消防机器人灭火救援应用技术的分析

2023-08-29毛宇飞

中国科技纵横 2023年4期

毛宇飞

（呼和浩特市赛罕区山丹街消防救援站，内蒙古呼和浩特 010010）

1.国内外消防机器人发展的现状概述

1.1 国外现状

消防机器人在20 世纪在日本兴起，1986 年随着彩虹五号机器人的诞生，消防机器人正式问世。和普通的机器人一样，消防机器人也是通过电动机作为驱动力，以及用无线控制技术对机器人的动作进行控制。此外，消防机器人还安有监视系统以及探测仪器和摄像装置，可以通过这些设施来掌握火灾现场的具体情况，通过分析来确定火灾现场的着火点以及气温。再后来，美国发明了将碳纤维作为外壳的消防机器人，并且通过履带驱动来控制机器人的行驶方向，这种机器人能够跨过更大的障碍物。这类机器人也是由无线技术来进行控制，还为机器人安装了消防水枪。在遇到火灾的时候能够更好地进行灭火工作，并且也方便拆卸作业。除了以上提到的两种消防机器人之外，挪威发明的蛇形消防机器人灵敏度更高，可以爬电梯，甚至可以直接穿过墙体，以及安装了消防水带，可以将消防人员带进灭火现场实施救援[1]。

1.2 国内现状

在20 世纪70 年代，我国开始了对消防机器人的研发，并且在90 年代后开始了规模化研发，在我国消防机器人装置中最具有代表性的就是自行式消防水炮，可以通过操作、移动的技术来完成灭火救援。进入21 世纪之后，我国对消防机器人研发更上一个层次。在2010 年国内针对消防机器人相关应用做了几项技术研发：根据通过的火灾现场，对进一步细化消防机器人研发分类，其中对灭火、机器人攀爬等做了更加细致的研发。我国重视通过低碳环保的材料以及动力源来制造机器人以及提高它们的工作效率，同时提高机器人的装载量。此外，在先进系统技术的加持下，国内研发的消防机器人功能不断优化以及改善，性能得到提升，以及耐高温以及抗辐射水平也大大提高，并且国内消防机器人还有自动保护装置，研发人员将保护功能进行了优化[2]。国内的消防机器人设计的灵敏性高，可以满足火灾现场的更多需求，其监控能力也得到大大改善。

2.消防机器人灭火救援应用技术发展的意义

消防机器人灭火救援应用技术对于当前社会发展有着重要意义以及影响，消防机器人可以提升灭火救援的工作效率以及优化灭火救援的途径，对人们的生命安全提供保障。众所周知，火灾救援有很大风险，在救援的时候，高温缺氧、浓烟等都会对救援人员的工作以及生命安全有一定威胁，对于救援人员对火情的判断力也会造成影响，有时会阻碍灭火救援，救援效率以及质量都会受到影响。消防机器人的发明以及应用，很好地解决了这些问题，消防机器人没有生命，相比于人类，能够更好地适应像火灾这种危险环境，在救援的时候，高温以及浓烟对于消防机器人的影响微乎其微，消防机器人可以自由穿梭在火灾现场，到达火灾现场更深的地方。消防机器人的应用可以代替消防员去完成危险系数大的任务，大大降低消防人员伤亡数量。此外，消防机器人采用的是先进的人工智能，在火灾现场，消防机器人能够自己判断火灾的危险性，并且可以对现场进行数据采集，可以让消防人员及时掌握到火灾现场的真实信息，以便能够更好地开展救援行动。而且消防机器人从本质上说是技术装备，能够多次参与到灭火救援的行动中，节约了救援成本。所以，不管是当下还是未来，消防机器人随着技术的创新，将会更灵活，在灭火救援中发挥着重要作用。消防机器人灭火救援技术不仅帮助消防员减轻负担，而且在一定程度上提高了灭火救援水平。

3.消防机器人灭火救援应用总体方案设计

3.1 消防机器人的要求

消防机器人主要是由能够帮助机器人具有知觉以及反应能力的传感器、对机器人性能有着重要作用的控制器以及对机器人发出指令的执行机构三部分构成，消防机器人能够根据任务指令识别出火灾现场的火源，所以消防机器人设计时，需要有以下几方面的条件。

（1）消防机器人需要有着非常强的灵活性以及控制功能。火灾现场的不确定因素比较多，消防机器人需要根据火灾现场的具体情况来迅速反应以及第一时间具备处置方法，避免火势进一步蔓延。比如，消防机器人可以启动自动喷水或者灭火装置，来进行现场灭火，减少人员伤亡的事故发生。同时还需要改善以及优化灭火设备的结构以及设备材质，提升消防员在面对火灾现场的一些突发事故的反应能力。（2）前文提到了消防机器人的三部分结构组成，消防机器人为了能够更好地进行灭火救援，对系统硬件要求是非常高的。消防机器人应该有遇到火灾进行报警的系统。当火灾发生的时候，消防机器人可以及时将火灾信息传送给消防控制中心，帮助之后的灭火救援相关工作可以及时进行[3]。此外，对火灾人员进行疏散，也应该是消防机器人需要具备的能力，这需要机器人做更加智能的设计。

3.2 消防机器人关键部件选型

（1）消防机器人的设计对于消防救援来讲有着重要的作用，消防机器人在火灾现场一方面要展开火灾救援工作，另一方面还需要有能够帮助人员疏散逃生的本领。所以在设计消防机器人的时候，设计人员应该考虑消防机器人的工作环境相关因素。参考当前国内消防机器人设计情况，可以分成两个方面：一是考虑消防机器人的工作环境以及任务来对其主体进行结构设计；二是参考消防机器人的工作性质，来设计其本体的尺寸大小。（2）机器人运动是在火灾现场，消防机器人进行灭火救援的时候，考虑实际所需，使用机器人的机械装置来获取机器人系统需要的动力。比如，消防机器人的喷水装备，面对火灾现场，消防机器人需要有实施报警的能力，能够辅助消防中心及时进行灭火救援，同时消防机器人需要对火灾现场进行喷水任务，防止火势进一步蔓延。其喷水设备应该从专业厂家采购，确保其灭火质量。

3.3 消防机器人功能定位

我国当下对火灾、地震等灾情的处理能力不断提升，应急管理部门相较之前发展迅速。机器人是灭火救援中不可小觑的机械设备，近年来也得到有关部门的重视，逐渐得到认可。所以在灭火救援任务中，对机器人的确定很重要。

（1）通过环境、任务等因素的要求，来决定消防机器人使用的类型以及功能。通常来说，当出现火灾的时候，第一时间应该启动救援程序，在这个时间点火灾没有第一时间得到灭火处理的话有可能会进一步蔓延，严重时将造成更大的经济损失。如果火势大又有地震慑力的时候，要求消防中心以及消防机器人能够及时对现场的人员进行快速疏散，帮助把现场人员撤离到远离火灾现场的安全地点。同时需要通过必要措施来阻止火灾扩散到周围地区，尽可能降低火灾的危害程度。（2）在选择消防机器人时，还应从安全和效率的角度选择使用哪种类型的设备。（3）应该考虑不同类型之间的消防机器人灭火效果来进行选择，同时选择好辅助的救援工具以及装置来帮助消防机器人一起进行灭火救援的工作。（4）应考虑具有良好灵活性的消防机器人参与灭火和救援任务。

4.消防机器人的分类以及优缺点

4.1 消防机器人分类

消防机器人对于灭火救援工作而言是一种特殊的消防设备，它能够代替消防员进入到危险的火灾现场，尤其是一些有毒、浓烟以及放射性的火场，消防机器人可以进行高效探测、展开灭火救援工作任务。根据火场的不同性质以及机器人的实战角度考虑，可以通过以下几方面来对消防机器人分类。

（1）从消防机器人的功能来进行区分的话，可以把消防机器人分为灭火、救人、拆破以及探测的4 种类型机器人。（2）根据消防机器人的感觉功能来进行分类的话，可以分为视觉型、嗅觉型、以及对火场温度进行感觉的温感型和能够对火场烟雾进行感知的烟感型4 种机器人。（3）根据消防机器人走路方式来进行分类的话，可以分为轮式行走、履带轮式行走以及目前比较受欢迎的履带式行走3种类型的机器人。（4）根据消防机器人的控制方式可以把其分为线控、自适应以及通过无线通讯进行遥控的无线遥控3 种类型的机器人。（5）根据消防机器人的智能程度可以把其分为程序化、计算机辅助型以及搭载最先进的智能技术的智能化机器人3 种类型。

4.2 消防机器人的优缺点

4.2.1 消防机器人优点

消防机器人和人不同，它没有生命，归根结底还是一种机械设备，它在灭火救援中，尤其是一些危险系数高的环境时，可以代替消防员进入到火灾现场发挥自己灭火救援的本领，减少消防人员伤亡率。当下的新一代消防机器人都有着智能化技术、计算机技术等多个高科技技术，有着很好的数据采集以及反馈火灾现场环境的能力，可以自主判断火场中的火源，高效救援。

4.2.2 消防机器人缺点

（1）消防机器人的制作成本比较高，其价格昂贵，无法得到大规模的应用。作为智能化产品，消防机器人有着先进的科技技术以及专业的学科知识，消防机器人的研发周期长，而且对技术以及资金有着更高的要求，再加之生产数量有限，大大降低其应用规模。（2）消防机器人的维护保养过程比较复杂，维护的成本非常高。虽然消防机器人在进行灭火救援的时候发挥着重要作用，但是在应用中会有受损情况，需要花费大量资金去维护，因为其结构复杂，对维护人员有着专业的要求，需要其进行专业培训。

5.消防机器人的应用范围

5.1 在高层建筑中的应用

在我国城市建设中，高层建筑成为城市的主要建筑形式。高层建筑虽然节省土地面积、在相同面积下提高居住人口、视野宽阔，但是如果高层建筑发生火灾，因为楼梯结构会造成短时间内火灾迅速蔓延，相关人员的疏散工作以及灭火救援活动难以开展。主要是因为，建筑高度达到一定高度之后，消防车举高达不到其高度，消防员登高以及登高途径因为建筑的高度也会受到限制[4]。此外，高层建筑起火之后烟气没有办法第一时间排除，而供水量也没有办法第一时间满足灭火所需。所以，消防机器人的应用可以很好地解决消防员受限的这些难题。需要注意的是，消防机器人在研发时，研发人员应该考虑到高层建筑的结构特征，要保证消防机器人本身有相关的灭火装置，而且要保证消防机器人能够有上下楼的能力，可以及时赶到火灾现场，并且对里面的相关信息及时收集，方便专家进行分析，更好地对困在现场的人员进行救助，从而避免出现安全事故。

5.2 地下建筑以及地铁隧道中的应用

地下建筑空间相对比较封闭，如果发生火灾，温度将会急速升高，与此同时烟雾浓度也会在短时间内聚集，消防人员在展开地下建筑火灾救援的时候难度系数非常大，消防员进入到地下建筑火灾现场，其人身安全将无法被保障。消防机器人的应用，可以很好地解决地下建筑火灾救援这一难题，可以减少地下建筑的伤亡情况。此外，对于地铁隧道来讲，需要有应对突发火灾的措施，地铁内部设计需要有能够应对突发险情的能力。但是，在实际的地铁火灾救援中，其救援困难系数并没有因为预防措施降低，所以在地铁发生火灾的时候，让会攀爬的消防机器人参与到救援中是非常好的救援方式，在日常生活中地铁有关单位也可以把这类机器人作为常备的消防设备，从而保证当发生地铁火灾险情的时候，能够及时救援[5]。