淺談消防機器人及其運用

摘要：隨著機器人技術的迅速發展，消防機器人應運而生，而且逐步代替消防人員進入火災現場，使消防人員面臨的危險大大減少。文中闡述了消防機器人的主要技術特點和功能特征，介紹了消防機器人在不同救援領域的應用，最后介紹了消防機器人在實戰化應用中存在的不足及應注意的問題。

關鍵詞：消防機器人;分類;技術特征;實戰應用

機器人是指自動執行工作的機器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據以人工智能技術制定的原則綱領行動，它的任務是協助或取代人類工作的工作，例如生產業、建筑業或是危險的工作。消防機器人屬于特種機器人的范疇，它能夠代替消防員進入高溫、濃煙、缺氧、有毒有害等災害事故現場完成偵檢、排煙、滅火、洗消、破拆、搜救等急難險重任務，在有效保護消防員安全的同時有力提升消防部隊戰斗力。隨著機器人技術的迅速發展，消防機器人的應用領域越來越廣泛。為了熟悉掌握消防機器人，加快消防機器人的應用，本文針對消防機器人的特點進行詳細介紹。

一、消防機器人的分類、產品特點和主要技術特征

1.我國消防機器人發展現狀

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

我國消防機器人的研發起步較晚，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器人——自行式消防炮，該消防機器人的研制成功標志著我國第一代消防機器人的正式誕生，填補了我國在消防機器人領域的空白。近年來，消防機器人的研發工作得到了政府相關部門的大力支持，企業參與的積極性也較高，目前已相繼開發出了消防滅火、偵察、救援、排煙、洗消、照明和反恐排爆等多種類型消防機器人，其中大多數產品技術已經成熟，配備到了基層一線。當前，國內已有多個省市配備了消防機器人，尤其是已經建設了地鐵的城市，例如上海、北京、廣州、青島、武漢等，最常配備的幾款消防機器人有：路虎60雪炮機器人、JMX-LT50消防滅火機器人、JZX-GL/A消防偵察機器人、布魯克50破拆機器人、格拉曼MP60、中信重工防爆滅火偵察多功能消防機器人等。

隨著大數據技術的廣泛運用，消防機器人的發展有智能化和專業化的趨勢，一方面運用強大的數據分析系統，消防機器人變得越來越“聰明”，可以根據現場的實際情況，自主做出合理的反應;另一方面消防機器人功能將進一步細分，發展出滿足不同災害處置需要的消防機器人，同時針對不同災害現場的特殊性和復雜性，消防機器人的應用將出現多樣化和團隊化。

2.消防機器人分類

從實戰要求的角度出發，消防機器人可以從以下幾方面進行分類。

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

從控制方式上可以分為：有線控制機器人、無線遙控機器人和自適應機器人。

從行走方式上可以分為：輪式機器人、履帶式機器人、吸盤式機器人和復合行走機器人。

從感知方式上可以分為：視覺機器人、觸覺機器人、嗅覺機器人和溫感機器人。

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

3.消防機器人產品特點

根據種類的不同，消防機器人產品有各自不同的特點。下面以履帶式防爆消防滅火偵察機器人為例，介紹其特點。改款消防機器人針對特殊火場進行了大量優化設計，具有如下特點：

（1）采用履帶式載體機構設計，負載能力大，越障能力強，適應復雜環境和地形;

（2）機器人本體采用耐高溫和防爆防水設計，滿足消防工況工作需要;

（3）搭載了水噴淋主動降溫系統，可以保證機器人在一定溫度范圍內可靠的工作;

（4）低重心設計，工作運行平穩，拖拽消防水帶能力強;

（5）移動速度快，機動性強，爭取寶貴的救援時間;

（6）采用先進的無線通訊技術，通訊距離遠、抗干擾性強;

（7）模塊化設計，拓展方便，可以搭載多種探測設備滿足不同現場需要;

（8）水炮俯仰角度、左右旋轉、噴射方式實現遠程控制;

（9）大流量、高射程、多種噴射方式，具有防水袋打結設計;

（10）監控攝像頭采用前、后及水炮隨動等方向的視頻信號、全數碼控制，實現多方位視頻監視;

（11）音頻監控靈敏度高、低噪音、低失真度、監控范圍廣;

（12）高清無線圖傳系統，實現視距、非視距遠程視頻監控，輔助機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）避障系統自動識別障礙物距離，靈敏度高，檢測距離遠;

（15）操作界面直觀，操控簡單，易學易用。

4.主要技術特征

消防機器人往往需要在高溫濃煙、強熱輻射、復雜地形、化學腐蝕、易燃易爆等惡劣環境中執行火場偵察、滅火冷卻、破拆清障、關閥堵漏、有毒有害物質檢測等作業。消防機器人根據自身功能定位不同，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）防化學腐蝕功能

（6）防電磁干擾功能

二、消防機器人實戰化運用初探

科學技術日新月異的今天，機器人技術有了長足的進步，消防機器人也已經成為一個重要的應用分支，因此，在大型、復雜或易造成人員傷亡的滅火救援現場，引入機器換人理念，加強消防機器人實戰應用，將是高效處置災情、避免人員傷亡的重要手段和發展趨勢。

1.消防機器人在危險化學品災害事故處置過程中的應用

危險化學品災害事故中經常衍生出的有毒有害物質給消防員的自身安全帶來了嚴重威脅，在沒有對現場進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，參與救援消防部隊共犧牲104人。消防偵檢機器人可以代替消防員進入高危區域進行數據采集、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據采集不足等問題。現場指揮員可以根據其反饋結果，及時對災情做出科學判斷，并對災害事故現場工作做出正確、合理的決策。隨后，發揮消防滅火機器人耐高溫、抗輻射、持續作戰時間長、滅火藥劑噴射流量大等特長，深入到火場第一線進行冷卻稀釋、強攻滅火，這方面的技術已經相對成熟。在滅火救援戰斗結束后，消防洗消機器人可以對參戰的人員和裝備進行沖洗、稀釋、消毒等作業。因此，在危險化學品災害事故處置過程中要強調消防機器人的協同作戰和梯次進攻。

2.消防機器人在地下空間火災撲救過程中的應用

一般地下空間的對外通道不多、環境相對密閉，一旦發生火災煙氣容易集聚，形成高溫濃煙環境。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，利用消防機器人的無生命性、耐高溫性、可視性強等特點可以在高溫、濃煙、黑暗的環境中執行偵察、搜救、排煙、滅火等作業，通過消防機器人攜帶的圖傳設備幫助后方指揮員實時、準確掌握一線動態，并做出科學決策。這里要著重解決消防機器人的爬坡越障、數據傳輸、抗電磁干擾等問題。在地下空間的滅火救援中，消防照明機器人既能夠提供現場照明，也能夠為其他消防裝備供電。

目前國內較常見的也是實戰化應用最成功的路虎60雪炮機器人，主要應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，迅速降低環境溫度，驅散有毒有害煙霧，改變煙道氣流方向，拓寬災害現場視野，最終為消防員創造良好的進攻條件。

3.消防機器人在高層建筑火災撲救過程中的應用

高層建筑火災由于可燃物多、火災載荷大以及“煙囪效應”而燃燒猛烈、蔓延迅速，既給人員疏散逃生，又給火災撲救工作帶來重重困難。高層建筑消防機器人是機器人家族的新成員，屬于第三代智能化消防機器人，雖然相關技術還沒有完全成熟，但對我們撲救高層建筑火災具有開創性的啟示意義，是未來消防機器人發展的趨勢。其技術原理是，當高層建筑發生火災時，消防機器人通過建筑物外墻進行攀爬（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，然后利用負壓吸盤在建筑物外表自由行進），實施火場偵察、破拆排煙、搜救人員，待時機成熟，消防機器人既可以通過自身攜帶的破拆設備（利用旋轉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）從外部開辟進攻通道深入火場內部直接進行滅火作業，也可以利用消防機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域，隔絕空氣達到滅火的效果）實施遠程攻擊。

三、消防機器人實戰化應用中存在的不足

經過十多年的勵精圖治，我國消防機器人已經接近或達到世界先進水平，而且陸續配備到基層一線，但消防機器人真正參與滅火救援的次數卻很少，實戰應用程度遠未達到預期值，造成這種情況的原因是多方面的。

1.“以人為本，科技強警”的理念還不夠深入人心

由于消防機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器人的實戰化應用認識不夠，重配備輕應用，缺乏一套完整、成熟、可行的應用體系，讓消防機器人無施展拳腳之處。消防機器人的研發和應用的出發點和落腳點是在增強部隊戰斗力的同時有效避免官兵傷亡，而不只是在消防演習和消防宣傳中充當消防部隊的“門面”。

2.專業化的人才隊伍建設相對滯后

消防機器人是多種高精尖技術的深度融合，自身科技含量較高且內部結構復雜，因此，無論是日常的維護保養還是實戰中的操作使用，均需要維保人員和操作人員具備一定的專業知識。只有“人-機”的有效結合，消防機器人才能真正形成戰斗力，否則只不過是“紙上談兵”，抑或是“花拳繡腿”，所以建立一支專業化的消防機器人操作使用和維護保養人才隊伍成為當務之急，可以考慮在現有司通班的基礎上增配消防機器人操作人員。

3.輔助裝備建設存在脫節現象

消防機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行適當的改裝。以楊行中隊為例，現配備消防滅火機器人（RXR-M40D-WJA-B）、消防排煙機器人（RXR-YP0000D-2）、消防破拆機器人（HusqvarnaDXR140）等多種型號的消防機器人，但我們發現從“訓練場”到“火場”還有不小的“距離”，首先要解決搭載平臺的問題，其次要解決復雜災害現場行進問題，再者要配備例如發電機之類的輔助裝備。

此外，目前對于消防機器人應用相關的產品標準、訓練大綱、作戰編成的相關標準和技術文件都還沒有跟上，也在一定程度上制約了消防機器人的大力推廣和實戰應用。

四、結語

隨著《國家創新驅動發展戰略綱要》的全面實施，我國科學技術領域的發展進入了“快車道”。在科技水平突飛猛進的今天，科技手段理應在滅火救援中發揮更大的作用，消防領域的“機器人換人”意義深遠而重大，只有牢固樹立“以人為本，科技強警”的理念，配齊用好消防機器人等高精尖裝備，使消防機器人真正成為消防部隊的一個新的戰斗序列，最大限度地減少一線作戰官兵的傷亡，使消防機器人在滅火救援一線大有作為。

參考文獻：

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