多模消防机器人在应急领域的设计和应用

黄渊 刘弘毅

摘要：消防救援队伍所面临的火灾扑救、抢险救援及社会救助环境愈发复杂多样化，给消防救援工作带来巨大挑战，利用传统监测救援方式根本无法达到预期救援效果，很容易给人民生命财产及救援人员自身安全带来严重威胁。为解决高温、有毒、浓烟等安全问题，本文以阐述消防机器人概述为基础，分析当代消防救援工作面临的新挑战，针对相关问题，提出合理利用智能装备来应对各种消防救援事故，如多模消防机器人，降低消防救援人员伤亡率，提高日常救援效率，保证群众的生命安全。

关键词：多模消防机器人；应急领域；设计；应用

前言

随着当前国家社会经济不断发展提升，我国地下建筑、高层建筑、大型石化企业数量呈现逐年递增的态势，由于这些建筑具有较强的特殊性，无形中提高各种安全隐患的出现概率，如坍塌、化学危险品、放射性物质泄露、火灾、爆炸等事故，给群众生命安全带来严重威胁。同时，这种复杂安全事故现场给消防救援人员应急救援工作带来严重影响，如果其没有充分的火情及事故现场分析判断和相应设备做依靠，就冒然冲进事故现场进行救援，不仅无法完成救援任务，还可能增加救援人员伤亡率。特别在新消防法实施以来，抢险救援工作成为消防救援机构的主要任务。为了更好解决上述问题，消防机器人配备显得尤为重要。为进一步深化消防救援队伍信息化建设成果，消防救援部门要充分利用以消防救援指挥系统为中心的调度指挥平台和智能化无人装备，将其应用到日常应急救援中，来提高救援效率，避免安全事故给人们生命安全带来严重影响。基于此，本文通过阐述消防机器人概述为基础，分析当代消防救援工作面临的新挑战，针对问题合理利用智能装备，来应付各种安全事故，如多模消防机器人，降低消防救援人员伤亡率，提高日常救援效率，保证人们的生命安全。

一、消防机器人概述

消防机器人属于特种机器人范畴，具备爬坡及障碍物跨越，耐高温和抗辐射，防雨、防爆、防化学腐蚀、防电磁，遥控或半自主行驶功能。可以代替消防员在恶劣环境中进行火场侦察、化学危险品探测、灭火、冷却、洗消、破拆、救人、启闭阀门、搬移物品、堵漏等作业，保障消防员的安全，提升抢险救灾能力。

消防机器人融合了机械工业、计算机技术、电子技术、控制理论和人工智能等技术，它的应用可以有效解决人工消防存在的问题。国外消防机器人目前百花齐放，逐步向智能化人形机器人发展。国内消防机器人主要以程序控制履带式消防车为主，智能化升级空间巨大。

二、消防应急救援的作用

党的二十大报告提出，要深入实施新型城镇化战略。新型城镇化是以人为核心、面向中国式现代化进程需求的城镇化。站在新型城镇化发展角度来看，创新型智慧消防建设是城市公共安全在智慧城市建设体系中的主要核心点。因此，在构建应急救援体系过程中，要提前确定智慧消防建设的基本要求，针对要求制定对应的实施政策，从而提高应急消防救援效率。各单位要提高对消防安全的重视程度，结合本企业实际情况制定健全的安全管理制度，配备多种多样的智能化消防救援设备和信息采集系统。应急消防救援队伍在火灾发生时，能够实时获取火灾现场全方位信息，通过调度指挥平台的集中决策指挥，开展消防救援工作。既可以保护消防救援人员的生命安全，又能提升消防救援的工作效率和成果。

三、新阶段给消防救援工作带来的新挑战

（一）新材料的广泛应用，让非传统消防安全面临新问题

随着社会经济不断发展，新能源、新材料被广泛应用到生产生活当中，譬如高比能量锂电池的大量应用就给火灾救援工作带来严峻挑战。2021年底我国新能源电动汽车保有量达到784万辆，电动三轮车、电动自行车等电动自行车辆年销售量达到4300万辆，大部分将锂电池作为动力来源，无形中提高了锂电池火灾的发生概率。但针对锂电池火灾的消防应急技術还未完善，在救援中很容易受到环境、工艺、材料等因素影响，导致消防员无法在短时间内控制锂电池引发的火灾，甚至出现二次爆炸等衍生灾害。从化学性能方面来看，锂电池是以锂离子电池为主体，其存储各种能量具有较强的爆炸风险和火灾风险，无论是电动新能源领域电池还是储能行业的大型电池组，都具有较强的危险性。如何降低这种风险，将危险控制在合理范围内是目前急需考虑的问题。

（二）有限空间内灾害频发，给传统应急救援工作带来新的挑战

2021年，我国的城镇化率已达到64.72%，超大、特大城市数量已达到21个。城市规模的快速发展必然带来人民群众在地铁、隧道、高架桥等快速交通场所内活动时间、规模的增加，随之而来的就是有限空间内的应急救援工作面临全新的挑战。城市轨道交通路网复杂，带电设备多，一旦发生意外事故，救援人员及装备无法快速适应复杂地形，不能及时到达事发现场，给应急救援工作造成严重影响。同时，六月份我国大多城市都会进入到汛期，城市人口活动数量增加，气候条件愈发复杂多变，无形中提高洪涝水害的救援难度，河南郑州“7.20”特大暴雨灾害事件就是典型案例。

四、多模消防机器人在应急领域的设计和应用

消防机器人能代替应急消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场，进行火情探测、图像反馈、智能处理、应急处置等工作，能够及时高效地完成救援处置任务，降低人员伤亡风险。虽然起步较晚，但是我国消防机器人产业发展较快，主要企业有中信重工开诚智能、上海格拉曼、北京晶品特装等企业单位。消防机器人的发展趋势是系列化、多功能化、智能化和任务协同化。

多模消防机器人是相较于传统消防机器人而言，在较强环境适应能力基础上，具有多维感知、智能决策和高效执行等多种关键技术复合一体的机器人，这类机器人技术的核心是智能控制算法。

在探测感知方面，采用多相机、多光谱的方法和SLAM技术进行视觉感知与测量，辅以北斗定位或用惯性测量单元IMU等位置传感器对机器人进行同步定位与地图构建，有效应对危险复杂场景。

在智能決策方面，以指挥员对消防机器人的主动控制指令为基础，辅以机器人平台上搭载的计算机，通过人工智能、神经网络和自动控制技术相结合，对应急救援现场做出半自主的提示、告警，以及危险情况来源的判别，完成数据收集、处理、反馈、处置工作。

在高效执行方面，面对复杂多样的处置任务，消防机器人能够携带多种工具并能实现自动快速更换，整机重量应在150公斤以上，抓重比要达到3倍以上，具有拖拽功能，必要时能协助完成伤员救助。

（一）地下建筑和密闭空间的灭火救援

地下建筑和密闭空间的使用带来各种火灾安全隐患，且这种类型的建筑物火灾救援难度较大，传统应急救援方式根本无法满足救援要求，很容易出现严重的人员伤亡。主要原因是地下空间属于密闭空间，当遇到火灾问题时温度会逐渐上升，很难散热，且会短时间内积聚大量热烟气，消防员一旦进入到火灾现场后，很容易给自身生命安全带来严重影响，更不要说进行应急救援工作。而多模消防机器人能解决密闭空间中救援工作遇到的技术问题，通过探测感知模块对密闭空间的大小、障碍物方位进行快速探测和定位，及时发现待救援人员、需处置设备，有效克服现场各种不利条件的限制，不仅能代替很多消防救援人员进行应急救援工作，还能降低火灾带来的影响范围。

（二）地铁、隧道等突发事件的抢险救援

地铁、隧道空间狭小，车辆和人员只能通过前后方向进出通道，很容易出现火灾、水灾交通堵塞和停电等类事故，普遍具有一维单向性特点。发生突发事件时，隧道、地铁等区域需要依据事故发生类型予以应对，需要对灾害发生的特点、位置和危险程度有科学的判断和处置方案。多模消防机器人可布置在高速消防救援处置营地甚至地铁、隧道内的重点区段处，24小时处于待机“侦察值守”状态。当发生火灾警情时，多模消防机器人可快速启动，通过指挥控制平台的遥控实现“零距离”、“秒到场”，可大大提升高速公路、地铁隧道应急救援效率。

（三）石油化工、危险品泄漏等高危场所的火灾扑救

石油化工行业作为我国经济体系的重要环节，行业发展能有效满足社会生产生活行业的化工产品需求，但由于石油化工行业在日常生产中具有较强的特殊性，无论是工艺环境还是原料生产都具有较强的火灾风险，所以在这类高危场所的灭火救援中，多模消防机器人可以代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧或浓烟等危险灾害事故现场进行探测、搜救，有效地解决消防救援人员在上述场所面临的人身安全威胁、数据信息采集不足等问题。消防救援人员可使用多模消防机器人进行高危场所控制，由多模消防机器人在毒气泄漏区域内半自主进行火灾救援和堵漏救援工作。多模消防机器人可自带水炮喷射大量雾状水流，快速驱散泄漏毒气，有效降低伤亡程度，妥善解决事故现场各种风险。

结语

综上所述，在信息化时代背景下，多模消防机器人可成为应急救援工作中的重要工具，其不仅能提高救援工作效率，还能降低消防救援人员伤亡率，对整个应急救援工作有重要作用。但从目前消防机器人应急救援装备的种类和数量来看，普遍还具有成本偏高、功能单一、缺少智能协同等问题，消防机器人在应急救援中的应用范围被严重限制。针对该种情况，相关部门要提高对消防机器人的重视程度，进一步加强消防机器人的投入力度，创新消防机器人技术，提高其应用效果。

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