消防機器人滅火救援應用技術的分析

毛宇飛

（呼和浩特市賽罕區山丹街消防救援站，內蒙古呼和浩特 010010）

1.國內外消防機器人發展的現狀概述

1.1 國外現狀

消防機器人在20 世紀在日本興起，1986 年隨著彩虹五號機器人的誕生，消防機器人正式問世。和普通的機器人一樣，消防機器人也是通過電動機作為驅動力，以及用無線控制技術對機器人的動作進行控制。此外，消防機器人還安有監視系統以及探測儀器和攝像裝置，可以通過這些設施來掌握火災現場的具體情況，通過分析來確定火災現場的著火點以及氣溫。再后來，美國發明了將碳纖維作為外殼的消防機器人，并且通過履帶驅動來控制機器人的行駛方向，這種機器人能夠跨過更大的障礙物。這類機器人也是由無線技術來進行控制，還為機器人安裝了消防水槍。在遇到火災的時候能夠更好地進行滅火工作，并且也方便拆卸作業。除了以上提到的兩種消防機器人之外，挪威發明的蛇形消防機器人靈敏度更高，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滅火現場實施救援[1]。

1.2 國內現狀

在20 世紀70 年代，我國開始了對消防機器人的研發，并且在90 年代后開始了規模化研發，在我國消防機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、移動的技術來完成滅火救援。進入21 世紀之后，我國對消防機器人研發更上一個層次。在2010 年國內針對消防機器人相關應用做了幾項技術研發：根據通過的火災現場，對進一步細化消防機器人研發分類，其中對滅火、機器人攀爬等做了更加細致的研發。我國重視通過低碳環保的材料以及動力源來制造機器人以及提高它們的工作效率，同時提高機器人的裝載量。此外，在先進系統技術的加持下，國內研發的消防機器人功能不斷優化以及改善，性能得到提升，以及耐高溫以及抗輻射水平也大大提高，并且國內消防機器人還有自動保護裝置，研發人員將保護功能進行了優化[2]。國內的消防機器人設計的靈敏性高，可以滿足火災現場的更多需求，其監控能力也得到大大改善。

2.消防機器人滅火救援應用技術發展的意義

消防機器人滅火救援應用技術對于當前社會發展有著重要意義以及影響，消防機器人可以提升滅火救援的工作效率以及優化滅火救援的途徑，對人們的生命安全提供保障。眾所周知，火災救援有很大風險，在救援的時候，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，有時會阻礙滅火救援，救援效率以及質量都會受到影響。消防機器人的發明以及應用，很好地解決了這些問題，消防機器人沒有生命，相比于人類，能夠更好地適應像火災這種危險環境，在救援的時候，高溫以及濃煙對于消防機器人的影響微乎其微，消防機器人可以自由穿梭在火災現場，到達火災現場更深的地方。消防機器人的應用可以代替消防員去完成危險系數大的任務，大大降低消防人員傷亡數量。此外，消防機器人采用的是先進的人工智能，在火災現場，消防機器人能夠自己判斷火災的危險性，并且可以對現場進行數據采集，可以讓消防人員及時掌握到火災現場的真實信息，以便能夠更好地開展救援行動。而且消防機器人從本質上說是技術裝備，能夠多次參與到滅火救援的行動中，節約了救援成本。所以，不管是當下還是未來，消防機器人隨著技術的創新，將會更靈活，在滅火救援中發揮著重要作用。消防機器人滅火救援技術不僅幫助消防員減輕負擔，而且在一定程度上提高了滅火救援水平。

3.消防機器人滅火救援應用總體方案設計

3.1 消防機器人的要求

消防機器人主要是由能夠幫助機器人具有知覺以及反應能力的傳感器、對機器人性能有著重要作用的控制器以及對機器人發出指令的執行機構三部分構成，消防機器人能夠根據任務指令識別出火災現場的火源，所以消防機器人設計時，需要有以下幾方面的條件。

（1）消防機器人需要有著非常強的靈活性以及控制功能。火災現場的不確定因素比較多，消防機器人需要根據火災現場的具體情況來迅速反應以及第一時間具備處置方法，避免火勢進一步蔓延。比如，消防機器人可以啟動自動噴水或者滅火裝置，來進行現場滅火，減少人員傷亡的事故發生。同時還需要改善以及優化滅火設備的結構以及設備材質，提升消防員在面對火災現場的一些突發事故的反應能力。（2）前文提到了消防機器人的三部分結構組成，消防機器人為了能夠更好地進行滅火救援，對系統硬件要求是非常高的。消防機器人應該有遇到火災進行報警的系統。當火災發生的時候，消防機器人可以及時將火災信息傳送給消防控制中心，幫助之后的滅火救援相關工作可以及時進行[3]。此外，對火災人員進行疏散，也應該是消防機器人需要具備的能力，這需要機器人做更加智能的設計。

3.2 消防機器人關鍵部件選型

（1）消防機器人的設計對于消防救援來講有著重要的作用，消防機器人在火災現場一方面要展開火災救援工作，另一方面還需要有能夠幫助人員疏散逃生的本領。所以在設計消防機器人的時候，設計人員應該考慮消防機器人的工作環境相關因素。參考當前國內消防機器人設計情況，可以分成兩個方面：一是考慮消防機器人的工作環境以及任務來對其主體進行結構設計；二是參考消防機器人的工作性質，來設計其本體的尺寸大小。（2）機器人運動是在火災現場，消防機器人進行滅火救援的時候，考慮實際所需，使用機器人的機械裝置來獲取機器人系統需要的動力。比如，消防機器人的噴水裝備，面對火災現場，消防機器人需要有實施報警的能力，能夠輔助消防中心及時進行滅火救援，同時消防機器人需要對火災現場進行噴水任務，防止火勢進一步蔓延。其噴水設備應該從專業廠家采購，確保其滅火質量。

3.3 消防機器人功能定位

我國當下對火災、地震等災情的處理能力不斷提升，應急管理部門相較之前發展迅速。機器人是滅火救援中不可小覷的機械設備，近年來也得到有關部門的重視，逐漸得到認可。所以在滅火救援任務中，對機器人的確定很重要。

（1）通過環境、任務等因素的要求，來決定消防機器人使用的類型以及功能。通常來說，當出現火災的時候，第一時間應該啟動救援程序，在這個時間點火災沒有第一時間得到滅火處理的話有可能會進一步蔓延，嚴重時將造成更大的經濟損失。如果火勢大又有地震懾力的時候，要求消防中心以及消防機器人能夠及時對現場的人員進行快速疏散，幫助把現場人員撤離到遠離火災現場的安全地點。同時需要通過必要措施來阻止火災擴散到周圍地區，盡可能降低火災的危害程度。（2）在選擇消防機器人時，還應從安全和效率的角度選擇使用哪種類型的設備。（3）應該考慮不同類型之間的消防機器人滅火效果來進行選擇，同時選擇好輔助的救援工具以及裝置來幫助消防機器人一起進行滅火救援的工作。（4）應考慮具有良好靈活性的消防機器人參與滅火和救援任務。

4.消防機器人的分類以及優缺點

4.1 消防機器人分類

消防機器人對于滅火救援工作而言是一種特殊的消防設備，它能夠代替消防員進入到危險的火災現場，尤其是一些有毒、濃煙以及放射性的火場，消防機器人可以進行高效探測、展開滅火救援工作任務。根據火場的不同性質以及機器人的實戰角度考慮，可以通過以下幾方面來對消防機器人分類。

（1）從消防機器人的功能來進行區分的話，可以把消防機器人分為滅火、救人、拆破以及探測的4 種類型機器人。（2）根據消防機器人的感覺功能來進行分類的話，可以分為視覺型、嗅覺型、以及對火場溫度進行感覺的溫感型和能夠對火場煙霧進行感知的煙感型4 種機器人。（3）根據消防機器人走路方式來進行分類的話，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種類型的機器人。（4）根據消防機器人的控制方式可以把其分為線控、自適應以及通過無線通訊進行遙控的無線遙控3 種類型的機器人。（5）根據消防機器人的智能程度可以把其分為程序化、計算機輔助型以及搭載最先進的智能技術的智能化機器人3 種類型。

4.2 消防機器人的優缺點

4.2.1 消防機器人優點

消防機器人和人不同，它沒有生命，歸根結底還是一種機械設備，它在滅火救援中，尤其是一些危險系數高的環境時，可以代替消防員進入到火災現場發揮自己滅火救援的本領，減少消防人員傷亡率。當下的新一代消防機器人都有著智能化技術、計算機技術等多個高科技技術，有著很好的數據采集以及反饋火災現場環境的能力，可以自主判斷火場中的火源，高效救援。

4.2.2 消防機器人缺點

（1）消防機器人的制作成本比較高，其價格昂貴，無法得到大規模的應用。作為智能化產品，消防機器人有著先進的科技技術以及專業的學科知識，消防機器人的研發周期長，而且對技術以及資金有著更高的要求，再加之生產數量有限，大大降低其應用規模。（2）消防機器人的維護保養過程比較復雜，維護的成本非常高。雖然消防機器人在進行滅火救援的時候發揮著重要作用，但是在應用中會有受損情況，需要花費大量資金去維護，因為其結構復雜，對維護人員有著專業的要求，需要其進行專業培訓。

5.消防機器人的應用范圍

5.1 在高層建筑中的應用

在我國城市建設中，高層建筑成為城市的主要建筑形式。高層建筑雖然節省土地面積、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生火災，因為樓梯結構會造成短時間內火災迅速蔓延，相關人員的疏散工作以及滅火救援活動難以開展。主要是因為，建筑高度達到一定高度之后，消防車舉高達不到其高度，消防員登高以及登高途徑因為建筑的高度也會受到限制[4]。此外，高層建筑起火之后煙氣沒有辦法第一時間排除，而供水量也沒有辦法第一時間滿足滅火所需。所以，消防機器人的應用可以很好地解決消防員受限的這些難題。需要注意的是，消防機器人在研發時，研發人員應該考慮到高層建筑的結構特征，要保證消防機器人本身有相關的滅火裝置，而且要保證消防機器人能夠有上下樓的能力，可以及時趕到火災現場，并且對里面的相關信息及時收集，方便專家進行分析，更好地對困在現場的人員進行救助，從而避免出現安全事故。

5.2 地下建筑以及地鐵隧道中的應用

地下建筑空間相對比較封閉，如果發生火災，溫度將會急速升高，與此同時煙霧濃度也會在短時間內聚集，消防人員在展開地下建筑火災救援的時候難度系數非常大，消防員進入到地下建筑火災現場，其人身安全將無法被保障。消防機器人的應用，可以很好地解決地下建筑火災救援這一難題，可以減少地下建筑的傷亡情況。此外，對于地鐵隧道來講，需要有應對突發火災的措施，地鐵內部設計需要有能夠應對突發險情的能力。但是，在實際的地鐵火災救援中，其救援困難系數并沒有因為預防措施降低，所以在地鐵發生火災的時候，讓會攀爬的消防機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單位也可以把這類機器人作為常備的消防設備，從而保證當發生地鐵火災險情的時候，能夠及時救援[5]。

5.3 在石化化工高危場所中應用

從以往的化學爆炸事件中，我們可以發現一旦石化產品發生火災，還有可能會出現爆炸，消防員在展開救援的過程中面臨著巨大的生命危險。把消防機器人應用到這種危險系數比較高的火災現場，可以很大程度減少人員傷亡，但是目前的消防機器人數量有限，且技術不夠成熟，其作用在高危場所很難發揮。

6.結語

現代社會，我國科技水平已經到達一定高度，機器人的研發以及發展也取得一定成就，正在多個領域被廣泛應用，促進了社會進步。在消防領域，雖然機器人的應用沒有得到普及，但是相信隨著消防機器人技術的優化、目前存在的問題一步步得到解決，在未來，消防機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。