1 引言

19世紀30年代煤礦事故頻繁發生、礦工死亡數量增多、財產遭受嚴重損失，為保障礦工的安全，制造發明了空氣呼吸器，為礦井事故的救援提供了技術保障。時至今日，空氣呼吸器已應用到有毒有害氣體、化學污染物、高溫、濃煙、缺氧等環境下進行作業和搶救的場合中，為使用者提供呼吸保護，保障生命安全。

20世紀40年代又發明了正壓式空氣呼吸器。20世紀50年代空氣呼吸器配置到市政消防領域。正壓式空氣呼吸器是一種自給式開放式呼吸器。在進行消防救援工作時，消防救援人員佩戴正壓式空氣呼吸器進入工作現場，以應對濃煙、有毒有害氣體、蒸汽或缺氧等惡劣條件，從而有效保障消防員的生命安全。

2 空氣呼吸器發展現狀

3C認證6.8L消防員正壓式空氣呼吸器

2.1空氣呼吸器的發展歷程

空氣呼吸器的發展歷程大致可分為三個階段：

第一階段自19世紀50年代到20世紀初，隨著工業化革命的進程，空氣呼吸器成為一種應運而生的產品。當時的空氣呼吸器為負壓式空氣呼吸器（面罩內壓力低于環境壓力）。由于當時材料科學研究方面還處于叫低級階段，設計的產品體積大、笨重、攜帶不方便、壓力低、有效使用時間短。

第二階段自20世紀初到20世紀80年代，這個階段是空氣呼吸器發展的成長階段。在這個階段中，發明了正壓空氣呼吸器，使得空氣呼吸器發生了革命性的改變。正壓式因其使用安全系數高、呼吸感覺舒暢的優勢成為空氣呼吸器發展的主流方向。德國的德爾格（DRAGER）公司和AUER公司在歐洲市場大展身手。1975年PA80型空氣呼吸器憑借著其在當時的技術優勢，成為正壓式空氣呼吸器國際標準制定的參照標桿。

德國AUER公司在20世紀30年代開發的PA37/1600型空氣呼吸器開始應用于潛水作業。20世紀50年代的BD55型空氣呼吸器配置到市政消防領域。

第三階段自20世紀80年代至今。這個階段是呼吸器發展的成熟階段。傳統空氣呼吸器的設計原理越趨成熟，空氣呼吸器材料的選用也達到了新的高度，防化學、防老化、耐高溫的特種橡膠材料成為空氣呼吸器面罩的主要選材。防火或者阻燃的Kevlar芳綸纖維材材料被廣泛應用到空氣呼吸器的織帶中，提高了空氣呼吸器的攜帶安全性。航空航天用的高強度碳素纖維也被用到工業空氣呼吸器的氣瓶增強包輔材中，使得氣瓶的整體質量只相當于鋼瓶的三分之一左右。

2.2我國空氣呼吸器的發展歷程

20世紀70年代末，我國消防、煤礦、石油化工系統開始引進了許多比較先進的空氣呼吸器。當時的空氣呼吸器為負壓式空氣呼吸器（面罩內壓力低于環境壓力）。氣瓶為鋼制氣瓶，氣瓶容量比為1.1-1.2，充氣壓力為20Mpa。

1982年公安部上海消防科學研究所和上海潛水裝備廠合作，成功研制了我國第一代HZK-7型消防負壓式空氣呼吸器。1988年，研制出我國第一代正壓式空氣呼吸器。

空氣呼吸器由負壓到正壓，這是技術上的重大突破。80年代末，美國梅思安的產品進入中國。90年代中期，美國斯科特公司、法國巴固公司等國外公司產品相繼進入中國，推動了正壓式空氣呼吸器的迅速發展。

進入21世紀后，國內新興的空氣呼吸器生產商相繼誕生。中國空氣呼吸器生產進入了成熟發展階段。隨著新技術，新材料新工藝的大量運用，碳纖維全饒鋁合金內膽復合氣瓶在中國應運而生。他的誕生，使正壓式空氣呼吸器整套裝具的佩戴質量減輕了30%，從而有效的降低了消防隊員及搶險救援人員的負荷，保證了滅火戰斗及搶險救援工作的順利進行。2002年公安部消防局及時下達了空氣呼吸器選用鋁合金內膽碳纖維全纏繞復合氣瓶，淘汰高強度輕質鋼瓶的通知，為空氣呼吸器的發展提供了強有力的支持。

2.3空氣呼吸器智能化發展現狀

社會的高速發展，災害險情的復雜多變，如何最大限度的保證消防救援人員的生命安全和戰斗力，成為空氣呼吸器技術性能發展的重要支撐。近年來，基于信息技術、互聯網和大數據的空氣呼吸器智能化改進，使其從單一使用功能進階到集通訊、顯示、快充、他救于一體的生命保障系統。

目前我國空氣呼吸器技術水平較發達國家仍有一定差距，主要體現在以下四個方面：

（1）國內產品全面罩及背架部件設計不夠合理，不夠科學，國外產品較國內產品更注重作業者佩戴的舒適度，其完全按照人體工程學原理設計，相關部件與面部、背部貼合的非常好，可有效減輕消防救援人員的攜帶負擔。

（2）國外產品所用材料更為先進，例如制造全面罩密封框時所使用的材料，國外使用的材料，無論是密封性還是柔軟性，都勝國內一籌。

（3）國外產品對供氣閥的設計更具優勢，主要體現為活門靈活、供氣流量大。

（4）國內產品智能化程度不高。相較于同類型國內產品，國外設備融入了大量智能元素，如：增加了位移報警、抬頭顯示等功能。

3 空氣呼吸器未來發展趨勢分析

作為一種十分重要的消防裝備，空氣呼吸器應隨著現代科技的不斷發展而發展，以滿足新形勢下滅火救援任務的需求。其發展趨勢主要有以下幾個方面：

3.1延長有效使用時間

空氣呼吸器使用時間的長短直接影響消防救援人員救援效率的高低，更長的使用時間也將使得消防員可以在充分熟悉環境后實施更行之有效的救援，進一步減少人民群眾生命財產損失與消防人員的傷亡。而目前有效延長空氣呼吸器使用時間的方法主要有三種：

其一，增加空氣呼吸器氣瓶的容積，目前最常用的空氣呼吸器氣瓶的規格為6.8L，為了能夠滿足部分作業的特殊需求，空氣呼吸器制造商陸續開發了8L、9L、12L碳纖維復合氣瓶，這樣氣瓶容積不斷增大，可有效延長空氣呼吸器的有效使用時間。

其二，提高空氣呼吸器氣瓶的工作壓力。目前常用的空氣呼吸器氣瓶壓力為30Mpa，為了能夠增加氣瓶的儲氣量，通過提高氣瓶的初期壓力也是一個有效的方法；氣瓶壓力從15Mpa提高到20Mpa、30Mpa，儲氣量不斷增加。美國正在開發5500psi（37.5MPa）的碳纖維復合氣瓶，這種氣瓶與同容積的現有氣瓶相比可增加多與20%的使用時間，提供了一種解決方案。

其三，在空氣中呼吸器供氣閥或者面罩上，增加一個大氣切換開關。在使用空氣呼吸器中，當外界環境空氣能夠滿足呼吸條件時，將開關切換到使用者呼吸環境中空氣；當發現空氣質量不能滿足呼吸條件時，切換到呼吸氣瓶中的空氣，這樣也能延長空氣呼吸器的使用時間。

這三種延長空氣呼吸器的使用時間的方法各有利弊。增加氣瓶容積，雖然可以延長使用時間，但是隨著氣瓶容積的不斷增大，氣瓶外形體積和質量隨之增加，使用者的負荷也隨之增加。另外部分作業環境由于空間狹小，使用者根本無法進入使用。提高氣瓶工作壓力雖然可以延長工作時間，但隨著壓力不斷上升，儲氣量與壓力提高不成線性上升，且為了提高壓力需要增添更高壓力的充氣設備，增加成本。增設切換開關，看似相對簡便，使用時將面罩內、外空氣隨意切換，也可以延長使用時間的效果，但是由于在切換過程中，需要確定外界環境空氣質量是否可滿足呼吸條件，監測環境氣體質量需要額外設備投入。即使這樣，一旦監測不及時或是失效，仍可能導致使用者吸入有毒有害氣體，存在一定的使用安全風險。

3.2提高使用安全性

隨著科技發展，大量新技術涌現，把其運用于空氣呼吸器的改進創新上，將會大大提高其使用安全性。

考慮到空氣呼吸器使用環境條件的復雜性，在保證選用安全可靠空氣呼吸器的同時，在空氣呼吸器的功能方面增加監控功能也是大家所關注的方向。通過無線遙感技術，作業監護人可隨時追蹤使用者使用空氣呼吸器的情況，例如監控空氣呼吸器的氣瓶壓力、剩余可持續使用時間、使用者的運動感應狀態、使用者的生理體質信息、使用者的作業位置等。

目前市場上的正壓式空氣呼吸器只具備聲響低壓報警功能，氣瓶內充裝的高壓空氣經減壓后供佩戴者呼吸，呼出的空氣通過呼氣閥排到大氣中。隨著作業或救援時間的延續，氣瓶內的高壓空氣被不斷消耗，當氣瓶壓力低于6MPa時，正壓式空氣呼吸器將聲響報警，然而，在惡劣的工作環境和高噪音的情況下，可能由于聽不到報警聲而導致因氣瓶所剩氣量不足造成消防員不能安全撤離。使用傳統的空氣呼吸器，佩戴者在使用過程中要想知道氣瓶中的氣壓必須借助光源才能看清呼吸器自帶的指針式壓力表，很難根據佩戴者實際消耗氣量動態估算出氣瓶中剩余氣體及可供氣時間，因此在實際應用中存在諸多不便。

為了彌補傳統正壓式空氣呼吸器壓力顯示和報警裝置的不足，壓力抬頭可視功能便應運而生。壓力抬頭可視功能利用HUD，將工作環境溫度、氣瓶剩余氣量、剩余使用時間、低氣壓報警等數據與功能集成顯示于面罩或安裝在面罩內的HUD顯示器上，避免消防員因注意力中斷，導致對火場環境以及呼吸器狀況的掌控受到影響，顯著提升了空氣呼吸器的使用安全性。

3.3提高智能化程度

近年來，人工智能，5G、物聯網等一系列新技術正在深刻影響并改變著社會的方方面面。為面對新形勢下滅火救援任務帶來的全新挑戰，積極對標習近平總書記對國家綜合性消防救援隊伍“國家隊”“主力軍”的職能定位，運用智能技術推動消防救援隊伍轉型升級、提質強能將成為滿足上述需求的不二法門。隨著人工智能技術的發展，空氣呼吸器將發展成智能化空氣呼吸器系統?？蓴底诛@示壓力、氣瓶氣量情況、剩余使用時間、環境溫度、電池電量、與基站相對距離、撤離等信息，以及具有跌倒聲光報警、求救報警、環境溫度過高報警、低氣壓報警、身份自動讀取等功能。所有監控到的數據將自動保存并能實時無線傳送給監控基站顯示器上。指揮部可在后場接收并監控所有使用裝備的人員情況，如有危險發生可立刻向救援人員發送單個撤離或全體撤離命令。使空氣呼吸器形成智能化空氣呼吸器系統。真正成為消防救援人員“救民與水火，助民于危難”的“神兵利器”。

4 結語

作為一種十分重要的消防裝備，空氣呼吸器是消防員執行滅火救援任務時生命安全的重要保障，而在新時期，消防救援人員面臨著新的挑戰與新的職能定位，因此，了解空氣呼吸器的發展歷史、現狀、及未來的發展趨勢十分有必要。本文通過詳述國內外空氣呼吸器的發展歷程，對比國內外產品的優劣，結合當前滅火救援任務對空氣呼吸器的要求，提出了正壓式空氣呼吸器后續發展應具有高可靠性、高度智能化、可長時間工作等特點。目前，隨著國家對消防工作的重視度逐步提高，空氣呼吸器已經越來越趨于對高品質、定制化、新技術、優質服務的需求。國內優秀的空氣呼吸器廠家已經逐步趕超國外品牌，研制推廣了一系列具有中國特色的優質產品，成為民族空氣呼吸器發展的生力軍，更好地滿足了消防救援人員的需要，為我國應急管理事業的發展貢獻“中國力量”。