1引言

    原理上讲，火灾现场的温度分布可以客观反映火灾发生、发展、熄灭的过程，对灭火救援、火灾事故调查都具有重大意义。但是由于技术手段的缺乏，无法有效获取火灾现场温度分布数据，使得这一领域目前还是空白。随着红外热成像仪技术的成熟，使获得火灾现场温度分布数据成为可能，也使利用火场温度协助灭火救援、认定火灾原因成为可能。

    2红外热像仪的工作原理

    各种温度在绝对零度（-273℃）以上的物体，都会因自身的分子或原子无规则运动不断辐射出红外线。红外热像仪（图1）就是用于探测这种肉眼无法直接观测和发现的红外线的设备，其核心是红外探测器。它能接受物体的红外辐射，并将不可见的红外光转化为电子信号，经由信号系统处理后输出到显示屏，以灰度级或伪彩色显示目标物温度场分布图像。

    3红外热像仪的优点

    （1）环境适应范围广。红外热像仪可以在可见光、夜间、浓烟等弱光条件下正常工作。

    （2）红外线穿透能力较强，能穿透浓烟、浓雾，便于在视线不好时工作。

    （3）轻巧方便。该仪器体积小、质量轻，便于携带，操作简单，便于使用。

    （4）精度高。图像采集精度较高，能够分辨出火灾现场上较小的温度差异。

    （5）图像直观。该仪器输出的温度分布图像直观，结果不需要进一步处理，特征鲜明，证明力强。

    4红外热像仪在灭火救援中的应用

    红外热像仪在消防中有很大的应用空间，但由于红外热像仪本身的原理所限，其使用范围也有很大的局限性，并没有厂商和科研研究中所宣传的那么神奇，我们需要透过华丽的宣传看到热像仪的本质，用其长处，用各种其他传统方法弥补其短处，最终达到有效提高灭火救援效率的目的。

    4.1火情侦查

    火情侦察是消防部队获得的有关灭火战斗对象的全部信息，是指挥员部署任务、战斗展开的依据，是整个火场最重要的工作之一。没有火情侦察提供的数据、信息，其他灭火救援战斗就失去了方向。但我们实际作战过程中，火情侦察很多时候只是简单的问问、看看，见火打火、无头苍蝇情况偶有出现，甚至凭借简单的肉眼所见，导致损失更大的情况也有发生。红外热像仪可以作为火情侦查时的辅助工具，用于确定火焰中心位置、燃烧程度和蔓延情况。现场指战员可以通过热像仪对火场进行观察，根据得到的信息，火场指挥员就可以正确的布置力量，有效地进行灭火。

    热像仪在火场中最适合侦查火势不是很大，烟雾很大的坏境。当火势处于完全燃烧时，用肉眼即可以明确判断火势情况，由于高温烟气等原因热像仪并不能比肉眼得到更多的信息。再一个原因是受限于现有热像仪的分辨率（320*240或640*480），通过热像仪得到的图像分辨率不够高。

    当火灾处于阴燃火火势比较小烟雾很大的环境时，热像仪就能有效发挥作用，有利于提高灭火效率、减少灭火时水渍损失。如图2所示，为一小加工厂内切削车间火灾。当时厂内浓烟充斥整个厂房。现场只是感受到较大的浓烟，没有明显热浪。如果用传统方式，将浪费较长时间用于寻找火源，并且在厂房内障碍物很多较难行走，因为当时在强光灯照明下能见度也不足1米。但在热像仪的辅助下能很明显看清厂房内通道和边上障碍物，在大约10米远处初步发现热点，靠近进一步确认火源，之后出一支水枪2分钟内扑灭火源，整个灭火救援战斗不超过5分钟。

    4.2辅助灭火

    热像仪可以用于辅助消防员灭火，通过热像仪判断火焰的根部，而不是常规的见火打火。这样可以有效提高灭火战斗能力，更好更快地扑灭火灾。不过在使用热像仪的时候不能够同时打水，因为较冷的水流会明显干扰热像仪对火焰温度的判断，从而失去使用效果。图3所示为一木质结构民房火灾，可以看到明火显示为明亮的白色，较冷的水流在热像仪图像中较暗。热像仪可以辅助找寻火点，特别是比较隐蔽的阴燃。

    4.3建筑物结构安全检测

    热像仪也可以对建筑的结构的安全行进行无损检测，在火灾扑救的同时对建筑承重部位进行不间断检测，判断建筑是否出现强度下降等情况。特别是在大跨度钢结构厂房的燃烧中，因为钢结构在300度就开始降低强度，因此用热像仪可以很好的判断钢结构是否安全，以及那些部位需要特别冷却，保证厂房和人员的安全。

    4.4储液罐液位及危险源无损温度监测

    当无保温层油罐及其他罐体受到热辐射时，由于罐内物质热容量比空罐大会产生温度差，用热像仪可以很方便判断储液罐液位。也可以对槽罐车、火场中的液化气钢瓶进行检测，判断危险源是否有爆炸危险。石油、化工等特殊灾害现场，因存放大量易燃物储罐，使其成为高危的灾害救援场所。这类企业火灾中，储罐温度和液位的数据采集对指挥员决策显得尤为重要。肉眼是不能直接看见石油化工产品及原料在储罐内的具体液位。但是，这些液体在罐内储存时，因储存的可燃液体热容量较空罐区域大，会出现一定的温度差。应用红外热像仪，消防指挥员能够快速测定火场燃烧罐体及周围罐体内的剩余液位（图5），确定各个罐体的危险程度，以便采取相应的救援措施。

    同样，在火场消防员经常会遇到民房中有液化石油气罐，但在火场中的液化石油气罐很难判断是否会爆炸，以及是否冷却完全的情况。运用热像仪可以很方便的测量液化石油气罐的温度，确定罐体是否处于安全状态。图6所示为一火场中经过充分冷却的液化石油气罐。

    4.5确定泄漏位置

    液体汽化和气体压力变化都会吸收周围热量，对于身着重型防化服的消防队员很难通过肉眼观察到空气中冷凝的水汽或听到嘶嘶声，用热像仪可以观察到热量的异常变化，因此可以观察出泄漏位置，为进一步的处理提供依据。另外在无光线或光线受阻的事故现场，消防人员是不能够仅凭泄露的声音判断泄露的具体位置的。泄露气体或液体与现场周围环境存在温度差，所以可以利用红外热像仪快速寻找到阀门损坏、管道破裂或其他相关设备破损造成的隐蔽性泄露的具体部位（图7）。

    4.6清理火场

    在火场的后期，面对到处升腾的水蒸气和烟雾，消防员很难判断何处是真正没有扑灭的地方（图8），大量时间用于地毯式冷却中，但对于真正需要冷却的阴燃区域却没有用足够水和时间，往往造成消防队员的疲于奔命。例如2013年10月发生于温州龙港的法贝火灾，巨大的厂房消耗了消防员大量的时间和精力清理余火。但即使是这样在火灾扑灭的3个月后仍有部分余火没有扑灭。用热像仪可以辅助消防员判断哪里是真正需要冷却的地方，对于缩短扑救时间有非常巨大的帮助。

    在火灾扑救中，热像仪用于确定火灾中心位置、燃烧程度和蔓延情况。通过热像仪对火场进行观测，得到火灾燃烧和蔓延情况，确定火灾的中心位置。根据得到的信息，火场指挥员就可以正确地布置力量，有效地进行灭火。

    另外在火场中，水带由于流动的冷水，在热像仪图像中可以很容易被观察到，即使是在烈火浓烟中也非常明显，可以帮助消防员在特殊情况下迅速逃生，防止在火场中迷失方向。

    另外红外热像仪也可以帮助消防人员消除复杂火场中的隐藏火源。在火灾现场，热量经常通过金属管道或其他金属物体传导到其他部位，引发其他易燃物着火，扩大火势。在烟雾大、视线差的现场，消防人员很难通过肉眼分辨高温物体（如金属物体、管道等）。而用红外热像仪，可以清晰地发现高温物体并及时采取冷却扑救措施，或迅速转移、清除周边易燃物。

    5红外热像仪在室内火灾调查中的应用

    在一定时间内，燃烧会产生大量的热，热量通过热辐射、热对流、热传导等方式向四周不断扩散。随着火灾的不断蔓延扩大，热量也不断地传递，会在火场形成一个温度梯度，其中起火点的温度最高。因此，这个温度场呈现以起火点为中心，四周温度逐渐降低的基本趋势。

    5.1判断最先起火的房间

    民房火灾发生后，受建筑分隔的影响，燃烧会暂时局限在最先起火的房间里。随着燃烧的不断进行，火势突破门窗或室内轰然后，火焰会向其他房间蔓延。与其他房间相比，最先起火的房间燃烧时间最长，燃烧最充分，室内温度最高。所以，利用红外热成像仪在建筑物外对整个火场进行拍照，可以通过对比各个房间温度的差异，判断出哪个房间最先起火（图10）。

    5.2判断火灾蔓延方向

    火势突破最先起火的房间后，热烟气流会向走廊、楼道顶部蔓延。在蔓延过程汇总，热烟气流携带的热量会不断传递给墙壁和顶棚。同时，冷空气会不断卷入热烟气流中，降低热烟气流的温度。因此热烟气流离起火点越远，其温度就越低，传递给墙壁和顶棚的热量就越少。通过观察走廊、顶棚温度场的热像图，可以判断出热烟气流的流动防线，进而判断火灾的蔓延方向（图11）。

    5.3判断起火点

    火场中起火点的判断非常重要。在室内火灾中，温度最高点往往有两个。第一个是离起火部位最近的墙壁。室内火灾多起于地面，据起火部位最近的墙壁受到火焰热辐射的作用，会在墙壁底部形成高温区域，而其他墙壁很难在形成这种高温场（图12）。

    第二个是与起火点垂直对应的顶棚。室内起火，在顶棚没有烧塌的情况下，热烟气流在对流作用下，垂直向上蔓延，受到顶棚的阻挡后，会在顶棚处形成顶棚射流，向四周蔓延。因此，通常会在顶棚处形成与起火点垂直对应的最高温度区域（图13）。

    5.4搜救被困人员

    利用红外光可以穿透热烟雾的特点，以及火灾现场被困人员与周围环境存在的温度差，用红外热成像仪显示不同的温度分布图，可使消防人员在浓烟情况下，清晰地发现被困人员，为营救赢得宝贵时间（图14）。研究数据表明，在同等热烟状况下的室内火灾现场，使用红外热像仪进行搜救的时间，比未使用红外热像仪进行搜救的时间可减少80%。救援效率大大提高，同时可以避免搜救一楼，提高搜救的成功率。

    6红外热像仪在火灾现场应用应注意的问题

    红外热像仪在火灾现场方面应用的时间尚短。为了拍摄到满意的热像图，笔者认为应该注意以下几个方面问题。

    （1）考虑扑救过程中水的降温影响。特别是在室内火灾现场，扑救过程中水打到墙壁上，对墙壁的温度影响很大，从而可能干扰火灾起因的判断。在拍摄热像图时尽量停止向拍照区域射水

    （2）注意拍摄方法和角度。在拍摄现场热像图时，不宜将红外成像仪的中央测温点对在火场温度最高处，因为热像仪会按照最高温度点调整图像，这样拍出的照片层次较少，特别是低温区图像细节较少。而应稍微偏离，只要将所要拍摄的物体、痕迹包括在图像中，取温度较高的点为中央测温点，这样拍出的图像更加清晰，温度场的层次更加分明。

    7结语

    红外热像仪在消防工作中具有不可替代的优势。但是目前红外热像仪在这一领域的应用方法还比较欠缺，具有更广阔的应用前景。今后随着红外热像仪的普及和消防人员对红外热像仪的认可，相信其在消防工作中的应用价值会不断体现，能够很大程度推动消防事业的发展。