消防機器人的種類與優劣分析

孫廣超 高藝晉 李森

一、前言

隨著消防機器人被廣泛應用，市場上的消防機器人類型越來越豐富。各種復雜情況下要求不同功能的消防機器人進行作業。文章從消防機器人的功能出發，依次介紹了滅火機器人、救援機器人、排煙機器人、偵察機器人的特點，并且介紹了現代消防機器人的優劣性。

二、消防機器人淺述

（一）消防滅火機器人

目前國內的消防滅火機器人處于快速發展的階段，多個公司已研制出成品進行售賣，以北京凌天世紀研制的RXR-M40D-1為例，介紹我國消防滅火機器人的主要特點。RXR-M40D-1型消防滅火機器人動力強勁、通過能力強，防護能力強、作業范圍大、遙控距離遠、定點能力強、偵察功能強大，RXR-M40D-1外觀圖如圖1所示。由此可見，國內的消防機器人雖然發展比較晚，但發展速度比較快。

圖1?RXR-M40D-1外觀圖

消防滅火機器人一般是由消防機器人主體、消防水炮、手持遙控終端、攝像機以及傳感器、水幕噴淋裝置組成。

消防水炮是以水為介質，遠距離撲滅火災的滅火設備。水幕噴淋裝置通過自動噴水系統可以使表面溫度降低。手持遙控終端擁有操作系統、屏幕以及數據傳輸能力。攝像機是操作者認識火場環境的主要手段，溫度傳感器能檢測滅火機器人周圍溫度，避障傳感器能檢測前方障礙，依靠兩種傳感器判斷是否能繼續進行作業。

（二）消防救援機器人

近年來，隨著石油化工企業的飛速發展，燃燒爆炸災害時有發生。為了減少火災損失、及時救助火場人員、避免消防人員的傷亡，消防救援機器人投入研發與生產。在這種背景下，消防機器人的出現無疑給消防行業帶來了福音，融合了先進科學技術的救援機器人可以率先探明火情、預測火勢、熟悉環境、代替消防員進行作業。

現代救援機器人主要應用于超高建筑的救援現場、易燃易爆物品救援現場、自然災害的救援現場。超高建筑的火災一旦不可控，救援難度非常大。我國消防救援車的最大救援高度為100m，因此超高建筑發生火災時，人力救援比較困難，而消防救援機器人的出現，為探明火情、救援人員起到了不可估量的作用。易燃易爆物品救援現場火災蔓延快、撲救難度大，各種化學品隨時有復燃和爆炸的可能，往往會造成巨大的傷亡，消防救援機器人可以轉運危險爆炸物品，手動關閉流量閥門，終止燃料的供應，防止火災繼續蔓延。自然災害救援現場的主要問題如何快速地的找出并救援被困人員，消防人員在保證自身安全的情況下救援速度較慢，而消防救援機器人不用考慮太多的安全問題，可以及時排查出救援人員的位置。

（三）消防排煙機器人

消防排煙機器人作為一種主流的消防機器人，在滅火救援中起著舉足輕重的作用。消防排煙機器人可代替搶險救援人員，深入危險災害現場執行水霧滅火、冷卻、送風、排消煙等多種作業。有效解決消防人員面臨的安全威脅、信息不足等問題。圖2為消防排煙機器人SR40外觀圖。

圖2?SR40消防排煙機器人

消防排煙機器人主要應用于鐵路、隧道、地下設施火災，大型商場火災，油廠火災，倉庫火災等煙氣難以排放的場所。消防排煙機器人一般由機器人本體、車載排煙風機、遙控終端、管控平臺組成，排煙風機是排煙機器人工作的主要裝置。以RXR-Y15000D-GT1履帶型消防排煙機器人為例介紹排煙機器人的特點，其具有越障能力強、機動性強、移動速度快、牽引力大、防水能力強、檢修維護方便、采取耐高溫結構、通訊距離遠、抗干擾能力強的特點。

據大數據統計，火災中煙氣致死的比例高達80％，火災煙氣是火災中致人死亡的“主要殺手”。煙氣致人死亡的原因不僅是氣體的毒性，還有氣體溫度高的原因，雖然許多建筑內有防排煙設備，但是火災現場的情況不可預測，在消防員進入火場之前由消防機器人先進行排煙，會極大提高搜救效率，降低火災煙氣對消防人員的傷害。

（四）消防偵察機器人

消防偵察機器人的主要作用就是代替消防員進入易燃、易爆、坍塌等場所進行率先偵察作業。采集圖像、聲音；分析可燃物的濃度、輻射強度；將采集信息傳輸給消防人員，對火災現場進行科學分析，有利于制定科學救援方案，對火場形勢做出科學合理的判斷，降低因火災形勢不明造成的消防人員的傷害。

消防偵察機器人一般由移動載體、傳感器系統、控制系統、防爆系統、決策系統組成。傳感器可以檢測壓力、溫度、熱輻射、障礙、氣體，將數據傳輸給后臺，并做出實時判斷提醒后臺人員做出決策。決策系統與控制系統是后臺進行控制的功能裝置。

偵察機器人的出現，給消防界帶來了巨大的福音，消防人員出現傷亡，往往是因為對工作現場的情況不明確。偵察機器人可以為消防人員“開路”，識別危險信息，對工作場所進行實時判斷，將信息及時傳遞給操作人員。除此之外，偵察機器人的出現為排爆工作帶來了巨大的幫助，偵察機器人不能代替人員進行排爆作業，但偵察機器人可以幫助排爆人員進行環境偵察，并進行簡單的操作，一定程度降低了排爆人員的傷亡率。

三、消防機器人的優缺點分析

（一）消防機器人的優點

消防機器人的優點主要有無生命損傷性、可重復使用性、人工智能性三個方面。

無生命損傷性。一些災害具有突發性強、處置過程復雜、危害性大等特點，消防機器人可以代替人們進入易燃、易爆、有毒的環境進行作業，有效解決了消防救援人員面臨的生命安全問題、數據采集不足問題。消防機器人是一種智能機械設備，可在人員無法進行作業的情況下發揮出最大的作用。

可重復利用性。消防機器人作為一種裝備，最多可承受750℃的高溫，可以防電磁干擾、抗腐蝕、抗輻射，在無致命損失的情況下可以持續工作，進行作業后，經過保養可以再次投入作業。

人工智能性。消防機器人利用現代多種先進技術，可以在火場中探測環境，向后臺傳輸數據，幫助人們進行決策。具有一定的自主性，可以在某些情況下進行自動滅火、自動避障，自主進行科學判斷是否可以繼續進行工作。

滅火機器人可以代替人員進入環境進行滅火；救援機器人可以進入有毒等惡劣環境中進行人員救治；排煙機器人可以及時排出煙氣，降低煙氣對消防人員以及被困人員的損害；偵察機器人可以率先進入環境對多種因素進行分析，有利于制定科學合理的救援方案，防止因對環境了解不足而造成救援人員的傷亡。

（二）消防機器人的缺點

消防機器人研制困難，發展緩慢。經過幾十年的發展，消防機器人雖然已經初步形成體系，但涉及的功能并不是很全面，且困難難以攻克。火場的環境是非常復雜的，火場具有溫度高、熱輻射性強的特點。高溫會對消防機器人造成很大的損害，且有時的損害是不可逆的。熱輻射性強的環境會讓消防機器人的信號中斷，無法人為控制而導致不能在復雜環境下工作。尤其是在一些危險化學品的災害中，許多消防機器人不能滿足進入火場的條件。火災形勢瞬息萬變，在一些復雜災害中，只能人為進行救災。種種困難導致消防機器人發展緩慢，難以在技術上尋求突破。

消防機器人造價、維護成本高。造價昂貴會導致賣價高昂，在一些城市中會配備消防機器人，但大多數地區沒有多余的經費進行配置，因此導致消防機器人普及程度低。消防機器人在火場環境下極易受損，進行大型作業后往往需要保養維修；此外，消防機器人大部分零件為電子零件，在一些潮濕和濃煙的環境下容易受到影響，這就導致維護成本高。

受制于人工智能的發展，消防機器人的自主性也比較低，考慮到火場環境的復雜，消防機器人完全實現自主性任重道遠。

消防機器人需要專業人員進行操作。操作人員要熟悉人工智能技術、控制理論、電子技術等，還要具有較高的安全知識儲備，但復合型人才難以培養。

四、結語

消防機器人已經在現代救援行動中發揮出越來越重要的作用，針對環境的不同可以選擇不同類型的消防機器人進行作業。消防機器人的使用率越來越高，但現代消防機器人的技術尚不完備，面臨復雜的火災環境還缺少獨當一面的能力。現代消防機器人已經嶄露頭角，但發展仍任重道遠。

（作者單位：鄭州輕工業大學建筑環境工程學院。基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃[項目編號：202210462007]。）