Xu hướng phát triển và sử dụng drone trong chữa cháy nhà cao tầng

Trong những năm gần đây, nhiều vụ cháy nhà cao tầng, siêu cao tầng xảy ra để lại hậu quả lớn về tính mạng, tài sản cũng như ảnh hưởng lớn đến an ninh kinh tế và an sinh xã hội của các quốc gia. Ngày 05/5/2020, cả tòa tháp Abbco Tower 48 tầng ở Al Nahda, Sharjah, các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống Nhất (UAE) đã bốc cháy dữ dội khiến 33 căn hộ bị phá hủy hoàn toàn, 60 căn hộ bị hư hỏng nghiêm trọng. Vụ cháy tòa chung cư 24 tầng tại Thành phố Minneapolis, bang Minnesota, Mỹ ngày 27/11/2019 làm 5 người thiệt mạng và 4 người khác bị thương. Vụ cháy ngày 28/3/2019 ra tại một tòa nhà thương mại 22 tầng ở Thủ đô Dhaka, Bangladesh đã khiến 19 người thiệt mạng, hơn 70 người bị thương. Cháy chung cư cao tầng tại New York, Mỹ cướp đi sinh mạng 12 người, làm bị thương 4 người. Vụ cháy rạng sáng ngày 14/6/2017 tại chung cư Greefell 27 tầng tại LonDon, Anh khiến 70 người thiệt mạng, hơn 100 người bị thương… Tại Việt Nam gần đây, ngày 16/1/2020 vụ cháy lớn đã xảy ra trong tòa nhà Dầu khí Thanh Hóa cao 14 tầng tại số 38A đại lộ Lê Lợi, TP Thanh Hóa khiến 02 người tử vong và 13 người bị thương; ngày 23/3/2018, vụ hỏa hoạn tại chung cư Carina, quận 8, Thành phố Hồ Chí Minh khiến 13 người thiệt mạng, 91 người nhập viện và được coi vụ hoả hoạn nghiêm trọng nhất trong hơn chục năm ở Thành phố Hồ Chí Minh kể từ sau Vụ hoả hoạn ITC năm 2002.

Kết hợp số liệu thống kê và phân tích từ thực tiễn, có thể thấy việc thực hiện nhiệm vụ chữa cháy trong nhà cao tầng và siêu cao tầng luôn đặt ra nhiều thách thức và khó khăn cho lực lượng Cảnh sát Phòng cháy chữa cháy.

Đầu tiên, không gian đất hạn chế ở các khu vực đô thị làm bùng nổ sự phát triển của các tòa nhà cao tầng, siêu cao tầng dẫn tới sự khó khăn trong công tác chữa cháy do hạn chế trong khả năng tiếp cận của các phương tiện chữa cháy hiện nay tới các vị trí cháy nổ trên các tầng cao. Xe thang chữa cháy hiện đại nhất Việt Nam cũng chỉ tiếp cận đến độ cao 72m tương đương với tòa nhà 20 tầng trong khi số lượng các chung cư, nhà cao tầng tại Việt Nam đã rất nhiều.

Tính riêng Thành phố Hà Nội và Hồ Chí Minh tới tháng 3/2019 đã đạt 1.200 tòa (LandMark 81 cao 461,3m; KeangNam 336m; Lotte Center Hà nội 267m…). Do đó, khi xảy ra cháy tại các tầng cao, việc triển khai chữa cháy rất phức tạp và gặp nhiều thách thức hơn so với các tầng dưới thấp. Vụ cháy tòa nhà văn phòng ở Thủ đô Dhaka, Bangladesh khiến 19 người tử vong hay vụ cháy tháp Greenfell tại Luân Đôn, Anh àm 70 người thiệt mạng là các mình chứng rõ ràng cho sự khó khăn này.

Thứ hai, để đáp ứng quy mô dân số lớn, nhiều trung tâm thương mại, nhà cao tầng được đầu tư xây dựng với mật độ cao dẫn tới khoảng cách các tòa nhà bị thu hẹp do đó dẫn tới việc các đám cháy phát triển lan rộng dễ dàng hơn, làm tăng nguy cơ thiệt hại nghiêm trọng. Dân số đông cũng đưa ra những thách thức về kiểm soát giao thông và đám đông khi xảy ra sự cố cháy, nổ. Trong thực tiễn chiến đấu hiện nay, trong các giờ cao điểm, việc di chuyển bằng xe chữa cháy đến địa điểm các vụ cháy thường rất khó khăn và mất nhiều thời gian dẫn đến hiệu quả chữa cháy không đáp ứng được yêu cầu. Đồng thời việc đảm bảo không gian và diện tích triển khai xe thang cũng gặp nhiều hạn chế trong môi trường đô thị.



Thứ ba, khi triển khai chữa cháy trong các tòa nhà cao tầng, lực lượng chữa cháy phải làm việc trong điều kiện vô cùng khắc nghiệt: cường độ hoạt động, di chuyển cao; mang vác các thiết bị nặng trong điều kiện địa hình không quen thuộc; nồng độ oxy thấp, nhiệt độ cao, mặt bằng làm việc không ổn định với các kết cấu xây dựng thường trực nguy cơ sập đổ. Sự khó lường trong sự phát triển của đám cháy cùng các hạn chế về nguồn lực dẫn việc không đảm bảo hiệu quả chữa cháy cũng như tiềm ẩn các nguy cơ cận kề đe dọa tới tính mạng của chiến sĩ chữa cháy.

Hiện nay, ngày càng có nhiều nghiên cứu, ứng dụng trên khắp thế giới sử dụng phương tiện bay không người lái (Drone) cho mục đích chữa cháy vì tính nhỏ gọn, cơ động cao, chi phí đầu tư phù hợp cũng như linh hoạt và hiệu quả hơn hẳn so với máy bay trực thăng. Các thiết bị này khác nhau cơ bản ở cơ cấu đưa chất chữa cháy vào đám cháy.

Nhóm các thiết bị sử dụng lăng phun chất chữa cháy vào đám cháy với nguồn chất chữa cháy được cung cấp liên tục qua hệ thống vòi từ mặt đất.

Công ty Aerones tại Latvian đã chế tạo thành công Drone chữa cháy cho các đám cháy nhà cao tầng. Khi bay thiết bị kéo theo 1 cuộn vòi chữa cháy, trên thân thiết bị mang theo 1 lăng phun. Nước hoặc bọt chữa cháy được đẩy từ hệ thống bơm đặt trên xe chữa cháy tại mặt đất đẩy qua hệ thống vòi, và được điều hướng bởi Drone để phun và dập tắt đám cháy. Thiết bị có cấu tạo gồm 28 cánh quạt xếp thẳng đứng, được phân bố cân bằng. Toàn bộ các chuyển động của thiết bị được điều khiển thông qua việc tăng, giảm tốc độ quay của động cơ. Thiết bị có khả năng chữa cháy cho nhà cao tầng với độ cao tối đa đạt 300m trong khi các phương tiện chữa cháy hiện nay như xe chữa cháy chỉ có khả năng chữa cháy trên thế giới tối đa 70m và ở Việt Nam là 52m, ngoài ra thiết bị có khả năng triển khai tại nhưng khu vực đông đúc, chật hẹp, các xe chữa cháy không thể tiếp cận.

Ưu điểm của nhóm thiết bị sử dụng lăng phun chất chữa cháy vào đám cháy với nguồn chất chữa cháy được cung cấp liên tục qua hệ thống vòi từ mặt đất là khả năng chữa cháy liên tục trong thời gian dài. Thiết bị dễ dàng tiếp cận với chữa cháy nhiều loại hình đám cháy như cháy nhà cao tầng, cháy rừng, cháy trên các khu vực núi hiểm trở… Tuy nhiên, do việc phải kéo vòi chữa cháy từ mặt đất lên vị trí chữa cháy đồng thời tác động từ áp lực của hệ thống bơm lên cuộn vòi làm cho mô hình động học của loại thiết bị này rất phức tạp. Thiết bị phải có kích thước lớn, bố trí nhiều động cơ đẩy, kết cấu cơ khí chắc chắn làm gia tăng chi phí đầu tư cho nhóm thiết bị này.



Nhóm các thiết bị thả chất chữa cháy từ trên cao xuống vị trí đám cháy để chữa cháy

Các nhóm nghiên cứu ở Ấn Độ đề xuất sử dụng mô hình 10 UAV dạng Drone mang theo bóng chữa cháy thả từ trên cao xuống đề chữa cháy cho các đám cháy rừng, bụi cỏ. Bóng chữa cháy được lựa chọn là Elide sản xuất tại Thái Lan hoặc AFO sản xuất tại Trung Quốc. Bóng chữa cháy Elide có khối lượng 1.5 ± 0.2kg, đường kính 147mm; Bóng AFO khối lượng 1.3kg. Cả 2 loại bóng đều chữa cháy trong với bán kính hiệu quả 1.3m. Nhóm tác giả cũng chế tạo thành công Drone có nhiệm vụ mang và thả bóng chữa cháy có tải trọng 15kg (tương đương 10 bóng chữa cháy) với diện tích chữa cháy theo tính toán 676m2.



Ưu điểm của nhóm thiết bị chữa cháy thả chất chữa cháy từ trên cao xuống vị trí đám cháy là kết cấu kích thước nhỏ gọn, kết cấu đơn giản, chi phí đầu tư thấp, do đó dễ dàng trang bị cho lực lượng chữa cháy địa phương. Tuy nhiên nhược điểm của dạng thiết bị này là chỉ phù hợp chữa cháy các đám cháy ngoài trời (cháy rừng), khó triển khai và không hiệu quả trong các đám cháy nhà cao tầng.



Nhóm các thiết bị đưa chất chữa cháy vào đám cháy dạng rocket

Drone dạng này thường có cấu tạo dạng thiết bị bay 4 đến 8 cánh, trên thân mang theo 1 ống phóng tên lửa chữa cháy bên trong chứa 1 số lượng tên lửa chữa chat nhất định. Toàn bộ các chuyển động của thiết bị được điều khiển thông qua tăng giảm tốc độ quay của các cánh quạt do đó so với các loại cơ cấu bay khác, Drone có kết cấu cơ khí đơn giản hơn. Điều này đồng nghĩa với kết cấu của máy bay có độ tin cậy cao, do đó việc bảo trì sẽ đơn giản và ít tốn kém hơn. Mặt khác, do cấu trúc đối xứng trục nên các hiệu ứng quán tính sẽ suy giảm dẫn đến bộ điều khiển sẽ đơn giản hơn. Với cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ cho phép lực lượng Cảnh sát phòng cháy chữa cháy dễ dàng vận chuyển thiết bị tới hiện trường vụ cháy kể cả trong các điều kiện giao thông tắc nghẽn. Khả năng cất cánh tại chỗ cho phép Drone hoạt động trong các môi trường chật hẹp và nhiều vật cản như trong đô thị.

Ống phóng tên lửa chữa cháy khi hoạt động sẽ kích hoạt thuốc phóng tạo ra lực đẩy, đẩy đầu đạn tên lửa mang chất chữa cháy phóng vào vị trí đám cháy, dưới tác động từ nhiệt độ của đám cháy, đầu đạn sẽ giải phóng chất chữa cháy để dập tắt đám cháy. Điều này cho phép thiết bị đề xuất có khả năng chữa cháy từ xa, giữ khoảng cách đảm bảo an toàn với ngọn lửa. Đồng thời động năng của tên lửa chữa cháy có khả năng phá vỡ các cửa kính, cửa sổ, từ đó có khả năng chữa cháy bên trong gian phòng cũng như tạo ra các lối tiếp cận để phục vụ nhiệm vụ trinh sát đám cháy khi cần thiết.

Camera được lắp đặt trên thiết bị có nhiệm vụ: thu thập hình ảnh từ vụ cháy, và đóng vai trò ống ngắm xác định vị trí phóng tên lửa chữa cháy.

Cơ cấu bay được chiến sĩ chữa cháy điều khiển từ xa thông qua trung tâm điều khiển đặt gần khu vực xảy ra cháy.

Dẫn đầu các nghiên cứu chế tạo và đưa loại drone dạng này vào sử dụng là các công ty từ Trung Quốc. Ví dụ như mẫu drone FE15 của Công ty Walkera có thông số kích thước mở cánh: 1500mm, thời gian bay: 50 phút, tải trọng mang theo: 13kg, vận tốc bay thẳng: 18m/s; vận tốc bay đứng: 5m/s; vận tốc hạ: 3m/s; độ cao làm việc: 4000m; chống gió: 12m/s; tên lửa chữa cháy: 3kg, bột chữa cháy ABC superfine;

Xu hướng sử dụng Drone chữa cháy đang là một xu hướng mới giải quyết hiệu quả nhiều khó khăn, hạn chế của lực lượng Cảnh sát PCCC trong việc chữa cháy, cứu nạn cứu hộ đối với các đám cháy nhà cao tầng. So với máy báy chữa cháy, công tác đào tạo, bàn giao và vận hành sử dụng mô hình Drone chữa cháy sẽ đơn giản hơn, cùng với chi phí đầu tư thấp, việc trang bị hệ thống Drone chữa cháy nhà cao tầng cho Cảnh sát PCCC địa phương là phương án có tính ứng dụng và khả thi cao.

Theo Đại học PCCC