消防機器人在滅火救援中的運用研究

■ 呂超 新疆消防救援總隊烏魯木齊市消防救援支隊

當(dāng)前，科技事業(yè)正在飛速發(fā)展，各行各業(yè)都在尋求能夠使工作有效進行的智能化技術(shù)[1-2]。在滅火救援過程中，消防機器人充分顯示了智能化的重要性和優(yōu)越性。將智能化程度較高的消防機器人應(yīng)用于滅火救援，可以有效提升消防救援效果，縮短滅火時間，有效遏制火災(zāi)的擴散，保護被困人員和消防員的生命安全[3-4]。因此，消防機器人的研制和開發(fā)越來越受到人們的關(guān)注。為了使消防機器人得到正確、合理地利用，提高滅火救援質(zhì)量，保證消防員的人身安全，文章對消防機器人進行了充分認識和研究，提出了消防機器人在實際滅火救援中的運用策略。首先梳理了我國消防機器人研發(fā)和應(yīng)用的發(fā)展情況；總結(jié)了在滅火救援中使用消防機器人的意義；分析了消防機器人在滅火救援運用中存在的困難主要有：惡劣條件下運用存在局限、維修保養(yǎng)技術(shù)薄弱、人機協(xié)同配合水平較低；針對上述困難，從提高消防機器人作業(yè)能力、引進先進技術(shù)降低成本、加深人機協(xié)同配合水平三個方面，研究消防機器人如何在滅火救援中有效運用，意在提高消防機器人的運用水平。

一、我國消防機器人的發(fā)展

消防機器人能夠在消防滅火救援的過程中，利用信息技術(shù)的操作系統(tǒng)，輔助消防員提高滅火救援質(zhì)量。消防機器人與消防員協(xié)同工作，為我國消防滅火救援任務(wù)的順利開展提供了全新發(fā)展途徑。我國從1997年起，開始著手研制消防機器人，為了提高研制的成果和水平，專門成立了消防裝備研究部門。同時，各大高校增設(shè)了消防機器人機械技術(shù)研究方向，培養(yǎng)消防機器人領(lǐng)域的技術(shù)型人才，不斷完善機器人操作系統(tǒng)，以提升我國消防救援機構(gòu)的工作質(zhì)量[5]。直至20世紀90年代消防機器人的研制課題正式被納入國家高科技計劃研究發(fā)展項目，我國開始全方位、系統(tǒng)化、多角度地對消防機器人進行專業(yè)化的研究。在21世紀，我國成功研制了ZXPJ01 型遙控關(guān)節(jié)式移動消防機器人[6]，其具有快速移動、噴射滅火、抵御防爆、釋放冷卻、現(xiàn)場觀察等的優(yōu)勢，可以在有毒、易燃、易爆氣體等極端惡劣環(huán)境中完成探測等多種功能，因此被廣泛應(yīng)用到消防滅火救援工作中。

二、在滅火救援中使用消防機器人的意義

在滅火救援工作中，消防機器人可以利用信息技術(shù)提高滅火救援效能，同時保證被困人員和消防員的生命安全。這是因為消防機器人可以廣泛應(yīng)用于高層建筑、密封建筑、地下建筑及石油化工等場所中，承受高溫、有毒氣體，幫助消防員完成基礎(chǔ)救援工作[7]。消防機器人和消防員可以選擇人機互助的工作模式，采用自動滅火系統(tǒng)將滅火救援工作的效能發(fā)揮至最大，有效保護火災(zāi)被困人員的生命財產(chǎn)安全。同時，消防機器人具有靈活、便捷的優(yōu)勢，可以提高滅火救援效率，減少救援時間，給滅火救援提供更多的安全保障。因此，消防機器人在滅火救援中具有非常重要的運用價值，可以幫助消防救援機構(gòu)完成高質(zhì)量的滅火救援工作。

三、在滅火救援中運用消防機器人存在的困難

（一）惡劣條件下運用存在局限性

在實際的滅火救援工作中，消防員和消防機器人要面對高溫、有毒氣體、輻射和二次爆炸等危險惡劣環(huán)境。這些惡劣環(huán)境不但會阻礙滅火救援工作，還會對消防機器人的運用產(chǎn)生不利影響。救援系統(tǒng)不完善的消防機器人容易在惡劣環(huán)境下錯誤判斷地理位置，提供給消防員不合理的救援路徑和救援方案。消防員據(jù)此容易作出錯誤的救援決策，影響滅火救援效果，導(dǎo)致被困人員無法及時得救。

（二）機器人維修保養(yǎng)技術(shù)薄弱

消防機器人代表了智能化應(yīng)用的最高水平，因此機器人的維護、維修、管理具有較高的技術(shù)要求[8]。但是，目前專業(yè)的消防機器人維修人員數(shù)量較少。消防救援機構(gòu)的維修人員多為消防設(shè)備維修人員，其在機器人維修技術(shù)方面較為薄弱，對消防機器人的維修保養(yǎng)不到位。在火災(zāi)救援過程中，消防機器人因缺乏維護容易出現(xiàn)短路等故障，嚴重威脅現(xiàn)場救援質(zhì)量。消防機器人若因故障無法及時啟動滅火系統(tǒng)，將無法控制火災(zāi)擴散，甚至還會干擾正常的救火行動。另外，消防機器人研發(fā)成本和維護費用較高，消防救援機構(gòu)難以承擔(dān)，會逐漸減少消防機器人的使用率和維修率。消防救援機構(gòu)中存在大量的閑置消防機器人，既浪費資源，又無法提高消防機器人的應(yīng)用效果。

（三）人機協(xié)同配合水平較低

消防機器人具有多種類型，包括耐高溫消防機器人、消防偵查機器人、油動力消防機器人及智能移動機器人等。不同類型的消防機器人可以應(yīng)用在不同的滅火救援場景中，需要根據(jù)具體滅火場景選擇合適的消防機器人[9]。當(dāng)前消防機器人運用時存在人機協(xié)同水平較低的情況。消防救援機構(gòu)沒有對消防員的機器人操作技術(shù)進行培訓(xùn)，導(dǎo)致消防員的機器人操作技術(shù)水平較低，缺乏使用機器人的經(jīng)驗和技術(shù)手段。在實際救援過程中，消防員或是不愿使用機器人輔助工作，或是使用后人機配合程度較低，都無法提高滅火救援工作效率。

四、消防機器人在滅火救援中的運用策略

（一）提高消防機器人作業(yè)能力

隨著我國建筑類型逐漸多元化，高層建筑[10]、地下建筑、石油工廠建筑等救援難度較大的建筑越來越多。消防機器人在不熟悉或惡劣的建筑環(huán)境中無法發(fā)揮效能。為了突破惡劣條件下機器人的運用局限，應(yīng)提高消防機器人針對不同建筑進行滅火救援的作業(yè)能力。消防救援機構(gòu)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H地理情況和建筑規(guī)劃情況，完善和升級消防機器人的救援工作系統(tǒng)，使其在滅火救援中提高任務(wù)完成能力。例如：在高層建筑滅火救援工作中，消防機器人可以通過避障系統(tǒng)提高路徑規(guī)劃能力，在發(fā)生道路擁堵時及時更新備選方案，幫助消防員選擇正確的救援路徑，提升滅火救援效率。在高層建筑建設(shè)階段也要提前布置消防機器人安全通道，方便機器人在電梯失靈的情況下順利到達火災(zāi)現(xiàn)場。地下建筑物通常比較密閉，一旦著火，現(xiàn)場氣溫會急劇上升，濃煙也會越來越多。消防機器人設(shè)計人員可以按照不同的濃煙程度設(shè)計濃煙疏散系統(tǒng)。在火災(zāi)發(fā)生后消防機器人可以疏散濃煙，同時為消防員照明，幫助消防員迅速在惡劣環(huán)境下完成滅火救援工作。石油工廠建筑環(huán)境較為復(fù)雜，存在較多易燃易爆品，消防救援難度較大。因此應(yīng)增加消防機器人的危險物識別功能，利用配備的消防工具及時對易燃品進行降溫撲火。

因此，在消防機器人的實際開發(fā)中，需要結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)特征，及時更新和完善消防機器人的作業(yè)能力。保證機器人具有完備的滅火設(shè)備和控制體系，能夠?qū)缁鹁仍ぷ鬟M行高效分析和信息反饋，有效保證被困群眾的生命財產(chǎn)安全。

（二）引進先進技術(shù)，降低成本

政府和財政部門需要加大對消防救援機構(gòu)的資金投入，增加救援高科技設(shè)備的研制經(jīng)費，有效促進消防機器人技術(shù)的快速發(fā)展。在研制消防機器人時，可以引進國外消防機器人的研究成果和先進技術(shù)，結(jié)合實際國情和應(yīng)用場景進行創(chuàng)新和優(yōu)化。引進國外成熟的技術(shù)，可以減少消防救援機構(gòu)的研制費用，降低消防機器人的生產(chǎn)成本。借鑒國外已有的機器人維護和維修方法，培訓(xùn)消防維修人員，增加消防救援機構(gòu)對消防機器人的使用量，組建現(xiàn)代化消防技術(shù)體系。具體可以從以下三個方面進行完善。第一，消防救援機構(gòu)應(yīng)認真分析和研究國內(nèi)的消防機器人生產(chǎn)工藝，結(jié)合實際應(yīng)用場景進一步完善消防機器人使用效果。例如：當(dāng)消防機器人記錄火災(zāi)情況時，可以將電力轉(zhuǎn)換為熱源，控制機器人溫度，提升消防機器人的使用壽命，降低維修成本。第二，為了保證消防機器人的滅火救援質(zhì)量，可以在消防機器人內(nèi)部加裝后備蓄電池。當(dāng)電源不充足的時候，消防機器人仍可以在規(guī)定時間內(nèi)完成既定的滅火救援任務(wù)，有效控制火勢的擴散。但在加裝后備蓄電池時需要注意電池的使用條件要符合火災(zāi)現(xiàn)場，能夠在高溫情況下正常為機器人供電。第三，消防機器人設(shè)計人員可以參考國外的生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)國內(nèi)的具體條件對其進行改善并運用于生產(chǎn)過程中，有效減少生產(chǎn)費用。

（三）提高人機協(xié)同配合水平

在滅火救援工作中可以通過人機交互的方式提升救援效果。由消防機器人向消防員傳遞滅火救援現(xiàn)場數(shù)據(jù)，消防員通過操作系統(tǒng)作出滅火救援決策。消防救援機構(gòu)應(yīng)在消防員日常培訓(xùn)中增加信息技術(shù)能力的培養(yǎng)，提高人機協(xié)同配合水平，使消防員可以充分利用消防機器人的優(yōu)勢，完成滅火救援工作。同時消防員應(yīng)具備基本的機器人維修技能，能夠在救援中及時解決機器人的突發(fā)性故障，使機器人能夠充分發(fā)揮輔助作用。為了提高消防員對信息技術(shù)學(xué)習(xí)的積極性，需要建立專項結(jié)業(yè)考核機制，在信息技術(shù)學(xué)習(xí)完成后，按照滅火救援工作的實際情況，考核消防員的機器人使用理論知識和場景實操技能。同時在消防機器人研制過程中，要充分考慮到地理位置等多重因素，提供便捷的操作方式，降低操作時間，以提高滅火救援工作效率。消防機器人研制成功后，需要先在消防救援機構(gòu)進行試點應(yīng)用。選擇年齡較低、接受新鮮事物較快的消防員優(yōu)先使用消防機器人，撰寫使用報告，提出技術(shù)改進方向。并將使用報告納入機器人技術(shù)專項結(jié)業(yè)考核機制中，以鼓勵消防員主動在救援任務(wù)中增加機器人的使用率。另外，消防救援機構(gòu)可以根據(jù)滅火現(xiàn)場視頻，分析消防員與消防機器人的人機配合水平。據(jù)此制定專項優(yōu)化方案，調(diào)整消防員的培訓(xùn)方案，完善消防機器人的操作系統(tǒng)和使用手段。

五、結(jié)語

為了適應(yīng)滅火救援的智能化發(fā)展趨勢，消防救援機構(gòu)更加重視配備和運用消防機器人。研究消防機器人在滅火救援中的運用策略具有十分重要的意義，可以有效利用消防機器人提高滅火救援效率，降低火災(zāi)造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此文章對消防機器人在滅火救援中的運用策略進行研究。針對消防機器人在滅火救援運用中存在困難，提出創(chuàng)新的運用策略，以期增強消防機器人在滅火救援中的運用效果，保障滅火救援工作有序完成。