多模消防機器人在應急領域的設計和應用

黃淵 劉弘毅

摘要：消防救援隊伍所面臨的火災撲救、搶險救援及社會救助環境愈發復雜多樣化，給消防救援工作帶來巨大挑戰，利用傳統監測救援方式根本無法達到預期救援效果，很容易給人民生命財產及救援人員自身安全帶來嚴重威脅。為解決高溫、有毒、濃煙等安全問題，本文以闡述消防機器人概述為基礎，分析當代消防救援工作面臨的新挑戰，針對相關問題，提出合理利用智能裝備來應對各種消防救援事故，如多模消防機器人，降低消防救援人員傷亡率，提高日常救援效率，保證群眾的生命安全。

關鍵詞：多模消防機器人；應急領域；設計；應用

前言

隨著當前國家社會經濟不斷發展提升，我國地下建筑、高層建筑、大型石化企業數量呈現逐年遞增的態勢，由于這些建筑具有較強的特殊性，無形中提高各種安全隱患的出現概率，如坍塌、化學危險品、放射性物質泄露、火災、爆炸等事故，給群眾生命安全帶來嚴重威脅。同時，這種復雜安全事故現場給消防救援人員應急救援工作帶來嚴重影響，如果其沒有充分的火情及事故現場分析判斷和相應設備做依靠，就冒然沖進事故現場進行救援，不僅無法完成救援任務，還可能增加救援人員傷亡率。特別在新消防法實施以來，搶險救援工作成為消防救援機構的主要任務。為了更好解決上述問題，消防機器人配備顯得尤為重要。為進一步深化消防救援隊伍信息化建設成果，消防救援部門要充分利用以消防救援指揮系統為中心的調度指揮平臺和智能化無人裝備，將其應用到日常應急救援中，來提高救援效率，避免安全事故給人們生命安全帶來嚴重影響。基于此，本文通過闡述消防機器人概述為基礎，分析當代消防救援工作面臨的新挑戰，針對問題合理利用智能裝備，來應付各種安全事故，如多模消防機器人，降低消防救援人員傷亡率，提高日常救援效率，保證人們的生命安全。

一、消防機器人概述

消防機器人屬于特種機器人范疇，具備爬坡及障礙物跨越，耐高溫和抗輻射，防雨、防爆、防化學腐蝕、防電磁，遙控或半自主行駛功能。可以代替消防員在惡劣環境中進行火場偵察、化學危險品探測、滅火、冷卻、洗消、破拆、救人、啟閉閥門、搬移物品、堵漏等作業，保障消防員的安全，提升搶險救災能力。

消防機器人融合了機械工業、計算機技術、電子技術、控制理論和人工智能等技術，它的應用可以有效解決人工消防存在的問題。國外消防機器人目前百花齊放，逐步向智能化人形機器人發展。國內消防機器人主要以程序控制履帶式消防車為主，智能化升級空間巨大。

二、消防應急救援的作用

黨的二十大報告提出，要深入實施新型城鎮化戰略。新型城鎮化是以人為核心、面向中國式現代化進程需求的城鎮化。站在新型城鎮化發展角度來看，創新型智慧消防建設是城市公共安全在智慧城市建設體系中的主要核心點。因此，在構建應急救援體系過程中，要提前確定智慧消防建設的基本要求，針對要求制定對應的實施政策，從而提高應急消防救援效率。各單位要提高對消防安全的重視程度，結合本企業實際情況制定健全的安全管理制度，配備多種多樣的智能化消防救援設備和信息采集系統。應急消防救援隊伍在火災發生時，能夠實時獲取火災現場全方位信息，通過調度指揮平臺的集中決策指揮，開展消防救援工作。既可以保護消防救援人員的生命安全，又能提升消防救援的工作效率和成果。

三、新階段給消防救援工作帶來的新挑戰

（一）新材料的廣泛應用，讓非傳統消防安全面臨新問題

隨著社會經濟不斷發展，新能源、新材料被廣泛應用到生產生活當中，譬如高比能量鋰電池的大量應用就給火災救援工作帶來嚴峻挑戰。2021年底我國新能源電動汽車保有量達到784萬輛，電動三輪車、電動自行車等電動自行車輛年銷售量達到4300萬輛，大部分將鋰電池作為動力來源，無形中提高了鋰電池火災的發生概率。但針對鋰電池火災的消防應急技術還未完善，在救援中很容易受到環境、工藝、材料等因素影響，導致消防員無法在短時間內控制鋰電池引發的火災，甚至出現二次爆炸等衍生災害。從化學性能方面來看，鋰電池是以鋰離子電池為主體，其存儲各種能量具有較強的爆炸風險和火災風險，無論是電動新能源領域電池還是儲能行業的大型電池組，都具有較強的危險性。如何降低這種風險，將危險控制在合理范圍內是目前急需考慮的問題。

（二）有限空間內災害頻發，給傳統應急救援工作帶來新的挑戰

2021年，我國的城鎮化率已達到64.72%，超大、特大城市數量已達到21個。城市規模的快速發展必然帶來人民群眾在地鐵、隧道、高架橋等快速交通場所內活動時間、規模的增加，隨之而來的就是有限空間內的應急救援工作面臨全新的挑戰。城市軌道交通路網復雜，帶電設備多，一旦發生意外事故，救援人員及裝備無法快速適應復雜地形，不能及時到達事發現場，給應急救援工作造成嚴重影響。同時，六月份我國大多城市都會進入到汛期，城市人口活動數量增加，氣候條件愈發復雜多變，無形中提高洪澇水害的救援難度，河南鄭州“7.20”特大暴雨災害事件就是典型案例。

四、多模消防機器人在應急領域的設計和應用

消防機器人能代替應急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，進行火情探測、圖像反饋、智能處理、應急處置等工作，能夠及時高效地完成救援處置任務，降低人員傷亡風險。雖然起步較晚，但是我國消防機器人產業發展較快，主要企業有中信重工開誠智能、上海格拉曼、北京晶品特裝等企業單位。消防機器人的發展趨勢是系列化、多功能化、智能化和任務協同化。

多模消防機器人是相較于傳統消防機器人而言，在較強環境適應能力基礎上，具有多維感知、智能決策和高效執行等多種關鍵技術復合一體的機器人，這類機器人技術的核心是智能控制算法。

在探測感知方面，采用多相機、多光譜的方法和SLAM技術進行視覺感知與測量，輔以北斗定位或用慣性測量單元IMU等位置傳感器對機器人進行同步定位與地圖構建，有效應對危險復雜場景。

在智能決策方面，以指揮員對消防機器人的主動控制指令為基礎，輔以機器人平臺上搭載的計算機，通過人工智能、神經網絡和自動控制技術相結合，對應急救援現場做出半自主的提示、告警，以及危險情況來源的判別，完成數據收集、處理、反饋、處置工作。

在高效執行方面，面對復雜多樣的處置任務，消防機器人能夠攜帶多種工具并能實現自動快速更換，整機重量應在150公斤以上，抓重比要達到3倍以上，具有拖拽功能，必要時能協助完成傷員救助。

（一）地下建筑和密閉空間的滅火救援

地下建筑和密閉空間的使用帶來各種火災安全隱患，且這種類型的建筑物火災救援難度較大，傳統應急救援方式根本無法滿足救援要求，很容易出現嚴重的人員傷亡。主要原因是地下空間屬于密閉空間，當遇到火災問題時溫度會逐漸上升，很難散熱，且會短時間內積聚大量熱煙氣，消防員一旦進入到火災現場后，很容易給自身生命安全帶來嚴重影響，更不要說進行應急救援工作。而多模消防機器人能解決密閉空間中救援工作遇到的技術問題，通過探測感知模塊對密閉空間的大小、障礙物方位進行快速探測和定位，及時發現待救援人員、需處置設備，有效克服現場各種不利條件的限制，不僅能代替很多消防救援人員進行應急救援工作，還能降低火災帶來的影響范圍。

（二）地鐵、隧道等突發事件的搶險救援

地鐵、隧道空間狹小，車輛和人員只能通過前后方向進出通道，很容易出現火災、水災交通堵塞和停電等類事故，普遍具有一維單向性特點。發生突發事件時，隧道、地鐵等區域需要依據事故發生類型予以應對，需要對災害發生的特點、位置和危險程度有科學的判斷和處置方案。多模消防機器人可布置在高速消防救援處置營地甚至地鐵、隧道內的重點區段處，24小時處于待機“偵察值守”狀態。當發生火災警情時，多模消防機器人可快速啟動，通過指揮控制平臺的遙控實現“零距離”、“秒到場”，可大大提升高速公路、地鐵隧道應急救援效率。

（三）石油化工、危險品泄漏等高危場所的火災撲救

石油化工行業作為我國經濟體系的重要環節，行業發展能有效滿足社會生產生活行業的化工產品需求，但由于石油化工行業在日常生產中具有較強的特殊性，無論是工藝環境還是原料生產都具有較強的火災風險，所以在這類高危場所的滅火救援中，多模消防機器人可以代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧或濃煙等危險災害事故現場進行探測、搜救，有效地解決消防救援人員在上述場所面臨的人身安全威脅、數據信息采集不足等問題。消防救援人員可使用多模消防機器人進行高危場所控制，由多模消防機器人在毒氣泄漏區域內半自主進行火災救援和堵漏救援工作。多模消防機器人可自帶水炮噴射大量霧狀水流，快速驅散泄漏毒氣，有效降低傷亡程度，妥善解決事故現場各種風險。

結語

綜上所述，在信息化時代背景下，多模消防機器人可成為應急救援工作中的重要工具，其不僅能提高救援工作效率，還能降低消防救援人員傷亡率，對整個應急救援工作有重要作用。但從目前消防機器人應急救援裝備的種類和數量來看，普遍還具有成本偏高、功能單一、缺少智能協同等問題，消防機器人在應急救援中的應用范圍被嚴重限制。針對該種情況，相關部門要提高對消防機器人的重視程度，進一步加強消防機器人的投入力度，創新消防機器人技術，提高其應用效果。

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