消防機器人應用現狀及發展趨勢

陶杰

摘 要：基于社會經濟的高速發展，科學技術不斷進步，人工智能（AI）已經成為當前各個行業作為熱門的應用技術之一。而在消防領域，通過機器人開展滅火和搶險救援具有較好的優勢，可以代替消防員在危險的工作環境中有效處理各種險情，在保障公共安全方面發揮著重要作用。鑒于此，本文主要分析消防機器人的應用現狀，并分析其未來發展趨勢。旨在為消防機器人在實際中的應用以及改進方向提供借鑒和指導。

關鍵詞：消防機器人;應用現狀;發展趨勢

分類號：TP242

前言

在高科技產業迅速發展的時代下，機器人的出現極大地提高了人類的生產效率和能力。在消防領域內應用機器人，能夠協助或替代人類執行具有一定危險性的工作，在滅火救援、化學事故和易燃易爆等特殊緊急險情中，消防機器人能夠發揮良好的作用和功能，盡量減少人員傷亡和財產損失。近年來，隨著經濟社會發展和消防救援的需求，消防機器人得到了較為廣泛的應用，將消防救援工作推向了新發展局面。

一、消防機器人概述

1.消防機器人的技術特征及分類

消防機器人能夠憑借自身而產生動力，在預設定程序的控制或實時控制下，實現對工作的有效執行。其屬于特種機器人中的一種，可提高消防工作能力，及時排除和解決各類險情。就目前而言，消防機器人可按照控制方式進行分類，包括線控機器人、無線遙控消防機器人、自適應消防機器人等，也可按照智能化程度分為程序化控制機器人、智能控制機器人、具有感覺功能的計算機輔助機器人等。其中對感覺功能進行分類，又包含了視覺消防機器人、嗅覺消防機器人、溫感、煙感消防機器人以及觸覺消防機器人等。另外按照救援功能劃分，則有偵察機器人、滅火排煙機器人、防爆機器人、救援機器人、破拆機器人等[1]。

2.消防機器人的需求分析

由于消防機器人的出現，是在先進制造技術與智能控制算法相結合的條件下而產生的，且具有耐受高溫、有毒等各種惡劣環境的優勢，因此在工作中具有超過消防員個人作戰能力的優勢，當發生險情時，消防員可與災害現場保持一定的安全距離，通過投放消防機器人可探尋災害發生原因，實施火源清除、破拆排煙和搜尋被困者等工作，在處理效率和能力上都具有相對較好的作用。并且最近幾年，國際和國內的消防機器人在產品性能、功能及穩定性方面都有了較大的提升，能夠針對不同的險情采用相應的功能，趨向智能化、高效化。在現階段我國社會經濟建設日益頻繁的大環境下，火災、爆炸等事故的危險系數大、撲滅難度大，通過利用消防機器人則能夠高效應對各種復雜環境、處理各類危險源，降低生命財產損失[2]。因此我國各地消防救援隊伍紛紛開始配備消防機器人，對其需求是十分巨大的，而且重要性日益凸顯。

二、消防機器人的應用現狀

1.目前應用的消防機器人類型

就目前階段，我國消防機器人主要用于滅火救援等消防工作中，比較常見的類型包括以下幾種：

（1）消防滅火機器人。國內外具有生產，為全驅動輪式或者履帶式，基于液壓系統驅動行走機構，可遠程遙控消防炮。主要構成包括底盤、環境與內部溫度監測系統、水噴霧冷卻系統、水擊泡沫供給系統和電液控制系統等。適用于火災撲滅等消防工作。

（2）消防偵察機器人。國內主要對這一類機器人的應用，主要是由我國自主研發，主要特點是體積小、速度快、重量輕，而且能夠搭載視頻傳輸系統、有毒氣體檢測系統以及紅外熱成像儀等設備，能夠進入到易燃易爆、有毒有害、濃煙缺氧環境中，對現場信息進行準確的采集，通過向后場終端傳輸實時圖像、語音、氣體測量數據等，可有效提高消防員的人身安全，為現場指揮人員提供解決方案和決策依據[3]。

（3）消防破拆機器人。對這一類機器人的應用多數為自瑞典引進，其外形與挖掘機等設備較為相近，組成結構包含液壓機械臂、旋轉系統、履帶驅動裝置、作業工具和控制臺等。具有體積小、重量輕、功能強、工作時間較長、運輸便捷等透視。在底坑邊緣、坑洼不平、斜坡表面等危險作業區域，可利用遠距離無線電進行控制，高效開展挖掘、破拆、障礙物清除等消防工作，極大的降低了消防員的危險性，確保消防救援工作有序進行。

（4）多功能消防機器人。當前我國對這一類機器人的應用，有兩種型號。一種是從德國引進的“陸虎60”消防機器人，其可實現陸地和軌道兩種行駛模式，借助安裝的大功率噴嘴實現滅火酒宴，最大流量能夠達到400L/min，將水很贊化為大量水霧，降低周圍環境，有利于改變煙道的氣流方向，從而驅散有毒有害氣體，在地鐵、隧道、化工廠等相對密閉的環境中具有良好運用。另外一種為國產“格拉曼MP60”消防機器人和意大利進口“戰斧”消防機器人，在前一種機器人基礎上，減小了噴嘴的直徑，增設液壓破拆臂以及視頻采集裝置或直流水炮等，能夠實現冷卻、滅火、排煙以及破拆清障、信息采集等多功能，適用于各種復雜環境的消防救援工作[4]。

2.消防機器人應用范圍現狀

首先，在高層建筑中發生意外火情時，由于建筑層數較多、并且存在部分功能設置對滅火救援產生阻礙，如不采取有效控制手段，就會導致大火蔓延。此時應用消防機器人，則能夠打破消防員進入現場的限制性，并提高安全性，快速進入火災現場針對火源進行撲滅，控制火災發展形勢。

其次，在隧道和地鐵等空間內突發火情，可利用消防機器人，進入封閉和狹小區域，對起火點進行有效控制和撲滅。同時地鐵或隧道內的電氣和動力設備要求具有較高的絕緣性能，并確保照明設備、屏蔽封閉門等得到較好的完善。通過應用消防機器人，可實現定期檢查、維護和更新設備設施，避免發生火災、爆炸等安全事故。

最后，消防機器人可應用于地下建筑或者其他密閉空間內的作業。當地下建筑發生火情時，很容易出現大量的煙氣聚集，在持續高溫的情況下，如果消防員親身進入現場進行滅火則會很容易出現意外事件。而利用消防機器人能夠避免這一問題，憑借其自身優勢進入到火場進行滅火救援，可有效控制火情，規避人員傷亡[5]。

3.消防機器人應用的優勢與缺陷

我國現階段對于消防機器人的應用，存在一定的優勢和不足，需要消防救援隊伍加強認識，整理運用其優勢、正確認識其不足，發揮其作為滅火和搶險救援有效工具的作用。

其中應用優勢體現在兩個方面。一是消防機器人的研發是多種現代化科學技術的融合，比如利用電子技術、人工智能技術等，能夠在滅火救援中開展有效的數據處理工作，對救援方案的制定和完善具有積極價值。二是由于機器人的高度智能化和抗損傷性等，具有重復利用效率高等特點，相比于其他設備，在火災頻發、救援環境復雜的形勢下，優勢更加明顯。由此在我國多數消防救援隊伍中，均配備有應對各種險情的消防機器人，以便于處理災情更為快速、有效。

消防機器人在我國應用存在的不足，一是研發研制耗費時間較長，對資金需求較大，而且研發制造的過程相對復雜，對機器人的更新速度較慢，且在使用場景上具有局限性，在社會日益發展的進程中，難以充分滿足滅火救援的實際需求。二是在對消防機器人開展操作、維修和保養工作時，對使用者和維護者的專業知識以及技能水平要求較高，并且使用和維護的成本相對較高，除重大火災事故外，對消防機器人的應用頻率仍較小，消防員的救援安全問題仍然十分嚴峻。

三、消防機器人在滅火救援中的應用建議

消防機器人實際上是特種機器人類別中的一種，在應用過程中，必須要保障其符合具體的救援需求。為充分挖掘消防機器人的實戰能力，提高工作效率，則需要從以下幾個方面入手。

1.實施聯合作戰操作方法

近年來我國各地區的消防救援隊伍大力加強裝備建設，所配備的消防機器人數量開始大幅增長，但在配備種類上側重滅火類機器人，實戰中往往是單一的開展滅火救援，出現作用點孤立、救援工作有效性難以發揮的情況。因此在實戰中，為有效提高救援任務的完成效率、降低損失程度，消防救援隊伍應當探究消防機器人的聯合作戰操作方法，針對當前“全災種、大應急”的任務需求，配備多種應用場景消防機器人，制定具有針對性和聯動性的機器人救援方案，深入挖掘機器人的高效配合機制，快速對災情進行控制和處理，進一步提高消防救援能力。

2.制定合理的消防機器人調動方案

根據我國當前對消防機器人應用的現狀來看，雖然其對于滅火救援等險情處理具有較好的作用，但其存在成本高、維護難等問題。為保障其重復利用效率得到提升，應當結合火災現狀，制定合理的消防機器人調動方案。當發生重大火災事故，比如商廈起火、高層火災以及大跨度廠房失火等，需要在最短時間內調動消防機器人，成立滅火攻堅組，提高滅火作戰能力，盡可能將損失控制到最低。而對于一般危險性較小、初期小型火災、現場滅火條件較好的情況，則應當以消防員盡快滅火為原則，以保障損失程度最小。

3.提高消防機器人的機動性能

當火災發生時，在最短時間內解決火源及控制蔓延趨勢是十分重要的，因此需要提高消防機器人的機動性能，即是快速將機器人運輸到火災現場。其是當前我國消防救援隊伍在實戰應用中存在的重要問題，所以在未來應用過程中，需要加快消防機器人的途中運輸，既要加快運輸速度，又要保障機器人的性能，可在現有消防設施基礎上，增加常用消防機器人存放區，接到火災警情后，按照火災通報信息，明確所需消防機器人的種類及型號，隨車出發到達火場以便于及時開展滅火救援。另外一方面，還要與生產廠家聯合攻關，對消防機器人的行走機構進行不斷優化和完善，保障其具有較好的攀爬越障能力，快速達到起火點，實施滅火作業。

四、消防機器人的發展趨勢

目前我國消防部門所配備的消防機器人，多是第二代產品，為更好的應對未來突發火情和日益復雜的火場情況，應當注重提升其智能化水平。因此按照滅火救援的新形勢和新要求，消防機器人的發展將側重以下幾個要點。

1.注重機器人行走技術研發

機器人生物行走技術是新時代最為重要的突破技術之一，通過仿生學等理論和實踐，促使機器人在行走過程中，具有更好的平衡性以及靈巧性。為充分適應未來災情解決的需要，則會更加注重對機器人行走技術的研發，確保其可在崎嶇不平的地面奔跑和行走，提高機器人在實際救援工作中的應用，發揮良好作用，美國波士頓動力學工程公司研發的大狗機器人已經具備了此類能力。基于此，在消防機器人未來研發過程中，也應當注重對其行走平衡性的研究以及實踐，如可以開發運輸機器人，用于地震救援最后一公里的器材裝備運輸等，促使其在各類環境中，快速穩定執行任務。

2.提高消防機器人的透視技術

基于人工智能技術的發展，機器人已經初步實現“透視”功能，其是通過在兩個機器人之間釋放無線信號，并對信號的衰減情況進行有效測量，能夠得到比較清晰的視覺效果圖，用于展示探測區域內的具體情況，誤差可控制在5cm以內。該項技術一經問世，得到了業內廣泛的關注，將其合理運用在消防機器人，則能夠在地震災難、重大火災、毒氣泄漏等救援工作中發揮巨大作用，可有效了解危險環境的實際狀況、為搜尋和營救工作提供科學依據，提高救援效率，降低人員傷亡和財產損失。

3.加強現代化人機交互技術

消防機器人是人工智能技術實現的重要表現，而為保障其在各類消防救援工作中得到有效利用，則應當注重強化人機交互技術的應用。所以在未來消防機器人的研發和優化過程中，將會更加側重機器人與控制終端的對接，加強控制臺的遙控性能，基于遠程傳輸系統實現無線遙感控制，促使操作者可根據現場具體情況進行操作，實現由人類思維控制機器人來完成險情處理工作，在滅火救援、地震救援、水下及地下救援等方面，有利于開展高效的偵察和搜救任務，提高救援效率。

五、結束語

綜上所述，在科學技術含量不斷提升的新時代下，機器人在消防領域中的應用作用越來越突出，有利于解決現場環境復雜、危險系數大等難題，加快各類險情的處理效率。因此結合我國當前對消防機器人應用的現狀，則應當進一步研究其聯合作戰操作方法、制定科學的調動方案以及提高消防機器人的機動性能。在未來發展進程中，應加大對機器人行走技術、透視技術以及新一代人機交互技術的探究實踐，從而加深消防機器人的應用效果，提高消防救援工作實效，最大限度的保障人民群眾的生命財產安全。

參考文獻：

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[3]李峰，李偉，劉恒.城市地下綜合管廊智能消防機器人設計[J].青島職業技術學院學報，2020，33（6）：77-81.

[4]藍愷.體感遠程控制人形消防機器人應用初探[J].消防界（電子版），2018，4（2）：75-78.

[5]彭小清.消防機器人在我國滅火救援中的應用現狀和前景分析[J].今日消防，2019，4（12）：18-19.

（無錫市消防救援支隊，江蘇 無錫 214100）