消防機(jī)器人滅火救援應(yīng)用技術(shù)的分析

毛宇飛

（呼和浩特市賽罕區(qū)山丹街消防救援站，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

1.國內(nèi)外消防機(jī)器人發(fā)展的現(xiàn)狀概述

1.1 國外現(xiàn)狀

消防機(jī)器人在20 世紀(jì)在日本興起，1986 年隨著彩虹五號機(jī)器人的誕生，消防機(jī)器人正式問世。和普通的機(jī)器人一樣，消防機(jī)器人也是通過電動機(jī)作為驅(qū)動力，以及用無線控制技術(shù)對機(jī)器人的動作進(jìn)行控制。此外，消防機(jī)器人還安有監(jiān)視系統(tǒng)以及探測儀器和攝像裝置，可以通過這些設(shè)施來掌握火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況，通過分析來確定火災(zāi)現(xiàn)場的著火點(diǎn)以及氣溫。再后來，美國發(fā)明了將碳纖維作為外殼的消防機(jī)器人，并且通過履帶驅(qū)動來控制機(jī)器人的行駛方向，這種機(jī)器人能夠跨過更大的障礙物。這類機(jī)器人也是由無線技術(shù)來進(jìn)行控制，還為機(jī)器人安裝了消防水槍。在遇到火災(zāi)的時(shí)候能夠更好地進(jìn)行滅火工作，并且也方便拆卸作業(yè)。除了以上提到的兩種消防機(jī)器人之外，挪威發(fā)明的蛇形消防機(jī)器人靈敏度更高，可以爬電梯，甚至可以直接穿過墻體，以及安裝了消防水帶，可以將消防人員帶進(jìn)滅火現(xiàn)場實(shí)施救援[1]。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

在20 世紀(jì)70 年代，我國開始了對消防機(jī)器人的研發(fā)，并且在90 年代后開始了規(guī)模化研發(fā)，在我國消防機(jī)器人裝置中最具有代表性的就是自行式消防水炮，可以通過操作、移動的技術(shù)來完成滅火救援。進(jìn)入21 世紀(jì)之后，我國對消防機(jī)器人研發(fā)更上一個層次。在2010 年國內(nèi)針對消防機(jī)器人相關(guān)應(yīng)用做了幾項(xiàng)技術(shù)研發(fā)：根據(jù)通過的火災(zāi)現(xiàn)場，對進(jìn)一步細(xì)化消防機(jī)器人研發(fā)分類，其中對滅火、機(jī)器人攀爬等做了更加細(xì)致的研發(fā)。我國重視通過低碳環(huán)保的材料以及動力源來制造機(jī)器人以及提高它們的工作效率，同時(shí)提高機(jī)器人的裝載量。此外，在先進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)的加持下，國內(nèi)研發(fā)的消防機(jī)器人功能不斷優(yōu)化以及改善，性能得到提升，以及耐高溫以及抗輻射水平也大大提高，并且國內(nèi)消防機(jī)器人還有自動保護(hù)裝置，研發(fā)人員將保護(hù)功能進(jìn)行了優(yōu)化[2]。國內(nèi)的消防機(jī)器人設(shè)計(jì)的靈敏性高，可以滿足火災(zāi)現(xiàn)場的更多需求，其監(jiān)控能力也得到大大改善。

2.消防機(jī)器人滅火救援應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的意義

消防機(jī)器人滅火救援應(yīng)用技術(shù)對于當(dāng)前社會發(fā)展有著重要意義以及影響，消防機(jī)器人可以提升滅火救援的工作效率以及優(yōu)化滅火救援的途徑，對人們的生命安全提供保障。眾所周知，火災(zāi)救援有很大風(fēng)險(xiǎn)，在救援的時(shí)候，高溫缺氧、濃煙等都會對救援人員的工作以及生命安全有一定威脅，對于救援人員對火情的判斷力也會造成影響，有時(shí)會阻礙滅火救援，救援效率以及質(zhì)量都會受到影響。消防機(jī)器人的發(fā)明以及應(yīng)用，很好地解決了這些問題，消防機(jī)器人沒有生命，相比于人類，能夠更好地適應(yīng)像火災(zāi)這種危險(xiǎn)環(huán)境，在救援的時(shí)候，高溫以及濃煙對于消防機(jī)器人的影響微乎其微，消防機(jī)器人可以自由穿梭在火災(zāi)現(xiàn)場，到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場更深的地方。消防機(jī)器人的應(yīng)用可以代替消防員去完成危險(xiǎn)系數(shù)大的任務(wù)，大大降低消防人員傷亡數(shù)量。此外，消防機(jī)器人采用的是先進(jìn)的人工智能，在火災(zāi)現(xiàn)場，消防機(jī)器人能夠自己判斷火災(zāi)的危險(xiǎn)性，并且可以對現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以讓消防人員及時(shí)掌握到火災(zāi)現(xiàn)場的真實(shí)信息，以便能夠更好地開展救援行動。而且消防機(jī)器人從本質(zhì)上說是技術(shù)裝備，能夠多次參與到滅火救援的行動中，節(jié)約了救援成本。所以，不管是當(dāng)下還是未來，消防機(jī)器人隨著技術(shù)的創(chuàng)新，將會更靈活，在滅火救援中發(fā)揮著重要作用。消防機(jī)器人滅火救援技術(shù)不僅幫助消防員減輕負(fù)擔(dān)，而且在一定程度上提高了滅火救援水平。

3.消防機(jī)器人滅火救援應(yīng)用總體方案設(shè)計(jì)

3.1 消防機(jī)器人的要求

消防機(jī)器人主要是由能夠幫助機(jī)器人具有知覺以及反應(yīng)能力的傳感器、對機(jī)器人性能有著重要作用的控制器以及對機(jī)器人發(fā)出指令的執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成，消防機(jī)器人能夠根據(jù)任務(wù)指令識別出火災(zāi)現(xiàn)場的火源，所以消防機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，需要有以下幾方面的條件。

（1）消防機(jī)器人需要有著非常強(qiáng)的靈活性以及控制功能?；馂?zāi)現(xiàn)場的不確定因素比較多，消防機(jī)器人需要根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的具體情況來迅速反應(yīng)以及第一時(shí)間具備處置方法，避免火勢進(jìn)一步蔓延。比如，消防機(jī)器人可以啟動自動噴水或者滅火裝置，來進(jìn)行現(xiàn)場滅火，減少人員傷亡的事故發(fā)生。同時(shí)還需要改善以及優(yōu)化滅火設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及設(shè)備材質(zhì)，提升消防員在面對火災(zāi)現(xiàn)場的一些突發(fā)事故的反應(yīng)能力。（2）前文提到了消防機(jī)器人的三部分結(jié)構(gòu)組成，消防機(jī)器人為了能夠更好地進(jìn)行滅火救援，對系統(tǒng)硬件要求是非常高的。消防機(jī)器人應(yīng)該有遇到火災(zāi)進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，消防機(jī)器人可以及時(shí)將火災(zāi)信息傳送給消防控制中心，幫助之后的滅火救援相關(guān)工作可以及時(shí)進(jìn)行[3]。此外，對火災(zāi)人員進(jìn)行疏散，也應(yīng)該是消防機(jī)器人需要具備的能力，這需要機(jī)器人做更加智能的設(shè)計(jì)。

3.2 消防機(jī)器人關(guān)鍵部件選型

（1）消防機(jī)器人的設(shè)計(jì)對于消防救援來講有著重要的作用，消防機(jī)器人在火災(zāi)現(xiàn)場一方面要展開火災(zāi)救援工作，另一方面還需要有能夠幫助人員疏散逃生的本領(lǐng)。所以在設(shè)計(jì)消防機(jī)器人的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮消防機(jī)器人的工作環(huán)境相關(guān)因素。參考當(dāng)前國內(nèi)消防機(jī)器人設(shè)計(jì)情況，可以分成兩個方面：一是考慮消防機(jī)器人的工作環(huán)境以及任務(wù)來對其主體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二是參考消防機(jī)器人的工作性質(zhì)，來設(shè)計(jì)其本體的尺寸大小。（2）機(jī)器人運(yùn)動是在火災(zāi)現(xiàn)場，消防機(jī)器人進(jìn)行滅火救援的時(shí)候，考慮實(shí)際所需，使用機(jī)器人的機(jī)械裝置來獲取機(jī)器人系統(tǒng)需要的動力。比如，消防機(jī)器人的噴水裝備，面對火災(zāi)現(xiàn)場，消防機(jī)器人需要有實(shí)施報(bào)警的能力，能夠輔助消防中心及時(shí)進(jìn)行滅火救援，同時(shí)消防機(jī)器人需要對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行噴水任務(wù)，防止火勢進(jìn)一步蔓延。其噴水設(shè)備應(yīng)該從專業(yè)廠家采購，確保其滅火質(zhì)量。

3.3 消防機(jī)器人功能定位

我國當(dāng)下對火災(zāi)、地震等災(zāi)情的處理能力不斷提升，應(yīng)急管理部門相較之前發(fā)展迅速。機(jī)器人是滅火救援中不可小覷的機(jī)械設(shè)備，近年來也得到有關(guān)部門的重視，逐漸得到認(rèn)可。所以在滅火救援任務(wù)中，對機(jī)器人的確定很重要。

（1）通過環(huán)境、任務(wù)等因素的要求，來決定消防機(jī)器人使用的類型以及功能。通常來說，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)候，第一時(shí)間應(yīng)該啟動救援程序，在這個時(shí)間點(diǎn)火災(zāi)沒有第一時(shí)間得到滅火處理的話有可能會進(jìn)一步蔓延，嚴(yán)重時(shí)將造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。如果火勢大又有地震懾力的時(shí)候，要求消防中心以及消防機(jī)器人能夠及時(shí)對現(xiàn)場的人員進(jìn)行快速疏散，幫助把現(xiàn)場人員撤離到遠(yuǎn)離火災(zāi)現(xiàn)場的安全地點(diǎn)。同時(shí)需要通過必要措施來阻止火災(zāi)擴(kuò)散到周圍地區(qū)，盡可能降低火災(zāi)的危害程度。（2）在選擇消防機(jī)器人時(shí)，還應(yīng)從安全和效率的角度選擇使用哪種類型的設(shè)備。（3）應(yīng)該考慮不同類型之間的消防機(jī)器人滅火效果來進(jìn)行選擇，同時(shí)選擇好輔助的救援工具以及裝置來幫助消防機(jī)器人一起進(jìn)行滅火救援的工作。（4）應(yīng)考慮具有良好靈活性的消防機(jī)器人參與滅火和救援任務(wù)。

4.消防機(jī)器人的分類以及優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 消防機(jī)器人分類

消防機(jī)器人對于滅火救援工作而言是一種特殊的消防設(shè)備，它能夠代替消防員進(jìn)入到危險(xiǎn)的火災(zāi)現(xiàn)場，尤其是一些有毒、濃煙以及放射性的火場，消防機(jī)器人可以進(jìn)行高效探測、展開滅火救援工作任務(wù)。根據(jù)火場的不同性質(zhì)以及機(jī)器人的實(shí)戰(zhàn)角度考慮，可以通過以下幾方面來對消防機(jī)器人分類。

（1）從消防機(jī)器人的功能來進(jìn)行區(qū)分的話，可以把消防機(jī)器人分為滅火、救人、拆破以及探測的4 種類型機(jī)器人。（2）根據(jù)消防機(jī)器人的感覺功能來進(jìn)行分類的話，可以分為視覺型、嗅覺型、以及對火場溫度進(jìn)行感覺的溫感型和能夠?qū)饒鰺熿F進(jìn)行感知的煙感型4 種機(jī)器人。（3）根據(jù)消防機(jī)器人走路方式來進(jìn)行分類的話，可以分為輪式行走、履帶輪式行走以及目前比較受歡迎的履帶式行走3種類型的機(jī)器人。（4）根據(jù)消防機(jī)器人的控制方式可以把其分為線控、自適應(yīng)以及通過無線通訊進(jìn)行遙控的無線遙控3 種類型的機(jī)器人。（5）根據(jù)消防機(jī)器人的智能程度可以把其分為程序化、計(jì)算機(jī)輔助型以及搭載最先進(jìn)的智能技術(shù)的智能化機(jī)器人3 種類型。

4.2 消防機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)

4.2.1 消防機(jī)器人優(yōu)點(diǎn)

消防機(jī)器人和人不同，它沒有生命，歸根結(jié)底還是一種機(jī)械設(shè)備，它在滅火救援中，尤其是一些危險(xiǎn)系數(shù)高的環(huán)境時(shí)，可以代替消防員進(jìn)入到火災(zāi)現(xiàn)場發(fā)揮自己滅火救援的本領(lǐng)，減少消防人員傷亡率。當(dāng)下的新一代消防機(jī)器人都有著智能化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個高科技技術(shù)，有著很好的數(shù)據(jù)采集以及反饋火災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境的能力，可以自主判斷火場中的火源，高效救援。

4.2.2 消防機(jī)器人缺點(diǎn)

（1）消防機(jī)器人的制作成本比較高，其價(jià)格昂貴，無法得到大規(guī)模的應(yīng)用。作為智能化產(chǎn)品，消防機(jī)器人有著先進(jìn)的科技技術(shù)以及專業(yè)的學(xué)科知識，消防機(jī)器人的研發(fā)周期長，而且對技術(shù)以及資金有著更高的要求，再加之生產(chǎn)數(shù)量有限，大大降低其應(yīng)用規(guī)模。（2）消防機(jī)器人的維護(hù)保養(yǎng)過程比較復(fù)雜，維護(hù)的成本非常高。雖然消防機(jī)器人在進(jìn)行滅火救援的時(shí)候發(fā)揮著重要作用，但是在應(yīng)用中會有受損情況，需要花費(fèi)大量資金去維護(hù)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，對維護(hù)人員有著專業(yè)的要求，需要其進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。

5.消防機(jī)器人的應(yīng)用范圍

5.1 在高層建筑中的應(yīng)用

在我國城市建設(shè)中，高層建筑成為城市的主要建筑形式。高層建筑雖然節(jié)省土地面積、在相同面積下提高居住人口、視野寬闊，但是如果高層建筑發(fā)生火災(zāi)，因?yàn)闃翘萁Y(jié)構(gòu)會造成短時(shí)間內(nèi)火災(zāi)迅速蔓延，相關(guān)人員的疏散工作以及滅火救援活動難以開展。主要是因?yàn)?，建筑高度達(dá)到一定高度之后，消防車舉高達(dá)不到其高度，消防員登高以及登高途徑因?yàn)榻ㄖ母叨纫矔艿较拗芠4]。此外，高層建筑起火之后煙氣沒有辦法第一時(shí)間排除，而供水量也沒有辦法第一時(shí)間滿足滅火所需。所以，消防機(jī)器人的應(yīng)用可以很好地解決消防員受限的這些難題。需要注意的是，消防機(jī)器人在研發(fā)時(shí)，研發(fā)人員應(yīng)該考慮到高層建筑的結(jié)構(gòu)特征，要保證消防機(jī)器人本身有相關(guān)的滅火裝置，而且要保證消防機(jī)器人能夠有上下樓的能力，可以及時(shí)趕到火災(zāi)現(xiàn)場，并且對里面的相關(guān)信息及時(shí)收集，方便專家進(jìn)行分析，更好地對困在現(xiàn)場的人員進(jìn)行救助，從而避免出現(xiàn)安全事故。

5.2 地下建筑以及地鐵隧道中的應(yīng)用

地下建筑空間相對比較封閉，如果發(fā)生火災(zāi)，溫度將會急速升高，與此同時(shí)煙霧濃度也會在短時(shí)間內(nèi)聚集，消防人員在展開地下建筑火災(zāi)救援的時(shí)候難度系數(shù)非常大，消防員進(jìn)入到地下建筑火災(zāi)現(xiàn)場，其人身安全將無法被保障。消防機(jī)器人的應(yīng)用，可以很好地解決地下建筑火災(zāi)救援這一難題，可以減少地下建筑的傷亡情況。此外，對于地鐵隧道來講，需要有應(yīng)對突發(fā)火災(zāi)的措施，地鐵內(nèi)部設(shè)計(jì)需要有能夠應(yīng)對突發(fā)險(xiǎn)情的能力。但是，在實(shí)際的地鐵火災(zāi)救援中，其救援困難系數(shù)并沒有因?yàn)轭A(yù)防措施降低，所以在地鐵發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，讓會攀爬的消防機(jī)器人參與到救援中是非常好的救援方式，在日常生活中地鐵有關(guān)單位也可以把這類機(jī)器人作為常備的消防設(shè)備，從而保證當(dāng)發(fā)生地鐵火災(zāi)險(xiǎn)情的時(shí)候，能夠及時(shí)救援[5]。

5.3 在石化化工高危場所中應(yīng)用

從以往的化學(xué)爆炸事件中，我們可以發(fā)現(xiàn)一旦石化產(chǎn)品發(fā)生火災(zāi)，還有可能會出現(xiàn)爆炸，消防員在展開救援的過程中面臨著巨大的生命危險(xiǎn)。把消防機(jī)器人應(yīng)用到這種危險(xiǎn)系數(shù)比較高的火災(zāi)現(xiàn)場，可以很大程度減少人員傷亡，但是目前的消防機(jī)器人數(shù)量有限，且技術(shù)不夠成熟，其作用在高危場所很難發(fā)揮。

6.結(jié)語

現(xiàn)代社會，我國科技水平已經(jīng)到達(dá)一定高度，機(jī)器人的研發(fā)以及發(fā)展也取得一定成就，正在多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了社會進(jìn)步。在消防領(lǐng)域，雖然機(jī)器人的應(yīng)用沒有得到普及，但是相信隨著消防機(jī)器人技術(shù)的優(yōu)化、目前存在的問題一步步得到解決，在未來，消防機(jī)器人將會得到大力的推廣，提升救援效率，更高效開展救援工作。