消防救援机器人的发展及应用

消防救援机器人的发展及应用

戈荣淼  郝志旭  赵光平

沈阳城市建设学院，辽宁 沈阳 110167

摘要:无论何时，消防队员都在备战着对抗火灾，始终站在危险的前线。消防救援机器人属于特殊用途机器人，在抢险救援中发挥着重要作用。目前研发出的机器人能够进入高危险场所进行侦查和排爆，在救援中承担着重要任务。本文就消防救援机器人的发展现状及应用进行探讨，对以后研发更加智能的消防救援机器人具有一定参考意义。

关键词:消防救援；机器人现状；机器人应用

水火无情，人有情，在发生消防事故时，消防救援人员不顾个人安危，冲在消防一线，每年因消防救援伤亡的人员都很多，他们英勇无畏值得赞叹。为了减少消防救援人员的伤亡，利用高科技手段研发出高效智能的消防救援机器人势在必行。

1.消防救援机器人的分类

根据消防救援机器人的性能特点，我们可以将现存的消防救援机器人归于6大类型：侦查型、灭火型、排烟型、防爆（排爆）型、救援型以及无人机。具体来说，侦查型机器人的主要职责包括探测、侦查、搜索、照明、报警以及信息传递等。而灭火型机器人则主要在消防人员难以抵达的地点工作，执行冷却降温、稀释以及窒息等灭火任务。排烟类机器人主要完成通风排烟工作，帮助消防救援人员减轻毒性气体造成的伤害。爆炸防护型机器人的主要工作环境是燃爆危险化学品场所，其核心职责是关闭易燃易爆危险气体和液体设备的阀门，尽可能地减少或防止消防救援人员受伤。而救援型机器人的主要工作则是执行生命拯救任务。无人机能够提供视频信息，帮助救援指挥员快速、准确地进行指挥。

2.消防救援机器人的应用

抢险救援时，现场侦查至关重要，陌生场所情况复杂混乱，快速准确的查明现场危险对救援来说意义重大。救援指挥者必须深度掌握灾难现场的关键信息，这样才能够制定出更加适当的救援策略，采取救援行动，为救援团队装备适配的救援器材，并确定最佳的救援路线。在火灾发生的时候，按照"优先救人、其次救物"的原则，快速确认被困人员的位置以及火势的蔓延方向、危险点的位置及其危险程度等关键信息变得更为关键。指挥人员在现场不仅需要询问目击者以获取信息，还能在消防救援机器人如侦察机器人和无人机的帮助下，迅速并准确地掌握现场状况，根据实时数据来做出决策，这样可以对消防救援队伍提供极大的协助。但在实际应用中，侦查类机器人在消防救援中投入使用的很少。

2.1 超百米建筑的救援现场

垂直建筑超过100米高时，火灾爆发可能会使救援和灭火工作面临重大挑战。到2020年为止，国内已有多处突破500米高度的摩天大楼，而大多数城市也拥有自己的超高地标性建筑。目前，国内产出的最高效的消防车仅可达到50～60米的工作高度，即便引进世界最前沿的设备，最高工作高度也仅限于100米。现有的高楼火灾救援和灭火案例表明，尽管高楼建筑配备了最先进的消防救援设备，但是在火灾发生时，人力救援的参与依然是必要的，证明其效力之强大。然而，人力救援伴随着深陷的危险。一旦高楼或超高楼发生火灾，建筑内部的消防设备能否有效发挥救援功能，以及高楼内所有人的疏散情况，都需要通过侦查性机器人实时收集信息。在2018年的一次高层居民楼火灾救援过程中，两名消防员被火势引发的热气浪推出13楼窗户殉职。因此，根据实际需求，应更多地投入到消防救援机器人的研发中，让各城市的消防救援中心都装备最新型的消防救援机器人。同时，应该更加强化智能机器人的研发力度，开发出能在高温和烟雾环境中执行任务的机器人，以满足当前的需求。

2.2 易燃易爆企业的抢险救援

大规模的易燃易爆生产、储存和运输场所的火灾发生概率较高，并且火势蔓延迅速，灭火任务困难重大，经常导致惨重的损失。就像2015年天津港国际物流中心区危险品仓库的特大火灾，此次事件造成的伤亡总计50人，其中包括17名为救火牺牲的消防人员。倘若我们能在火灾发生时，运用消防救援机器人先行深入事发现场进行勘察，再通过排爆机器人转移危险物质，关闭泄漏的易燃易爆液体阀门，并由灭火机器人对危险区域进行冷却降温等灭火措施，那么，伤亡的人数肯定能大幅度降低。

2.3 自然灾害的抢险救援现场

当依赖救援机器人的时候，它们的目标是解决被困者的救援问题。但受限于实际状况并非所有的消防站能拥有最高级的升降车。不仅限于小城市，许多大城市中，先进的升降车数量尚且稀少，难以确保在火灾救援中快速且精准地投入使用。在地震、洪水、台风等自然灾害发生时，消防救援队员要承受几十公斤重的装备，使得体力大量消耗。若想迅速解救出被困在倒塌建筑物底部的受害者，时间与救援策略就显得尤为重要。利用智能攀爬、行走类消防救援机器人，可以很好的完成救援工作。

3.消防救援机器人的研发现状及趋势

3.1 消防救援机器人的研发进展

消防救援机器人在抢险救灾中发挥着重要的作用，因此，国内、外科学工作者纷纷重视消防救援机器人的研发工作。目前，国外研发出了多种消防救援机器人。施密茨公司在德国成功开发并制造出一款带有喷水和排烟功能的雪炮灭火机器人，可以实现60米的喷水距离。同时，美军也开发出了一种先进的自动舰船灭火机器人，具有激光、红外和测距等传感器，并可根据需要完成喷水灭火和关闭气源等操作。此外，日本也开发出了RoboCue救援机器人，该机器人能在烟雾弥漫、火势猛烈或有爆炸可能的环境中找到被困的人员，并将其安全转移至安全区域。

3.2 消防救援机器人的研发趋势

在科技急速进步的趋势下，我们有能力依照国内外已研发的消防救援机器人为参考，创新开发出符合我国需求的消防救援机器人，来支援消防员完成诸如侦查、信息的传递、火灾的消防及危险排除、援救等凶险且紧急的任务。消防救援机器人对材料要求很高，要求材料耐火耐高温，并且要在切断电源的前提下能够持续工作。所以，对于材质、电子电路的防火和抗高温特性，机械设备在长久受热之后的柔韧性等，都需要进一步提升，这些也变成了科研人员急需处理的问题。

4.结语

对消防救援机器人的探索和学习极为重要，各大高校需要与科研人员通力合作，克服在研发过程中遇到的困难，设计出更先进、更智能的消防救援机器人，以保障消防救援队员的人身安全，使得人员伤亡率降至最低。随着科学技术的发展、新材料的探索以及生产技术的持续优化，我们必能建造出功能卓越的消防救援机器人，这些机器人在火灾、爆炸、地震、台风和洪涝等灾害中，必将扮演至关重要的角色。

参考文献：

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[4]陈引初,胡斌.消防救援机器人的研究[J].消防技术与产品信息,2005(02):23-25.

项目编号：202313208129

基金项目：本文系沈阳城市建设学院2023年大学生创新创业训练计划项目资助

项目名称：基于人工智能的消防救援机器人