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「耗氣量管制器(Air Consumption Controller,ACC)」研發基礎與實務應用

“Air Consumption Controller (ACC)” Development Principles and Practical Applications
「消防機關火場指揮及搶救作業要點」自89年頒布施行至今,經歷過10次大小規模不一的修正—也就是說,這代表著數十次、數十位消防先輩以血淚生命換來的前進動力!
而最近一次的修正,是因應110年彰化縣喬友百貨大樓火警案件,造成1名消防人員殉職事故,消防署參考美國NFPA 1500等規範,並整併「提升火場救災安全執行計畫」及「消防機關火場指揮運作系統指引」等內容後,做了一次幅度不小的修正。其中,在「火場指揮所編組」及「抵達火場處置」項目中,都增列「人員安全管制」的相關規定,條文摘錄如安全幕僚的設立及個人責任回報Personnel Accountability Report (PAR)機制建立,然而很簡單的文字規定,卻是執行火災搶救時,最讓指揮官頭疼的問題之一!
「有多少人進去?」、「進去多久了?」、「無線電通不通?」、「什麼人進去執行什麼任務?」、「執行的進度如何?」、「現在位置在哪裡?」、「氣量夠不夠?」、「該出來的是不是都出來了?」
這些問題,在筆者陞任基層幹部後,出勤的每一個火警現場無時無刻都會在腦海中跳出來警示著!不過,早期這些問題,在現場不一定會有答案,因為記不住、也沒有人能精準無誤地回答你。雖是身處南投縣,這相較之下火警案件不算多的縣市,筆者仍兢兢業業秉持著「幾個人出勤,就幾個人返隊」的最高原則!
可問題還是存在著!當111年8月,「消防機關火場指揮及搶救作業要點」納入人員管制機制相關規定頒布之後,消防車便開始著手將「管制板」與「計時器」納入車體設計與打造,上述的問題似乎開始有了解答的曙光!這是近幾年採購的消防車後側設計,管制板是軟磁布大圖輸出,表面黏覆一層白板膜之後,吸附在泵浦室旁邊;在管制板左上角,就是五金百貨商場買得到的計時器,使用者可以自行設定倒數計時的時間長度。(圖1)
雖然這些裝置單價低廉、唾手可得,但執行過幾次火災現場的實際操作之後,發現存在著下列問題:
一、噪音
管制板位於車輛後方雖然方便司機同時管理車輛操作與人員管制,卻也受到消防車泵浦運轉的噪音影響,無論是計時器的警報聲或是無線電的通訊,在PTO啟動後辨識度都會大打折扣,更遑論加壓到5公斤的情況了!
二、爆閃燈
近年來出廠的消防車輛為了行車安全,在車輛的4個面都會設計加裝高亮度爆閃燈,如圖示,爆閃燈的位置正好處於管制板左側10公分,對安全幕僚在管制板上書寫紀錄、判讀計時器都是一種負擔!(圖2)
三、天候因素
相信從事消防工作的讀者都有雨天出勤火警的經驗!當消防車在雨中行駛一段距離之後到達災害現場,滿是雨滴的管制板,根本無法用白板筆書寫!截至目前為止,筆者仍未找到合適的書寫工具!
四、計時器
還記得第一張照片的計時器嗎?它的顯示屏幕非常袖珍,數字是灰底黑色液晶顯示,在光線昏暗的地方非常不容易判讀;再者,可調整倒數時間的設計,增加了安全幕僚許多繁複的操作步驟,若身處於夜間開啟爆閃燈的情況下,對執行安全管制無疑是雪上加霜!更倒楣一點遇到下雨天,計時器的顯示屏幕還會卡霧氣卡水珠,「計時」與「警示」的功能可謂蕩然無存!
上面只概略的列出4項干擾因素,卻已經足以讓「人員安全管制機制」備受影響!最後,我們召集了幾位火搶教官、剛畢業的年輕力壯小夥子、PCB板設計廠商、3D設計列印公司,一群人經歷了研發、討論、設計、測試、修正的無間輪迴,耗時1年6個月之後,終於產下了這款「耗氣量管制器」:
▎外觀及功能介紹
一、警示燈號
由上而下分別為紅、黃、綠燈,藉由燈光閃爍模式及蜂鳴器啟動與否的搭配,各代表著不同警示:
燈號/蜂鳴器狀態 狀況
紅燈閃爍 壓力低於100 Bar
紅燈快速閃爍
蜂鳴器啟動 壓力低於50 Bar
紅燈長亮
蜂鳴器啟動 壓力 0 Bar
黃燈長亮 計時器未啟動倒數
黃燈閃爍
蜂鳴器啟動 計時器倒數歸零
綠燈長亮 正常管制中,電量充足
綠燈閃爍 電池電量低於30%
簡而言之,紅燈啟動,代表應注意對應位置的氣瓶壓力;黃燈啟動則應注意第二格倒數計時;綠燈閃爍代表電量不足。
二、數字螢幕
位置 代表指標
上 小組最低氣瓶壓力(單位:Bar)
中 10分鐘倒數計時
下 即時耗氣量運算結果(單位:L / Min)
三、功能按鍵
按鈕 作用
紅色+、- 調整顯示氣瓶壓力,按一下+、- 10 Bar
黃色Reset 計時器倒數歸零後,復歸為10:00(可解除蜂鳴器)
綠色CALC 即時運算耗氣量※1
黃黑色AUTION 標註警示小組※2
※1 耗氣量計算公式:(起始氣量-即時氣量)x 6.9 ∕ 操作時間係數
起始氣量:按下Start鍵時顯示的氣量
即時氣量:按下CALC鍵時顯示的氣量
操作時間係數:自按下Start鍵至按下CALC鍵間格總秒數∕60
※2 按一下同時啟動紅黃燈閃爍,可針對因現場環境改變、人員失聯、Mayday Call、或其他因素需要持續關注之小組做標示,並啟動因應措施(RIT)。再按一下回復至管制設定狀態。
在這「地廣人稀」的縣市,加上現行的勤務制度,要在火災現場第一時間能有餘裕的人力去「專責安全幕僚」可謂是天方夜譚!筆者就以「3樓透天住宅火警,3樓火煙冒出,上班人數10人」的情境來模擬,分隊出動11、12、61、91四部車,其中11車後座2人出勤途中著全裝,其餘車輛1車2人,這樣的配置就足以讓分隊鬧空城!因此,火災現場初期通常會由11車司機或91救護人員兼任安全幕僚。
以下僅呈現管制器輔助執行「個人責任回報」管制流程,在此不討論戰術運用:
一、到達現場停妥車輛,安全幕僚將管制板及管制器放置於適當地點,成立「人員裝備管制站」。
二、取出管制器開啟電源,磁吸於管制板上,電子時鐘連接行動電源。同組入室人員繳交管制名牌、指定小組長,管制員快速檢查入室人員PPE、TIC等裝備。(此時尚未啟動管制,黃燈長亮。)
三、確認小組最低氣量,由安全幕僚記錄壓力、進入時間、任務及位置,並調整管制器壓力顯示(+、-)與小組最低氣量相符,啟動管制(Start)。(小組壓力300 Bar,任務為3樓滅火攻擊。按下Start鍵後,黃燈熄滅、綠燈長亮,第二格數字屏幕開始倒數計時。)
四、第二格數字屏幕倒數計時的同時,第一格壓力顯示會以每分鐘10 Bar的速率遞減。(附錄說明)
五、6分鐘後,第二小組人員到達現場接受任務,至管制站繳交管制牌準備入室,安全幕僚取出第二顆管制器磁吸於管制板,開機。
六、重複操作步驟第二、三,啟動第二組管制器。(小組最低壓力280 Bar,任務為2樓人命搜索。)
七、第一小組入室人員10分鐘倒數歸零,安全幕僚應以無線電聯繫小組長,並請回報該小組最低氣量、位置及任務資訊。(此時黃燈閃爍、蜂鳴器啟動)
八、小組長回報最低氣量180 Bar,位置在3樓滅火攻擊。安全幕僚複誦內容並紀錄,調整壓力顯示至180 Bar(原顯示200 Bar),按下Reset復歸至10:00後,按下Start開始新一輪管制。
九、安全幕僚可按下CALC鍵,管制器自動計算即時耗氣量,運算結果顯示為74.4 L / Min(第三數字屏幕),尚在正常重度工作耗氣量範圍內。(附錄說明)
十、第二小組人員10分鐘倒數歸零(黃燈閃爍、蜂鳴器啟動),安全幕僚重複第七、八、九步驟。
十一、藉由安全幕僚紀錄內容,可得知第二小組15:22回報最低氣量200 Bar,2樓未發現,正往3樓搜索。
十二、第一小組壓力顯示剩餘100 Bar,此時綠燈熄滅、紅燈閃爍,安全幕僚應以無線電提醒小組長及指揮官,並適時派員接替任務。(附錄說明)
十三、第一小組回報,3樓火勢熄滅,人員準備撤出,並請指揮官派員接替殘火處理。
十四、取出第三組管制器,重複第三步驟後,待命啟動管制。(第三小組15:26入室,此時起火建物1樓室內已無濃煙,待第三小組成員到達3樓戴上空氣呼吸器面罩時,再回報安全幕僚啟動管制。)
十五、第一小組於15:29撤出回到管制站,取回管制牌、將救命器插銷復位後,關閉管制器結束管制。
十六、第二小組出現紅、黃燈同時閃爍,安全幕僚要求小組長執行PAR回報的同時,也提醒小組注意剩餘壓力。
十七、第二小組回報3樓未發現,正往1樓移動。
十八、第二小組完成搜索任務,於15:37撤出,結束管制。
十九、最後這張照片,就是任務圓滿完成的結果!安全幕僚可以在各小組任務結束後,以手寫方式將小組成員姓名填上,再用手機拍照留存,未來繕打搶救報告、論功行賞將大有助益!
自去年12月底消防局購得第一套耗氣量管制器至今,上述管制流程已在實務上執行數次,雖然每次的狀況都不盡相同,筆者也在每次的災後檢討會上,特別請擔任安全幕僚的夥伴進行分享與回饋,以下歸納出幾項重點:
一、高辨識度:高亮度LED燈、自發光大型數字顯示屏幕,即使在艷陽下仍能清楚辨識數字與燈號;搭配85分貝蜂鳴器,可以更直觀的提醒安全幕僚各項警示。
二、高效率:以管制器輔助執行個人責任回報,1位安全幕僚最多可管制5組、至少10位入室人員,雖然幾乎每分鐘都在使用無線電與內部作業人員通聯,但還不至於手忙腳亂!以南投1個分隊的人力與火災場域來說已經相當夠用!
三、長效性:經實測,單顆全新18,650鋰電池(松下,3,400mAh)可提供1組管制器連續操作10小時,5組管制器配備20顆鋰電池,可供長時間救災使用。若綠燈開始閃爍(電量剩餘30%),至少還能持續操作60分鐘,能確保管制不中斷。
四、機動性:配合可移動式的管制板成立人員裝備管制站,無須受限於車輛停放位置,遠離噪音、濃煙或閃光,亦可避免因下雨、風向的環境因素造成管制不便。
五、經濟性:「耗氣量管制器」沒有太多高科技或無線傳輸等昂貴零組件,相較於其他大廠動輒數十萬、甚至上百萬的裝備而言相對經濟實惠,後勤管理也相對方便單純,可謂「用簡單的方式處理複雜的事情」!
六、耐用性:管制器正面面板有特別防水保護,可抵禦大雨及日常防潑水,廠商也提供2年非人為保固,不過….既然管制板可以移動,我想也不會有人刻意選在雨中進行管制吧?
 圖23為114年初在災害現場實際拍攝的管制板畫面。對第一次操作、而且沒有接受過教育訓練的安全幕僚而言,已經算是可圈可點!針對入室人員,都已經確實執行「個人責任回報」這個機制;指揮官也能透過管制板掌握人員進出、任務分配及無線電通訊品質等狀況。
相較於現今全世界爭相發展的AI人工智慧,「管制器」實在稱不上什麼高科技!一方面除了研發經費有限,更現實的是藉由相對簡單的科技與操作的便利性,輔助落實執行「個人責任回報」,在實務現場不需要過於複雜的操作技術,既可以協助指揮官掌握入室人員動向、確保內外部無線電通訊順暢,當狀況發生時就能立即確認、迅速反應;而對入室小組而言,雖然百忙之中還要停下動作、確認小組夥伴的氣瓶壓力回報給安全幕僚,看起來有點麻煩,但可以確定的是,小組長與組員之間的距離還能互相聯繫、互相照應,這也符合了「團進團出」的立意!
反觀入室小組的回饋,其實同仁感受最深刻的是「外面的夥伴定時會找我」這個做法,能夠提供入室搶救人員相當大程度的「心理支持」!假設第一次10分鐘的倒數時間歸零,安全幕僚呼喊無線電沒有回應時,指揮官就應該以「最高規格」啟動救援程序!也許最後發現是無線電信號被屏蔽的一場虛驚,這不也正好凸顯出現場通訊死角,進而提醒指揮官建立無線電中繼或加強現場通訊能力等措施,對入室工作人員也是一種保障!
放眼全國,其實已有不少縣市採購許多先進的高科技裝備,其優勢與效率恐怕早已遠超出上述內容!但也不諱言的,或許南投不是最後一個能落實個人責任回報的縣市,希冀本篇拙作能提供各位看官些許設計靈感與執行方式!也希望完善的制度可以幫助消防人員出入平安、逢凶化吉,「消防機關火場指揮及搶救作業要點」從此再也不需要修正了!
▎附錄:(以下摘錄NFPA 1404 針對空氣呼吸器及耗氣量相關操作指引,進行延伸說明)NFPA 1404 Standard for Fire Service Respiratory Protection Training,2018
1.3.3 消防員應接受培訓,在任何可能出現立即致死濃度(IDLH)環境的情況下,使用額定最短使用時限為30分鐘的正壓SCBA
5.1.5.2 個人空氣管理方案應包含下列指令:
(1)使用者應在開始消耗儲備空氣之前,應先從立即致死濃度環境中撤離。
(2)使用者應認知低氣量警報,或服務結束時間指示器(EOSTI)表示該成員正在消耗備用氣源。
(3)當低氣量警報啟動時,個人及團隊應立即採取行動,並遵循各部門的標準作業程序(SOP)或標準作業指導(SOG)。
6.2.6 The EOSTI alarm shall activate at 33 percent, +5/-0 percent of full cylinder pressure
6.2.6 服務結束時間指示器(EOSTI)應在氣瓶填充壓力 33% 時啟動警示。
※3 IDLH:立即致死濃度。為「Immediately Dangerous to Life or Health」之縮寫。係NIOSH(美國國家職業安全衛生研究所)特別針對化學工廠急性呼吸危害之暴露而訂,在此氣體濃度以上暴露30分鐘,可能造成立即的健康危害
綜合上述指引,其實不難發現與現行操作規範有些出入!例如我們習以為常的「空氣呼吸器殘壓警報通常設定在50 Bar」,而氣瓶灌充壓力只要求「250 Bar以上」,若套用在NFPA 1404 的指引,EOSTI的啟動時機是灌充壓力的20%;若是氣瓶壓力灌充到300 Bar,EOSTI的啟動時機會是更低的17%。
所以我們首要的問題是:「氣瓶壓力應該灌多少?」
若您手邊正好有複合材質的氣瓶,瓶身標示可以很清楚的看到「 FP 300 at 15OC 」這個字樣!也就是說,氣瓶灌充冷卻後的壓力應為300 Bar!
解決了氣瓶壓力,那這支300 Bar的氣瓶我要使用超過30分鐘,還需要關注另一個重點,那就是「氣瓶容積」!目前市面上看到的氣瓶容積普遍為6.8或6.9公升,灌充300 Bar的空氣體積約為2100 L,如果要使用30分鐘,平均每分鐘的耗氣量為70 L;也就是說,我的耗氣量必須低於70 L / Min,才能達到使用30分鐘的最低門檻。
▎這件事情可沒那麼容易!
依本分隊同仁自113年6月起,每月實施耗氣量訓練至114年11月得到的數據進行分析,在經過17個月相同重度工作路徑的訓練之後,約有20%的夥伴重度工作平均耗氣量在70L/Min以下,65%夥伴介於70~80L/Min區間,另外的15%則會超過80L/Min,但也僅止於82~84L/Min,不會達到超過90L/Min這麼大的耗氣量!所以客觀認定,本分隊入室人員如果管制器計算出小組平均耗氣量超過每分鐘90公升,管制員應該主動介入,要求小組長注意人員、裝備狀態。
因為即使每個人使用相同的裝備、做相同的工作,空氣的消耗速率也會有所不同!因為這還牽扯到個人身體素質、體型體重、工作環境、裝備妥善率以及其他壓力來源影響。所以,耗氣量70 L / Min是個「理想值」,可以透過日常的訓練、體能的加強、肺活量的加強,讓自己的耗氣量往這個理想值趨近!
當然您也可以簡單理解為「300Bar / 30分鐘 = 10 Bar / Min 」!可是如果您背負的是容積6公升的鋼瓶、12 L的潛水鋼瓶,或是使用長隧道專用的化學長效型空氣呼吸器,那可就不是這麼一回事了!再者,1分鐘消耗11BAR跟1分鐘消耗15BAR,這樣的數據也許對管制員而言似乎差異不大,但若換算成「公升」,那可是每分鐘75.9公升與103.5公升的差別:前者算是「有點喘」,後者應該是喘到頸部肌肉都加入代償了!因此使用「每分鐘平均消耗幾公升」的數值呈現有利於管制員鑑別耗氣量是否正常。
好!回到我們常用的複合瓶!當我們決定統一將氣瓶壓力灌充到300 Bar、訓練自己可以使用空氣呼吸器超過30分鐘,剩下的最後一個問題是:當管制器的「EOSTI」啟動(顯示剩餘壓力100Bar紅燈開始閃爍)時,安全幕僚應該作何反應?
按照NFPA 1404規範的EOSTI應該在灌充壓力的33%、也就是壓力剩下100 BAR的時候就應該啟動。可是目前僅有少數縣市採購新款符合這個要求的空氣呼吸器,例如MSA的M1空氣呼吸器,可以設定折返點在火場內部直接發報警示入室人員。不過,在還沒有全面配發新的裝備之前,我們可以藉由「耗氣量管制器」的紅燈閃爍預警提示安全幕僚,再由安全幕僚以無線電提醒入室小組成員;雖然多一道手續,但也能達到NFPA 1404規範相同的警示功能。
至於「耗氣量管制器」設計剩餘壓力100 Bar的EOSTI紅燈警示時,入室小組要如何處置?筆者以為,這要考慮當時的火勢大小、濃煙蓄積程度(IDLH濃度環境)、任務執行狀況、人員位置、體力負荷、離開動線、撤退距離……等等因素做綜合考量!畢竟多數縣市對這種狀況並沒有SOP或SOG可以依循!最重要的是!安全幕僚必須做到「適時提醒」,並且「持續關注」!確保入室人員在50Bar的殘壓警報啟動前,都能脫離IDLH環境、或已到達相對安全區。
參考資料:
1.內政部消防署全球資訊網 http://www.nfa.gov.tw/cht/index.php
2.1110811消防機關火災指揮及搶救作業要點修正草案總說明及條文對照表
3.耗氣量管制器ACC操作手冊(獵火人企業社印製)
4.NFPA 1404 Standard for Fire Service Respiratory Protection Training,2018
5.113年度消防署火災搶救研討會-會議資料—分隊長柯翔譯、教官林楨哲彙編
檔案下載 - 工作研討-「耗氣量管制器(Air Consumption Controller,ACC)」研發基礎與實務應用.pdf