淺談消防機(jī)器人及其運用

■ 孫勝利 徐州消防支隊

機(jī)器人是指自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動，它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)或是危險的工作。消防機(jī)器人屬于特種機(jī)器人的范疇，它能夠代替消防員進(jìn)入高溫、濃煙、缺氧、有毒有害等災(zāi)害事故現(xiàn)場完成偵檢、排煙、滅火、洗消、破拆、搜救等急難險重任務(wù)，在有效保護(hù)消防員安全的同時有力提升消防部隊?wèi)?zhàn)斗力。隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，消防機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。為了熟悉掌握消防機(jī)器人，加快消防機(jī)器人的應(yīng)用，本文針對消防機(jī)器人的特點進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、消防機(jī)器人的分類、產(chǎn)品特點和主要技術(shù)特征

1.我國消防機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

世界上較早開展消防機(jī)器人研究的是美國和前蘇聯(lián)，日本、英國、法國、德國等國家緊隨其后。消防機(jī)器人的研究主要分為三個階段：第一代是程序控制消防機(jī)器人、第二代是具有感知功能的消防機(jī)器人，第三代是智能化消防機(jī)器人。

我國消防機(jī)器人的研發(fā)起步較晚，前后只不過二十多年時間。1995年上海消防研究所著手研制我國第一臺消防機(jī)器人——自行式消防炮，該消防機(jī)器人的研制成功標(biāo)志著我國第一代消防機(jī)器人的正式誕生，填補(bǔ)了我國在消防機(jī)器人領(lǐng)域的空白。近年來，消防機(jī)器人的研發(fā)工作得到了政府相關(guān)部門的大力支持，企業(yè)參與的積極性也較高，目前已相繼開發(fā)出了消防滅火、偵察、救援、排煙、洗消、照明和反恐排爆等多種類型消防機(jī)器人，其中大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)成熟，配備到了基層一線。當(dāng)前，國內(nèi)已有多個省市配備了消防機(jī)器人，尤其是已經(jīng)建設(shè)了地鐵的城市，例如上海、北京、廣州、青島、武漢等，最常配備的幾款消防機(jī)器人有：路虎60雪炮機(jī)器人、JMX-LT50消防滅火機(jī)器人、JZX-GL/A消防偵察機(jī)器人、布魯克50破拆機(jī)器人、格拉曼MP60、中信重工防爆滅火偵察多功能消防機(jī)器人等。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的廣泛運用，消防機(jī)器人的發(fā)展有智能化和專業(yè)化的趨勢，一方面運用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，消防機(jī)器人變得越來越“聰明”，可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，自主做出合理的反應(yīng)；另一方面消防機(jī)器人功能將進(jìn)一步細(xì)分，發(fā)展出滿足不同災(zāi)害處置需要的消防機(jī)器人，同時針對不同災(zāi)害現(xiàn)場的特殊性和復(fù)雜性，消防機(jī)器人的應(yīng)用將出現(xiàn)多樣化和團(tuán)隊化。

2.消防機(jī)器人分類

從實戰(zhàn)要求的角度出發(fā)，消防機(jī)器人可以從以下幾方面進(jìn)行分類。

從主要功能上可以分為：滅火機(jī)器人、偵察（偵檢）機(jī)器人、排煙機(jī)器人、救援機(jī)器人、洗消機(jī)器人、排爆機(jī)器人、照明機(jī)器人及多功能機(jī)器人。

從控制方式上可以分為：有線控制機(jī)器人、無線遙控機(jī)器人和自適應(yīng)機(jī)器人。

從行走方式上可以分為：輪式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人、吸盤式機(jī)器人和復(fù)合行走機(jī)器人。

從感知方式上可以分為：視覺機(jī)器人、觸覺機(jī)器人、嗅覺機(jī)器人和溫感機(jī)器人。

從智能化程度上可以分為：程序化控制機(jī)器人、具有感知功能的計算機(jī)輔助決策機(jī)器人和智能化機(jī)器人。

3.消防機(jī)器人產(chǎn)品特點

根據(jù)種類的不同，消防機(jī)器人產(chǎn)品有各自不同的特點。下面以履帶式防爆消防滅火偵察機(jī)器人為例，介紹其特點。改款消防機(jī)器人針對特殊火場進(jìn)行了大量優(yōu)化設(shè)計，具有如下特點：

（1）采用履帶式載體機(jī)構(gòu)設(shè)計，負(fù)載能力大，越障能力強(qiáng)，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境和地形；

（2）機(jī)器人本體采用耐高溫和防爆防水設(shè)計，滿足消防工況工作需要；

（3）搭載了水噴淋主動降溫系統(tǒng)，可以保證機(jī)器人在一定溫度范圍內(nèi)可靠的工作；

（4）低重心設(shè)計，工作運行平穩(wěn)，拖拽消防水帶能力強(qiáng)；

（5）移動速度快，機(jī)動性強(qiáng)，爭取寶貴的救援時間；

（6）采用先進(jìn)的無線通訊技術(shù)，通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)；

（7）模塊化設(shè)計，拓展方便，可以搭載多種探測設(shè)備滿足不同現(xiàn)場需要；

（8）水炮俯仰角度、左右旋轉(zhuǎn)、噴射方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；

（9）大流量、高射程、多種噴射方式，具有防水袋打結(jié)設(shè)計；

（10）監(jiān)控攝像頭采用前、后及水炮隨動等方向的視頻信號、全數(shù)碼控制，實現(xiàn)多方位視頻監(jiān)視；

（11）音頻監(jiān)控靈敏度高、低噪音、低失真度、監(jiān)控范圍廣；

（12）高清無線圖傳系統(tǒng)，實現(xiàn)視距、非視距遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，輔助機(jī)器人運動和水炮遙控；

（13）低功耗、高亮度照明增加夜間操作可視距離及范圍；

（14）避障系統(tǒng)自動識別障礙物距離，靈敏度高，檢測距離遠(yuǎn)；

（15）操作界面直觀，操控簡單，易學(xué)易用。

4.主要技術(shù)特征

消防機(jī)器人往往需要在高溫濃煙、強(qiáng)熱輻射、復(fù)雜地形、化學(xué)腐蝕、易燃易爆等惡劣環(huán)境中執(zhí)行火場偵察、滅火冷卻、破拆清障、關(guān)閥堵漏、有毒有害物質(zhì)檢測等作業(yè)。消防機(jī)器人根據(jù)自身功能定位不同，一般具備某種或多種特殊功能，如：

（1）爬坡、登梯及障礙物跨越功能

（2）耐高溫和抗熱輻射功能

（3）防雨淋、涉水功能

（4）防爆（隔爆）功能

（5）防化學(xué)腐蝕功能

（6）防電磁干擾功能

二、消防機(jī)器人實戰(zhàn)化運用初探

科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，機(jī)器人技術(shù)有了長足的進(jìn)步，消防機(jī)器人也已經(jīng)成為一個重要的應(yīng)用分支，因此，在大型、復(fù)雜或易造成人員傷亡的滅火救援現(xiàn)場，引入機(jī)器換人理念，加強(qiáng)消防機(jī)器人實戰(zhàn)應(yīng)用，將是高效處置災(zāi)情、避免人員傷亡的重要手段和發(fā)展趨勢。

1.消防機(jī)器人在危險化學(xué)品災(zāi)害事故處置過程中的應(yīng)用

危險化學(xué)品災(zāi)害事故中經(jīng)常衍生出的有毒有害物質(zhì)給消防員的自身安全帶來了嚴(yán)重威脅，在沒有對現(xiàn)場進(jìn)行充分偵檢和分析的情況下，盲目地采取行動，不僅不能取得預(yù)期的效果，而且往往會造成無辜生命的犧牲，付出慘重的代價，使消防員的自身安全難以得到有效保障，天津港“8.12”事故就是血的教訓(xùn)，參與救援消防部隊共犧牲104人。消防偵檢機(jī)器人可以代替消防員進(jìn)入高危區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、反饋，有效地解決消防人員抵近偵察面臨的人身安全及數(shù)據(jù)采集不足等問題?，F(xiàn)場指揮員可以根據(jù)其反饋結(jié)果，及時對災(zāi)情做出科學(xué)判斷，并對災(zāi)害事故現(xiàn)場工作做出正確、合理的決策。隨后，發(fā)揮消防滅火機(jī)器人耐高溫、抗輻射、持續(xù)作戰(zhàn)時間長、滅火藥劑噴射流量大等特長，深入到火場第一線進(jìn)行冷卻稀釋、強(qiáng)攻滅火，這方面的技術(shù)已經(jīng)相對成熟。在滅火救援戰(zhàn)斗結(jié)束后，消防洗消機(jī)器人可以對參戰(zhàn)的人員和裝備進(jìn)行沖洗、稀釋、消毒等作業(yè)。因此，在危險化學(xué)品災(zāi)害事故處置過程中要強(qiáng)調(diào)消防機(jī)器人的協(xié)同作戰(zhàn)和梯次進(jìn)攻。

2.消防機(jī)器人在地下空間火災(zāi)撲救過程中的應(yīng)用

一般地下空間的對外通道不多、環(huán)境相對密閉，一旦發(fā)生火災(zāi)煙氣容易集聚，形成高溫濃煙環(huán)境。而高溫濃煙造成的窒息和中毒是消防員滅火救援傷亡的重要因素，利用消防機(jī)器人的無生命性、耐高溫性、可視性強(qiáng)等特點可以在高溫、濃煙、黑暗的環(huán)境中執(zhí)行偵察、搜救、排煙、滅火等作業(yè)，通過消防機(jī)器人攜帶的圖傳設(shè)備幫助后方指揮員實時、準(zhǔn)確掌握一線動態(tài)，并做出科學(xué)決策。這里要著重解決消防機(jī)器人的爬坡越障、數(shù)據(jù)傳輸、抗電磁干擾等問題。在地下空間的滅火救援中，消防照明機(jī)器人既能夠提供現(xiàn)場照明，也能夠為其他消防裝備供電。

目前國內(nèi)較常見的也是實戰(zhàn)化應(yīng)用最成功的路虎60雪炮機(jī)器人，主要應(yīng)用的場所就是地下空間，它由安裝在本體上部的大功率噴嘴噴射大量水霧，迅速降低環(huán)境溫度，驅(qū)散有毒有害煙霧，改變煙道氣流方向，拓寬災(zāi)害現(xiàn)場視野，最終為消防員創(chuàng)造良好的進(jìn)攻條件。

3.消防機(jī)器人在高層建筑火災(zāi)撲救過程中的應(yīng)用

高層建筑火災(zāi)由于可燃物多、火災(zāi)載荷大以及“煙囪效應(yīng)”而燃燒猛烈、蔓延迅速，既給人員疏散逃生，又給火災(zāi)撲救工作帶來重重困難。高層建筑消防機(jī)器人是機(jī)器人家族的新成員，屬于第三代智能化消防機(jī)器人，雖然相關(guān)技術(shù)還沒有完全成熟，但對我們撲救高層建筑火災(zāi)具有開創(chuàng)性的啟示意義，是未來消防機(jī)器人發(fā)展的趨勢。其技術(shù)原理是，當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，消防機(jī)器人通過建筑物外墻進(jìn)行攀爬（先利用從建筑物頂部放下來的鋼絲繩用絞車向上快速提升，然后利用負(fù)壓吸盤在建筑物外表自由行進(jìn)），實施火場偵察、破拆排煙、搜救人員，待時機(jī)成熟，消防機(jī)器人既可以通過自身攜帶的破拆設(shè)備（利用旋轉(zhuǎn)飛錘破拆裝置工作瞬間釋放巨大的能量對玻璃幕墻實施破拆）從外部開辟進(jìn)攻通道深入火場內(nèi)部直接進(jìn)行滅火作業(yè)，也可以利用消防機(jī)器人搭載便攜式滅火彈（滅火彈爆炸后形成的大量干粉覆蓋在著火區(qū)域，隔絕空氣達(dá)到滅火的效果）實施遠(yuǎn)程攻擊。

三、消防機(jī)器人實戰(zhàn)化應(yīng)用中存在的不足

經(jīng)過十多年的勵精圖治，我國消防機(jī)器人已經(jīng)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平，而且陸續(xù)配備到基層一線，但消防機(jī)器人真正參與滅火救援的次數(shù)卻很少，實戰(zhàn)應(yīng)用程度遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期值，造成這種情況的原因是多方面的。

1.“以人為本，科技強(qiáng)警”的理念還不夠深入人心

由于消防機(jī)器人的自身存在的不足和使用范圍的局限性，使得消防部隊對消防機(jī)器人的實戰(zhàn)化應(yīng)用認(rèn)識不夠，重配備輕應(yīng)用，缺乏一套完整、成熟、可行的應(yīng)用體系，讓消防機(jī)器人無施展拳腳之處。消防機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用的出發(fā)點和落腳點是在增強(qiáng)部隊?wèi)?zhàn)斗力的同時有效避免官兵傷亡，而不只是在消防演習(xí)和消防宣傳中充當(dāng)消防部隊的“門面”。

2.專業(yè)化的人才隊伍建設(shè)相對滯后

消防機(jī)器人是多種高精尖技術(shù)的深度融合，自身科技含量較高且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此，無論是日常的維護(hù)保養(yǎng)還是實戰(zhàn)中的操作使用，均需要維保人員和操作人員具備一定的專業(yè)知識。只有“人-機(jī)”的有效結(jié)合，消防機(jī)器人才能真正形成戰(zhàn)斗力，否則只不過是“紙上談兵”，抑或是“花拳繡腿”，所以建立一支專業(yè)化的消防機(jī)器人操作使用和維護(hù)保養(yǎng)人才隊伍成為當(dāng)務(wù)之急，可以考慮在現(xiàn)有司通班的基礎(chǔ)上增配消防機(jī)器人操作人員。

3.輔助裝備建設(shè)存在脫節(jié)現(xiàn)象

消防機(jī)器人雖然具備一定的滅火救援功能，但不能完全獨擋一面，需要配備一定的輔助裝備和進(jìn)行適當(dāng)?shù)母难b。以楊行中隊為例，現(xiàn)配備消防滅火機(jī)器人（RXR-M40D-WJA-B）、消防排煙機(jī)器人（RXR-YP0000D-2）、消防破拆機(jī)器人（HusqvarnaDXR140）等多種型號的消防機(jī)器人，但我們發(fā)現(xiàn)從“訓(xùn)練場”到“火場”還有不小的“距離”，首先要解決搭載平臺的問題，其次要解決復(fù)雜災(zāi)害現(xiàn)場行進(jìn)問題，再者要配備例如發(fā)電機(jī)之類的輔助裝備。

此外，目前對于消防機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、訓(xùn)練大綱、作戰(zhàn)編成的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件都還沒有跟上，也在一定程度上制約了消防機(jī)器人的大力推廣和實戰(zhàn)應(yīng)用。

四、結(jié)語

隨著《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》的全面實施，我國科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)入了“快車道”。在科技水平突飛猛進(jìn)的今天，科技手段理應(yīng)在滅火救援中發(fā)揮更大的作用，消防領(lǐng)域的“機(jī)器人換人”意義深遠(yuǎn)而重大，只有牢固樹立“以人為本，科技強(qiáng)警”的理念，配齊用好消防機(jī)器人等高精尖裝備，使消防機(jī)器人真正成為消防部隊的一個新的戰(zhàn)斗序列，最大限度地減少一線作戰(zhàn)官兵的傷亡，使消防機(jī)器人在滅火救援一線大有作為。