消防機(jī)器人的種類與優(yōu)劣分析

孫廣超 高藝晉 李森

一、前言

隨著消防機(jī)器人被廣泛應(yīng)用，市場上的消防機(jī)器人類型越來越豐富。各種復(fù)雜情況下要求不同功能的消防機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。文章從消防機(jī)器人的功能出發(fā)，依次介紹了滅火機(jī)器人、救援機(jī)器人、排煙機(jī)器人、偵察機(jī)器人的特點(diǎn)，并且介紹了現(xiàn)代消防機(jī)器人的優(yōu)劣性。

二、消防機(jī)器人淺述

（一）消防滅火機(jī)器人

目前國內(nèi)的消防滅火機(jī)器人處于快速發(fā)展的階段，多個(gè)公司已研制出成品進(jìn)行售賣，以北京凌天世紀(jì)研制的RXR-M40D-1為例，介紹我國消防滅火機(jī)器人的主要特點(diǎn)。RXR-M40D-1型消防滅火機(jī)器人動(dòng)力強(qiáng)勁、通過能力強(qiáng)，防護(hù)能力強(qiáng)、作業(yè)范圍大、遙控距離遠(yuǎn)、定點(diǎn)能力強(qiáng)、偵察功能強(qiáng)大，RXR-M40D-1外觀圖如圖1所示。由此可見，國內(nèi)的消防機(jī)器人雖然發(fā)展比較晚，但發(fā)展速度比較快。

圖1?RXR-M40D-1外觀圖

消防滅火機(jī)器人一般是由消防機(jī)器人主體、消防水炮、手持遙控終端、攝像機(jī)以及傳感器、水幕噴淋裝置組成。

消防水炮是以水為介質(zhì)，遠(yuǎn)距離撲滅火災(zāi)的滅火設(shè)備。水幕噴淋裝置通過自動(dòng)噴水系統(tǒng)可以使表面溫度降低。手持遙控終端擁有操作系統(tǒng)、屏幕以及數(shù)據(jù)傳輸能力。攝像機(jī)是操作者認(rèn)識火場環(huán)境的主要手段，溫度傳感器能檢測滅火機(jī)器人周圍溫度，避障傳感器能檢測前方障礙，依靠兩種傳感器判斷是否能繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)。

（二）消防救援機(jī)器人

近年來，隨著石油化工企業(yè)的飛速發(fā)展，燃燒爆炸災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。為了減少火災(zāi)損失、及時(shí)救助火場人員、避免消防人員的傷亡，消防救援機(jī)器人投入研發(fā)與生產(chǎn)。在這種背景下，消防機(jī)器人的出現(xiàn)無疑給消防行業(yè)帶來了福音，融合了先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的救援機(jī)器人可以率先探明火情、預(yù)測火勢、熟悉環(huán)境、代替消防員進(jìn)行作業(yè)。

現(xiàn)代救援機(jī)器人主要應(yīng)用于超高建筑的救援現(xiàn)場、易燃易爆物品救援現(xiàn)場、自然災(zāi)害的救援現(xiàn)場。超高建筑的火災(zāi)一旦不可控，救援難度非常大。我國消防救援車的最大救援高度為100m，因此超高建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，人力救援比較困難，而消防救援機(jī)器人的出現(xiàn)，為探明火情、救援人員起到了不可估量的作用。易燃易爆物品救援現(xiàn)場火災(zāi)蔓延快、撲救難度大，各種化學(xué)品隨時(shí)有復(fù)燃和爆炸的可能，往往會造成巨大的傷亡，消防救援機(jī)器人可以轉(zhuǎn)運(yùn)危險(xiǎn)爆炸物品，手動(dòng)關(guān)閉流量閥門，終止燃料的供應(yīng)，防止火災(zāi)繼續(xù)蔓延。自然災(zāi)害救援現(xiàn)場的主要問題如何快速地的找出并救援被困人員，消防人員在保證自身安全的情況下救援速度較慢，而消防救援機(jī)器人不用考慮太多的安全問題，可以及時(shí)排查出救援人員的位置。

（三）消防排煙機(jī)器人

消防排煙機(jī)器人作為一種主流的消防機(jī)器人，在滅火救援中起著舉足輕重的作用。消防排煙機(jī)器人可代替搶險(xiǎn)救援人員，深入危險(xiǎn)災(zāi)害現(xiàn)場執(zhí)行水霧滅火、冷卻、送風(fēng)、排消煙等多種作業(yè)。有效解決消防人員面臨的安全威脅、信息不足等問題。圖2為消防排煙機(jī)器人SR40外觀圖。

圖2?SR40消防排煙機(jī)器人

消防排煙機(jī)器人主要應(yīng)用于鐵路、隧道、地下設(shè)施火災(zāi)，大型商場火災(zāi)，油廠火災(zāi)，倉庫火災(zāi)等煙氣難以排放的場所。消防排煙機(jī)器人一般由機(jī)器人本體、車載排煙風(fēng)機(jī)、遙控終端、管控平臺組成，排煙風(fēng)機(jī)是排煙機(jī)器人工作的主要裝置。以RXR-Y15000D-GT1履帶型消防排煙機(jī)器人為例介紹排煙機(jī)器人的特點(diǎn)，其具有越障能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、移動(dòng)速度快、牽引力大、防水能力強(qiáng)、檢修維護(hù)方便、采取耐高溫結(jié)構(gòu)、通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)中煙氣致死的比例高達(dá)80％，火災(zāi)煙氣是火災(zāi)中致人死亡的“主要?dú)⑹帧?。煙氣致人死亡的原因不僅是氣體的毒性，還有氣體溫度高的原因，雖然許多建筑內(nèi)有防排煙設(shè)備，但是火災(zāi)現(xiàn)場的情況不可預(yù)測，在消防員進(jìn)入火場之前由消防機(jī)器人先進(jìn)行排煙，會極大提高搜救效率，降低火災(zāi)煙氣對消防人員的傷害。

（四）消防偵察機(jī)器人

消防偵察機(jī)器人的主要作用就是代替消防員進(jìn)入易燃、易爆、坍塌等場所進(jìn)行率先偵察作業(yè)。采集圖像、聲音；分析可燃物的濃度、輻射強(qiáng)度；將采集信息傳輸給消防人員，對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行科學(xué)分析，有利于制定科學(xué)救援方案，對火場形勢做出科學(xué)合理的判斷，降低因火災(zāi)形勢不明造成的消防人員的傷害。

消防偵察機(jī)器人一般由移動(dòng)載體、傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)、決策系統(tǒng)組成。傳感器可以檢測壓力、溫度、熱輻射、障礙、氣體，將數(shù)據(jù)傳輸給后臺，并做出實(shí)時(shí)判斷提醒后臺人員做出決策。決策系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是后臺進(jìn)行控制的功能裝置。

偵察機(jī)器人的出現(xiàn)，給消防界帶來了巨大的福音，消防人員出現(xiàn)傷亡，往往是因?yàn)閷ぷ鳜F(xiàn)場的情況不明確。偵察機(jī)器人可以為消防人員“開路”，識別危險(xiǎn)信息，對工作場所進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，將信息及時(shí)傳遞給操作人員。除此之外，偵察機(jī)器人的出現(xiàn)為排爆工作帶來了巨大的幫助，偵察機(jī)器人不能代替人員進(jìn)行排爆作業(yè)，但偵察機(jī)器人可以幫助排爆人員進(jìn)行環(huán)境偵察，并進(jìn)行簡單的操作，一定程度降低了排爆人員的傷亡率。

三、消防機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（一）消防機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

消防機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)主要有無生命損傷性、可重復(fù)使用性、人工智能性三個(gè)方面。

無生命損傷性。一些災(zāi)害具有突發(fā)性強(qiáng)、處置過程復(fù)雜、危害性大等特點(diǎn)，消防機(jī)器人可以代替人們進(jìn)入易燃、易爆、有毒的環(huán)境進(jìn)行作業(yè)，有效解決了消防救援人員面臨的生命安全問題、數(shù)據(jù)采集不足問題。消防機(jī)器人是一種智能機(jī)械設(shè)備，可在人員無法進(jìn)行作業(yè)的情況下發(fā)揮出最大的作用。

可重復(fù)利用性。消防機(jī)器人作為一種裝備，最多可承受750℃的高溫，可以防電磁干擾、抗腐蝕、抗輻射，在無致命損失的情況下可以持續(xù)工作，進(jìn)行作業(yè)后，經(jīng)過保養(yǎng)可以再次投入作業(yè)。

人工智能性。消防機(jī)器人利用現(xiàn)代多種先進(jìn)技術(shù)，可以在火場中探測環(huán)境，向后臺傳輸數(shù)據(jù)，幫助人們進(jìn)行決策。具有一定的自主性，可以在某些情況下進(jìn)行自動(dòng)滅火、自動(dòng)避障，自主進(jìn)行科學(xué)判斷是否可以繼續(xù)進(jìn)行工作。

滅火機(jī)器人可以代替人員進(jìn)入環(huán)境進(jìn)行滅火；救援機(jī)器人可以進(jìn)入有毒等惡劣環(huán)境中進(jìn)行人員救治；排煙機(jī)器人可以及時(shí)排出煙氣，降低煙氣對消防人員以及被困人員的損害；偵察機(jī)器人可以率先進(jìn)入環(huán)境對多種因素進(jìn)行分析，有利于制定科學(xué)合理的救援方案，防止因?qū)Νh(huán)境了解不足而造成救援人員的傷亡。

（二）消防機(jī)器人的缺點(diǎn)

消防機(jī)器人研制困難，發(fā)展緩慢。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，消防機(jī)器人雖然已經(jīng)初步形成體系，但涉及的功能并不是很全面，且困難難以攻克。火場的環(huán)境是非常復(fù)雜的，火場具有溫度高、熱輻射性強(qiáng)的特點(diǎn)。高溫會對消防機(jī)器人造成很大的損害，且有時(shí)的損害是不可逆的。熱輻射性強(qiáng)的環(huán)境會讓消防機(jī)器人的信號中斷，無法人為控制而導(dǎo)致不能在復(fù)雜環(huán)境下工作。尤其是在一些危險(xiǎn)化學(xué)品的災(zāi)害中，許多消防機(jī)器人不能滿足進(jìn)入火場的條件?；馂?zāi)形勢瞬息萬變，在一些復(fù)雜災(zāi)害中，只能人為進(jìn)行救災(zāi)。種種困難導(dǎo)致消防機(jī)器人發(fā)展緩慢，難以在技術(shù)上尋求突破。

消防機(jī)器人造價(jià)、維護(hù)成本高。造價(jià)昂貴會導(dǎo)致賣價(jià)高昂，在一些城市中會配備消防機(jī)器人，但大多數(shù)地區(qū)沒有多余的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行配置，因此導(dǎo)致消防機(jī)器人普及程度低。消防機(jī)器人在火場環(huán)境下極易受損，進(jìn)行大型作業(yè)后往往需要保養(yǎng)維修；此外，消防機(jī)器人大部分零件為電子零件，在一些潮濕和濃煙的環(huán)境下容易受到影響，這就導(dǎo)致維護(hù)成本高。

受制于人工智能的發(fā)展，消防機(jī)器人的自主性也比較低，考慮到火場環(huán)境的復(fù)雜，消防機(jī)器人完全實(shí)現(xiàn)自主性任重道遠(yuǎn)。

消防機(jī)器人需要專業(yè)人員進(jìn)行操作。操作人員要熟悉人工智能技術(shù)、控制理論、電子技術(shù)等，還要具有較高的安全知識儲備，但復(fù)合型人才難以培養(yǎng)。

四、結(jié)語

消防機(jī)器人已經(jīng)在現(xiàn)代救援行動(dòng)中發(fā)揮出越來越重要的作用，針對環(huán)境的不同可以選擇不同類型的消防機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。消防機(jī)器人的使用率越來越高，但現(xiàn)代消防機(jī)器人的技術(shù)尚不完備，面臨復(fù)雜的火災(zāi)環(huán)境還缺少獨(dú)當(dāng)一面的能力?，F(xiàn)代消防機(jī)器人已經(jīng)嶄露頭角，但發(fā)展仍任重道遠(yuǎn)。

（作者單位：鄭州輕工業(yè)大學(xué)建筑環(huán)境工程學(xué)院。基金項(xiàng)目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃[項(xiàng)目編號：202210462007]。）