针对城市绿地、近郊森林等生态空间与城镇、村落交汇形成的植被建筑混合的复杂交界区域，构建了涵盖植被、地形、气候、抗灾应急能力等多因素的火灾综合风险评估指标体系，建立了基于经典自然灾害评估方法的交界区域火灾风险评估模型，开发了森林城市交界区域火灾风险评估APP，其优势在于软件可对影响交界区域火灾风险的关键因素进行指标设置，形成多参量的风险评价指标体系，以此借助所构建的评估模型对城市-森林交界区域进行火灾风险评估，并给出风险分级。该成果可为山火进村进城事故风险早期研判提供技术支撑，有效降低森林交界区域火灾事故带来的危害。成果在延庆消防救援支队进行了应用，为涉冬奥场所森林城市交界区域火灾风险管理提供支撑。

（五）池火灾事故后果预测软件

池火灾事故后果预测软件包括火焰形态处理、火焰辐射预测（垂直辐射热流计算和倾斜辐射热流计算）、伤害范围划分三个模块，可实现火焰形态参数处理、辐射热流密度预测、安全区域划分三个功能。该成果适用于石油化工行业池火灾事故后果预测，可作为消防救援人员的学习培训软件，辅助消防救援人员确定池火灾事故的辐射热流密度、伤害范围等，为制定有针对性的池火灾扑救预案提供依据。软件成果已在新疆、广州、北京房山、贵州毕节、西藏那曲、黑龙江大兴安岭等多个消防救援队伍以及中国石油天然气股份有限公司等石化企业进行了示范应用。

（六）森林火灾快速隔离抑制技术装备

森林火灾快速隔离抑制技术装备包括硅基固化材料和喷洒装备两部分。硅基固化材料具备溶解性快、粘附性高、半衰期长、阻燃效果好等特点，可用于森林火灾的快速隔断，长时间起到隔绝火灾蔓延作用。材料阻燃效果好，通过快速喷洒装备喷出后，覆盖在植被表面，可在表面固化形成防火隔离层，有效阻断火灾蔓延。硅基固化材料具备抗火、膨胀、易溶于水等特性，依托该材料研发森林火灾快速隔离喷洒装备，可快速建立防火隔离带，为森林火灾防治提供一种新的技术手段。成果可应用在计划烧除、火灾扑救等森林火灾场景中，提前喷洒硅基固化材料，形成防火隔离带防止森林火灾的进一步蔓延，在森林火灾防治领域有着广阔的市场需求。

（七）智能模块化轻型救援艇

针对汛期城市内涝救援与物资输送需求，以及现有救援艇便携性差、智能化水平低、现场施展速度慢等问题，基于模块化、快速化组装及智能控制技术，研制智能模块化轻型无人救援艇。该装备具有便携型强（装备总重量≤55kg），组装速度快（组装时间≤2min）等特点，可实现远程控制、无人驾驶、自动巡航、自动返航等智能作业。成果关键技术参数及防护等级已通过第三方测试。

与目前常见救援艇相比，该装备具有：（1）可实现远程控制、无人驾驶、自动巡航、自动返航等智能作业；（2）环境适应性强，模块化组件可以较小体积快速携带通过整船不易通过环境；（3）灵活度高，宽度仅108cm，可在城市内涝中穿梭狭小巷道，实现入户救援；（4）组装迅速，在2min内实现模块化组装；（5）使用可靠，启动响应速度快，不熄火，操作简单；（6）备勤时间长，单次充电可保证备勤时间≥30天；（7）定制模块，可根据救援队伍需求进行模块化的组件选配。

（八）便携式浑浊水域图像增强装置

本成果面向水域灾害事故中落水人、落水物的探测搜救需求，开展浑浊水域图像增强技术研究。设计构建了便携式浑浊水域图像增强装置样机，研究分析了水下增强技术理论，对比分析了浊水图像增强算法及偏振光学成像的图像增强效果，并提出了浑水成像技术方案，实现了浑浊水域水下图像的增强及标志物的明显识别，并开展了应用测试。该便携式浑浊水域图像增强装置具有水下图像增强效果好、信噪比低、便携性强等特点，水下成像探测距离≥7倍衰减长度；增强峰值信噪比≤13.0；装置重量3.01kg；拍摄帧率≥20FPS，图像分辨率≥1000×1000px；水下工作深度≤50米；视场角≥37°×50°；带有水下照明功能。

（九）棘轮式恒速缓降逃生装置

成果包括缓降逃生装置和固定器，具有集成化、轻量化、机械强度高等特点，可显著提高恶劣环境下建筑内人员安全逃生的安全性与可靠性。缓降逃生装置由缓降器、钢丝绳、安全带、锁扣和卷圈组成。采用棘轮式机械机构，通过行星轮与中心齿轮的相互啮合传动，叠加阻尼组件碰撞减速，实现了逃生绳的恒速缓降，解决了传统离心摩擦控速技术遇到油水后易打滑失去恒速缓降功能等问题。固定器通过创新机械结构设计，解决了突发事件情况下建筑空间缺少固定点的问题，固定器折叠后便于收纳，最大承载力大于1000kg，可以通过快速安装形成固定点，与缓降器配合使用实现消防救援人员的缓降训练和人员的安全快速逃生。

（十）消防员混合现实心肺复苏技能实训系统

消防员混合现实心肺复苏技能实训系统，是基于MR混合现实技术，实现将心肺复苏技能实操培训与虚拟场景进行结合，将传统实体仿真人进行智能化设计，融入系列自反馈式传感器，消防员通过佩戴MR眼镜可以在不同事故案例情境中进行心肺复苏技能实操训练，场景包括：触电窒息、浓烟窒息、溺水窒息、交通事故等。同时，系统软件整体设计采用模块化、情景化设计架构，内含教、学、练、测、评五大功能模块，消防员可以按照规范化的考核评价体系进行系统性、自主性心肺复苏技能实操训练，有效提升消防员应急救护技能。

（十一）消防员典型灾害事故虚实融合模拟训练系统

消防员典型灾害事故虚实融合模拟训练系统主要由VR/桌面模拟训练系统主机、智能穿戴交互操控装备、座椅式全方位运动模拟平台、烟热环境仿真装置、生理心理动态数据监测模块等组成。该系统的融合了虚实联动操控技术、数据模型研判技术、交互精准定位技术等多项关键技术，内嵌消防员单人训练内容的典型灾害事故火灾扑救和应急救援模拟场景并构建有三维数字化立体仿真模型。训练场景包括道路交通事故处置训练场景、地下建筑火灾扑救训练场景、高层民用建筑火灾扑救训练场景、井下事故应急救援训练场景、救援作战心理训练场景，具备VR/桌面多种训练形式兼容、消防员生理心理数据分析评估、集教学训练考评系统一体化等功能。该系统的成功研制将有效解决现有消防救援大队、救援站里典型灾害事故模拟训练设施配备不足、场地空间限制、实战模拟训练频次少，训练内容形式多样性、真实性、精准实战化及系统性培训教学缺乏等问题，实现一线消防大队、救援站内消防员对迫切需求的典型灾害事故实战化技能操法训练，全面提升消防员对典型灾害事故模拟训练的频次及协同作战技能，达到提升综合性应急救援处置能力的目的。

（十二）消防员智能化烟热训练装置

消防员智能化烟热训练装置基于AR增强现实、三维精准定位、数据研判模型等关键技术，通过FDS软件进行浓烟高温虚拟场景模拟，真实模拟火场烟气、高温等场景的演化过程，开发适用于消防员烟热训练内容的不同类型烟气、火源及可变化障碍通道等模拟场景和数字化模型。此外，基于ECG生理电信号检测技术、心率变异性HRV分析理论及心理生理计算模式，开展消防员烟热训练状态下的心理应激反应监测、甄别预警及数据分析研究，建立多维消防员身心健康数据研判分析模型，研制消防员体征遥测数据监测评估系统。同时，开展消防员体力承受能力、心理适应能力、通过障碍能力和装备使用训练的测试与验证研究，量化消防员烟热训练前后生理数据、空呼耗氧量数据及装备训练情况等考核指标，编写《消防员烟热训练装置技术要求》标准草案。

（十三）灾害自救•4D（AR）互动场景体验系统

灾害自救•4D（AR）互动场景体验系统集成了消防安全知识及应急处置、典型自然灾害事故及应对措施、心肺复苏与四大救护技术等知识内容，基于AR增强现实技术，以平板电脑+系统软件+实物卡片为互动体验形式，开发设计了系列应急消防场景、设施等三维数字化立体模型，通过使用图像识别技术与实物灾害自救科普内容进行融合，体验者通过使用平板电脑移动终端可以看到对应的应急消防安全科普知识结合3D模型、视频、语音、图片等形式进行展现，同时可以触动、拉近画面，实现与鲜活的展示模型元素进行全方位互动体验学习，有效提升公众对消防安全、自然灾害、应急救护等知识理解和应急处置能力。

（十四）系列应急消防宣教演练装备箱

成果包括应急消防课堂宣教、应急救护技能训练、应急烟热求生帐篷宣教和应急消防技能演练4套。其中应急课堂宣教教具箱主要应用于消防应急课堂培训辅助教学使用，配置覆盖灭火器材使用、个人防护器材使用、消防应急处理、常见隐患演示等知识点，满足课堂教学需求；应急救护技能教具箱主要应用于消防应急救护培训辅助教学使用，配置覆盖AED、CPR的使用、应急救生担架使用、外伤应急处理等知识点，满足应急救护培训教学需求；应急烟热求生帐篷装备箱主要用于消防火灾现场烟热通道逃生培训教学使用，配置模拟烟雾通道、环境营造设备、消防疏散之时标识等内容，满足模拟火灾发生时，烟雾通道内的应急逃生方法的教学演练需求；应急演练教具装备箱主要用于应急疏散演练及初期火灾扑救培训教学使用，配置消防应急疏散演练、群体性逃生、应急逃生工具使用、初期火灾扑救等内容，满疏散逃生演练教学需求。成果适用于消防救援队、企事业单位、重点防火单位、学校、社区、社会消防培训机构等有消防应急科普需求的单位使用，可实现大团体一次性全模块流水线式演练培训，也可实现小团体的专项分批次培训需求。

六、获授权专利

1、一种模拟特高压换流变压器火灾的实验平台和试验方法

2、一种现场快速发泡围堵处置泄漏液体的方法及设备

3、一种棘轮式恒速缓降逃生设备

4、多点源池火燃烧模拟实验平台

5、一种应用于火焰流场测量的示踪粒子喷粉装置

6、一种基于混合现实技术的消防员心肺复苏技能实训系统

7、一种应急消防演练教具装备箱

8、一种应用于消防救援的气体侦检呼救系统

9、一种兼具气体侦检功能的消防员呼救装置

10、一种应急救援用呼救装置警示结构

11、救援船用模块化艉架

12、一种可应用于消防机器人的深位火灾灭火施加装置

13、一种泡沫覆盖处置易挥发易燃液体的试验装置

14、一种现场快速发泡围堵处置泄漏液体的设备

15、一种车载式消防事故水现场快速处置设备

16、一种消防灭火污水处理设备

七、设备平台

（一）森林飞火模拟实验平台

森林飞火模拟实验平台是全球尺度最大功能最完备的飞火模拟实验平台，主要包含送料系统、燃烧系统、进料系统、送风系统、主体管路等部分。平台主体外延尺寸长4.3米宽1米高3.1米，主体管路高度可达3.1米，管径50厘米；主体管路内风速在0-16m/s可调。该平台是集飞火产生、输运、引燃机制于一体的综合性实验平台，可推广应用在城乡-森林交界区域、工业-森林交界区域等环境复杂的高风险区域，开展飞火对民用建筑、古文物建筑、工业设施的引燃防控技术及引燃痕迹调查研究，为飞火防控标准制修订提供科技支撑，引领全球在飞火防治领域的发展。

（二）森林交界域建筑引燃测试实验平台

平台包括建筑主体、量热系统、挡墙、风场等部分，是国际尺度最大的森林交界域火灾建筑模拟平台。建筑主体三层，每层燃烧室3.9m宽、3m深、3m高；竖直挡墙轮廓尺寸2m宽、8.9m长；量热功率0-3MW。该平台可应用于交界区域火灾对建筑引燃测试标准研究、建筑设施外部防灭火技术研究、城乡建筑火灾防范技术研究中，为森林交界域建筑防灭火技术以及全尺寸建筑防火试验验证提供先驱指导。

（三）消防员智能化烟热训练测试与评价平台

消防员智能化烟热训练测试与评价平台主要用于消防员日常化开展高温浓烟、黑暗有毒等环境适应性训练，为消防员烟热训练及相关测试与评价提供有效技术手段。对消防员运动行为、体能训练及生理心理数据进行数据分析与测试评价，量化训练前后相关生理心理数据考核指标。

（四）激光雷达扫描三维建模装置

FARO Focus S70，其各项性能参数处于国际领先水平，建模速度快，精度高，可达1mm。可以通过直接测距、直接测角的技术得到目标的三维点云数据，并且获得的数据本身就是三维数据，不需要通过大量运算和处理才生成目标三维图像，而且激光测距有非常高的精度。

功能参数：扫描频率大于970000点/秒，精度1mm,扫描角度360X300度，重量4.2KG，相机分辨率高，软件功能丰富，可操作性好；

精度：通过距离、双轴补偿和角度测量获取更高精度的扫描数据。

温度：扩展的工作温度范围允许在具有挑战性的环境下扫描 - 比如在沙漠或者南极洲进行工作。

现场补偿：可在现场或者办公室验证和调整FocusS补偿,确保最高的扫描数据质量，并自动生成综合补偿文件。

IP 等级- IP54：凭借密封设计，FocusS 获得行业标准IP等级认证，定为IP54级别防护等级。

（五）多功能无人机救援载机

基于无人机的5款消防救援载机，可开展基于倾斜摄影的三维建模、红外双光探测、多气体探测、抛投、照明等任务。载机主要包括：（1）五目倾斜摄影相机，实现灾害事故现场快速、简单、全自动的三维建模。5机同步摄像、相机总像素＞1.2亿，精度2cm/pix。（2）红外双光吊舱，可同时集成高清可见光和红外热成像两种模块。红外热成像：分辨率640*480、测温范围为-20℃到200℃，高清可见光（1080P/60Hz），30倍变焦。（3）多组分气体分析仪，用于灾害事故现场的气氛环境侦察，可同时支持6种气体组分及温度、湿度、PM2.5、PM10数据的侦检；通过更换吊舱气体传感器，最多支持30种，精度0.001ppm～10ppm。（4）抛投吊舱，多点抛投机载设备、单点挂载重量达到3kg，支持任意点位抛投，适用于投放应急救援物资。（5）照明吊舱，亮度高、可对现场进行不间断的照射，高空照明吊舱有效射程≥100米，用于辅助消防夜间执行任务。

（六）消防事故水分析与分离技术研发平台

消防供水是灭火作战任务的一个重要组成部分，是决定灭火成败的关键因素之一。化工行业发生的火灾，通常灭火时间较长，消防水量消耗较大，易出现灭火过程中消防水源紧张的情况。化工行业火灾的消防事故水中常含有未燃烧的油、泡沫灭火剂、油品燃烧产生的杂质等物质，对环境造成了很大的危害。对其再利用于消防灭火过程而言，事故水中未燃烧的油是需要解决的重要问题。本技术针对化工行业典型消防事故水实现油水组分的分离，可应用于：1）油类火灾消防事故水现场油水分离技术及应用；2）石化园区消防事故水处置/处理技术及设备开发。

消防事故水油、水分离试验
   （a 试验原理图；b 小型试验样机；c 分离前后对比图）

（七）3D打印机

打印机的最大成型尺寸为1000*1000*1000mm，打印平台为“玻璃加热平台+自动调平”，耗材直径1.75 mm，打印层厚在0.05-0.5mm之间可调节，支持快速切换0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0mm等尺寸的喷嘴。可支持的打印耗材包括：PLA、TPU、木质、LA、ABS、PC、PETG、尼龙、碳纤维、金属填充、水溶材料等。该打印机可有效辅助产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证；制作模具原型或直接打印模具，直接打印样机。