面向智慧社區的戶外智能消防機器人設計

中國礦業大學 楊帥

目前，智慧社區的消防安全問題研究主要集中在室內的消防安全隱患上，但是社區的消防隱患并不只存在于室內，想要全方位解決社區的消防安全問題，戶外消防安全問題也需要得到進一步重視。然而，當下并沒有專業人員或機構在社區戶外消防安全這一領域進行具體的研究，并提出可靠的解決方案。因此，解決智慧社區戶外消防安全問題，填補社區戶外消防安全問題的研究空白，對于全面解決智慧社區消防安全問題有重要意義，能夠給居民生活安全提供多一層保障。

1 智慧社區概述

智慧社區的概念是從智慧城市這一理念中引申而來，是社區未來發展的導向，是社區治理模式的一種創新。區別于傳統社區，智慧社區以社區信息化建設為基礎，通過現代化的社區管理模式，開發更加智能化、人性化的社區配套產品，打造多功能的現代化社區。智慧社區的建設依賴于移動互聯網、大數據、云計算等新一代信息技術的集成應用，在城市建設中的快速普及和公共信息服務平臺的陸續開通，智慧社區為社區居民構建了一個更加具有安全性、舒適性、服務化、現代化、智慧化的生活環境，并且充分借助互聯網、物聯網等，把服務擴大到居民日常生活的方方面面[1]。但是我國現處在智慧社區發展的初級階段，國內智慧社區發展存在諸多方面問題，例如目前針對社區戶外消防安全的產品過于單一和傳統，無法支撐未來智慧社區建設的需要[2]。

2 消防機器人概述

消防機器人是一種特種機器人，可搭載消防水炮、氣體探測器、攝像機、紅外感應器等設備，代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現場，進行數據采集、處理和反饋，有效地解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數據信息采集不足等問題，在進行滅火工作和搶險救援中能夠發揮重要的作用。相較于傳統的消防產品，消防機器人具有可自動進入充滿有毒氣體和具有強烈熱輻射環境等危險場所中開展工作，可以對泄漏氣體進行采樣和檢測、靈活控制消防水泡進行消防工作、抵抗高溫和有毒氣體的化學腐蝕等特點。消防機器人多使用于化工廠、油罐區、隧道、冷庫等場所[3]，這些場所在發生火災時往往伴隨著爆炸、高輻射、有毒氣體泄漏等特殊情況，對消防人員的安全有著極大的威脅。

當下消防機器人的研究已經過三次迭代，日本、美國等工業發達國家已經開始著手研究第三代智能化消防機器人。我國在消防機器人研究領域起步較晚，相較于日本、美國等發達國家仍有一定差距，但是也已經獲得很多階段性成果，如今在我國已有多種具備不同功能的消防機器人用于消防工作[4]。

3 戶外消防需求分析

隨著我國社區建設整體水平的提升，戶外消防安全問題也面臨更多新的挑戰，戶外消防的需求也不僅僅停留在簡單的滅火層面。通過查閱相關文獻，得到國家對于戶外消防安全問題提出的新的要求與方向，包括：智慧消防、信息化消防系統、智能化消防產品、智能消防網絡體系、聯網監測、地理信息系統消防可視化、風險等級預測等。基于文獻調查的結果，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現需要一款硬件產品作為承載平臺。因此，需要對戶外消防安全產品的具體需求進行調研。

首先通過對8 名社區居民進行訪談的方式，搜集社區戶外消防需求，初步得到的需求包括：無人滅火、節約開發成本、自動充電、引導逃生、材料環保、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 分析法在社會趨勢、經濟動力、先進技術三方面，對這些初步需求進行全面、同步分析[5]，梳理的需求關鍵詞見表1。但是傳統的 SET 分析方法不能準確地獲取各項需求的重要程度，因此采用問卷調查法確定各項需求的重要程度，再利用排序結果進一步完成 SET 產品機會重點缺口深度分析。同時可設計 7 級李克特量表問卷，將得到的每項戶外消防需求指標劃分為 7 個評價等級，需求的重要性和等級大小成正比[6]。其中對12 位設計專家和社區居民進行問卷調查，回收有效問卷11 份，整理后得到各項需求的重要程度得分，見表1。并將得分高于總分1/2 的編號為1、2、4、7、10、11、13、14、15、16 的10 項需求定義為設計的主要需求。

表1 戶外消防需求得分表

再次利用SET 分析法對最終保留的主要需求進行深度分析，總結出智慧社區戶外智能消防機器人的設計應主要解決以下幾個方面問題：在社會層面，實現社區戶外智慧化消防，并注重提高用戶體驗；在經濟方面，拓展產品的適用場景，擴大產品市場以降低開發成本；在技術層面，發揮技術優勢，提高社區消防效率，建立信息化智能消防系統。

4 面向智慧社區的戶外智能消防機器人設計意義

4.1 全面承擔城鎮社區戶外消防工作

當前我國城鎮社區戶外火災的管理工作，主要是由公安消防部門負責。但是面對我國人口已經超過14 億人的國情，消防資源仍顯緊張，并且我國消防部門不僅負責火災的撲救工作，同時還要負責處置化學危險品泄露、交通事故等各項工作，消防資源愈顯不足。2020 年，我國城鎮社區火災發生10.9 萬起，占火災總數的43.4%，占用了大量的消防資源，給城鎮消防工作增添了極大的壓力。而且因為社區人口密集，一旦發生火災，火勢若得不到及時地控制，很容易造成更加嚴重的后果。因此，亟需開發一款足夠智能化、兼具功能性的社區戶外消防安全產品，來全面承擔社區的戶外消防安全工作。

4.2 提高社區消防效率

由于缺乏戶外消防安全檢測產品，社區戶外火災主要是由群眾來發現，再由消防員進行滅火工作，但此時火勢往往已經開始蔓延。在火災發生初期，若火勢得不到及時的處理，隨著時間的推移，火勢蔓延會導致更大規模火災的風險呈現幾何倍數遞增。因此，預防火災最理想的方式是第一時間發現火災，以最快的效率進行滅火工作，防止火災蔓延，這樣能夠最大程度保障居民的生命財產安全。智慧社區戶外智能消防機器人與智慧社區的現代化監控監測系統實現智慧互聯，可以實時監測社區內火災發生情況，進而起到高效滅火、預防火災蔓延的作用。

4.3 促進我國智慧社區建設

目前我國智慧社區的發展還處于起步階段，智慧社區的建設需要更具智慧性、功能性的新產品及設備作為支撐。因此，我們必須加快進行智慧社區相關配套產品的設計與研究。智慧社區的戶外智能消防機器人的研究，對未來智慧社區的消防安全產品開發，以及社區戶外消防安全問題的研究有借鑒意義，能夠加快推動我國智慧社區的發展，對促進我國社區現代化建設有著至關重要的作用。

5 智慧社區戶外智能消防機器人設計原則

在現實情況下，人力、物力、知識等都是有限的，設計很難達到所有方面都理想的程度，所以設計中必須要依據產品的實際情況，科學地選擇新產品開發應該遵循的原則[7]。文章研究的是一種全新的、面向未來開發的智能化消防安全產品，因此應合理地從新產品開發方案中遵循相關設計原則。

5.1 可行性原則

可行性原則可以用來衡量設計決策是否具有足夠的落地性。目前，市場上并沒有專門針對智慧社區戶外消防的智慧型消防機器人，這是一種全新的設計嘗試，因此必須從主觀和客觀兩個層面綜合考慮產品設計的可行性。主觀方面，產品設計的功能必須能夠滿足當前社會上確實存在需求，這樣才能保證政府和市場持續加強人力、物力、財力的投入，將設計出來的產品進行實際生產；客觀層面，設計中應使用已經成熟或是在可見的未來能夠成熟的技術，這樣所設計出來的產品才具有實際生產的可行性，而不是設計師天馬行空的空想。要保證從主觀和客觀層面來看，研究產出的設計成果都將會是一款完全可以實現的產品。

5.2 智能化原則

智慧社區戶外智能消防機器人應該足夠智能化，可以無需人工操作自行進行消防工作，這樣不但可以適應我國老齡化趨勢下未來勞動力短缺的情況，減少人力成本，并且可以24 小時執行消防工作。戶外智能消防機器人與未來智慧社區相對完善的監控檢測系統實現智慧互聯，可以針對消防安全情況進行全天候監測，對火情能做到早發現、早預防、早控制，并且可以及時向消防中心反饋消防信息，幫助智慧社區構建信息化的消防系統。完全自主進行消防工作的戶外智能消防機器人，對于未來智慧社區的消防工作有著重要的意義。

5.3 人性化原則

戶外智能消防機器人在造型上為了適應未來智慧社區的發展趨勢，應該具備一定科技感和現代感，但是不能為了追求科技感而過于冷漠，忽略對社區居民的人性關懷。消防機器人主要負責智慧社區戶外消防工作，不可避免會出現在居民的視線之內，所以在產品的外形設計上必須盡可能的人性化，照顧居民的心理感受。設計既要考慮到智能消防機器人的產品特性，在配色方面體現出消防應急的特點，同時也要考慮消防機器人作為社區戶外消防產品的人性化需求，使人們看到消防機器人時不會產生過度的緊張感，尋求產品與使用者之間的一種和諧關系。綜上，智能消防機器人的外觀設計從產品語義學的角度，既能體現消防應急的產品特性，又能給人以安全感的心理暗示。

6 面向智慧社區的戶外智能消防機器人設計策略

6.1 構建產品新的語義特征

首先向設計專家搜集面向智慧社區的戶外智能消防機器人的感性意向，得到諸如現代的、靈活的、實用的、活潑的、耐用的、未來的、科技的、環保的、及時的、醒目的、積極的等意向，將其作為構建戶外智能消防機器人語義造型特征的初步依據；其次將收集的產品感性意向轉化為產品設計的形態要素，得到多種面向智慧社區的戶外智能消防機器人的造型風格，再根據社區居民對產品的感性訴求，進行新語義的精確化篩選[8]。社區居民對智慧社區戶外智能消防機器人的感性需求是希望其具有安全、可靠、自然、親切等特點，希望產品能夠更加自然地融入到居民的日常生活環境之中，并且能夠給他們帶來安全感。應綜合設計專家和社區居民的感性意向，結合產品實際的功能需求，篩選出滿足各項需求的具有新語義特征的產品造型。

6.2 優化產品尺寸與結構設計

戶外智能消防機器人雖然是面向未來智慧社區戶外消防工作而設計的，但是它的使用場景并不僅僅局限于智慧社區。戶外智能消防機器人依賴于智慧社區完善的監控檢測系統，來實現社區戶外智能化消防的目的，所以也適用于未來擁有相對完善的監控檢測系統的學校、公園、醫院等場所。因此，設計中應收集和歸納多場景對產品提出的結構和尺寸方面的要求，然后結合產品功能需求，進行產品尺寸和結構的設計，增強戶外智能消防機器人在多種場景下的普遍適用性。

6.3 引導用戶參與以降低設計的主觀性

在設計中可采用參與式設計模式，引導作為目標用戶的社區居民，適度地參與到戶外智能消防機器人設計的過程中來，形成設計師為主導、社區居民適度參與的設計模式。使設計師對產品進行整體的設計規劃，同時社區居民在設計的過程中可適時提出自己的意見給設計師作參考。這種設計模式不僅要保證用戶對整個設計流程有全面的了解，也要注意提高用戶參與的積極性，讓用戶意識到自己不僅僅是意見的提供者，也是產品的設計者，從而有效減少設計師在設計過程中的主觀性。

7 面向智慧社區的戶外智能消防機器人設計實踐

根據文章研究得到的功能需求、設計原則以及設計策略，進行設計實踐，面向智慧社區的戶外智能消防機器人效果見圖1。其總高為1.6 米、總長1.4 米、總寬0.96 米，體型相對較小。機器人自身具備智慧操作系統，可自行進行滅火工作，在面對有毒氣體泄露、火災現場存在易爆物品等特殊情況時，消防機器人可代替消防人員進行消防工作。

圖1 產品整體展示圖

消防機器人機身前方的指示燈和車身側邊的紅色反光條保證了夜間行駛的安全性；機身的保護殼對消防機器人有一定的保護作用，轉軸處的三腳架設計，加強了噴頭的穩定性；消防機器人采用雙噴頭設計，不僅提高了滅火效率，而且在一個噴頭堵塞或是毀壞時，另一個也能夠正常運作，見圖2；噴頭的外殼具有支撐與保護的作用，噴頭內部具有一個脈沖式壓力泵，可以根據火勢大小來調節干粉的噴射速度；在產品配色方面，消防機器人以黑白配色為主，并以紅色為點綴色。其中紅色面積較少，在體現出產品消防特性的同時，不至于讓人們看到時產生緊張感，體現出產品的人性關懷。

圖2 噴頭展示圖

8 結語

文章以設計的視角對未來智慧社區的戶外消防安全問題展開了深入的研究，并運用SET 分析法、訪談法等分析了用戶需求，形成面向智慧社區的戶外智能消防機器人設計策略，從而確定面向未來智慧社區的戶外智能消防機器人的設計點，為未來智慧社區戶外消防工作提供了這一種全新的方式。文章所設計的產品具有良好的功能性，能夠全方位滿足智慧社區的戶外消防需求，同時也增強了產品與智慧社區的關聯性。在智能化、人性化等方面，相較于傳統的社區消防產品有顯著的優化，從而加快了我國構建信息化消防系統、全面建設智慧社區的步伐。