面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)

中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 楊帥

目前，智慧社區(qū)的消防安全問(wèn)題研究主要集中在室內(nèi)的消防安全隱患上，但是社區(qū)的消防隱患并不只存在于室內(nèi)，想要全方位解決社區(qū)的消防安全問(wèn)題，戶外消防安全問(wèn)題也需要得到進(jìn)一步重視。然而，當(dāng)下并沒(méi)有專業(yè)人員或機(jī)構(gòu)在社區(qū)戶外消防安全這一領(lǐng)域進(jìn)行具體的研究，并提出可靠的解決方案。因此，解決智慧社區(qū)戶外消防安全問(wèn)題，填補(bǔ)社區(qū)戶外消防安全問(wèn)題的研究空白，對(duì)于全面解決智慧社區(qū)消防安全問(wèn)題有重要意義，能夠給居民生活安全提供多一層保障。

1 智慧社區(qū)概述

智慧社區(qū)的概念是從智慧城市這一理念中引申而來(lái)，是社區(qū)未來(lái)發(fā)展的導(dǎo)向，是社區(qū)治理模式的一種創(chuàng)新。區(qū)別于傳統(tǒng)社區(qū)，智慧社區(qū)以社區(qū)信息化建設(shè)為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)代化的社區(qū)管理模式，開(kāi)發(fā)更加智能化、人性化的社區(qū)配套產(chǎn)品，打造多功能的現(xiàn)代化社區(qū)。智慧社區(qū)的建設(shè)依賴于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的集成應(yīng)用，在城市建設(shè)中的快速普及和公共信息服務(wù)平臺(tái)的陸續(xù)開(kāi)通，智慧社區(qū)為社區(qū)居民構(gòu)建了一個(gè)更加具有安全性、舒適性、服務(wù)化、現(xiàn)代化、智慧化的生活環(huán)境，并且充分借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等，把服務(wù)擴(kuò)大到居民日常生活的方方面面[1]。但是我國(guó)現(xiàn)處在智慧社區(qū)發(fā)展的初級(jí)階段，國(guó)內(nèi)智慧社區(qū)發(fā)展存在諸多方面問(wèn)題，例如目前針對(duì)社區(qū)戶外消防安全的產(chǎn)品過(guò)于單一和傳統(tǒng)，無(wú)法支撐未來(lái)智慧社區(qū)建設(shè)的需要[2]。

2 消防機(jī)器人概述

消防機(jī)器人是一種特種機(jī)器人，可搭載消防水炮、氣體探測(cè)器、攝像機(jī)、紅外感應(yīng)器等設(shè)備，代替消防救援人員進(jìn)入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險(xiǎn)災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和反饋，有效地解決消防人員在上述場(chǎng)所面臨的人身安全、數(shù)據(jù)信息采集不足等問(wèn)題，在進(jìn)行滅火工作和搶險(xiǎn)救援中能夠發(fā)揮重要的作用。相較于傳統(tǒng)的消防產(chǎn)品，消防機(jī)器人具有可自動(dòng)進(jìn)入充滿有毒氣體和具有強(qiáng)烈熱輻射環(huán)境等危險(xiǎn)場(chǎng)所中開(kāi)展工作，可以對(duì)泄漏氣體進(jìn)行采樣和檢測(cè)、靈活控制消防水泡進(jìn)行消防工作、抵抗高溫和有毒氣體的化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。消防機(jī)器人多使用于化工廠、油罐區(qū)、隧道、冷庫(kù)等場(chǎng)所[3]，這些場(chǎng)所在發(fā)生火災(zāi)時(shí)往往伴隨著爆炸、高輻射、有毒氣體泄漏等特殊情況，對(duì)消防人員的安全有著極大的威脅。

當(dāng)下消防機(jī)器人的研究已經(jīng)過(guò)三次迭代，日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始著手研究第三代智能化消防機(jī)器人。我國(guó)在消防機(jī)器人研究領(lǐng)域起步較晚，相較于日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家仍有一定差距，但是也已經(jīng)獲得很多階段性成果，如今在我國(guó)已有多種具備不同功能的消防機(jī)器人用于消防工作[4]。

3 戶外消防需求分析

隨著我國(guó)社區(qū)建設(shè)整體水平的提升，戶外消防安全問(wèn)題也面臨更多新的挑戰(zhàn)，戶外消防的需求也不僅僅停留在簡(jiǎn)單的滅火層面。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得到國(guó)家對(duì)于戶外消防安全問(wèn)題提出的新的要求與方向，包括：智慧消防、信息化消防系統(tǒng)、智能化消防產(chǎn)品、智能消防網(wǎng)絡(luò)體系、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)、地理信息系統(tǒng)消防可視化、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)測(cè)等?；谖墨I(xiàn)調(diào)查的結(jié)果，可以看出戶外消防的整體需求偏向于智能化，并且以上功能需求的實(shí)現(xiàn)需要一款硬件產(chǎn)品作為承載平臺(tái)。因此，需要對(duì)戶外消防安全產(chǎn)品的具體需求進(jìn)行調(diào)研。

首先通過(guò)對(duì)8 名社區(qū)居民進(jìn)行訪談的方式，搜集社區(qū)戶外消防需求，初步得到的需求包括：無(wú)人滅火、節(jié)約開(kāi)發(fā)成本、自動(dòng)充電、引導(dǎo)逃生、材料環(huán)保、火情反饋等。然而初步得到的這些需求是模糊的、混亂的，因此，可使用SET 分析法在社會(huì)趨勢(shì)、經(jīng)濟(jì)動(dòng)力、先進(jìn)技術(shù)三方面，對(duì)這些初步需求進(jìn)行全面、同步分析[5]，梳理的需求關(guān)鍵詞見(jiàn)表1。但是傳統(tǒng)的 SET 分析方法不能準(zhǔn)確地獲取各項(xiàng)需求的重要程度，因此采用問(wèn)卷調(diào)查法確定各項(xiàng)需求的重要程度，再利用排序結(jié)果進(jìn)一步完成 SET 產(chǎn)品機(jī)會(huì)重點(diǎn)缺口深度分析。同時(shí)可設(shè)計(jì) 7 級(jí)李克特量表問(wèn)卷，將得到的每項(xiàng)戶外消防需求指標(biāo)劃分為 7 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，需求的重要性和等級(jí)大小成正比[6]。其中對(duì)12 位設(shè)計(jì)專家和社區(qū)居民進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，回收有效問(wèn)卷11 份，整理后得到各項(xiàng)需求的重要程度得分，見(jiàn)表1。并將得分高于總分1/2 的編號(hào)為1、2、4、7、10、11、13、14、15、16 的10 項(xiàng)需求定義為設(shè)計(jì)的主要需求。

表1 戶外消防需求得分表

再次利用SET 分析法對(duì)最終保留的主要需求進(jìn)行深度分析，總結(jié)出智慧社區(qū)戶外智能消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)應(yīng)主要解決以下幾個(gè)方面問(wèn)題：在社會(huì)層面，實(shí)現(xiàn)社區(qū)戶外智慧化消防，并注重提高用戶體驗(yàn)；在經(jīng)濟(jì)方面，拓展產(chǎn)品的適用場(chǎng)景，擴(kuò)大產(chǎn)品市場(chǎng)以降低開(kāi)發(fā)成本；在技術(shù)層面，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高社區(qū)消防效率，建立信息化智能消防系統(tǒng)。

4 面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)意義

4.1 全面承擔(dān)城鎮(zhèn)社區(qū)戶外消防工作

當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)社區(qū)戶外火災(zāi)的管理工作，主要是由公安消防部門負(fù)責(zé)。但是面對(duì)我國(guó)人口已經(jīng)超過(guò)14 億人的國(guó)情，消防資源仍顯緊張，并且我國(guó)消防部門不僅負(fù)責(zé)火災(zāi)的撲救工作，同時(shí)還要負(fù)責(zé)處置化學(xué)危險(xiǎn)品泄露、交通事故等各項(xiàng)工作，消防資源愈顯不足。2020 年，我國(guó)城鎮(zhèn)社區(qū)火災(zāi)發(fā)生10.9 萬(wàn)起，占火災(zāi)總數(shù)的43.4%，占用了大量的消防資源，給城鎮(zhèn)消防工作增添了極大的壓力。而且因?yàn)樯鐓^(qū)人口密集，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)若得不到及時(shí)地控制，很容易造成更加嚴(yán)重的后果。因此，亟需開(kāi)發(fā)一款足夠智能化、兼具功能性的社區(qū)戶外消防安全產(chǎn)品，來(lái)全面承擔(dān)社區(qū)的戶外消防安全工作。

4.2 提高社區(qū)消防效率

由于缺乏戶外消防安全檢測(cè)產(chǎn)品，社區(qū)戶外火災(zāi)主要是由群眾來(lái)發(fā)現(xiàn)，再由消防員進(jìn)行滅火工作，但此時(shí)火勢(shì)往往已經(jīng)開(kāi)始蔓延。在火災(zāi)發(fā)生初期，若火勢(shì)得不到及時(shí)的處理，隨著時(shí)間的推移，火勢(shì)蔓延會(huì)導(dǎo)致更大規(guī)模火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)幾何倍數(shù)遞增。因此，預(yù)防火災(zāi)最理想的方式是第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，以最快的效率進(jìn)行滅火工作，防止火災(zāi)蔓延，這樣能夠最大程度保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。智慧社區(qū)戶外智能消防機(jī)器人與智慧社區(qū)的現(xiàn)代化監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)社區(qū)內(nèi)火災(zāi)發(fā)生情況，進(jìn)而起到高效滅火、預(yù)防火災(zāi)蔓延的作用。

4.3 促進(jìn)我國(guó)智慧社區(qū)建設(shè)

目前我國(guó)智慧社區(qū)的發(fā)展還處于起步階段，智慧社區(qū)的建設(shè)需要更具智慧性、功能性的新產(chǎn)品及設(shè)備作為支撐。因此，我們必須加快進(jìn)行智慧社區(qū)相關(guān)配套產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研究。智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人的研究，對(duì)未來(lái)智慧社區(qū)的消防安全產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以及社區(qū)戶外消防安全問(wèn)題的研究有借鑒意義，能夠加快推動(dòng)我國(guó)智慧社區(qū)的發(fā)展，對(duì)促進(jìn)我國(guó)社區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)有著至關(guān)重要的作用。

5 智慧社區(qū)戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)原則

在現(xiàn)實(shí)情況下，人力、物力、知識(shí)等都是有限的，設(shè)計(jì)很難達(dá)到所有方面都理想的程度，所以設(shè)計(jì)中必須要依據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況，科學(xué)地選擇新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)該遵循的原則[7]。文章研究的是一種全新的、面向未來(lái)開(kāi)發(fā)的智能化消防安全產(chǎn)品，因此應(yīng)合理地從新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方案中遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則。

5.1 可行性原則

可行性原則可以用來(lái)衡量設(shè)計(jì)決策是否具有足夠的落地性。目前，市場(chǎng)上并沒(méi)有專門針對(duì)智慧社區(qū)戶外消防的智慧型消防機(jī)器人，這是一種全新的設(shè)計(jì)嘗試，因此必須從主觀和客觀兩個(gè)層面綜合考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性。主觀方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能必須能夠滿足當(dāng)前社會(huì)上確實(shí)存在需求，這樣才能保證政府和市場(chǎng)持續(xù)加強(qiáng)人力、物力、財(cái)力的投入，將設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)；客觀層面，設(shè)計(jì)中應(yīng)使用已經(jīng)成熟或是在可見(jiàn)的未來(lái)能夠成熟的技術(shù)，這樣所設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品才具有實(shí)際生產(chǎn)的可行性，而不是設(shè)計(jì)師天馬行空的空想。要保證從主觀和客觀層面來(lái)看，研究產(chǎn)出的設(shè)計(jì)成果都將會(huì)是一款完全可以實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。

5.2 智能化原則

智慧社區(qū)戶外智能消防機(jī)器人應(yīng)該足夠智能化，可以無(wú)需人工操作自行進(jìn)行消防工作，這樣不但可以適應(yīng)我國(guó)老齡化趨勢(shì)下未來(lái)勞動(dòng)力短缺的情況，減少人力成本，并且可以24 小時(shí)執(zhí)行消防工作。戶外智能消防機(jī)器人與未來(lái)智慧社區(qū)相對(duì)完善的監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智慧互聯(lián)，可以針對(duì)消防安全情況進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，對(duì)火情能做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早控制，并且可以及時(shí)向消防中心反饋消防信息，幫助智慧社區(qū)構(gòu)建信息化的消防系統(tǒng)。完全自主進(jìn)行消防工作的戶外智能消防機(jī)器人，對(duì)于未來(lái)智慧社區(qū)的消防工作有著重要的意義。

5.3 人性化原則

戶外智能消防機(jī)器人在造型上為了適應(yīng)未來(lái)智慧社區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該具備一定科技感和現(xiàn)代感，但是不能為了追求科技感而過(guò)于冷漠，忽略對(duì)社區(qū)居民的人性關(guān)懷。消防機(jī)器人主要負(fù)責(zé)智慧社區(qū)戶外消防工作，不可避免會(huì)出現(xiàn)在居民的視線之內(nèi)，所以在產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)上必須盡可能的人性化，照顧居民的心理感受。設(shè)計(jì)既要考慮到智能消防機(jī)器人的產(chǎn)品特性，在配色方面體現(xiàn)出消防應(yīng)急的特點(diǎn)，同時(shí)也要考慮消防機(jī)器人作為社區(qū)戶外消防產(chǎn)品的人性化需求，使人們看到消防機(jī)器人時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度的緊張感，尋求產(chǎn)品與使用者之間的一種和諧關(guān)系。綜上，智能消防機(jī)器人的外觀設(shè)計(jì)從產(chǎn)品語(yǔ)義學(xué)的角度，既能體現(xiàn)消防應(yīng)急的產(chǎn)品特性，又能給人以安全感的心理暗示。

6 面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)策略

6.1 構(gòu)建產(chǎn)品新的語(yǔ)義特征

首先向設(shè)計(jì)專家搜集面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人的感性意向，得到諸如現(xiàn)代的、靈活的、實(shí)用的、活潑的、耐用的、未來(lái)的、科技的、環(huán)保的、及時(shí)的、醒目的、積極的等意向，將其作為構(gòu)建戶外智能消防機(jī)器人語(yǔ)義造型特征的初步依據(jù)；其次將收集的產(chǎn)品感性意向轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形態(tài)要素，得到多種面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人的造型風(fēng)格，再根據(jù)社區(qū)居民對(duì)產(chǎn)品的感性訴求，進(jìn)行新語(yǔ)義的精確化篩選[8]。社區(qū)居民對(duì)智慧社區(qū)戶外智能消防機(jī)器人的感性需求是希望其具有安全、可靠、自然、親切等特點(diǎn)，希望產(chǎn)品能夠更加自然地融入到居民的日常生活環(huán)境之中，并且能夠給他們帶來(lái)安全感。應(yīng)綜合設(shè)計(jì)專家和社區(qū)居民的感性意向，結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際的功能需求，篩選出滿足各項(xiàng)需求的具有新語(yǔ)義特征的產(chǎn)品造型。

6.2 優(yōu)化產(chǎn)品尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

戶外智能消防機(jī)器人雖然是面向未來(lái)智慧社區(qū)戶外消防工作而設(shè)計(jì)的，但是它的使用場(chǎng)景并不僅僅局限于智慧社區(qū)。戶外智能消防機(jī)器人依賴于智慧社區(qū)完善的監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)社區(qū)戶外智能化消防的目的，所以也適用于未來(lái)?yè)碛邢鄬?duì)完善的監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)的學(xué)校、公園、醫(yī)院等場(chǎng)所。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)收集和歸納多場(chǎng)景對(duì)產(chǎn)品提出的結(jié)構(gòu)和尺寸方面的要求，然后結(jié)合產(chǎn)品功能需求，進(jìn)行產(chǎn)品尺寸和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)戶外智能消防機(jī)器人在多種場(chǎng)景下的普遍適用性。

6.3 引導(dǎo)用戶參與以降低設(shè)計(jì)的主觀性

在設(shè)計(jì)中可采用參與式設(shè)計(jì)模式，引導(dǎo)作為目標(biāo)用戶的社區(qū)居民，適度地參與到戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)的過(guò)程中來(lái)，形成設(shè)計(jì)師為主導(dǎo)、社區(qū)居民適度參與的設(shè)計(jì)模式。使設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)規(guī)劃，同時(shí)社區(qū)居民在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可適時(shí)提出自己的意見(jiàn)給設(shè)計(jì)師作參考。這種設(shè)計(jì)模式不僅要保證用戶對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程有全面的了解，也要注意提高用戶參與的積極性，讓用戶意識(shí)到自己不僅僅是意見(jiàn)的提供者，也是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者，從而有效減少設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中的主觀性。

7 面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)踐

根據(jù)文章研究得到的功能需求、設(shè)計(jì)原則以及設(shè)計(jì)策略，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐，面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人效果見(jiàn)圖1。其總高為1.6 米、總長(zhǎng)1.4 米、總寬0.96 米，體型相對(duì)較小。機(jī)器人自身具備智慧操作系統(tǒng)，可自行進(jìn)行滅火工作，在面對(duì)有毒氣體泄露、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)存在易爆物品等特殊情況時(shí)，消防機(jī)器人可代替消防人員進(jìn)行消防工作。

圖1 產(chǎn)品整體展示圖

消防機(jī)器人機(jī)身前方的指示燈和車身側(cè)邊的紅色反光條保證了夜間行駛的安全性；機(jī)身的保護(hù)殼對(duì)消防機(jī)器人有一定的保護(hù)作用，轉(zhuǎn)軸處的三腳架設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了噴頭的穩(wěn)定性；消防機(jī)器人采用雙噴頭設(shè)計(jì)，不僅提高了滅火效率，而且在一個(gè)噴頭堵塞或是毀壞時(shí)，另一個(gè)也能夠正常運(yùn)作，見(jiàn)圖2；噴頭的外殼具有支撐與保護(hù)的作用，噴頭內(nèi)部具有一個(gè)脈沖式壓力泵，可以根據(jù)火勢(shì)大小來(lái)調(diào)節(jié)干粉的噴射速度；在產(chǎn)品配色方面，消防機(jī)器人以黑白配色為主，并以紅色為點(diǎn)綴色。其中紅色面積較少，在體現(xiàn)出產(chǎn)品消防特性的同時(shí)，不至于讓人們看到時(shí)產(chǎn)生緊張感，體現(xiàn)出產(chǎn)品的人性關(guān)懷。

圖2 噴頭展示圖

8 結(jié)語(yǔ)

文章以設(shè)計(jì)的視角對(duì)未來(lái)智慧社區(qū)的戶外消防安全問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究，并運(yùn)用SET 分析法、訪談法等分析了用戶需求，形成面向智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人設(shè)計(jì)策略，從而確定面向未來(lái)智慧社區(qū)的戶外智能消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)點(diǎn)，為未來(lái)智慧社區(qū)戶外消防工作提供了這一種全新的方式。文章所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有良好的功能性，能夠全方位滿足智慧社區(qū)的戶外消防需求，同時(shí)也增強(qiáng)了產(chǎn)品與智慧社區(qū)的關(guān)聯(lián)性。在智能化、人性化等方面，相較于傳統(tǒng)的社區(qū)消防產(chǎn)品有顯著的優(yōu)化，從而加快了我國(guó)構(gòu)建信息化消防系統(tǒng)、全面建設(shè)智慧社區(qū)的步伐。