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拉升技术在消防救助中的应用分析

(2012-03-16 10:40:34)
标签:

救助

担架

拉力

滑轮组

绳索

杂谈

    在基层消防工作中,小型事故的处置占抢险救援的绝大多数。而在小型事故的处置中,拉升技术作为拉升系统的一个重要组成部分,广泛应用于各类深、横坑及高空、桥梁、山岳、高楼等户外事故的紧急处置。简单地说,拉升技术就是通过技术手段,使原本很困难、危险的拉升过程变得轻松、安全。比如一名驴友失足跌落在某狭小深渊中,身体处于极度危险状态,需要及时得到救助。接警后,我们如何用最快、最科学而不易造成二次伤害的方式将其送至安全地点,这就是本文关于“拉升技术”在消防救助中的具体应用所阐述的内容。

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 1 传统拉升技术的弊端

     对于我们处理一般深度的横坑、深井类救助而言,很多时候是将伤员直接捆绑在绳索上或者放置在简单的折叠式医疗担架上,给伤员戴上头盔,采用单绳或多绳固定担架,然后直接提升上来。这样的方式虽然快捷、简易,但对于现场环境复杂或伤员受伤部位不明,盲目的拉升方式非常容易造成伤员的二次伤害(注①)。所以,在拉升过程中的“技术含量”同样重要。此外,在拉升方式的选择上,有时也会使用到“机械拉升”,即采用“机械力”的方式代替人力操作,如依靠“吊臂”、“牵引器”等。但由于这类设备往往体积过大、过重或只能通过车辆来运输,无法到达地理条件恶劣的地方,如山岳、森林、野外等。所以,更多情况下,我们主要是依靠人力进行拉升。这样更为机动灵活,也可以有效地避免“二次伤害”。
     2 概念:“低处救助”与“高处救助”
     所谓“低处救助”(注②),就是将被困人员从低洼、深坑、井等低处救至高处的安全地点。而“高处救助”,则是将被困人员从高楼的平台、阳台、空调架、电灯塔、塔吊等处救至低处。二者互逆且操作略有不同。本文中所涉及到的“拉升技术”所应用的领域为“低处救助”。
     3 拉升系统简介
     各国消防机构对拉升系统的定义有所不同。按照NFPA1983(注③)的标准,拉升系统通常分为三大部分:导向部分、拉升部分、护送部分(如图2);导向部分指用于引导下方护送队员攀登的路线;拉升部分指由安全钩、滑轮组、防坠器(上升器、爪结)、爪绳构成的省力装置,它是通过动、定滑轮组合来达到在拉升过程中省力的目的;护送部分通常由一名救援队员跟随固定在担架中的被困人员,在拉升过程中对担架起保护作用

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图二
 4 “拔河启示”
     很多同事在填装泡沫液时会发现这样的现象:若将一个重量超过150公斤的泡沫桶用绳索固定后,往往五六个战士都拉不动。而如果我们将同样一个150公斤的重物抬起同样的高度,仅仅3个人就足够了。为什么5个人拉一个150公斤的东西而拉不动,3个人反而能抬动?先搁置这个问题,参加过水带拔河的同事应该注意到:在比赛中,双方的队员并非是在用“手”拔河,而是用手把水带固定住,用脚在移动。因此,是在用“脚”拔河。换句话说,如果我们在拔河比赛中,大家都用“手”去拔河,当前一名队员将绳索固定后,他所使出的力将有一部分成为后一名队员的阻力。同样,第三名队员使出的力将成为第二名队员的阻力,以次类推。这样叠加下来,整个队伍的合力量将被有很大部分成为“固定绳索的力”而做了“无用功”。原因在于:当我们直接用手去拉水带而脚不移动时,其脚部重心是向前的,也就是说,按照“水平方向动量守衡”的原则,如果我们脚不移动,只用手去拉动一个东西,人的重心就必须向前。但如果我们用手固定住一个东西,然后移动步子向后拉动,不仅我们自身的重力会帮我们的忙,东西也更容易拉动,因为脚的力量远远大于手的力量。所以,我们得出结论:在拉升重物时,我们的双手是用来固定绳索的,而真正起关键因素的,是我们的步伐移动。
     5 简易滑轮组原理
     滑轮,如图3,分为“定滑轮”与“动滑轮”。动滑轮省力但却消耗绳索长度和拉升时间,定滑轮不省力但却可以改变拉力的方向。二者合理搭配组合,形成“滑轮组”。

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3
         滑轮组中的滑轮越多,系统越省力,但消耗的绳索就越长。由于滑轮所涉及的组合及应用到的领域非常复杂,按照山岳救助中广泛应用到的拉升技术,本文仅仅探讨一些简单、实用的滑轮组。
     6 拉升技术
     6.1拉升系统产生的理由
     如图2,卷式担架内的“被困人员”自重60公斤,护送人员(救助队员)的重量65公斤。卷式担架、滑轮及其它器材毛重为10公斤。则总体重量将为:60+65+10=135公斤,加上沿途器械之间的摩擦力,若我们需要将担架从低处拉至高处,将至少承受150公斤!按照每次抢险救援出动7名队员,上方至多有5名队员。按照我们刚才的结论,5名队员使用单绳定滑轮将一个150公斤的重物拉起来是极其困难的。因此,需要制作拉升系统。
     6.2常规拉升系统的工作原理
     如图4,高位地段上有四个支点,系统分为:导向部分、拉升部分、护送部分;三个部分同时工作,其原理为:下方救援人员将被困人员固定好后,通过对讲机向上方指挥员汇报,由指挥员(C1处)检查完各支点无误后,下达“拉升”令。右上方的5名救援队员(左边主绳1名,右边拉升系统4名)同时拉动绳索。这样,爪绳处(图中标记“c”的位置)便会因重力的作用而“咬”紧主绳向上运动。当动滑轮(图中标记为“b)运动到第三支点处时,动滑轮便无法继续移动。此时,指挥员下达“停止”令,下方救援人员在主绳上制作保护结,左上方的救援队员将手中的主绳端绕过右边的一端制作双股单结。指挥员再次确认固定完毕后,下达“放绳”令,由右上方4名救援队员慢慢放绳,让绳索变松,使爪结处(图中标记“c”的位置)松弛下来,然后将爪结移动回原来的位置,并准备下一次拉升。当爪结移动回原来位置后,指挥员再次下达“拉升”令,右上方4名救援队员再次将爪结拉紧,同时左上方1名救援队员迅速解除双股单结,继续拉绳,直到双滑轮再次接近支点,又反复刚才的操作……当下方救援队员成功护送担架至救援支架处后方,整个救援结束。

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4
         6.3  数学推导
     6.3.1  对整个系统
     设:被困人员重量=G1公斤,护送人员重量=G2公斤,下方担架及器械毛重=G3公斤,右上方4名拉升人员的工作拉力=F公斤(左方救援人员拉力忽略不记),杠杆系数=L;要使担架被拉升至上方安全地带,则有:F*L>G1+G2+G3;令:G1=70公斤,G2=70公斤,G3=10公斤,L=4。那么,不等式右侧为70+70+10=150公斤。化简:F>37.5公斤,F=40公斤。
     结论:在41拉升系统中,要将一名体重在70公斤的被困人员从低处救助至高处,4名救援队员的合力应至少为40公斤,即每名救援队员只需承受10公斤的拉力。
     6.3.2    对爪绳(如图5

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5
         设:杠杆系数=M,拉升队员N名,拉升绳与导向绳的夹角=a1c2b,爪结与导向绳的静摩擦系数=μ,爪绳的爆破拉力=F(bs),护送队员、篮(卷)式担架、被困人员、下方器材的总重力=Fa1e),导向队员(最左方人员)的拉力=F(a1),每1名拉升队员(最右方4名队员)的拉力=F(a3);要使e被拉至d,则有式①:F(a1e)  [F(a1)+M*N*F(a3)]/2;当整个拉升系统处于最大功效时,sin(M*N*F(a3))=F(a1e),我们可以将式②变形为式④:∠a1c2b∈(Arcsin(M*N*F(a3))′,90);此时,我们可以称这个角为“临界角”,即“刚好能固定主绳的角度”。从上面的不等式中,要使整个护送部分被拉升至高位地段,则:
     1、拉升部分与护送部分绳索所构成的角度在“临界角”与直角之间(由摩擦力决定)。
     2、爪绳的爆破拉力大于动力部分所产生的拉力的一半(两段绳索同时承受拉力)。
     6.4常见的拉升系统介绍
     常见的拉升系统主要有“41型”及“61型”。所谓“41型省力系统”,就是拉力端承受重物1/4的重量。而“61型省力系统”则是拉力端将承受1/6重物的重量。在“X1型省力系统”中,“X”的数值越大,该系统所产生的拉力就越大,也就越容易拉动,但所需的器材就越多。也就是说,如果你需要更省力,就必须携带更多的器材。而在一次山岳救助当中,我们一个战斗班又能携带多少器材去长途跋涉进入那些车辆无法到达的地区呢?

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         此外,如果出现滑轮数量不够,我们也可用大口径的安全钩(葫芦钩)来代替滑轮,但这样会增加一些额外的摩擦力,一般不着推荐。
     如图7,这是一个不依靠爪绳工作的“拉升系统”示意图,它虽然避免了计算角度、爆破拉力等前期工作,但这样的拉升系统需要估算主绳在“每次拉升”后的位移,以此来搭建用于下次拉升的“双股单结”。该系统主要用于水上救助,这里不再讨论。

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7
         拉升技术在消防工作中涉及的领域繁多。高效、安全地完成救援任务是我们的研究目的。笔者认为,只有通过大量的演练,加深对器材的掌握度,实现人与装备的最佳结合,才能更好地完成每一次救援。因笔者才疏学浅,文中难免出现疏漏之处,敬请各位领导、战友们批评指正。(作者:林静、Dave Reed
注解
注①:这里引用了美国罗德岛州消防总队抢险救援支队(USAR for RI)随车医师(EMT)手册部分内容。它提到:对于部分伤员的运送而言,若担架尾部平行或高于头部,会造成伤员的血液及食道的残留物回流,引起气管阻塞或头部充血的危险,也就是著名的“铁棺材与裹尸布”的警示。
注②:由于在此领域国内尚未统一定义且无正式资料查询,故作者引用日本消防部门平成六年(1994年)抢险救助技术大赛的称谓,参考欧美消防部门对两类救助分别定义为“低处救助” (Low Angle Rescue)与“高处救助”(High Angle Rescue),以方便理解。
注③:即“美国消防协会技术标准”,其中NFPA1983涉及到关于各类抢险救援器材的标准及名称。
参考文献
[1]林静.爪绳技术在拉升系统中的应用分析[EB/OL].http://119.china.com.cn/txt/2010
-04/23/content_3480037.htm2010.4.23
[2]Howard Kirkland.Boat Rescue Haul Systems[EB/OL].http://www.brrr.ws/docs/
Boat_Rescue_Haul_Systems.pdf2009.1.5
[3]Dave Reed.横坑被困人员的杠杆式救助法[J].消防装备,2009年第3:24-25

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